朱小娟，高寵博

(1.沈陽工程學院 自動化學院,遼寧 沈陽 110136； 2.華電鐵嶺發(fā)電廠 熱控分廠，遼寧 鐵嶺 112000)

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INFIT在鐵嶺電廠6#機組AGC優(yōu)化控制系統(tǒng)中的應用

朱小娟1，高寵博2

(1.沈陽工程學院 自動化學院,遼寧 沈陽 110136； 2.華電鐵嶺發(fā)電廠 熱控分廠，遼寧 鐵嶺 112000)

針對華電鐵嶺電廠6#機組DCS系統(tǒng)中的負荷升降速率低、關鍵參數(shù)波動大及系統(tǒng)不能很好適應煤種變化等實際問題，通過有機融合預測控制技術、神經(jīng)網(wǎng)絡學習技術及自適應控制技術，將INFIT系統(tǒng)投入AGC優(yōu)化控制系統(tǒng)中。投入INFIT系統(tǒng)后，經(jīng)過多次反復升降試驗，使得機組的主汽壓力、過熱度、主汽溫度的控制平穩(wěn)程度相比投入INFIT系統(tǒng)前有了非常明顯的改善。

DCS；INFIT；AGC；優(yōu)化

1 原DCS系統(tǒng)的運行性能

華電鐵嶺發(fā)電有限公司二期工程2×600 MW燃煤機組的6#機組鍋爐是哈爾濱鍋爐有限責任公司設計制造的，由日本三菱重工業(yè)株式會社提供技術支持。鍋爐特點是超超臨界式變壓運行直流鍋爐，采用П型布置，單爐膛，受熱面全懸吊結構，平衡通風，固態(tài)排渣，高強螺栓連接全鋼結構，鍋爐設有固定膨脹中心。汽輪發(fā)電機組由哈爾濱汽輪機有限責任公司制造。 DCS采用I/A Series控制系統(tǒng)，由?？怂共_公司提供。汽機控制系統(tǒng)由福克斯波羅公司提供。

AGC(Automatic Generation Control )是自動發(fā)電控制的簡稱，其控制目標是使由于負荷變動而產(chǎn)生的區(qū)域誤差ACE( Area Control Error )不斷減少直至為零。網(wǎng)調(diào)通過AGC可調(diào)整電網(wǎng)發(fā)電出力與電網(wǎng)負荷平衡，將電網(wǎng)頻率偏差調(diào)節(jié)到零，保持電網(wǎng)頻率為額定值。在控制區(qū)內(nèi)分配發(fā)電出力，維持區(qū)域間聯(lián)絡線交換功率在計劃值內(nèi)；在控制區(qū)內(nèi)分配發(fā)電出力，降低區(qū)域運行成本[1]。在6#機組AGC功能實現(xiàn)過程中，遠動(RTU)為遼寧電力調(diào)度中心與6#機組的DCS建立了聯(lián)絡通道。遠動接收網(wǎng)調(diào)的AGC控制信息，送至DCS；遠動接收DCS送出的6#機組AGC投/切等狀態(tài)量，送至網(wǎng)調(diào)。機組協(xié)調(diào)控制(CCS)系統(tǒng)的正常運行是AGC正常投運的基礎[2]。

6#機組在投用原DCS控制時，機組的運行性能很差。從圖1的運行曲線可以看出，6#機組投用原DCS協(xié)調(diào)控制時AGC的運行特點：

1)負荷控制：機組投入正常AGC運行時變負荷速率只能設為3 MW/min左右，且由于機組主汽壓力控制很差，為了穩(wěn)定汽壓，很多時間機組實際負荷與負荷指令存在明顯的偏差；

2)主汽壓力控制：經(jīng)常出現(xiàn)1.0 MPa以上的控制偏差，且長時間不能調(diào)節(jié)穩(wěn)定，在啟、停階段，最大動態(tài)偏差達到1.5 MPa以上；

3)分離器溫度(過熱度)控制：存在明顯的調(diào)節(jié)振蕩(振蕩幅度達到±15～±20℃)，且經(jīng)歷多個振蕩周期不能調(diào)節(jié)穩(wěn)定。

2 INFIT優(yōu)化系統(tǒng)的運行性能

INFIT系統(tǒng)是針對現(xiàn)代火電機組存在負荷升降速率低、關鍵參數(shù)波動大及系統(tǒng)不能很好適應煤種變化等實際問題，通過有機融合預測控制技術、神經(jīng)網(wǎng)絡學習技術及自適應控制技術而設計研發(fā)的先進AGC優(yōu)化控制系統(tǒng)。遼寧華電鐵嶺發(fā)電有限公司5#、6#機組AGC優(yōu)化控制系統(tǒng)初次投入INFIT系統(tǒng)后，經(jīng)過多次的調(diào)試及完善，使機組的AGC、協(xié)調(diào)、汽溫控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能均有了明顯的提高[3，4]。

