摘要：随着用电需求的不断复杂，电厂面临着更加复杂的调峰和调频工作。电厂机组的运行不仅要满足快速调变负荷的要求，还要保证整个机组的稳定运行，因此对于协调控制系统要求较高。本文对1000MW机组的协调控制系统进行分析研究，以期为相关的电厂操作提供参考。
关键词：协调控制性系统；应用研究；机组
1引言
目前，我国的电力能源主要来自于燃煤火力发电。而一般情况下，火力发电电厂均面临着一个问题，即发电效率不高，存在较大的改善空间。提升电厂发电效率的一个方法就是引进超超临界机组。另外，经济不断发展，对于电力的需求也是逐渐地增加和日趋复杂，电厂机组的协调控制也面临着巨大的挑战。在新形式下，电厂需要更加频繁的调峰和调频，此外在调变系统的过程中也需要保证自身机组的运行正常和稳定。电厂中最终的设备是锅炉和汽轮机，锅炉和汽轮机的调变过程存在明显的不同，锅炉的调变特性是延迟高、惯性高，而汽轮机的调变过程特性是反应快、惯性小。因此，火电机组的协调控制系统需要结合机组设备的具体运行特征，采取有效的控制措施，使得汽轮机和锅炉的运行能够随着电网需求变化而同时变化，从而满足电网的需求，同时也能够保证机组的稳定运行。火电机组的协调控制系统应用和研究必须为全机组的运行提供有效的保证。针对此，本文主要对电厂1000MW机组的协调控制系统进行研究，对影响控制效果的因素进行探讨。
2协调控制系统概述及研究现状
火电机组的协调控制主要对电厂的主要设备（汽轮机和锅炉）进行整体性系统考虑，通过相应的控制方法实现对机组指标控制，以保证机组可以实现稳定运行。该过程主要以直接和间接能量平衡为控制基础，在协调过程中，使用的控制方法主要有前馈和反馈调节、线性控制方法和非线性控制方法等。电厂机组通过协调控制实现机组快速响应且稳定运行的基本目的。
我国自上世纪80年代开始研究电厂的协调控制系统，对于协调控制系统有三个基本的层面:机组与电网负荷要求的协调、电厂中锅炉和汽轮机的协调、锅炉中风煤比和给水系统的协调。
电厂机组协调控制系统按照不同的特性可以分成几个不同形式：按照前馈回路不同，协调控制系统分为基于直接能量平衡的协调控制与基于间接能量平衡的协调控制；按照反馈回路的不同，协调控制系统可以分为锅炉跟随汽轮机、汽轮机跟随锅炉、锅炉和汽轮机共同协调控制方式。能量平衡协调控制即将锅炉和汽机作为一个有机紧密联系的整体来控制,它以锅炉跟随为基础，将汽机的能量需求作为锅炉指令,在锅炉燃料调节器入口直接同锅炉的热量信号比较,使机、炉之间的能量供求关系得到快速平衡,进而简洁且有效地实现机炉一体化协调控制。锅炉跟随汽轮机也称BF方式，是汽轮机的基本负荷控制方式，即负荷变化时，首先汽轮机调节其开度，以适应负荷的要求；在汽轮机调节的同时锅炉调节其燃料量、送风量、水量等指标以满足汽轮机的需求。汽轮机跟随的控制方式简称为TF方式，外界负荷增加时，锅炉的功率控制器输出增加，增加燃烧率；随着锅炉功率增加，汽轮机的发电机输出功率增加，从而使得汽轮机的功率与给定功率逐步平衡。
DCS系统是分布式控制系统的简称，又被称为集散控制系统。顾名思义，分布式控制系统是相对于中央式控制系统而言的，对比中央式控制系统，DCS更加方便快捷，稳定性更高，因此，DCS是一种新型的计算机控制系统。不过，它也是在中央式控制系统的基础上发展、演变而来的。DCS控制系统一般包括以下组件：数据采集处理组件（DAS）；模拟计算控制组件（MCS）；开关量顺序控制（SCS）以及热工保护组件。工作原理是DAS采集数据，在MCS中模拟计算，通过比较计算值和测量值，通过PID控制系统回路。主要通过SCS控制各个阀门完成调节变量。热工保护组件主要用于保护系统，遇到危险情况、或者某变量超过预警量时报警，来提醒工作人员系统异常，或者直接跳闸。DCS系统主要特点：高可靠性、开放性、灵活性、易于维护、协调性以及控制功能齐全等特点。DCS的研究和应用使得工艺参数以集中画面式的方式提供给操作人员，对于系统的稳定性有较大程度的提升。DCS的应用和发展推动控制协调系统的不断发展。
