(山西漳電大唐塔山發(fā)電公司,大同 037001)
當(dāng)前我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)展,人們用電需求增加,電力企業(yè)更要重視電力輸送的品質(zhì),確保供電穩(wěn)定安全。傳統(tǒng)的電力管控系統(tǒng)發(fā)展較為緩慢,無法滿足當(dāng)前供電系統(tǒng)規(guī)模,這便需要對(duì)發(fā)電機(jī)組的協(xié)調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,通過優(yōu)化控制邏輯,改進(jìn)負(fù)荷控制等方式,從而降低經(jīng)營(yíng)成本,確保供電安全穩(wěn)定。
以某地600 MW火力發(fā)電機(jī)組為例,鍋爐采用亞臨界中間再熱控制循環(huán)爐,配備六套正壓直吹式制粉系統(tǒng);汽機(jī)采用四缸四排單軸凝汽式汽輪機(jī);DCS的型號(hào)為INFI-90,具有DAS、FSSS、SCS等功能;ETS由西門子生產(chǎn)的S5PLC構(gòu)成,汽機(jī)旁路采用AV6+控制系統(tǒng)。該機(jī)組的運(yùn)行方式為:以燃煤為主要燃料,在制粉系統(tǒng)中將煤變成粉末狀,利用配風(fēng)運(yùn)送到鍋爐之中,再利用產(chǎn)生的熱能將水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝谡羝饔孟买?qū)動(dòng)汽輪機(jī)使其高速運(yùn)轉(zhuǎn),由此推動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),并反復(fù)切割磁力線形成電力,實(shí)現(xiàn)火力朝著電力的轉(zhuǎn)換。上述環(huán)節(jié)的連接需要做好各設(shè)備的協(xié)調(diào)工作,促進(jìn)發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
在該機(jī)組工作中,在提高目標(biāo)負(fù)荷時(shí)應(yīng)對(duì)調(diào)門開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)指令強(qiáng)度增加時(shí),整體機(jī)組延遲性發(fā)生變化,且鍋爐燃燒需要一定時(shí)間,由此產(chǎn)生的延遲對(duì)熱量的監(jiān)控準(zhǔn)確度產(chǎn)生不良影響,無法做到及時(shí)反饋,難以準(zhǔn)確掌握實(shí)時(shí)燃燒狀態(tài);當(dāng)升降負(fù)荷時(shí),升速率會(huì)發(fā)生改變,負(fù)荷指令前饋輸出固定值,如若單純憑借汽輪機(jī)能量需求信號(hào)、熱量信號(hào)差值改變?nèi)剂狭?,將?dǎo)致壓力響應(yīng)速度降低,穩(wěn)態(tài)偏差也很難被迅速消除,引發(fā)主控氣壓響應(yīng)緩慢問題。
該機(jī)組內(nèi)部汽輪機(jī)符合響應(yīng)緩慢、機(jī)前壓力波動(dòng)量之間存在矛盾關(guān)系。當(dāng)負(fù)荷提升時(shí),應(yīng)使負(fù)荷響應(yīng)速度得到保障,這便要求提高調(diào)門的調(diào)節(jié)速度,并利用鍋爐蓄熱,但此舉將致使主汽壓力迅速降低。要想保障該項(xiàng)指標(biāo)平穩(wěn),便無法使負(fù)荷響應(yīng)速度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),使鍋爐燃燒與蒸汽量更加穩(wěn)定。通常情況下,可通過適當(dāng)犧牲負(fù)荷響應(yīng)速度的方式,使主蒸汽壓力穩(wěn)定度得到保障。但是,在AGC投入運(yùn)行后,網(wǎng)調(diào)更注重負(fù)荷響應(yīng)速度,因此勢(shì)必要對(duì)原本控制策略進(jìn)行優(yōu)化,不但使主蒸汽壓力波動(dòng)量得到保障,還要確保AGC與負(fù)荷響應(yīng)速度相符[1]。
該機(jī)組通過燃燒的方式,使燃料在化學(xué)反應(yīng)下形成蒸汽驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),由此產(chǎn)生電能。在此過程中,燃煤在制粉系統(tǒng)的作用下變成煤粉,經(jīng)過鍋爐一、二次風(fēng)系統(tǒng)配風(fēng)后投入鍋爐中燃燒,將低溫的水轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷卣羝?,再在汽輪機(jī)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī),以3 000轉(zhuǎn)/min的速度促進(jìn)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)切割磁力線,實(shí)現(xiàn)動(dòng)能與電能間的轉(zhuǎn)換。