超超临界直流机组启动系统和协调控制
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超超临界机组协调控制系统异常分析与改进
力设定 、 一次调频、 快速减负荷（ Ｒ Ｂ ） 等控制回路 。 在协调控制 系统 中， 一般将机组控制方式分 为以下 ５种 ： 基
础方 式 （ Ｂ ＡＳ Ｅ ） ， 即锅 炉 主控 和 汽 机 主控 同 处在 手 动位 置 ； 汽机 跟 随方 式 （ Ｔ Ｆ ） ， 即汽 机 主控 自动 ， 控制 机 前 压 力 ， 锅炉主控手动 ， 负
压力进行控制 ， 负荷 调节 同时 由汽机和锅 炉通过 前馈 实现 ， 再 通 过 闭 环 控 制 回路 对 机 组 功 率 和 机 前 压 力 分 别 进 行 校 正 。所
图１ ３个 负 荷 信 号 突 升 偏 差 大 与 综合 阀位 指 令 突 降 趋 势 图
以， 机组 负荷反应快 、 控制精度 高 ， 但机前压力波动较大。
Ｓ ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ ｇ ｕ ａ ｎ ｌ ｉ ｙ ｕ Ｇ ａ ｉ ｚ ａ ｏ Ｏ设备管理与改造
＿ ＿ ＿ ＿ ＿＿ ＿ ＿ ＿ ■－ ＿ － － ＿ ＿＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿＿ ＿ ＿ ＿ ＿ ＿＿ ・ ＿ － ‘ － －
超 超 临 界机 组 协 调 控 制 系 统 异常 分析 与 改进
投入 ， 负荷指令 ２ ８ ５ ＭＷ ， Ｄ Ｅ Ｈ 综合 阀位指令 ７ ７ ， ≠ ｝ １ ～撑４高
调 阀 开度 分 别 为 ４ Ｏ 、 ３ ５ 、 ４ Ｏ ％、 ９ ． ５ 。 因 受 Ｉ号 机 组 主 变 冲击 影 响 ， ２ 号机组协调 系统 中的 ３ 个 有 功 负 荷 信 号 由原 来 的 ２ ８ ６ ＭＷ 分别 突升 为 ４ ０ ０ ＭＷ 、 ３ ７ ５ Ｍ Ｗ、 ３ ５ ０ ＭＷ ， ３个 有 功 负 荷 信 号 相互 偏 差 大 于 １ ０ ＭＷ 时 自动 切 除 协 调 控 制方 式 ， 如图 １
超超临界机组协调控制系统优化与AGC指标提升
摘 要 某厂 600 MW 超超临界直接空冷燃煤机组自商业运行以来,机组变负荷性能不佳、“ 两 个细则” 考核效果不理想,设计与实施了一套全新 的 智 能 型 协 调 控 制 系 统,通 过 控 制 策 略 的 调 整 和 参 数寻优,机组的运行稳定性和变负荷性能都有了较大的提升。 实际的投运效果表明,改进后的自动发 电量控制( AGC) 功能可以有效提高机组的负荷响应能力,在保证机组安全经济运行的同时,满足了 电网 AGC 运行的需求。
在变负荷过程中,当汽机调门响应负荷指令充分 利用锅炉蓄 能 时,主 汽 压 力 若 波 动 较 大 超 出 合 理 范 围,一方面通过汽 机 调 门 的 压 力 拉 回 作 用, 限 制 调 门 继续拉大压力偏差,另一方面在锅炉前馈环节上叠加 一预定的量,以加 快 锅 炉 主 控 的 调 节 作 用, 通 过 锅 炉 和汽机协同作用,使主汽压力快速回稳,并恢复被利 用了的锅炉蓄能。 3. 4 给水主控
给水控制的智能化处理体现在分离器出口温度 的智能化调节上,如加负荷时,为了提高变负荷性能, 要求给水快速增加,分离器出口温度一般会下降,此 时温度的调 节 作 用 会 降 低 负 荷, 为 了 保 证 变 负 荷 性 能,实现先变 负 荷 再 恢 复 汽 温 的 策 略, 分 离 器 出 口 温 度下降在安全范围内闭锁减少给水流量的调节作用。 在加负荷结束或温度偏差过大时,恢复分离器出口温 度的调节作用。 变负荷过程中允许分离器出口温度 在一定范围内波动,在一定程度上避免给水的温度修 正对负荷响应的反作用。 3. 5 智能超调的设计
机组负荷的变化本质上是依靠给煤量变化来实 现的,而该机组制粉系统配置 的 是 6 台 直 吹 式 磨 煤 机,对于该类制粉 系 统, 从 给 煤 机 转 速 的 变 化 改 变 给 煤量到磨煤机把煤加工成煤粉,最后通过一次风把煤 粉送到炉膛燃烧转化成热量需要 经 过 约 3 min,因 此 单纯靠 改 变 给 煤 量, 机 组 很 难 取 得 理 想 的 变 负 荷 性能。
