火电机组协调控制系统研究

庄子丰

（大唐长山热电厂，吉林 松原131109）

0 引言

电力供应不足在某段时间内大大制约了我国经济的快速发展，随着电力行业的迅速发展，这一现象得到了缓解。然而，在电网技术的发展过程中，大中型火力发电机组逐渐改变了运作方式，在用电高峰期，日益增长的电力需求使得传统的自控系统已无法保证机组安全、经济、稳定运行，所以研究一种新的适用于大中型火力发电机组的控制方案——火力发电机组协调控制系统，既能提高系统运行的安全稳定性，又可为火力发电机组实现自动发电控制提供保障，而且在成本控制和服务社会等方面也能起到很好的促进作用。

1 协调控制系统的特点

火力发电机组的协调控制系统主要由机组主控系统、下辖自控系统和被控对象构成。其中，主控系统是协调控制系统的核心部分，它又可分成负荷冷处理器和机组主控制器两大部分。协调控制系统具有复杂性、全过程性、结构性、非对称性和模糊判断等特点。

1.1 复杂性

系统的复杂性体现在和火力发电机组协调控制系统中被控对象相关联的某些变量间有耦合关系，并且随着时间变化控制对象的动态和静态特征也跟着变化。更为复杂的是，在控制系统中还有很多因素是不确定的、随机变化的，比如说磨的启动和停止不确定、给水的水质不确定、吹灰控制不固定等。因此，在协调控制系统的理论中还有许多诸如解耦、抗干扰、鲁棒性等实际问题有待解决，这不免使得火力发电机组协调控制系统的复杂性进一步增加。

1.2 全过程性

电力生产过程应该是连续性的，这就要求协调控制系统在火力发电机组的运行过程中是一直运转的，即具备全过程特性。全过程特性是客观的事实，也是协调控制系统的一个特点。但目前的技术水平还不能保证协调控制系统的全程不间断运行，因为辅机在低负荷时自启自停的自动化方案还未得到很好的实现。

1.3 结构性

协调控制系统是结合前馈和反馈并运用各种数据间的相互关系这种结构式的控制理念进行工作的，这使得协调控制系统可以从容面对火电厂各种复杂的工作环境。

1.4 非对称性

在火力发电机组协调控制系统中，绝大部分的延迟、外部干扰和不确定性都发生在锅炉侧，这就导致了锅炉控制器在控制机前压力和响应负荷指令上出现不对称性。这种不对称的响应速度差异是协调控制系统的又一特点，相对于协调控制系统中其他变量来说，不对称性表现出很多不同的特征。

1.5 具备模糊判断的能力

协调控制系统要保障火力发电机组的稳定运行，具有平衡能力。这不仅体现在平常运行中保证按需配置电量，也体现在按可能需要配置电量。根据现有的设备条件，能大致判断出实际工作过程中的需要与可能需要，正是协调控制系统模糊判断能力的体现。

2 协调控制系统的功能

火力发电机组协调控制系统就是在充分考虑机、炉调节各自的特点和差异后，通过采取特定的措施，让它们随着电网负荷的要求而变化，在接受外部负荷指令后，结合主要运行参数的偏差进行协调的控制，在保证主要参数稳定的前提下，满足电网负荷的要求。协调控制系统主要的功能有：

2.1 方便在人工调节和智能控制之间切换

协调控制系统的这一功能使其能同时接收工作人员人工输入的改变负荷的指令和电网中的调峰调频指令，以确保火力发电机组输出的功率和电能质量能快速响应电网的需求。不断提高的电力工业自动化水平对火力发电机组协调控制系统提出了更高的要求，如稳定性要强、能适应负荷的大范围变动、能随时跟踪负荷静态和动态变化等。协调控制系统若不能满足这些苛刻的要求，就必须人为地进行干预。

