摘要：文章簡要地介紹了張家口發(fā)電廠在不同DCS上投運(yùn)AGC的運(yùn)行狀況及原因分析，并對如何提高AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)提出了幾點(diǎn)參考建議。
關(guān)鍵詞：DCS AGC 協(xié)調(diào)控制 調(diào)節(jié)品質(zhì)
我廠目前總裝機(jī)容量為8×300 MW，全部為國產(chǎn)中間再熱、燃煤汽包爐。1號和2號機(jī)組DCS采用美國Honeywell公司的TDC3000分散控制系統(tǒng)；3號和4號機(jī)組DCS采用德國SIEMENS公司的TELEPERM ME型分散控制系統(tǒng)；5、6、7、8號機(jī)組DCS采用美國MAX1000+PLUS型分散控制系統(tǒng)，最后一臺機(jī)組于2001年8月投產(chǎn)。目前8臺機(jī)組全部投入AGC（自動發(fā)電控制）商業(yè)運(yùn)行。AGC是保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高電網(wǎng)運(yùn)行水平的重要措施之一。目前，電力行業(yè)的公司制改組、商業(yè)化運(yùn)營和法制化管理等改革正在推進(jìn)。電網(wǎng)和電廠經(jīng)營管理的分離，技術(shù)上對連接電網(wǎng)和電廠的自動發(fā)電控制（AGC）提出了新的要求。
1 AGC工作原理
1.1 AGC涉及的設(shè)備范圍
AGC涉及到以下設(shè)備：中調(diào)側(cè)指令、電氣側(cè)RTU、鍋爐和汽機(jī)DCS系統(tǒng)。信號傳遞示意如圖1。
1.2 AGC與協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)關(guān)系
AGC投運(yùn)的前提條件是機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)正常運(yùn)行，這是AGC投入的關(guān)鍵因素。AGC與協(xié)調(diào)控制方式的主要差別在于：負(fù)荷指令給定方式不同。AGC方式：負(fù)荷指令由中調(diào)通過相應(yīng)裝置傳遞到機(jī)組DCS系統(tǒng)。協(xié)調(diào)控制方式：負(fù)荷指令主要由操作員給定。了解了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)工作原理，也就了解了AGC工作原理。
1.3 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)工作基本原理
大型單元機(jī)組在生產(chǎn)工藝流程上是個密切聯(lián)系的整體，是個多輸入多輸出的系統(tǒng)，對象特性極其復(fù)雜。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是：汽機(jī)調(diào)節(jié)器和鍋爐調(diào)節(jié)器同時承擔(dān)功率和機(jī)前壓力調(diào)節(jié)任務(wù)，而且它們協(xié)調(diào)工作，故稱為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。按經(jīng)典控制理論，其主要輸入信號為汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開度和燃燒率M，輸出信號為機(jī)前壓力和發(fā)電機(jī)實(shí)發(fā)功率。
負(fù)荷調(diào)整過程說明：
當(dāng)要求負(fù)荷增加時，功率定值大于實(shí)發(fā)功率，出現(xiàn)正的功率偏差信號，此信號送到汽機(jī)調(diào)節(jié)器開大調(diào)節(jié)閥，增加實(shí)發(fā)功率。同時這個信號作為前饋信號按正方向作用到鍋爐調(diào)節(jié)器，增加燃燒率，提高蒸發(fā)量，滿足外界負(fù)荷要求。當(dāng)汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開大時，會引起機(jī)前壓力下降，雖然這時前饋信號已通過鍋爐調(diào)節(jié)器增加燃燒率，但由于燃燒率到
2 我廠AGC現(xiàn)狀
我廠八臺機(jī)組于2003年初已全部投入AGC商業(yè)運(yùn)行，至今運(yùn)行情況基本良好。由于各臺機(jī)組之間設(shè)備健康水平有異，協(xié)調(diào)控制策略也有所不同，在調(diào)節(jié)品質(zhì)有一定差異（如表1）。
表1
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機(jī)組 |
AGC現(xiàn)狀 |
