600MW机组协调控制系统的分析.docx

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60OMW机组协调控制系统分析发表时间:2006-12-15作者：罗德柱1，马宪民1，卢文科2摘要：国电大同第二发电厂二期2×6OOMW机组汽轮机由哈尔滨汽轮机有限责任公司制造，为亚临界、一次中间再热、四缸四排汽、直接空冷凝汽式，锅炉为东方锅炉股份有限公司与三井-巴布科克公司联合设计的亚临界、自然循环、一次中间再热的Ⅱ型汽包炉。锅炉制粉系统采用6台正压直吹式中速磨煤机，燃烧器前后墙对冲布置。机组热工控制设备采用北京ABB贝利控制有限公司的SymphonyDCS。7号机于2005年4月完成168h试运行，协调控制系统投入良好。一、协调控制分析直接能量平衡(DEB)是大同第二发电厂二期2×600MW机组协调控制系统设计的理论基础。DEB是炉跟机方式下的协调控制，其最大特点在于对锅炉系统的控制，并充分体现了机炉协调控制的原则。1.lDEB协调控制分析在图1汽轮机主控输入信号中，没有引入通常DEB汽轮机一级压力P1或调节阀有效开度P1/PT反馈信号。在自动发电控制(AGC)运行方式下，无论增负荷或降负荷，P1(或P1/PT)信号对汽轮机调节阀开度的响应比实发功率响应快，汽轮机调节阀迅速变化响应负荷要求，但由于锅炉响应负荷慢，汽轮机调节阀迅速反应会引起汽压剧烈变化和波动，对运行不利。汽轮机主控实发功率输入信号加1个滞后环节，也是基于上述原因。DEB的思想主要体现在锅炉主控上，几个关键变量如下:(1)汽轮机一级压力P1;(2)汽轮机调节阀有效开度片P1/PT;(3)能量平衡信号(P1/PT)×PT0;(4)热量信号HR=P1+C(dPd/dt);(5)热量指令BD=(P1/PT)×PT0+(P1/PT)×PT0×K1×d((P1/PT)×PT0)/dz+K2×dPT0/dt。汽轮机一级压力P1的引入是DEB的关键。由于P1既线性地反映了蒸气流量D的变化，又线性地反映了功率PE的变化，这就为锅炉和汽轮机之间的能量变化建立了统一的量纲，即P1间接地反映了锅炉和汽轮机之间的能量平衡。由图1可知，热量信号HR作为锅炉主控调节器的被调量，热量指令BD作为锅炉主控调节器的设定值。锅炉的热量信号HR=P1+C(dPd/dt)，其中Pd是汽包压力，C是蓄热系数。热量信号表征了锅炉的能量总输入，任何锅炉侧的扰动，如煤质的变化、燃烧工况的变化或是其中某一种燃料的扰动(煤、油混合燃烧时)都将快速地反映到热量信号的变化。在负荷变动时，由于C×dPd/dt项代表锅炉的蓄能变化量，热量释放信号是锅炉主蒸汽做功能力的综合指示信号，调节热量信号即准确地调节了工质带入汽轮机的能量流量。DEB方案体现了锅炉快速响应负荷的思想，能量平衡信号(P1/PT)×PT0是BD的主体，反映了汽轮机对锅炉的能量要求，这就为机炉动态过程中协调两个控制器回路的工作提供了一个比较直接的能量平衡信号。P1/PT对调节阀开度微小的变化反应灵敏，(P1/PT)×PT0进一步反映了汽轮机能量要求。在稳态时，PT=PT0，(P1/PT)×PT=P1，它代表汽轮机的即时功率。在过渡过程中，PT≠PT0，(P1/PT)×PT0等于未来达到稳定时的P1值，代表汽轮机的预期功率。(P1/PT)×PT0×K1×d((P1/PT)×PT0)/dz代表汽轮机功率的变化在单位时间内锅炉所需补充的蓄热。K2×dPT0/df代表压力定值变化在单位时间内锅炉所需补充的蓄热。汽轮机功率和压力定值的微分项作用是在动态过程中加强燃烧率指令，以补偿机炉间对负荷的响应速度的差异(协调)和压力定值变化所要调节的蓄热(保证汽压较小的变化率，补偿压力损失)。由上述分析可知，热量指令BD完全代表了负荷变化所需的全部能量变化，反映了锅炉快速、准确地调节燃烧工况以适应负荷的变化。稳态时，调节器的被调量应等于设定值，各微分项为零。即BD=HR=P1。1.2DEB动态分析(1)汽轮机调节阀有效开度为P1/PT，其变化并不会导致热量信号HR=P1+C(dPd/dt)的变化，即热量信号HR=P1+C(dPd/dt)不受调节阀开度变化的影响，也就是在控制系统中解除了汽轮机调节阀对燃料量的影响。因此，DEB系统实现了解耦控制(单向解耦)，将机组的协调控制变成了一个类似以燃料控制为内环、以负荷控制为外环的串级控制。(2)锅炉燃烧系统的增益系数具有较强的非线性，其增益一般随负荷的升高而降低。由BD=-HR=P1/PT(PT0-PT)-C(dPd/dt)+(P1/PT)×PT0×K1×d((P1/PT)×PT0)/dt十K2×dPT0/dt可以看出，DEB控制是在某种程度上的变比例调节，其变比例系数为P1/PT，它在变化方向上部分抵消了锅炉燃烧系统的非线性，对负荷的变化有一定的自适应能力。(3)从锅炉内扰来看，当燃烧率自发增加时，C(dPd/dt)迅速增大