超超临界直流炉机组协调控制策略
二 期 １０ ０ ＭＷ 机 组 的 控 制 策 略 为 实 例 ． 详 绌 说 明 ０ 超 超 临 界 机 组 的 协 调 控 制 策 略
汽 包 锅 炉 基 本 相 同 而 当 锅 炉 负 荷 继 续 增 加 ． 发 量 蒸
大 于 最 小 流 量 时 ．分 离 器 中 的 饱 和 水 转 变 为 饱 和 蒸 汽 ． 炉 运 行 于 干 态 模 式 由 此 也 可 看 出 整 个 锅 炉 启 锅 动 过 程 中 就 是 非 线 性 过 程 ［ ３、 ］
点 ） 该 温 度 设 定 值 是 南 压 力 形 成 的 单 值 函 数 总 而 ．
言之 ． 力控 制是 直流 锅炉 控制 系统 的关 键环 节 ． 压 压 力 的变 化 对机 组 的外 特 性 来说 将 影 响 机组 的 负荷 ． 对 内 特 性 来 说 将 影 响 锅 炉 的 温 度 控 制 力 是 稳 定 控制 超临 界机 组 的基础 ． ． 为 了 满 足 电 网 ＡＧＣ（ 动 发 电 控 制 ） 要 求 ， 自 的 本
轮 机 耗 汽 量 的 平 衡 关 系 ｋ－ 变 为 吸 热 量 与 给 水 量 ｌ ｆ转 的 平 衡 ．只 要 保 持 好 变 负 荷 过 程 中 的 这 一 热 量 平 衡 关 系 ． 分 离 器 出 口 比 焓 或 过 热 度 将 始 终 保 持 则 平 稳 ． 炉 处 于 协 调 平 稳 的 受 控 状 态 理 论 上 ． 机 如
量 ． 用 疏 水 控 制 启 动 分 离 器 水 位 ． 动 时 分 离 器 出 利 启
口温 度 处 于 饱 和 温 度 ．此 时 直 流 锅 炉 的 运 行 方 式 与
较 高 ． 机 前 压 力 波 动 幅 度 较 大 ． 经 过 优 化 控 制 逻 但 后 辑 ． 力 也 得 到 了 很 好 的 控 制 现 以 北 疆 电 厂 和 潮 州 压
汽 包 锅 炉 基 本 相 同 而 当 锅 炉 负 荷 继 续 增 加 ． 发 量 蒸
大 于 最 小 流 量 时 ．分 离 器 中 的 饱 和 水 转 变 为 饱 和 蒸 汽 ． 炉 运 行 于 干 态 模 式 由 此 也 可 看 出 整 个 锅 炉 启 锅 动 过 程 中 就 是 非 线 性 过 程 ［ ３、 ］
点 ） 该 温 度 设 定 值 是 南 压 力 形 成 的 单 值 函 数 总 而 ．
言之 ． 力控 制是 直流 锅炉 控制 系统 的关 键环 节 ． 压 压 力 的变 化 对机 组 的外 特 性 来说 将 影 响 机组 的 负荷 ． 对 内 特 性 来 说 将 影 响 锅 炉 的 温 度 控 制 力 是 稳 定 控制 超临 界机 组 的基础 ． ． 为 了 满 足 电 网 ＡＧＣ（ 动 发 电 控 制 ） 要 求 ， 自 的 本
轮 机 耗 汽 量 的 平 衡 关 系 ｋ－ 变 为 吸 热 量 与 给 水 量 ｌ ｆ转 的 平 衡 ．只 要 保 持 好 变 负 荷 过 程 中 的 这 一 热 量 平 衡 关 系 ． 分 离 器 出 口 比 焓 或 过 热 度 将 始 终 保 持 则 平 稳 ． 炉 处 于 协 调 平 稳 的 受 控 状 态 理 论 上 ． 机 如
量 ． 用 疏 水 控 制 启 动 分 离 器 水 位 ． 动 时 分 离 器 出 利 启
口温 度 处 于 饱 和 温 度 ．此 时 直 流 锅 炉 的 运 行 方 式 与
较 高 ． 机 前 压 力 波 动 幅 度 较 大 ． 经 过 优 化 控 制 逻 但 后 辑 ． 力 也 得 到 了 很 好 的 控 制 现 以 北 疆 电 厂 和 潮 州 压
百万千瓦超超临界机组自启停控制系统介绍
7
2、研究的目的和意义
