优化协调控制系统提高机组AGC性能指标

刘庆余 翟秀荣

摘  要：本文针对石横热电有限公司#1机组协调控制系统问题进行了分析，通过对影响机组协调品质的控制策略进行诊断，并采取相应改进措施。从而确保#1机组的协调控制系统能稳定、可靠地投入运行，并进一步投入AGC功能，以适应现代化大电网运行管理的需要，满足电网调度两个细则的考核要求。

关键词：AGC;MCS;协调控制;优化

中图分类号：TK323   文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2021）11-0000-00

0引言

DCS协调控制系统（CCS）采用的是基于锅炉跟随方式（BF）的协调控制策略：锅炉主控器以负荷指令经滑压曲线函数折算的压力设定值作为设定值[1]，以实际主汽压力作为调节量，调节结果为锅炉热负荷目标值，进而通过调整风、燃料，使锅炉热负荷匹配机组电负荷。随着发电机组运行时间越来越长，燃煤掺烧、机组老化及设备缺陷，使得控制系统的调节品质逐渐下降，严重时協调控制系统甚至无法正常投入。此外，电网两个细则的逐步实施，对机组的AGC性能指标也提出了更高的要求。

1 设备概况及存在的问题

国家能源集团山东石横热电有限公司#1机组容量315MW，锅炉由上海锅炉厂按照美国C-E燃烧工程公司技术专利设计制造、生产的亚临界压力、一次中间再热强制循环，单炉膛，倒U型半露天布置，钢架结构，固态排渣汽包炉。锅炉型号：SG1025/18.3-M840。汽轮机主机设备为上海汽轮机厂生产的亚临界、中间再热、高中压合缸、双缸双排汽、凝汽式汽轮机。型号为N300-16.7（170）/537/537。发电机由上海电机厂制造生产的水氢冷汽轮发电机。型号为QFSN-300-2。

DCS协调控制系统（CCS）锅炉侧采用的是直接能量平衡控制系统：锅炉调节器定值采用机组热量需求信号，公式为Nb=P1/Pt×Ps+Cg×dPs/dt，调节量采用热量信号，公式为HR=P1+Ck×dPb/dt。在稳定工况下，dPb/dt=0，因而可以得到Pt=Ps，机前压力达到稳定状态[2]。汽机调节器定值采用经高低限幅和速率限制后的目标负荷值，调节量采用机组实发有功功率信号，调节器输出值作用于DEH控制器动作汽机调门，达到控制机组负荷的目的。[3]。

我厂#1机组机组老化现象严重，在投入AGC时，存在主汽压力、风量、煤量波动大的问题，性能指标较差，此时需要通过控制策略的优化来弥补控制系统性能的下降。

2 优化的目的

2.1 CCS控制系统优化及试验

通过对影响机组协调品质的控制策略进行诊断，并采取相应改进措施。从而确保#1机组的协调控制系统能稳定、可靠地投入运行，并进一步投入AGC功能，以适应现代化大电网运行管理的需要，满足电网调度两个细则的考核要求。

2.2梳理、诊断MCS其他分系统

首先对控制品质不能满足生产要求且存在明显缺陷的重要子系统进行策略改进，其后对所有涉及的MCS分系统进行参数调整优化，从而提高#1机组整体自动投入率，提升自动控制品质，减少运行人员的劳动强度，保障机组的安全性。

3 控制策略设计与组态

（1）CCS策略优化思路：锅炉主控前馈分为动态前馈与静态前馈两部分。动态前馈由变负荷前馈与汽压设定值微分环节构成;静态前馈由负荷指令（叠加一定比例的一次调频分量）与汽压偏差微分环节构成。锅炉主控指令逻辑如图1所示：

（2）燃料控制：燃料主控指令由锅炉主控输出和变负荷前馈两部分叠加而成，以实际燃料量为调节量。节流压力设定增加三阶惯性环节，等一等加煤后的热量迟延;修改气压偏差微分，增加锅炉变负荷加速和压力设定前馈逻辑。锅炉变负荷加速前馈逻辑如图2所示：

