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案例详细
标题真空变化对火电机组协调控制策略修正方法的研究及实现
技术领域工控机
行业石油天然气
简介真空是机组运行监视的主要参数之一，它关系到机组的安全运行，决定了机组的理想焓降、发电效率和出力能力。在以往的机组控制中，仅把真空作为机组的保护参数，而没有将真空变化对控制参数的影响考虑在内，使得机组在真空不同时控制调节品质相差较多。本文介绍了通过试验方法获取真空改变对机组运行状态的影响数据，增加协调控制中对真空的修正部分达到控制优化目的试验过程。
内容






范海东 （1979 -）

男，浙江台州人，毕业于上海电力学院自动化专业，主要从事电厂热工自动化工作。

摘要：真空是机组运行监视的主要参数之一，它关系到机组的安全运行，决定了机组的理想焓降、发电效率和出力能力。在以往的机组控制中，仅把真空作为机组的保护参数，而没有将真空变化对控制参数的影响考虑在内，使得机组在真空不同时控制调节品质相差较多。本文介绍了通过试验方法获取真空改变对机组运行状态的影响数据，增加协调控制中对真空的修正部分达到控制优化目的试验过程。

关键词：真空；超临界；协调控制；系统优化

Abstract: Vacuity is one of the key parameters in units operation mode. It concerns units
 safe to power plant, which decides the ideal enthalpy drop, the power generation 
efficiency, the power generation capacity in power plant. Formerly, vacuity is only 
considered as a parameter of unit’s protection, and its change influence into control is not considered. Thus, the 
performance of units control varies a lot to different vacuity. By analyzing the data 
of vacuity to the operation in power plant and adding the correction to vacuity, this 
paper presents a new method to improve control performance.

Key words: Vacuity; Supercritical unit; coordinate control; system optimization

    真空是监视机组安全、经济运行的主要参数之一，它关系到机组的安全运行，决定了机组的理想焓降、发电效率和出力能力。据相关文献统计[1] [2] ，在一定范围内真空变化1kPa可引起机组效率1%~2%的变化。

    超临界直流机组的协调控制往往采用了并行前馈和动态加速前馈为主的控制方案。其中，并行前馈就是锅炉各子系统随负荷变化的合理的稳态工作点，当真空发生改变时，该工作点会随之发生偏移。在以往的机组控制中，仅把真空作为机组的保护参数考虑，而没有将其对协调控制的影响考虑在内，使得机组在不同真空下运行时，机组的协调控制品质发生了较大的改变。

    本文首先通过分析某超临界机组真空变化试验对机组协调控制参数的影响，提出了真空变化对机组协调控制的修正方法；并介绍了该方法在实际机组的实现过程和实施效果。

1 真空变化对协调控制参数的影响试验

    在超临界机组的控制中，精准的稳态工作点定位、合理动态前馈的设置是高品质协调控制的保证[3]。然而真空变化会带来锅炉各子系统在不同负荷段下稳态工作点的偏移，该偏移势必会影响到机组协调控制的品质。因此必须了解在不同负荷段下真空变化对稳态工作点的影响程度。为了解该影响程度，特在某国产超临界600MW直流机组上进行了变真空试验。

1.1 试验手段

    先通过查看历史数据初步了解真空改变对机组状态的影响程度，然后在同一负荷段下改变机组真空，分析真空改变对各个子系统稳态工作点的影响。

    影响机组真空的主要因素大致可以归纳为以下几个方面[4] [5] ：

    循环水流量、循环水温度的变化；

    真空泵出力的变化；

    机组凝汽量的变化；

    机组真空严密性的变化。

    为了保障机组的安全运行，提高试验中对真空的可控度，试验中采用了启停真空泵和在部分小管路上破坏真空严密性的方法。

1.2 试验数据

    通过历史数据的查看，可以知道真空变化将导致BID工作点和汽机滑压阀位工作点的偏移。BID工作点代表了锅炉侧所需的能量需求，高品质的协调控制系统要求在机组稳态工作时BID工作点与机组实际负荷基本一致。在滑压阶段，稳态工况下的汽机阀位工作点应该基本保持不变，汽机滑压阀位工作点的变化将导致主汽压力、主汽流量等参数的变化。