2）机组自启停控制系统提高了电厂的管理水平和经济效益 机组自启停控制系统实质上是对电厂运行规程的程序 化，它的应用保证了机组主、辅机设备的启停过程严格 遵守运行规程，减少运行人员的误操作，增强设备运行 的安全性。 机组自启停控制系统的研发过程，既是对主设备运 行规范优化的过程，也是对控制系统优化的过程。APS系 统的设计和应用不但要求自动控制策略要更加完善和成 熟，机组运行参数及工艺准确详实，而且对设备的管理 水平也提出了更高的要求。快速准确的机组启动缩短了 机组启、停设备时间，优化的控制策略降低了启停过程 中的煤耗和油耗，提高了机组运行经济效益。
12
3.2 机组自启停控制系统功能组设计 3 、 APS系统总体结构
为了实现机组自启停功能，还需要增加一些特殊功能组， 这些特殊功能组独立于自启停控制系统，即使自启停控制不 运行，也能实现一些自我管理的功能，例如全程给水控制系 统可通过协调顺序控制系统、模拟量控制系统和小机控制系 统MEH的密切合作，实现从给水启动、主给水电动门和旁 路给水调节阀的切换、电泵差压调节和流量或水位调节的切 换，单冲量和三冲量切换、电泵和汽泵之间并泵和切泵、汽 泵之间并泵和切泵等一系列控制，以满足全程给水自动控制 功能。这些特殊功能组丰富了自动控制的内容，减轻的运行 人员的劳动强度，保证了机组的正常稳定运行。
5
1、自启停控制系统概述
在设计有APS功能的机组时，MCS、CCS、FSSS、MEH、DEH 等系统均要围绕 APS进行设计，协调APS完成机组自启动功能。在机 组启动过程中，随着机组负荷的增加， MCS系统与 FSSS系统相互协 调自动完成燃烧器的投切功能，以满足全程烧料自动控制功能。 APS下面的功能组的设计就不能是单纯的顺控，而是一个能自动 完成一定功能的功能组，功能组具有很强的管理功能，作为中间的连 接环节，向下协调有关的控制系统（如MCS）按自启停系统的要求控 制相关的设备，向上尽量减少和APS的接口，成为功能较为独立的一 块，这样就减轻了上一级管理级APS的负担，同时也提高了机组的自 动化水平。即使在APS不投运的情况下，运行人员仍然可调用该功能 组，实现某些可以自动控制自动管理的功能。在给水全程自动控制中， APS与MEH、SCS等系统相互协调，自动完成电泵、汽泵之间的启动、 停止、并泵、倒泵等功能，以满足全程给水自动控制功能。
2、研究的目的和意义
2）机组自启停控制系统提高了电厂的管理水平和经济效益 机组自启停控制系统实质上是对电厂运行规程的程序 化，它的应用保证了机组主、辅机设备的启停过程严格 遵守运行规程，减少运行人员的误操作，增强设备运行 的安全性。 机组自启停控制系统的研发过程，既是对主设备运 行规范优化的过程，也是对控制系统优化的过程。APS系 统的设计和应用不但要求自动控制策略要更加完善和成 熟，机组运行参数及工艺准确详实，而且对设备的管理 水平也提出了更高的要求。快速准确的机组启动缩短了 机组启、停设备时间，优化的控制策略降低了启停过程 中的煤耗和油耗，提高了机组运行经济效益。
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3.2 机组自启停控制系统功能组设计 3 、 APS系统总体结构
为了实现机组自启停功能，还需要增加一些特殊功能组， 这些特殊功能组独立于自启停控制系统，即使自启停控制不 运行，也能实现一些自我管理的功能，例如全程给水控制系 统可通过协调顺序控制系统、模拟量控制系统和小机控制系 统MEH的密切合作，实现从给水启动、主给水电动门和旁 路给水调节阀的切换、电泵差压调节和流量或水位调节的切 换，单冲量和三冲量切换、电泵和汽泵之间并泵和切泵、汽 泵之间并泵和切泵等一系列控制，以满足全程给水自动控制 功能。这些特殊功能组丰富了自动控制的内容，减轻的运行 人员的劳动强度，保证了机组的正常稳定运行。
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1、自启停控制系统概述