2.1 INFIT系統(tǒng)各項變負荷試驗性能

2.1.1 試驗過程描述

6#機組以3～6 MW/min的速率進行了多次幅度為20 MW～50 MW幅度的反復升降試驗，相應的試驗曲線如圖1～4所示。試驗過程的簡要描述如下：

1)圖1: 6#機組負荷在355 MW～390 MW之間，以3 MW/min的速率進行了2～3次的20 MW幅度的來回升降試驗和2～3次的30 MW幅度的來回升降試驗，在多次20 MW幅度的來回升降試驗中過熱度最高為30.8℃，最低為26.6℃，平均的波動幅度約為±2℃；在多次30 MW幅度的來回升降試驗中，過熱度最高為33.8℃，最低為22.4℃，平均的波動幅度約為±4～±5℃。整個變負荷過程中主汽壓力非常平穩(wěn)，波動幅度僅約為±0.2 MPa。

圖1 6#機組3 MW/min速率變負荷控制曲線

2)圖2: 6#機組負荷在320 MW～370 MW之間，以5 MW/min的速率進行了2～3次的30～50 MW 幅度的來回升降試驗，在多次20 MW幅度的來回升降試驗中過熱度最高為38.8～40℃，最低為20.4～24.5℃，平均的波動幅度約為±8～±10℃。整個變負荷過程中主汽壓力非常平穩(wěn),波動幅度僅約為±0.3 MPa。

圖2 6#機組5 MW/min速率變負荷控制曲線1

3)圖3:變負荷率設定為5 MW/min，6#機組先在420～475 MW進行了幾次30 MW～50 MW幅度的來回升降試驗，后又結合停磨進行了從475 MW 到320 MW的大幅度降負荷試驗。在30 MW～50 MW幅度的來回升降試驗中過熱度最高為32.8℃，最低為23.5℃，平均的波動幅度約為±4～±5℃。在從475 MW到320 MW的大幅度降負荷并結合停磨的試驗過程中，由于停磨造成過熱度下跌約12～13℃，但能較快速的回調(diào)至設定值附近，無調(diào)節(jié)振蕩，除停磨階段外的調(diào)節(jié)時段過熱度最大波動幅度約為5～6℃。整個變負荷過程中主汽壓力非常平穩(wěn)。

圖3 6#機組5 MW/min速率變負荷控制曲線2

4)圖4: 6#機組負荷在430 MW～480 MW之間，以6 MW/min的速率進行了多次的幅度分別為30 MW、40 MW、50 MW的來回升降試驗，在多次30 MW幅度的來回升降試驗中過熱度平均的波動幅度約為±2～±3℃；在多次40 MW～50 MW幅度的來回升降試驗中，過熱度平均的波動幅度約為±3～±4℃。整個變負荷過程中主汽壓力非常平穩(wěn)，波動幅度僅約為±0.2 MPa。

圖4 6#機組6 MW/min速率變負荷控制曲線

2.1.2 試驗中負荷控制性能的分析

從圖1～4可以看出，機組實際負荷有較多的時間不能很好的跟蹤負荷指令，經(jīng)常出現(xiàn)10 MW以上的偏差并維持較長時間，這并不是因為INFIT系統(tǒng)的負荷控制性能不佳，而是在變負荷過程中一直存在一次調(diào)頻的影響。

在圖5中說明了圖4中多次變負荷過程中的負荷變化與一次調(diào)頻負荷的關系。由于東北電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)水平較差，電網(wǎng)頻率大部分時間均在±2 rpm 死區(qū)之外運行，從圖8中也可以看出，僅有約1/3的時間一次調(diào)頻負荷較小，僅為2～3 MW，在該階段的機組實際負荷與負荷指令始終基本重合。在其它時段，經(jīng)常存在10 MW以上的一次調(diào)頻負荷，同樣機組實際負荷也就會與負荷指令存在10 MW以上的偏差[5]。

圖5 6#機組6 MW/min速率變負荷試驗負荷控制性能說明

2.1.3 試驗中機組整體控制穩(wěn)定性的分析

從圖1～4試驗過程可以看出，在進行多次反復的30 MW～50 MW變負荷試驗中，機組的整體控制穩(wěn)定性始終是較好的，絕大部分時間過熱度的波動能控制在±5℃的范圍內(nèi)，僅在少數(shù)工況下過熱度波動會達到10～12℃，數(shù)次試驗中的最高過熱度為40℃，完全能滿足機組正常運行的需求。

對比圖1～4試驗過程可以發(fā)現(xiàn)，以6 MW/min 速率進行來回升降負荷試驗的控制性能與3 MW/min速率相近，而以5 MW/min速率進行來回升降負荷試驗的控制性能要差一些。這主要是由于以5 MW/min速率進行試驗時機組磨煤機的出力均接近上限，制粉能力明顯下降，這對控制產(chǎn)生了較大影響。

