单元机组协调控制系统的分析与优化

吕晓娟　赵津津　李献忠

摘 要：本文分析了协调控制系统的结构特点，将智能控制方法应用到协调控制系统中，引用“预见控制”和“解耦控制”理论形成协调控制方案，用来提高系统的稳定性、准确性和快速性，完善和解决基础协调控制系统的缺陷之处。

关键词：智能控制；协调控制；CCS

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.116

1 协调控制系统的含义和结构

协调控制系统的主要设计思想是将锅炉和汽机作为一个整体，完成对负荷和主汽压的控制，实现锅炉风、煤、水的协调动作。协调包含三层含义，一是机组与电网需求的协调，包括了电网AGC控制和一次调频控制两个方面；二是协调锅炉主控系统与汽机主控系统，提高锅炉侧的反应速度，减少主汽压的波动；三是锅炉风、煤、水子系统的协调。

为了解决大系统的控制问题，把锅炉和汽轮机作为一个整体进行控制，能响应电网负荷需求指令，将内部主要运行参数维持在正常范围内。保证单元机组较快响应外部功率，具有一定的一次调频能力，对内保持主蒸汽压力在允许范围内。协调控制系统具有大系统的解决方案，先将大系统分成二级递接系统，上位级是单元机组主控系统，下位级是锅炉主控系统和汽机主控系统，最下层是机炉广义被调对象。下图为单元机组协调控制系统的结构图。

机炉主控制系统都具备多种的控制方式，按锅炉和汽轮机的调节任务的不同，可划分位以下几种控制方式。炉跟机控制方式、机跟炉控制方式和机炉协调控制方式。前两种方式基本都是锅炉、汽轮机相对独立的方式，协调控制方式又分为以炉跟机为基础的协调和以机跟炉为基础的协调。协调方式對锅炉侧加负荷前馈信号，利用锅炉蓄热加快锅炉侧的反应速度，采用非线性环节限制主汽压的变化范围。图2为单元机组协调控制系统的组成图。

2 单元机组CCS方案设计

为了响应电网调度，目前单元机组协调空盒子系统绝大部分采用直接能量平衡型，以炉跟机为基础，采用负荷指令信号间接平衡的控制方法。经典PID控制附加前馈的控制方法已无法适应当前的生产和控制精度要求，需要在经典空盒子方案的前提下，融合多种现代空盒子理论，引入智能算法，与传统控制系统取长补短，提高协调控制的控制效果，图3为引用“预见控制”和“解耦控制”理论形成的CCS控制方案。

本方案的优势在于：

（1）引用“预见控制”理论，变微分时间和固定微分时间两种方式融合一起，当负荷指令接近目标负荷时，微分时间逐渐减小。通过微分时间的调整，可以在负荷变化初期实现较大的变化速率，提高锅炉侧的响应速度，并且，系统的超调量在负荷接近目标负荷时逐渐减小。

（2）根据数学模型模拟压力定制曲线，在机组滑压运行区间内，使压力目标值与实际主汽压值同步变化，这样，能够减小系统的动态偏差，克服系统的超调。

（3）一般通过拟合锅炉负荷响应特性，通常为惯性环节，产生汽机主控指令。该方案叠加一微分环节，微分时间根据负荷指令的变化速率进行调整（300MW机组汽包炉可设为60s左右），在负荷指令变化初期，使汽机调门过开，目的是充分利用锅炉的蓄热，提高机组的反应速度。

综上所述，协调控制系统常见的问题包括锅炉、汽机动态特效的相互耦合关系，提高系统负荷响应能力与实现系统稳定性之间的矛盾。破解这一难题的重点在于如何形成适当的目标负荷和主汽压给定值，使该定值与机组的动态特性相适应，有机协调锅炉和汽机，使之共同工作满足电网的负荷要求。当不确定因素发生时，通过解耦控制提高协调控制系统的适应能力。

参考文献：

[1]苗锐.600MW机组协调控制系统的逻辑优化研究[J].商情，2013（01）.

[2]戈黎红，杨景祺.超临界机组控制策略分析[D].上海发电设备成套设计研究所.

基金项目：郑州电力高等专科学校校级科研项目《大机组协调控制系统优化研究》，项目编号ZEPCKY2018-25