在设计有APS功能的机组时，MCS、CCS、FSSS、MEH、DEH 等系统均要围绕 APS进行设计，协调APS完成机组自启动功能。在机 组启动过程中，随着机组负荷的增加， MCS系统与 FSSS系统相互协 调自动完成燃烧器的投切功能，以满足全程烧料自动控制功能。 APS下面的功能组的设计就不能是单纯的顺控，而是一个能自动 完成一定功能的功能组，功能组具有很强的管理功能，作为中间的连 接环节，向下协调有关的控制系统（如MCS）按自启停系统的要求控 制相关的设备，向上尽量减少和APS的接口，成为功能较为独立的一 块，这样就减轻了上一级管理级APS的负担，同时也提高了机组的自 动化水平。即使在APS不投运的情况下，运行人员仍然可调用该功能 组，实现某些可以自动控制自动管理的功能。在给水全程自动控制中， APS与MEH、SCS等系统相互协调，自动完成电泵、汽泵之间的启动、 停止、并泵、倒泵等功能，以满足全程给水自动控制功能。
超临界机组协调控制系统分析及优化
然要求及手段。
１ 超 临 界 机 组 技 术 特 性 ．
的负荷一 燃料一 给 水量 的配 比基 础 上 ， 同时， 各 参 数 之 间均 呈 现 强
耦 合 特性 ， 因此 ， 相 对 于亚 临 界 广 泛采 用 的能 量 平 衡框 架 ， 超 临界 机 组 协调 控 制 系统 的框 架与 亚 临 界机 组 有 着本 质 的不 同 。 超 临 界机 组 系 统协 调 控 制 系 统 主要 包 括 机 组 负 荷设 定 回路 、
柳 青 （ 中国水利电力物资有限公司， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ５ ）
摘 要
介 绍 了超 临 界 参 数 火 电机 组 的技 术 特 点 ， 分 析 了其控 制 系统 中存 在 的 问题 。 针 对 超 临界 机 组协 调 控 制 系统 中 的难 点 给 出了解 耦 、 智 能前 馈 控 制 、 变 参 数控 制等 优 化 措 施 。
要更 严 格 的保 持 工 作 负 荷 与 燃 烧 率 之 间 的关 系 。 从汽轮机一 锅 炉
协 调 控制 的角 度 ， 要 求 协调 控制 更 及 时 、 准确 ； ２ ） 直 流 锅 炉 给 水 是 一次 性 流 过 加 热 段 、 蒸发段和过热段 的 ，
三 段 受 热 面没 有 固定 的分 界 线 。 当 给水 流 量及 燃烧 量 发 生 变 化
汽 机 主控 、 锅炉主控 、 给 水控 制 、 风 量 控制 等 。机 主控 作 为与 ＤＥ Ｈ 的接 口 ， 通过 Ｄ Ｅ Ｈ 对 汽 机进 行 调节 。 根 据 电 网对 功 率 控制 的要 求 越来越高 ， 因此 绝 大部 分 机 组 均 采 用机 调 功 、 炉 调 压 的协 调 控 制
时 ， 三 段 受 热 面 的 吸 热 比率 将 发 生 变 化 ， 锅 炉 出 口温 度 以 及 蒸
１ 超 临 界 机 组 技 术 特 性 ．
的负荷一 燃料一 给 水量 的配 比基 础 上 ， 同时， 各 参 数 之 间均 呈 现 强
耦 合 特性 ， 因此 ， 相 对 于亚 临 界 广 泛采 用 的能 量 平 衡框 架 ， 超 临界 机 组 协调 控 制 系统 的框 架与 亚 临 界机 组 有 着本 质 的不 同 。 超 临 界机 组 系 统协 调 控 制 系 统 主要 包 括 机 组 负 荷设 定 回路 、
柳 青 （ 中国水利电力物资有限公司， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ５ ）
摘 要
介 绍 了超 临 界 参 数 火 电机 组 的技 术 特 点 ， 分 析 了其控 制 系统 中存 在 的 问题 。 针 对 超 临界 机 组协 调 控 制 系统 中 的难 点 给 出了解 耦 、 智 能前 馈 控 制 、 变 参 数控 制等 优 化 措 施 。
要更 严 格 的保 持 工 作 负 荷 与 燃 烧 率 之 间 的关 系 。 从汽轮机一 锅 炉
协 调 控制 的角 度 ， 要 求 协调 控制 更 及 时 、 准确 ； ２ ） 直 流 锅 炉 给 水 是 一次 性 流 过 加 热 段 、 蒸发段和过热段 的 ，
三 段 受 热 面没 有 固定 的分 界 线 。 当 给水 流 量及 燃烧 量 发 生 变 化