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1分鐘負(fù)荷響應(yīng) |
30MW負(fù)荷擾動速率變化 |
負(fù)荷及壓力穩(wěn)定性 |
負(fù)荷及壓力超調(diào) |
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#1機(jī) |
有 |
3600W/分 |
一般 |
0.5MPa |
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#2機(jī) |
有 |
3600W/分 |
一般 |
0.5MPa |
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#3機(jī) |
有 |
3600W/分 |
一般 |
0.5MPa |
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#4機(jī) |
有 |
3600W/分 |
一般 |
0.5MPa |
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#5機(jī) |
明顯 |
4600W/分 |
優(yōu) |
0.3MPa |
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#6機(jī) |
明顯 |
4000W/分 |
良 |
0.4MPa |
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#7機(jī) |
明顯 |
3800W/分 |
良 |
0.4MPa |
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#8機(jī) |
明顯 |
3800W/分 |
良 |
0.4MPa |
我廠機(jī)組協(xié)調(diào)控制策略有兩種，1—4號機(jī)組采用間接能量平衡方式。既當(dāng)AGC指令下達(dá)后分兩路按不同速率送出，一路到鍋爐主控改變?nèi)剂狭�，一路到汽機(jī)主控改變汽機(jī)調(diào)門開度。當(dāng)主蒸汽壓力偏差過大時，增加調(diào)節(jié)汽門動作的限制作用。由于有壓力偏差限制，有利于能量供求平衡，控制穩(wěn)定。但另一方面，由于有壓力偏差限制，調(diào)節(jié)汽門在起始階段動作較緩，不能充分利用鍋爐蓄熱能力，使負(fù)荷響應(yīng)的純遲延時間增加。這在操作員設(shè)定負(fù)荷指令時影響不大，但當(dāng)接受ADS指令進(jìn)行AGC自動控制時，中心調(diào)度控制器不能及時收到負(fù)荷變化的反饋指令，將對負(fù)荷調(diào)節(jié)產(chǎn)生不良影響。
5—8號機(jī)組機(jī)協(xié)調(diào)控制策略采用直接能量平衡方式，既當(dāng)AGC指令下達(dá)后按一定的速率（6KW/M）下發(fā)給汽機(jī)主控。汽機(jī)主控通過調(diào)節(jié)汽機(jī)調(diào)門控制機(jī)組負(fù)荷，用汽機(jī)速度級壓力和機(jī)前壓力計算出的汽機(jī)能量需求信號轉(zhuǎn)化成鍋爐燃料量和風(fēng)量的控制信號，決定鍋爐熱量釋放的信號由燃料量和汽包蓄能給出，汽機(jī)能量需求與鍋爐熱量釋放的平衡將機(jī)前壓力控制在機(jī)組負(fù)荷指令所對應(yīng)的機(jī)前壓力設(shè)定值的有效范圍內(nèi)。由于直接能量平衡方式在負(fù)荷改變初期能夠快速改變調(diào)節(jié)汽門開度，因此負(fù)荷適應(yīng)性較好。
總的來說，＃5～＃8機(jī)組由于投產(chǎn)時間較短，機(jī)組設(shè)備狀況較好和所采用的DCS控制系統(tǒng)的功能較強(qiáng)，其AGC方式下的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要明顯優(yōu)于前4臺機(jī)組。＃1、＃2機(jī)組由于投產(chǎn)時間長，機(jī)組的主要設(shè)備老化或偏離設(shè)計工況的現(xiàn)象嚴(yán)重。特別是當(dāng)前運(yùn)行煤種與當(dāng)初的設(shè)計煤種相差太大，當(dāng)煤質(zhì)較差時一期四臺機(jī)組磨煤機(jī)的最大出力每小時為29～35t/h不等，大大超出原設(shè)計工況，這樣無論是磨煤機(jī)還是一次風(fēng)機(jī)都顯得出力偏小，各臺磨基本都運(yùn)行在極限煤量狀況，熱工自動系統(tǒng)已無調(diào)節(jié)余量，經(jīng)常造成PID調(diào)節(jié)器積分飽和，調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈。從熱控系統(tǒng)來說，＃1、＃2機(jī)組DCS采用的是美國霍尼韋爾公司的產(chǎn)品，該系統(tǒng)基本上屬于第一代或第二代DCS產(chǎn)品，系統(tǒng)容量已經(jīng)接近其上限，對控制邏輯的完善和優(yōu)化工作已很難完成。＃3、＃4機(jī)組DCS采用的是德國西門子公司的TELEPERM ME系統(tǒng)，該系統(tǒng)功能較弱，難以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的邏輯控制如煤質(zhì)在線校正等。