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3机组协调控制主要影响因素及存在问题
3.1 锅炉相应的延迟特性
火电机组锅炉的延迟特性主要是由于煤量改变到蒸汽相应产生变化之间的所需要的时间。锅炉在接到相应的调变指令后，锅炉的延迟特性与锅炉的结构和运行参数存在一定的关系。一般认为，中储式制粉系统比直吹的制粉系统延迟小得多，然而通过相关的研究结果表明，通过工艺的改变比较难以调整锅炉的延迟特性，其主要与锅炉的本身特性有关。
3.2 锅炉的蓄热能力
总体来讲，锅炉的蓄热能力影响因素如下，锅炉金属中所存储的能量释放存在一定的时间，对于受热面的能量释放更是如此。机组处于滑压运行时，参数的改变对于锅炉的蓄热能力改变影响最大，负荷越大其蓄热量释放越大。这也就造成了锅炉的较大的热惯性。
3.3 系统的复杂性
机组实现负荷控制和改变的过程是通过一系列的子过程来完成的，如主给水、锅炉燃烧等，整个机组的调变效果与各个子系统的协调及各个子系统自身运行效果存在关系。由于两个子系统之间存在相互的联系，因此整个系统自身是一个强耦合性变量系统。例如：蒸汽压力控制和负荷控制之间存在调节耦合，因此两者的解耦和匹配较为困难。
3.4 对象的时变和非线性
电厂机组的变化是一个实时动态变化和非线性变化过程，如果按照线性调节控制的方法进行调节，可能会导致机组不稳定运行，影响企业运行稳定性。另外，由于控制方法与实际运行过程之间不符合，因此相关的指标控制难以实现最优运行，使得机组控制效果较差。
4协调控制问题的优化策略
4.1 结合机组的锅炉压力的响应特性，建立相应的数学模型，从而拟合压力定值曲线，使得机组在滑压运行中压力定值和实际的压力变化一致，从而避免了系统中的动态偏差及超调的情况出现。
4.2 电厂中主控负荷指令调节比例、微分时间调节的方式可以采取可变微分时间和固定微分时间相结合的方式，在锅炉负荷和设定的负荷存在较大差距时，采取较大的微分时间调节，使得机组负荷较大程度地向设定负荷方向移动，在动态变化过程中，允许一定的超调量。当锅炉的负荷和设定负荷接近时，负荷超调量调小，不仅可以最大程度上提高锅炉的负荷响应速率，而且负荷指令到位后超调而造成的静态偏差。
4.3 在机组的调变过程中，机炉之间存在严重的耦合现象，为了实现解耦，锅炉主控中引入一个“汽机能量需求信号”代替“机组负荷”作为被调量。汽机能量需求信号基于汽机对能量需求计算而得，表示的是汽机在任何工况下为满足机组负荷需求做功对锅炉能量的需求量。该信号作为被调变量，通过调节炉膛内的能量实现整体系统的能量平衡。由于该信号只反映能量的需求量，锅炉发生的扰动不会影响到汽机，汽机内部的扰动也通过自身克服，实现了完全解耦。
5结语
在新形式下，电厂需要更加频繁的调峰和调频，此外在调变系统的过程中也需要保证自身机组的运行正常和稳定。只有保证协调控制系统的有效性，才能保证电厂安全稳定地完成供电需求任务。
参考文献：
[1] 白旭. 单元机组协调控制系统的分析与先进控制策略研究[D]. 华北电力大学, 2015.
[2] 罗鹏. 火电厂协调控制系统建模及控制方法的研究[D]. 华北电力大学, 2016.
[3] 朱传鹏. 1000MW超超临界机组协调控制系统设计及其改进[D]. 燕山大学, 2014.
论文作者:吴相凌
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/16
标签：机组论文; 锅炉论文; 汽轮机论文; 控制系统论文; 负荷论文; 电厂论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第28期论文;