汽 机 主控 、 锅炉主控 、 给 水控 制 、 风 量 控制 等 。机 主控 作 为与 ＤＥ Ｈ 的接 口 ， 通过 Ｄ Ｅ Ｈ 对 汽 机进 行 调节 。 根 据 电 网对 功 率 控制 的要 求 越来越高 ， 因此 绝 大部 分 机 组 均 采 用机 调 功 、 炉 调 压 的协 调 控 制
时 ， 三 段 受 热 面 的 吸 热 比率 将 发 生 变 化 ， 锅 炉 出 口温 度 以 及 蒸
浅析350MW超临界发电机组协调控制系统的控制策略
图 １某电厂 ２ ×３ ５ ０ ＭＷ 超 临界 机组协调 控制量（ ｔ ／ ｈ ） 给水流量（ ｔ ／ ｈ ）
ｌ ０ ｌ ５ ５ Ｉ ９ ５ ｌ １ ５ ０ Ｉ １ ９ ０ ｌ ２ ０ ０ ｌ ０ Ｊ ３ ３ ０ ｌ ５ ０ ５ Ｉ ７ ９ ５ Ｊ １ ０ ５ ０ Ｊ １ １ ０ ０
＿ Ｌ ｒ 黪
Ｉ 藏 字 技 术
数控 技 术
浅析 ３ ５ ０ ＭＷ 超Ｉ ｌ 界 发电机组协调控制系统的控制策略
刘 建 华
（ 重庆 大唐 国际石柱发电有限责任公司 重庆 ４ ０ ９ ３ ０ ６ ）
摘 要： 本文 以某 电厂超 临界 燃 煤机 组为 例， 对其锅 炉 主控 制 系统与 汽轮发 电机 主控 制 系统 的控 制策 略展 开 了详 尽 的探 讨 与 分析 。 关键 词 ： 超 临界机 组协调 控制 系统控 制 策略 中图分类 号： Ｔ Ｍ６ ２ １ ． ６ 文献 标识 码： Ａ 文 章编 号： １ ０ ０ ７ — ９ ４ １ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ ． ０ ０ ０ １ ． ０ ２
机炉协调控制系统普遍用于大型火力 发电机组 中， 该系统对锅 制系统如 图１ 所示 。 炉与汽轮发 电机实行一体化控 制， 消除锅炉控制系统 与汽轮机控制 ３机炉协调控｛ Ｉ ４ Ｉ 系统的控制策略分析 系统动态特征之 间的不同点 ， 确保这两个系统 能够协调运行 ， 锅炉与 ３ ． １锅 炉主 控 制 系统 的控 制策 略 汽轮发电机满足 电网负荷变化 的要求， 最终实现机组调频、 调峰的最 机组直流炉中的液态水可一次性转化为过 热蒸汽 ， 锅炉 的蒸发 佳性能 ， 确保锅炉与汽轮发电机运行 的安全性 、 稳定性和经济性 。 量 由燃料量和给水流量决定 。 给水流量 、 燃料量对 电网的负荷控 制 １项 目背 景 分析 有着重要的影响 ， 应 当协调控制燃料量与给水流量 。 机炉协调控制 某 电厂新建２× ３ ５ ０ ＭＷ燃煤 机组 ， 采用超 临界空冷凝器式燃煤 系统 主要是通过控制燃料量来调节调节电网负荷和机前压力 ， 通过 发 电机组 ， 锅炉为超Ｉ 临界参数变压直流炉 、 单炉膛 丌型布置 、 一次 中 控制给水流量来调节微过热蒸汽温度或焓值 ， 机组的系统控制要控 间再热、 前后墙 式对冲燃烧方式 ， 采用 和利 时控制系统 。 锅炉侧配有 制好燃料量与给水流量 的函数 比值 关系。 该机组 的燃料量与给水流 ５ 台中速磨煤机 ， 制粉系统布置为前墙Ｂ、 Ｄ、 Ｃ 层， 后墙Ａ、 Ｅ 层。 汽轮机 量对 比（ 简称 “ 燃水 比” ） 函数关系见表 １ 。 机组直流炉的蓄热量要低于汽包炉的蓄热量 ， 超临界机组直流 采用超 临界 、 一 次中间再热 、 单轴 、 双缸双排汽 、 冷凝 式汽 轮机 。 发电 机采用冷却方式为水 、 氢、 氢。 控制系统采用和 利时Ｓ Ｍ系列 分散控 炉的负荷 调节主要由锅炉来承担 ， 要想提高机组负荷相应速度 ， 就 制系统 ， 设计Ｓ Ｃ Ｓ 、 Ｄ ＡＳ 、 ＭＣ Ｓ 、 Ｃ Ｃ Ｓ 等系统 。 协调控制系统 即ＣＣ Ｓ 作 必须 控制好锅 炉主控制系统的 回路 。 如果是直 吹式制粉 系统 ， 则应 为机组最主要也是最复杂 的控制系统 ， 它担负着发 电过程 中煤、 水、 当用给煤机来对锅炉 的给煤量进行控制 。 将原煤运输到输煤皮带的 风、 调 门等各 系统 的闭环调 节任务 以及整个机组 的负荷控 制任务 。 制粉过程是 比较漫长的， 从锅炉 的给煤量发生改变到煤粉燃烧 的过 ｃＣ ｓ 能够满足机组定／ 滑压运行 、 ＡＧＣ （ 自动发 电控制） 、 ＲＵＮ Ｂ ＡＣ Ｋ 程中有一定的滞后性和惯性 ， 纯延迟时间与惯性 时间的变化一 般无 （ 负 荷快 减） 等工 况的所 有 要求 ， 保证 机组 在 不投 油稳 燃 负荷至 法测定 ， 例如发生煤 受潮的情况 ， 也会导致惯性时 间增加 。 