3 影響AGC投入指標(biāo)的主要原因
3.1 煤質(zhì)差并且不穩(wěn)定
2003年以來，由于煤電市場的影響，電煤供應(yīng)很不穩(wěn)定，煤質(zhì)變化范圍變化很大。機(jī)組在300MW負(fù)荷工況下，給煤量在 160t/h的情況很多，高達(dá)180 t/h也很常見，最高有過220 t/h才能帶300MW負(fù)荷。煤質(zhì)不穩(wěn)使300MW滿負(fù)荷的煤量變化范圍高達(dá)110~200 t/h，這對于采用常規(guī)PID調(diào)節(jié)回路的熱工調(diào)節(jié)系統(tǒng)而言很難適應(yīng)。
3.2 輔機(jī)系統(tǒng)，特別是制粉系統(tǒng)出力不足，基礎(chǔ)自動差
我廠各機(jī)組設(shè)計為六臺制粉系統(tǒng)，一期四臺機(jī)組磨煤機(jī)的最大出力每小時29t/h至35t/h不等，大大超出設(shè)計工況，無論是磨煤機(jī)，還是一次風(fēng)機(jī)，都顯得出力偏小，各臺磨基本都運(yùn)行在極限煤量狀況，熱工自動系統(tǒng)已無調(diào)節(jié)余量。經(jīng)常造成PID調(diào)節(jié)器積分飽和，調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈。
3.3 控制系統(tǒng)的可用性差
一期機(jī)組DCS均屬于其早期產(chǎn)品，加上投產(chǎn)時間較長，系統(tǒng)容量基本飽和，難以做大的邏輯改進(jìn)，使一些先進(jìn)的控制思想難以實(shí)現(xiàn)。
3.4 AGC參數(shù)調(diào)整的條件差
由于近期電網(wǎng)負(fù)荷需求較高且廠里有搶發(fā)電量的大任務(wù)，調(diào)試時負(fù)荷無法按要求升降，所以無法順利地進(jìn)行AGC的調(diào)整工作。
4 提高AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)的幾種方法
4.1 充分利用鍋爐的蓄熱能力
在接到負(fù)荷指令后，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門不加任何遲延地迅速打開，并放寬限制調(diào)節(jié)汽門動作的壓力波動允許值，能有效地縮短純遲延時間τ(可達(dá)1.0～1.5 min)。其結(jié)果是引起參數(shù)大幅度波動和調(diào)節(jié)過程延長，常常不得不將參數(shù)的運(yùn)行設(shè)定值降低，不利于安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整遲延環(huán)節(jié)中的時間常數(shù)和階次，達(dá)到縮短純遲延時間和減少參數(shù)波動，兩者兼顧的目的。
4.2 增強(qiáng)煤量和一次風(fēng)量的前饋?zhàn)饔?/SPAN>
利用負(fù)荷變化的前饋信號，迅速改變給煤量，使鍋爐的燃燒率發(fā)生變化，適應(yīng)負(fù)荷變化需要。但因制粉過程存在一段純遲延時間，不可能有效地縮短純遲延時間，而預(yù)先加入的給煤量在純遲延時間后，可提高負(fù)荷的變化速率。如利用負(fù)荷變化的前饋信號同時改變一次風(fēng)量，充分利用磨煤機(jī)內(nèi)的蓄粉來快速響應(yīng)負(fù)荷需要，可有效地縮短純遲延時間，免去了制粉過程所耗費(fèi)的時間，適當(dāng)調(diào)整前饋信號強(qiáng)度可使τ達(dá)到1.5～2.5 min。
4.3 控制方式的改進(jìn)
對于有遲延的調(diào)節(jié)對象，在控制方式上已有許多對策，目前根據(jù)操作員經(jīng)驗(yàn)采用人工智能方法，如規(guī)則控制、模糊控制等方式。因此，對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中控制器控制策略進(jìn)行改造，應(yīng)視為提高AGC響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)品質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。