在此過程中,對(duì)機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)性能具有決定性作用的因素為:制粉系統(tǒng)類型、汽包類型、主汽調(diào)門特點(diǎn)、爐內(nèi)熱量交換特點(diǎn)等等。在該機(jī)組中采用的是HP963型號(hào)的直吹式制粉系統(tǒng),通過給煤機(jī)運(yùn)送磨煤機(jī)磨成煤粉后,由一次風(fēng)送入鍋爐之中。鍋爐的功能在于通過燃燒的方式,將煤從化學(xué)能變成熱能,通過煤量與送風(fēng)量的變化,對(duì)高溫高壓蒸汽數(shù)值進(jìn)行調(diào)整。本文重點(diǎn)分析鍋爐燃燒能量轉(zhuǎn)換,用以下傳遞函數(shù)表示:
式中,Bm代表的是燃料量;Ts代表的是蒸汽流量。在該機(jī)組的汽機(jī)中,主要包括高中低壓缸,其中高壓缸為單缸,中低壓缸為對(duì)缸設(shè)置。主蒸汽通過汽輪機(jī)主汽門、調(diào)門進(jìn)入調(diào)節(jié)級(jí)后開始做功,排汽進(jìn)入鍋爐后再熱器后進(jìn)入中低壓缸做功,最后排入凝汽器中冷凝成與環(huán)境溫度相關(guān)的水、熱量,并經(jīng)過循環(huán)冷卻水帶走。在該機(jī)組中,可通過2臺(tái)冷卻水塔冷卻,用汽設(shè)備流通阻力關(guān)系式為:
式中,Rt代表的是動(dòng)態(tài)流通阻力系數(shù);Kt代表的是調(diào)節(jié)閥靜態(tài)放大系數(shù);μt代表的是調(diào)節(jié)閥開度。
3.2.1 縮小制粉系統(tǒng)延遲
根據(jù)上文分析可知,因蒸汽熱量很快便可轉(zhuǎn)變?yōu)殡娯?fù)荷,機(jī)組負(fù)荷對(duì)鍋爐相應(yīng)速度具有決定作用,屬于延遲較大的高階慣性環(huán)節(jié),與鍋爐類型、制粉系統(tǒng)息息相關(guān)。因該廠采用爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制模式,在調(diào)門快速響應(yīng)AGC指令時(shí),由主汽壓力變化幅度對(duì)煤量增減進(jìn)行動(dòng)態(tài)掌控。在此基礎(chǔ)上,制粉系統(tǒng)延遲對(duì)主蒸汽變化產(chǎn)生較大影響。在AGC投用后,負(fù)荷指令并非為平滑曲線,而是為鋸齒狀波動(dòng),在鍋爐穩(wěn)定狀態(tài)下,如若過度調(diào)節(jié)制粉系統(tǒng)延遲,將使PID控制器積分作用提升,導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩。對(duì)此,可增加磨煤機(jī)熱風(fēng)門超調(diào)功能。在加負(fù)荷過程中,煤量迅速提升,此時(shí)超調(diào)開大磨煤機(jī)熱風(fēng)門,使設(shè)備內(nèi)的存粉被迅速吹出,此時(shí)負(fù)荷指令降低沒有明顯變化。同樣的道理,當(dāng)負(fù)荷降低時(shí),熱風(fēng)門超調(diào)關(guān)小,粉量由此降低。風(fēng)量超調(diào)環(huán)節(jié)使鍋爐負(fù)荷發(fā)生改變的基礎(chǔ)上,迅速超調(diào)熱風(fēng)門,可使磨煤機(jī)出粉速度超過供粉速度[2]。
3.2.2 超調(diào)功能優(yōu)化
因該機(jī)組為直吹制粉系統(tǒng),從客觀角度來看具有較大負(fù)荷延遲,這就需要對(duì)煤量進(jìn)行適量的超調(diào),不但使AGC指令增加后的煤量得以彌補(bǔ),還需要更多煤量回復(fù)主汽壓力。超調(diào)的煤量增加,則持續(xù)時(shí)間縮短,主汽壓力波動(dòng)范圍縮小,但對(duì)鍋爐擾動(dòng)程度增加;而超調(diào)煤量較小,持續(xù)時(shí)間應(yīng)延長(zhǎng)。在原本控制邏輯中,采用主汽壓力的微分機(jī)組對(duì)壓力變化進(jìn)行控制。在加負(fù)荷狀態(tài)下,調(diào)門開大,主汽壓力與預(yù)定值相比差值為△P,當(dāng)鍋爐指令增加后,應(yīng)適當(dāng)對(duì)其超調(diào),直到歸路負(fù)荷大于電負(fù)荷后,主汽壓力回升到預(yù)定值,即△P的數(shù)值為0,此刻超調(diào)量也清零。如若△P的數(shù)值與所需量相近,可適當(dāng)縮小超調(diào)幅度。但因該機(jī)組處于429MW以內(nèi),負(fù)荷段可采取滑壓運(yùn)行的模式,在低負(fù)荷情況下,主汽壓力應(yīng)隨著負(fù)荷變化而發(fā)生改變,且具備一定的耦合效應(yīng)。對(duì)此,在本次優(yōu)化中應(yīng)在原本協(xié)調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,采用與AGC負(fù)荷指令相對(duì)的煤量作為前饋信號(hào)。