因此 ， 需 １ ０ ０ ％ ＭＣ Ｒ 负荷范 围内 ， 控制运行参数不超过允许值 ， 协调 机 、 炉及 要考虑过滤的延迟时间和惯性时间， 应当采取相应的措施来克服锅 其辅机安全 经济运行 。 炉侧 的延 迟 ， 缩短惯性 时间， 最大化利用超临界机组直流炉的蓄热 来增强机组 的负荷变 化适应能力 。 ２本工 程 的机 组 协调 控 制系统 （ １ ） 锅炉主控 制系统通过主汽压力的测量值与设定值 来进行锅 机炉协调控 制系 统主 要对 锅炉 主控 制系统和汽轮发 电机主控 炉控 制器的Ｐ Ｉ Ｄ 运算 ， 计算结果为锅炉主 控制指令 ， 通过主汽压力 制系统实现控制 ， 锅炉主控制系统和汽轮发 电机主控制系统又分布 控制器使主汽压力Ｐ ｔ 等于设定值Ｐ ｓ 。 锅炉主控 的调节回路对提高锅 对 各 自的子控制系统进 行控制 。 该 电厂超临界３ ５ ０ ＭＷ机组协调 控 炉 的负荷相应速度 ， 优化主汽压力具有重要的影响 。 本机 组经过设 计、 试验和反复修改， 最终确定协调控制系统锅炉 前馈主要包括 ： 负 荷指令基 准函数前馈、 负荷指令微分前馈 、 实 际压力设 定微分前馈 、 压力偏差 微分前馈 、 负荷偏差微分前馈 、 Ｄ Ｅ Ｂ 能量指令前馈 等。 弥补锅炉侧延迟时 间和惯性 的方法除了采用静态前馈之外 ， 还 有动态前馈控制方法 ， 动态前馈 能进行超前控制 ， 提 高锅炉 的负荷 相应速度 ， 提高超临界机组的负荷控制能力 。 将 最后 输出的锅 炉主 控指令Ｂ Ｉ Ｄ信号采用并行传 输的方式直接发送 到锅 炉给水主控制 系统 ， Ｂ Ｉ Ｄ 信号进 行水 燃 比修正后发送到 燃料 控制系统 ， 将燃料指 令进行风煤 比修 正后发送到风量控制系 统。 （ ２ ） 在蒸汽温度变化的合理范 围内， 增强锅炉给水对 负荷 的响 应。 由于燃料量 的变化速度远远超临界机组的不及负荷对于给水的
ｌ ０ ｌ ５ ５ Ｉ ９ ５ ｌ １ ５ ０ Ｉ １ ９ ０ ｌ ２ ０ ０ ｌ ０ Ｊ ３ ３ ０ ｌ ５ ０ ５ Ｉ ７ ９ ５ Ｊ １ ０ ５ ０ Ｊ １ １ ０ ０
＿ Ｌ ｒ 黪
Ｉ 藏 字 技 术
数控 技 术
浅析 ３ ５ ０ ＭＷ 超Ｉ ｌ 界 发电机组协调控制系统的控制策略
刘 建 华
（ 重庆 大唐 国际石柱发电有限责任公司 重庆 ４ ０ ９ ３ ０ ６ ）
摘 要： 本文 以某 电厂超 临界 燃 煤机 组为 例， 对其锅 炉 主控 制 系统与 汽轮发 电机 主控 制 系统 的控 制策 略展 开 了详 尽 的探 讨 与 分析 。 关键 词 ： 超 临界机 组协调 控制 系统控 制 策略 中图分类 号： Ｔ Ｍ６ ２ １ ． ６ 文献 标识 码： Ａ 文 章编 号： １ ０ ０ ７ — ９ ４ １ ６ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ ． ０ ０ ０ １ ． ０ ２
机炉协调控制系统普遍用于大型火力 发电机组 中， 该系统对锅 制系统如 图１ 所示 。 炉与汽轮发 电机实行一体化控 制， 消除锅炉控制系统 与汽轮机控制 ３机炉协调控｛ Ｉ ４ Ｉ 系统的控制策略分析 系统动态特征之 间的不同点 ， 确保这两个系统 能够协调运行 ， 锅炉与 ３ ． １锅 炉主 控 制 系统 的控 制策 略 汽轮发电机满足 电网负荷变化 的要求， 最终实现机组调频、 调峰的最 机组直流炉中的液态水可一次性转化为过 热蒸汽 ， 锅炉 的蒸发 佳性能 ， 确保锅炉与汽轮发电机运行 的安全性 、 稳定性和经济性 。 量 由燃料量和给水流量决定 。 给水流量 、 燃料量对 电网的负荷控 制 １项 目背 景 分析 有着重要的影响 ， 应 当协调控制燃料量与给水流量 。 