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    李锐成（1977－）
男，宁夏盐池人，本科，助理工程师，现任杭州和利时自动化有限公司电厂自动化事业部DCS工程项目经理。

摘要：介绍了大型火电厂协调控制方案的原理，列举和利时自动化有限公司的HOLLIAS-MACS分散控制系统（DCS）在300MW火电厂机组运行控制中协调方案的实际应用，反映了协调控制系统在电厂运行中的重要性并对机炉负荷协调模式进行了探讨。

关键词：负荷；能量平衡；协调控制；控制方案

Abstract：According to the application of coordinated control for 300MW thermal power plant unit using HOLLIAS-MACS DCS of Beijing HollySys Co., Ltd., the paper introduces the theory of the coordinated control system for high capacity thermal power plant, shows the importance of coordinated control system in power plant operation and discusses the mode of boiler-turbine-load coordinated control.

Keywords：Load; energy balance; coordinated control; control scheme

1   前言

    单元机组协调控制系统是现代大型火电机组普遍采用的控制策略。经过国内外长期的理论发展以及在应用中不断的改进，目前火电厂已经衍生出各种各样的协调控制方案。这些方案的具体实现原理、功能甚至实现的目标要求都有不同之处，往往是依据现场应用的不同效果和运行中的具体要求而派生出各种改进或改型。一般以机组的能量平衡方式为准绳，将衍生出来的各种各样的协调控制方案划归为两大类，即直接能量平衡类和间接能量平衡类。

2   协调控制的功能与模式

    一般协调控制在机组运行中拥有如下功能：一是参与电网的调峰、调频。调峰是指机组依据电网的负荷要求，直接接受中调负荷信号而实时改变机组出力以满足电网能量平衡的功能。调频就是通常所说的一次调频，是指机组依据自身发电频率，当发电频率偏离设定的频率时以设定的频差校正特性曲线改变机组出力，达到发电频率相对稳定的功能；二是实现机组稳定和经济运行。通过检测机组运行实时参数，加以计算并自动作应对处理，消除发生的各种内、外部扰动。达到协调锅炉与汽机的能量平衡，协调锅炉内部燃料、送风、引风、给水、汽温等各子系统的能量平衡与质量平衡，使机组保持稳定并处于经济性能最佳的工况；三是平衡机组出力与主辅机实际能力的差异。机组运行中可能出现局部故障，使机组的带负荷能力下降，满足不了当前负荷需求，产生供需之间的矛盾。协调系统设计有方向闭锁、机组指令迫升/迫降、辅机故障减负荷等功能。使整个系统在主辅机或子回路控制受到限制而不能实现平衡时，自动调整主辅机出力或指令，过度到新的状态下再次达到平衡。四是具有多种控制模式供选择。协调系统主要有以下几种模式：①炉跟机的全自动模式；②炉跟机的手动模式；③机跟炉的全自动模式；④机炉负荷协调模式。以上①、②、③属于直接能量平衡类方案，④属于间接能量平衡类方案。

3   常用的协调控制方案

    一般来说，炉跟机直接能量平衡的控制策略比较简洁，有负荷响应快，能充分利用锅炉蓄能等优点，所以较为常用的协调控制方案是基于直接能量平衡思想的炉跟机模式DEB。但由于锅炉惯性很大，且当负荷变化时必须通过主汽压力的变化才能反映到炉主控，使得主汽压力的控制存在较大的迟延，降低了主汽压力的稳定性。其基本控制原理为：机主控单独控制功率输出，炉主控采用“汽机能量需求信号”作为锅炉指令送给燃料、给水和风量控制系统以保证机炉间的能量平衡，以能量需求作为炉主控的指令，以热量信号作为炉主控的反馈。其中能量平衡信号采用如下公式计算：

    NRGD=P1/PT×PS[1+d/dt(P1/PT×PS)]+d/dt(PS)

    式中，NRGD为能量平衡信号；P1为调节级压力；PT为机前压力；PS为压力设定值
热量信号的计算公式为: HR= P1+d/dt(Pd)

    式中，HR为热量信号；P1为调节级压力；Pd为汽包压力。

    这里, P1/PT线性的代表了汽机的进汽流量, P1/PT×PS反映了汽机对锅炉的能量需求，HR计算了锅炉总的能量输入。机炉间的能量平衡以机前压力的稳定为标志，PT即等于PS，按能量平衡公式也可反映这种平衡:

    P1/PT×PS[1+d/dt(P1/PT×PS)]+d/dt(PS)= P1+d/dt(Pd)

    稳态时可得：PT=PS。

    其控制原理SAMA图，如图1、图2所示。

图1 直接能量平衡炉跟机控制基本原理结构框图（炉主控）



图2  直接能量平衡炉跟机控制基本原理结构框图（机主控）

    由图可以看出，这种方案除了能够实现机调功率、炉调压的炉跟机控制功能（上图的CCS信号），还可实现在锅炉故障时，汽机代替锅炉调压的功能（上图的TF信号）。

4   应用介绍

    佛山市顺德五沙热电有限公司机组规模为2×300MW燃煤发电机组， DCS系统采用和利时自动化有限公司的HOLLIAS-MACS系统，机组的协调控制方案采用的是机炉负荷协调模式，其控制原理SAMA图如图3、图4所示。

图3  顺德五沙热电300MW机组协调控制原理结构框图（炉主控）




图4  顺德五沙热电300MW机组协调控制原理结构框图（机主控）

    在这种协调模式下，炉主控接受热值修正后的主汽压力指令，同时引入基于能量平衡的负荷指令前馈，这样炉主控同步响应主汽压力变化和负荷变化，在完成调压的同时，提前消除负荷对主汽压力的影响；机主控除了接受经过校正后的负荷指令之外，还引入了可自动切换的主汽压力拉回回路，在调节负荷的同时对主汽压力起到一定拉回作用，这样机炉协调完成对负荷与主汽压力的控制。但也要注意，这种模式信号环节较复杂，若调节器匹配不当，机炉间容易产生震荡。

5   结束语

    协调控制系统在实际应用中因为工况的差异，需要采用不同的具体控制方案和控制参数以满足实际对象的不同特性。同时对锅炉子控制系统和DEH系统均需整体考虑，特别是在AGC方式下较大幅度变负荷调节时，如果CCS功率调节器与DEH遥控回路不匹配，容易引起CCS功率调节器先迟缓后超调，并给机组主汽压力调节带来了较大的扰动，在方案设计和参数调整时要使整个控制流程各环节的调节匹配良好，尽量减少由于各环节设计与整定不当而产生的内扰，最大程度的发挥协调控制的优势。

其它作者：

    马国平（1979-），吉林镇赉县人，本科，助理工程师，现就职于佛山市顺德五沙热电有限公司，主要从事热控维护工作；

    邱利军（1975-），贵州贵阳人，本科，工程师，现任杭州和利时自动化有限公司电厂自动化事业部DCS高级销售经理；

    郑理（1975-），男，上海人，本科，高级工程师，现于华东电力设计院从事继电保护和自动化专业设计工作。