2.2 INFIT系統(tǒng)3 MW/min速率的AGC運行性能

分別選取了6#機組投入INFIT系統(tǒng)后的AGC運行曲線(10～28全天)和投入INFIT系統(tǒng)前的運行曲線(4～28全天、5～28全天)，如圖6、7、8所示。

圖中上半幅為機組負荷/負荷指令、主汽壓力/主汽壓力設定的曲線，下半幅為主汽溫度/主汽溫度設定、分離器溫度/分離器溫度設定的曲線。三幅曲線的數(shù)據(jù)量程設置一樣，可以明顯看出，在機組負荷波動幅度接近、變負荷率相同的情況下(均設為3 MW/min)，投入INFIT系統(tǒng)前后的主汽壓力、主汽溫度、過熱度的穩(wěn)定性改善非常明顯。

圖6 6#機組投入INFIT控制時的AGC運行曲線(10～28全天)

圖7 6#機組投入DCS控制時的AGC運行曲線(4～28全天)

3 結 論

根據(jù)上述的分析可以得出 6#機組投入INFIT系統(tǒng)后整體運行情況如下：

1)投入INFIT系統(tǒng)后，同樣以3 MW/min投入AGC運行，機組的主汽壓力、過熱度、主汽溫度的控制平穩(wěn)程度相比投入INFIT系統(tǒng)前有非常明顯的改善。

圖8 6#機組投入DCS控制時的AGC運行曲線(5～28全天)

2)投入INFIT系統(tǒng)后，從多次3～6 MW/min速率進行30 MW～50 MW幅度的連續(xù)三角波變負荷試驗可以看出，在機組磨煤機有充分調(diào)節(jié)余量時，不論機組負荷率設為3 MW/min或者6 MW/min，機組控制均非常穩(wěn)定(過熱度波動僅為±3～±4℃)，完全滿足以6 MW/min速率投入AGC的條件，并可將過熱度定值設置在較高的水平上。但當磨煤機的出力接近上限時，由于制粉性能變差造成調(diào)節(jié)性能下降，過熱度波動幅度可達到±8～±10℃，在此種工況下可以考慮適當降低變負荷率或者降低過熱度運行[6，7]。

3)日常的合理操作對于INFIT系統(tǒng)的良好運行也較為關鍵，目前運行人員對于啟停磨操作已較為注意。但在投用給煤機自動數(shù)量、避免燃料調(diào)節(jié)受限方面還需加以注意。

[1]李家坤，朱華杰.發(fā)電廠及變電站電氣設備[M].武漢: 武漢理工大學出版社，2010.

[2]劉國旗.華北電網(wǎng).2009年自動發(fā)電控制(AGC)運行工作分析報告[R].北京:華北電網(wǎng)有限公司, 2009.

[3]徐建中,陳益飛.INFIT系統(tǒng)在超超臨界發(fā)電機組汽溫和協(xié)調(diào)控制中的應用[J].江蘇電機工程,2015,34(3):72-74.

[4]王士政.電網(wǎng)調(diào)度自動化與配網(wǎng)自動化技術[M].北京:中國水利水電出版社,2006.

[5]尹 峰,朱北恒,李 泉.超臨界機組協(xié)調(diào)控制特性與控制策略[J].中國電力,2008，40(3)：66-69.

[6]陸榮峰.600 MW鍋爐燃燒調(diào)整及經(jīng)濟性分析[J].沈陽工程學院學報:自然科學版，2015, 11(1): 39-43.

[7]BELYAKOV II.Supercritical pressure boiler as the future of thermal power plant development[J].Teploenergetion,1995,1(8):9-12.

(責任編輯 魏靜敏 校對 張 凱)

Application of INFIT for AGC Optimal Control System of 6#Unit in Tieling Power Plant

ZHU Xiao-juan1，GAO Chong-bo2

(1.School of Automation Engineering,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136; 2.Thermal Control Branch,Huadian Tieling Power Plant,Tileing 112000,Liaoning Province)

The original DCS control performance of the 6#unit in Huadian Tieling Power Plant is very poor such as slow load regulating rate,serious critical parameters fluctuation and poor response to the coal type changing.The INFIT system was put into AGC optimal system through rational fusion predictive control technology,neural network learning and adaptive control technology.Experimental results showed that the steady-state of steam temperature control system and dynamic performance were significantly improved.

DCS; INFIT; AGC; Optimal

2016-11-10

沈陽工程學院科技基金項目(LGXS-1515)

朱小娟(1977-)，女，陜西安康人，講師，碩士。

高寵博(1993-)，男，遼寧鐵嶺人，助理工程師。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2017.02.016

TP273

A

1673-1603(2017)02-0174-05