机炉协调控制 某 电厂新建２× ３ ５ ０ ＭＷ燃煤 机组 ， 采用超 临界空冷凝器式燃煤 系统 主要是通过控制燃料量来调节调节电网负荷和机前压力 ， 通过 发 电机组 ， 锅炉为超Ｉ 临界参数变压直流炉 、 单炉膛 丌型布置 、 一次 中 控制给水流量来调节微过热蒸汽温度或焓值 ， 机组的系统控制要控 间再热、 前后墙 式对冲燃烧方式 ， 采用 和利 时控制系统 。 锅炉侧配有 制好燃料量与给水流量 的函数 比值 关系。 该机组 的燃料量与给水流 ５ 台中速磨煤机 ， 制粉系统布置为前墙Ｂ、 Ｄ、 Ｃ 层， 后墙Ａ、 Ｅ 层。 汽轮机 量对 比（ 简称 “ 燃水 比” ） 函数关系见表 １ 。 机组直流炉的蓄热量要低于汽包炉的蓄热量 ， 超临界机组直流 采用超 临界 、 一 次中间再热 、 单轴 、 双缸双排汽 、 冷凝 式汽 轮机 。 发电 机采用冷却方式为水 、 氢、 氢。 控制系统采用和 利时Ｓ Ｍ系列 分散控 炉的负荷 调节主要由锅炉来承担 ， 要想提高机组负荷相应速度 ， 就 制系统 ， 设计Ｓ Ｃ Ｓ 、 Ｄ ＡＳ 、 ＭＣ Ｓ 、 Ｃ Ｃ Ｓ 等系统 。 协调控制系统 即ＣＣ Ｓ 作 必须 控制好锅 炉主控制系统的 回路 。 如果是直 吹式制粉 系统 ， 则应 为机组最主要也是最复杂 的控制系统 ， 它担负着发 电过程 中煤、 水、 当用给煤机来对锅炉 的给煤量进行控制 。 将原煤运输到输煤皮带的 风、 调 门等各 系统 的闭环调 节任务 以及整个机组 的负荷控 制任务 。 制粉过程是 比较漫长的， 从锅炉 的给煤量发生改变到煤粉燃烧 的过 ｃＣ ｓ 能够满足机组定／ 滑压运行 、 ＡＧＣ （ 自动发 电控制） 、 ＲＵＮ Ｂ ＡＣ Ｋ 程中有一定的滞后性和惯性 ， 纯延迟时间与惯性 时间的变化一 般无 （ 负 荷快 减） 等工 况的所 有 要求 ， 保证 机组 在 不投 油稳 燃 负荷至 法测定 ， 例如发生煤 受潮的情况 ， 也会导致惯性时 间增加 。 因此 ， 需 １ ０ ０ ％ ＭＣ Ｒ 负荷范 围内 ， 控制运行参数不超过允许值 ， 协调 机 、 炉及 要考虑过滤的延迟时间和惯性时间， 应当采取相应的措施来克服锅 其辅机安全 经济运行 。 炉侧 的延 迟 ， 缩短惯性 时间， 最大化利用超临界机组直流炉的蓄热 来增强机组 的负荷变 化适应能力 。 ２本工 程 的机 组 协调 控 制系统 （ １ ） 锅炉主控 制系统通过主汽压力的测量值与设定值 来进行锅 机炉协调控 制系 统主 要对 锅炉 主控 制系统和汽轮发 电机主控 炉控 制器的Ｐ Ｉ Ｄ 运算 ， 计算结果为锅炉主 控制指令 ， 通过主汽压力 制系统实现控制 ， 锅炉主控制系统和汽轮发 电机主控制系统又分布 控制器使主汽压力Ｐ ｔ 等于设定值Ｐ ｓ 。 锅炉主控 的调节回路对提高锅 对 各 自的子控制系统进 行控制 。 该 电厂超临界３ ５ ０ ＭＷ机组协调 控 炉 的负荷相应速度 ， 优化主汽压力具有重要的影响 。 本机 组经过设 计、 试验和反复修改， 最终确定协调控制系统锅炉 前馈主要包括 ： 负 荷指令基 准函数前馈、 负荷指令微分前馈 、 实 际压力设 定微分前馈 、 压力偏差 微分前馈 、 负荷偏差微分前馈 、 Ｄ Ｅ Ｂ 能量指令前馈 等。 弥补锅炉侧延迟时 间和惯性 的方法除了采用静态前馈之外 ， 还 有动态前馈控制方法 ， 动态前馈 能进行超前控制 ， 提 高锅炉 的负荷 相应速度 ， 提高超临界机组的负荷控制能力 。 将 最后 输出的锅 炉主 控指令Ｂ Ｉ Ｄ信号采用并行传 输的方式直接发送 到锅 炉给水主控制 系统 ， Ｂ Ｉ Ｄ 信号进 行水 燃 比修正后发送到 燃料 控制系统 ， 将燃料指 令进行风煤 比修 正后发送到风量控制系 统。 （ ２ ） 在蒸汽温度变化的合理范 围内， 增强锅炉给水对 负荷 的响 应。 由于燃料量 的变化速度远远超临界机组的不及负荷对于给水的
1000MW超超临界机组运行调试的关键技术
1000MW超超临界机组运行调试的关键技术摘要：相对于亚临界发电机组，超超临界机组在工作温度、蒸汽压力上更进一步，发电效率提升10%左右。
这有利于我国实现节能减排、缓解气候压力、调整传统的电力企业结构。
本文结合当前我国超超临界1000MW机组的现状，从超超临界机组的启动及运行方面对运行调试技术要点进行了详细阐述。