2.2 快速响应并为机组安全运行提供保障

当火力发电机组设备在正常运行过程中出现意外时，协调控制系统能快速响应，自动采取有效的应对措施把故障的影响降到最低，使火力发电机组不至于全部停转，同时还能保证机组设备的安全。当负荷发生改变时，协调控制系统能在安全允许的范围内有效控制负荷波动的大小和快慢。

2.3 使机组稳定运行

在保证火力发电机组安全运行的前提下，最好还能使其稳定运行，这样才能产生良好的经济效益。火力发电机组运行过程中会遇到各种内因和外因的变化，协调控制系统的存在恰恰能有效检测出这些干扰因素并随之做出调整，从而维持各种子控制回路之间的平衡。

2.4 能有效和其他控制系统进行信息交流

火力发电机组的正常运行并不是只由单一的协调控制系统决定的，还有很多诸如数据采集、程序控制、安全监控等系统的存在，协调控制系统在执行闭环控制任务时，具备与其他系统随时进行信息交换的功能。

3 协调控制系统的运行方式

我们所说的协调控制系统一般是指通过汽机指令和锅炉指令调节主蒸汽压力和电负荷的联合调节系统，此协调控制系统的控制策略或者说运行方式一般有6种，具体如下：（1）手动方式。火力发电机组的锅炉主控和汽机主控都是手动运行的，在这种运行方式下，由工作人员控制机组的正常运行，主控系统的目标负荷指令则随着机组的实发功率而变化。这种方式主要适用于火力发电机组的启动以及负荷较低时的运转，另外，在汽机和锅炉辅机出故障时也选择这种方式。（2）锅炉跟踪方式。在这种控制方式下，锅炉和汽机是分开控制的，它可以使锅炉的蓄热得到充分利用，并使机组快速响应外界的负荷指令。然而该控制方式存在着不利于锅炉安全稳定运行的因素，那就是锅炉固有的惯性和延时性所导致的主蒸汽压力的大幅度波动。该方式主要适用于汽机部分设备运转异常或限制机组负荷时，还适用于参与电网调频的机组。（3）汽机跟踪方式。在这种控制方式下不接收任何负荷指令，仅由锅炉提供的输出负荷来决定机组的输出功率，而锅炉的输出功率又是手动控制的，因而该方式适用于没有投入自动控制的锅炉设备或者锅炉设备的自动投入辅助功能不能正常运转时，还适用于低负荷运行的情况。（4）以汽机跟踪为基础的协调方式。在这种方式下，由锅炉承担火力发电机组输出功率的调整任务，但锅炉主控和汽机主控都是自动运行的。主汽压力由汽机来维持，在接收由工作人员手动给定或电网调度分配的目标负荷的前馈信号的同时参与电网的一、二次调频。该方式主要适用于带基本负荷的机组。（5）以锅炉跟踪为基础的协调方式。这种方式下维持主汽压力的是锅炉，目标负荷的前馈信号也由锅炉接收。汽机在这种控制方式中承担机组输出功率的调整任务。该方式主要适用于参与电网调峰的机组。（6）机炉协调方式。这其实就是把炉跟机协调方式和机跟炉协调方式这2种控制方式结合起来并取长补短。在这种控制方式下，锅炉承担着调压的功能，汽机承担着调功和调压2种功能（调压为主）。锅炉承担火力发电机组输出功率的调整任务，接收由工作人员手动给定或电网调度分配的目标负荷的前馈信号。机炉协调方式更适用于带基本负荷的机组。

4 结语

就目前的发展现状而言，火力发电机组协调控制系统所采用的控制方式并不是单一的，它是上述几种方式的结合，只有这样才能弥补各个协调方式中存在的缺陷，使火力发电机组的运行更加安全和稳定。

［1］冯祥凯.600 MW亚临界单元机组协调控制系统分析［J］.现代商贸工业，2010（6）

［2］姜崇鹏.火电厂单元机组协调控制系统的研究［D］.兰州理工大学，2009

［3］林文孚，胡燕.单元机组自动控制技术［M］.第2版.中国电力出版社，2008