3.2.3 負(fù)荷控制改進(jìn)
協(xié)調(diào)系統(tǒng)的TM可對(duì)汽機(jī)調(diào)門開度進(jìn)行控制,汽機(jī)側(cè)PID調(diào)節(jié)單位輸入It超過0時(shí),TM調(diào)門開大,當(dāng)It的數(shù)值小于0時(shí),則TM調(diào)門關(guān)小,因此PID的調(diào)節(jié)作用較強(qiáng),可加速系統(tǒng)平衡,也就是It的數(shù)值為0。在優(yōu)化后的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中,汽機(jī)側(cè)控制模式間根據(jù)狀態(tài)不同發(fā)生改變,即“加負(fù)荷”“穩(wěn)定”“減負(fù)荷”三種。與常規(guī)爐跟機(jī)相比,穩(wěn)態(tài)與原協(xié)調(diào)方式一致。在汽機(jī)加負(fù)荷狀態(tài)下,當(dāng)△P數(shù)值處于0到m之間時(shí)(m為常數(shù),本文取0.4 MPa),則N的數(shù)值與N0相同,其中N為電負(fù)荷,N0為負(fù)荷指令??梢?,在加負(fù)荷狀態(tài)下,主汽壓力降低到特定數(shù)值時(shí),電負(fù)荷與負(fù)荷指令具有正比關(guān)系,與電網(wǎng)加負(fù)荷速率要求相符;當(dāng)△P的數(shù)值小于0時(shí),則N>N0,說明如若主汽壓力數(shù)值固定或者偏高,電負(fù)荷便會(huì)超過負(fù)荷指令,使負(fù)荷速率加快;當(dāng)△P超過m時(shí),則N 針對(duì)原本方案中的不合理之處,在升降負(fù)荷過程中,通過負(fù)荷指令前饋?zhàn)饔门c汽機(jī)主控指令相加的方式,使負(fù)荷得以改變;再利用PID對(duì)負(fù)荷進(jìn)行細(xì)致調(diào)節(jié),這樣不但可提高負(fù)荷響應(yīng)速度,還可節(jié)約更多超調(diào)時(shí)間。將熱量信號(hào)重新校正后,使各項(xiàng)參數(shù)得到優(yōu)化,熱量信號(hào)也變得更為精準(zhǔn)可靠。在優(yōu)化完畢后,網(wǎng)調(diào)對(duì)該廠的一次調(diào)頻進(jìn)行驗(yàn)收。在一次調(diào)頻驗(yàn)收中,將調(diào)頻指令的最大值設(shè)置為±24NIW,對(duì)負(fù)荷響應(yīng)速度、燃燒量、主汽壓力等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行觀測(cè)。優(yōu)化結(jié)果為:在一次調(diào)頻瞬間升降24NIW負(fù)荷中,主蒸汽壓力波動(dòng)的最大值為±25 MPa,燃料量變化值為±26,實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)速度加快,各項(xiàng)指標(biāo)均與網(wǎng)調(diào)相關(guān)規(guī)定相符;在AGC驗(yàn)收中,投入AGC,分別開展升降40NI認(rèn)負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn),該試驗(yàn)速率為6NIW,對(duì)實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)速度、主汽壓力、燃燒量等指標(biāo)變化進(jìn)行觀察。優(yōu)化結(jié)果為:與以往相比,各項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)過優(yōu)化后更加符合現(xiàn)實(shí)要求,有助于電力品質(zhì)提升,促進(jìn)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 綜上所述,火力發(fā)電機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)具有發(fā)電率高、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)、安全穩(wěn)定等特點(diǎn),為了滿足當(dāng)前供電新要求,對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)顯得十分重要。在實(shí)際應(yīng)用中,要求采用反偏差函數(shù)法對(duì)負(fù)荷壓力耦合問題進(jìn)行解決,減少不良因素對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的干擾,最大限度的降低反應(yīng)延遲,使反饋速度得以提升,數(shù)值更加精準(zhǔn)可靠。將優(yōu)化后的系統(tǒng)投入到工作中,可使供電品質(zhì)更加良好,用戶的供電需求得到充分滿足。3.3 效果分析
4 結(jié)束語