一种在正压直吹式制粉系统中适应ACE模式的新型协调控制方法

一种在正压直吹式制粉系统中适应ACE模式的新型协调控制方法

安波

（国家电投集团河南电力有限公司开封发电分公司河南开封475002）

摘要：本文发明了一种在直吹式制粉系统中适应ACE模式的新型协调控制方法，该方法通过分析正压直吹式制粉系统的特性和大量实际经验，采用智能变微分、智能增减煤量等技术来优化常规协调控制，克服了机组处于ACE的调节模式下，负荷变化频繁，极易引起热量和能量之间的不平衡，提高机组在AGC考核中的调节效果，使机组在AGC考核中取得较好的经济效益。

关键词：协调控制；正压直吹式

Apositive-pressuredirect-firedpulverizingsysteminnewcoordinatedcontrolmethodtoadapttotheACEmode

Bo-An

（CPIHenanPowerLimitedCompanyKaifengBranch，Kaifeng475002,China）

Abstract：ThispaperdevelopedadirectblowingpulverizingsystemadapttoACEmodeinnewcoordinatedcontrolmethod,themethodisbasedontheanalysisofthecharacteristicsofpositivepressuredirectblowingpulverizingsystemandalargenumberofpracticalexperience,usingintelligentvariabledifferential,intelligenttechnologiessuchascoaltoincreaseordecreaseoptimizationroutinecoordinationcontrol,overcometheunitisintheregulationoftheACEmode,loadchangesfrequently,easytocauseimbalancebetweenheatandenergy,improvetheappraisalofAGCregulationeffect,maketheunitobtainsthegoodeconomicbenefitintheassessmentofAGC.

Keywords：coordinatedcontrol；positive-pressuredirect-firedpulverizingsystem

河南电力有限公司开封火力发电厂发电机为东方电机股份有限公司生产，型号为QFSN-630-2-22，2008年12月投运。发电机定子采用水－氢－氢冷却方式，内冷水系统采用闭式循环。

1、机组存在问题

2017年发现机组协调控制系统在变负荷及ACE模式情况下存在以下主要问题：

锅炉主控输出在R模式情况下煤量变化较大，同时由于总风量指令由锅炉主控指令经函数关系生成，这也造成了总风量指令频繁变化，总风量变化频繁同时影响燃烧，造成过热汽温、再热汽温及金属壁温变化过快，减温水量波动较大，主汽压力偏差较大。同时，总风量指令函数对应关系偏大，影响机组在负荷变动时的风量变化，影响燃烧稳定。

锅炉主控PID调节参数较弱，在主汽压力出现偏差时不能及时修正煤量，主要靠压力偏差回路微分环节修正锅炉主控煤量，这种调节方式造成煤量调节滞后，主汽压力出现偏差后消差困难，压力呈大周期波动。

机组在变负荷过程中，由于压力偏差较大，造成实际负荷不能完全跟上负荷指令变化，变负荷速率不能满足电网要求。电网要求变负荷速率为1.5%额定负荷，通常600MW机组设定速率为9MW每分钟才能满足电网的要求，由于机组主要参数变化的情况，及传输及采集计算误差，不能满足电网1.5%额定负荷的速率要求。

2、协调优化方案

2.1背景技术：

直吹式制粉系统，锅炉的给煤量由给煤机控制。由于从原煤到煤粉有一个较长的制粉过程，所以给煤量变化到煤粉量变化有一个纯延迟时间和一定的惯性，且纯延时时间和惯性时间会随磨煤机的运行工况变化，难以测定，尤其是连续雨天，煤较时湿，会明显增加。直吹式制粉系统锅炉指令加在给煤机上，给煤机将煤粉通过皮带送入磨煤机，磨煤机工作之后送入锅炉炉膛，所以直吹式制粉系统的惯性大概有2-3分钟。

ACE（AreaControlError）即区域控制误差的简称，它指的是机组负荷不跟踪基准功率，只负责调节电网功率偏差。从ACE的工作方式及两个细则考核补偿的规定来看，机组投入ACE模式要比不投入ACE模式的机组调峰量更大，补偿的电量收益更大，这在当前普遍发电小时偏低的大环境下对机组的经济效益是有很大好处的。

但是机组长期运行在ACE模式下，负荷变化较为频繁，煤量、水量等各种参数波动较为剧烈，极易引起汽温超温、低温和能量之间的不平衡，给机组安全稳定运行造成影响。所以我们针对这些情况对传统协调控制策略进行优化，在最小的煤量水量超调下，最大限度发挥锅炉蓄热及燃烧的能力，提高锅炉侧燃烧系统对负荷的响应速度。

2.2技术方案

本技术方案是提供了一种在直吹式制粉系统中适应ACE模式的新型协调控制方法，其可以实现缩短了给煤量变化到引起热负荷变化的纯延迟时间，减小机组ACE模式下各参数的波动幅度并提高机组在AGC考核中的经济效益。