    图1所示为当真空从-96.5kPa变化到-95kPa时对BID工作点的影响，图中可以看出BID工作点向上偏移约9MW。图2所示为当真空由-95.48kPa变化到-95.94kPa时汽机滑压阀位工作点的变化，从图中可以看出汽机的滑压阀位点由约90%变化至约89%。

                                  图1   真空变化对BID工作点的影响

                                   图2   真空变化对汽机滑压阀位的影响

    随后进行了实际变真空试验，通过在同一负荷段下改变真空的方法获取真空对协调稳态工作点的影响数据。试验过程如图3所示，表1中所示为部分试验数据。

                                图3   真空变化对风、煤、水等基准点的影响

              表1   真空变化试验部分数据(真空变化量：-94.75kPa~-92.21kPa)

              BID工作点变化                 560MW~582MW

              煤量变化                      239t/h~248t/h

              汽机阀位工作点变化            88%~92%

              水量变化                      1680t/h~1780t/h

              风量变化                      2023t/h~2127t/h

1.3 试验结论

    通过分析试验数据，真空变化对协调参数的影响是不能忽视的，如果不考虑真空变化，将导致协调工作点的偏移。必须同时对BID工作点、煤量、水量、风量、BTU基准线等参数进行修正。

2 克服真空变化影响对协调控制参数影响的方法

    根据试验结果，需要同时调整BID-FF、BID-FW、BID-FA和BTU基准线，考虑到负荷不同时凝汽量的变化，在修正逻辑中需要加入负荷段的考虑。完善后相关附加修正逻辑的SAMA图如图4中所示。然后根据真空变化试验分别调整上述逻辑中f(x)函数的修正系数。

                                 图4   真空修正系数的逻辑实现

3 真空变化对协调控制参数修正方法的实现

    在确定修正方法后，在该超临界机组中实际增加了针对BID-FF、BID-FW、BID-FA和BTU基准线的真空修正回路。并根据当前真空值对所有工况点进行了修正，保证了BID工作点和实际负荷的统一，修正后协调控制的控制效果如图5至图8中所示。

                                 图5   真空修正前真空变化时BID的偏移

                                   图6   真空修正后真空变化时BID的偏移

                                   图7   真空修正前负荷变化时BID的偏移

                                  图8   真空修正后负荷变化时BID的偏移

4 小结

    真空随凝汽量的增大而下降，考虑到负荷对真空的作用，加入负荷对真空的修正可以对标准真空起到统一的作用，是必要的。

    真空对机组效率影响甚大，试验中发现该机组在560MW、-92kPa工况下，汽机阀位已达约95%、煤量接近250t/h；当煤质较差且低真空时，很可能无法满足机组满负荷运行的要求，因此可以考虑在真空恶化的情况下采取Runback的方式，对机组的负荷能力进行限制 [6] 。

    考虑到真空对滑压段汽机阀位工作点的作用，可以通过添加真空对滑压曲线的修正来重新定位滑压工作点[7]。但是需要注意当滑压工作点改变后，同样阀位下的一次调频能力和汽机响应特性会发生改变，因此需要调整协调控制参数和一次调频参数。



参考文献

[1] 吴喜军，方瑛，李凯. 真空系统严密性试验对汽轮机热经济性的影响分析[J]. 东北电力学院学报，2008，4: 38~41.

[2] 张炳文，周振起，林志峰. 给定出力660MW机组最佳真空确定方法[J]. 汽轮机技术，2008，10:383~390.

[3] 尹峰，朱北恒，李泉.超(超)临界机组协调控制特性与控制策略[J]. 中国电力，2008，3: 66~69.

[4] 许立敏. 凝汽器性能的运行监视方法[J]. 电站辅机，1998，6: 9~14.

[5] 郑李坤，顾昌. 运行参数变化对凝汽器真空影响的探讨[J]. 汽轮机技术，2002，6:326~364.

[6] 尹峰，朱北恒，项谨，罗志浩. 火电机组全工况自动RB控制策略的研究与应用[J]. 浙江电力，2008，4:5~8.

[7] 孙永平，童小忠，樊印龙. 600MW机组滑压运行方式优化的试验研究[J].热力发电，2007，8:66~68.