节流压力设定逻辑如图3所示：

（3）风量控制：在风量指令上加已迟延环节，等一下煤量变化后形成煤粉进入炉膛的时间，以防大量冷风进入炉膛降低热负荷。

（4）汽包水位控制：汽包水位控制在传统三冲量控制策略的基础上增加燃料指令前馈环节，以保证机组变负荷过程中汽包水位保持稳定。

（5）主汽温度控制：控制策略仍以经典串级汽温控制为基础，适当引入变负荷控制前馈，从而提高动、静态控制品质。取导前温度作为内回路的测量值，快速消除减温水的自发性扰动和其他进入副回路的扰动，对汽温起粗调作用;主回路调节器的任务是维持出口汽温等于给定值，起细调作用。同时引入变负荷前馈，提高变负荷工况下的汽温控制品质。过热汽温控制前馈逻辑如图4所示：

（6）磨煤机冷、热风挡板控制：按照锅炉厂常规设计，将DCS原有控制逻辑修改为：磨煤机热一次风门调节磨煤机入口风量，冷一次风调节门调节磨煤机出口风粉温度。这种控制策略主要是从有效利用热能的角度考虑，磨煤机入口一次风主体风是热风，所以风量应该依靠调节热风实现的。

（7）一次风机控制：在原有控制逻辑上增加变负荷前馈，以弥补中速磨煤机制粉系统惯性大的缺点。

其他MCS分系统不做策略上的修改，机组启动后可根据生产人员意见进行调节参数的优化，确保自动调节品质满足国家规范和生产实际要求。实际实施过程中，以方案能够满足调节指标要求，且不影响DCS系统的安全性为指导原则，根据实际需要可适当地进行删减。

逻辑优化下装完毕后，对各模块之间的软件连接线进行检查，对组态后的各功能模块进行性能试验，并按系统要求完成模块系数和参数的设置。对系统各模块之间的跟踪连接线进行检查，确保手、自动切换无扰动。最后进行协调控制各子系统的扰动试验，观察系统的调节指标，修改有关调节参数，努力达到最优调节品质。

4 结论

通过对CCS各子系统及协调控制系统的优化调整，机组跟随负荷的能力大幅提升，煤量变化后的热量迟延减小，主汽温度自动控制效果良好，主汽压力、主汽温度等重要参数动态偏差明显改善。对2020年9月份和10月份#1机组投入R模式AGC运行方式下的性能指标和补偿费用情况绘制表格如表1所示：

采用直接指令平衡的協调控制系统，优化前的AGC平均性能指标在2以下，经过优化后AGC平均性能指标为2.646，协调控制系统投入稳定可靠，锅炉实际变负荷速率达到2%以上，机组各主要参数均优于相应规程要求，满足了电网调度两个细则的考核要求。本次控制策略优化采用了嵌入式优化方式，所有先进控制策略及算法均在DCS中组态实施，不涉及外挂设备，在充分利用原控制系统逻辑的基础上，与原有控制及保护系统兼容性更佳。CCS各子系统控制品质的好坏也会直接影响机组AGC功能，进一步提高各子系统动作可靠性是今后特别关注的工作重点。

参考文献

[1] 纪煜，姚翠霞，祁海旺.基于煤量预测控制前馈的协调控制系统[J].热力发电，2017（7）：131-136.

[2] 张瑞亚，田亮.直接能量平衡（DEB）协调控制系统参数整定[J].华北电力大学学报，2017，44（4）：85-91.

[3] 白德龙，刘鑫屏.火电机组AGC指令前馈滤波逻辑优化设计[J].广东电力，2018（4）：75-77.

收稿日期：2021-10-01

作者简介：刘庆余（1990—），男，山东泰安人，工学硕士，工程师，研究方向：热工检测与控制技术。

Abstract： This article analyzes the problem of Shiheng Thermal Power Co.， Ltd. #1 unit coordinated control system， diagnoses the control strategy that affects the unit's coordinated quality， and takes corresponding improvement measures. So as to ensure that the coordinated control system of unit #1 can be put into operation stably and reliably， and further put in the AGC function to meet the needs of modern large-scale power grid operation and management， and to meet the assessment requirements of the two detailed rules of power grid dispatch.

Keywords： AGC; MCS; coordinated control; optimization