传统的锅炉主控控制逻辑由一个静态前馈和三个动态前馈构成。速率限制后的负荷指令加上一次调频负荷所对应的燃料量，使锅炉主控指令对于负荷的改变有一个绝对的变化量，保证负荷对应的基本煤量，这是静态前馈。速率限制后的负荷指令的微分作用在整个变负荷过程中存在，加快压力的动态响应变负荷过程结束消失。压力设定值的微分作用可以改善压力调节的动态补偿，在滑压过程中可以起到很好的补偿作用。实际压力的微分作用，可以动态的补偿实际压力的波动，避免在整个负荷变动过程中压力的波动及超调。

图1常规锅炉控制逻辑

本技术方案所述的新型协调控制通过对直吹式制粉系统的特性及实际试验情况的分析，对锅炉主控进行了进一步的优化，通过变微分和智能增减煤量来实现锅炉侧热量既能快速响应ACE负荷要求，既能避免机组各主要参数剧烈波动，又能减小对机组安全的影响。

本技术方案的进一步改进是考虑到整个ACE模式下变负荷时锅炉侧的惯性情况及压力偏差方向大小的问题，我们对负荷微分环节进行了可变参数及考虑锅炉燃烧情况的区分调节。

本技术方案的另一个改进是实现了高负荷时针对升降负荷的不同工况下，负荷指令微分随主汽压力偏差大小方向变化的区别对待，这有利于机组主要参数的稳定。

图2新型协调控制方法中的负荷指令微分可变参数调节

图3新型协调控制方法中锅炉燃烧情况区别

图4新型协调控制方法中考虑主汽压力偏差与负荷变化方向

附图说明：

图1常规锅炉主控控制逻辑

图2是锅炉主控负荷微分环节。TC为滞后时间，负荷指令与自己滞后环节后相减构成了负荷指令的微分环节，TC大小由外部置入。KG为微分的增益，KG的大小由外部置入。K为整个负荷指令微分的总增益，K的大小由外部置入。这种设计我们可以通过外部情况改变微分增益和时间来改变负荷指令微分的波形大小和持续时间，而通过K的数值的变化，可以适当调节变负荷时随压力偏差的方向不同而产生的微分总体的幅值的变化，避免锅炉侧煤量波动过大引起的主汽温度、主汽压力的超限情况的发生。TC、KG的大小变化由下图给出。

图3AGC目标负荷与负荷指令的差值送入f（x）A和f（x）B中。机组投入ACE模式后，AGC目标负荷每次给出的负荷阶跃值基本在1.5%~2%额定负荷，针对300MW机组来说，每次阶跃值在4.5MW~6MW之间。f（x）A和f（x）B中我们设定死区为2MW即AGC负荷指令小幅度变化时2MW以内时，负荷指令微分作用不大，依靠锅炉蓄热来满足负荷的变化，这样有利于机组各参数的稳定。

当AGC目标负荷与负荷指令的差值超过2MW后，f（x）A和f（x）B的输出迅速增大，已保证锅炉侧负荷指令微分输出增大，造成煤量的阶跃增加以弥补后期负荷增加出现的热量满足不了能量需求的情况，当负荷指令按负荷变化速率跟上AGC目标负荷偏差进入2MW死区时，f（x）A和f（x）B的输出迅速减小为零，这样做的意义是考虑到直吹式制粉系统中热量的产生随煤量变化有一个惯性过程，变负荷前期煤量进入炉膛开始燃烧，热量慢慢的增加，而在变负荷中期热量上升的速度已由于煤量的增加而逐步加快，所以如果当负荷指令和AGC目标负荷一致后微分才消失，很容易造成煤量的过调，这对主汽压力和主汽温度都是一个不好的因素，所以我们将负荷指令微分提前减小，后期依靠热量增加的惯性过程依然可以保持负荷的变化速度，同时又可以减少主汽压力后期的超压情况的发生。

图4通过逻辑给出了K值的大小。K值大小的选择我们考虑了负荷和主汽压力的共同影响。

在升负荷时，如果主汽压力高于主汽压力设定值0.4MPa以上，我们如果还给出同等的负荷指令的微分量，那么就很容易造成负荷变化结束后，主汽压力出现较大超调，所以此时我们就通过逻辑判断来减小一部分负荷指令的微分即煤量的增量，利用升负荷时汽机侧能量的需求抵消掉一部分超调的主汽压力，这对后期避免主汽压力超调具有较好的效果，同时也可以减少升负荷时煤量的消耗。

3、试验效果

由运行人员在当前负荷下，手动模拟电网ACE模式情况下的负荷变化方式，变负荷速率为12MW/min，变动量为20MW到30MW左右，观察整个协调控制系统优化情况。

图5模拟ACE变化试验曲线图

图6模拟ACE变化试验曲线图

图7模拟ACE变化试验曲线图

图7模拟ACE变化试验曲线图

4、结语

通过以上逻辑修改及优化，机组协调控制系统及ACE调节品质有了较大提高，优化后机组各项指标能够达到电厂要求并能满足电网调度需要,电厂经济效益有了显著提高。

参考文献：

[1]防止电力生产重大事故的二十五项重点要求（国电发【2000】589号）国电公司印发

[2]《并网发电厂辅助服务管理暂行办法》（电监市场[2006]43号）

[3]《发电厂并网运行管理规定》（电监市场[2006]42号）