关键词：超超临界;启动及运行;可靠性;节能1 前言电力行业是我国经济发展的强大后盾，而火力发电厂占我国发电站的很大一部分，是实施我国节能环保政策的关键领域。
大力发展超临界、超超临界发电机组对于缓解我国煤炭资源的短缺、提升发电效率、减少环境污染至关重要。
以能源的高效清洁利用为目标，火电厂发电机组的工作压力不断升高，大容量、高参数的超超临界发电技术是未来火电机组的发展趋势。
2 机组的启动及运行问题机组启动和试运行中涉及很多技术，调试中遇到的问题也复杂多样。
某2×1000MW机组调试中发现的问题及处理建议见表1。
表1 调试发现问题及建议2.1 锅炉的吹管问题实际中1000MW超超临界机组的蒸汽、流量指标高，故设备蒸汽吹管的高效进行对设备的可靠启动试运至关重要。
具体的吹管工序应当按照以下流程进行：首先，要根据设备及具体的运行条件，编写高效合理的吹管操作计划。
鉴于不同的机组设备的主汽门进行吹管的堵汽模式、堵阀结构的差异，其对不同的温度、压力、蒸汽吹管流量的承受能力各不相同，进行科学的操作前评估是很有必要的。
比如，出于操作安全高效的考虑，1000MW超超临界机组更适宜采用不带主汽门、以稳压方式进行吹管操作；其次，为预防吹管过程中发生爆管、膨胀异常、吹管系数不高等问题，应当在操作时对临时吹管设备中的关键部件，如相关的阀门、管道支架、限位器、靶板等进行仔细核查，及时发现并解除隐患；最后，在具体的吹管方案执行过程中，应当对各系统的运行状态、出现的设备故障严格监控，做好整体协调工作，采用相关的传感探测设备代替人员进行相关的危险操作，做好整个吹管过程的管控。
350MW超临界机组深度调峰下协调控制系统优化
《工业控制计算机》2021年第34卷第3期350MW超临界机组深度调峰下协调控制系统优化近年来,随着新能源产业的持续壮大,风电和太阳能逐渐改变了目前电网格局,由于新能源的不稳定性,各高参数机组如何频繁高效地解决调频调峰问题、实现机炉间的协调控制、进一步提高调节负荷的深度成为各电厂的主要任务。
超临界机组的协调控制系统是将锅炉、汽机及辅机作为整体加以控制的多变量、强耦合、非线性的时变系统,目前传统且广泛的协调控制系统,在低负荷下容易出现煤水配比失衡,导致汽温汽压偏差过大,影响机组安全经济运行。
文献[1]提出基于模糊指标函数的受限预测控制方法,但计算量大,过程复杂,且在目前的控制方法中还考虑安全性和经济性指标;文献[2-3]针对协调控制系统中的锅炉主控、汽机主控和给水主控分别进行了分析和优化,相当于解耦进行控制;文献[4]根据模糊控制的思想研究了自使用模糊PID控制器在机组协调控制系统中的应用,都是为PID控制器建立模糊规则表以提高其鲁棒性和智能性,但缺少了模糊规则表中参数量化的具体方法;文献[5]提出一种基于仿人智能控制的协调系统优化方法,对协调系统控制参数的优化有较大提高,但未考虑到机组运行的经济性。
针对上述提到的问题,提出一种基于多目标粒子群的协调优化控制方案,首先对DCS中原有的协调控制系统结构进行优化,再利用多目标粒子群算法对其中参数进行寻优,得到最优的控制参数,最终可在考虑多种约束的同时提高机组运行的经济性,保证控制的快速性和准确性。
1协调控制系统优化350MW超临界机组的协调控制系统结构如图1所示。
保证主蒸汽压力的稳定性和电功率的快速跟踪是协调控制系统的首要目标,由于锅炉的大惯性导致的调节延迟性是影响其控制效果的主要因素,为此,需要加快煤水量的调节,图1中将主汽压力的偏差作为锅炉主控PID B的输入,计算出的指令一方面立即调节煤量,另一方面作为前馈输入到给水量的调节中,同时采用分离器出口温度(也称中间点温度)的调节(PID T)作为提前量调节给水量。
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锅炉输入变化率指令
负荷设定
分离器压力 分离器温度 Σ 末过出口 温度校正 运行设定偏差 理论过热度
至各给煤机
燃料量指令
Σ
实际过热度 燃水比控制输出 一过 出口 温度 限制 分布 减少 燃水 比 燃水比 调节器 Σ 各级温度偏 差加权数校 正 Σ Σ
/
实际总煤量*BTU
再热器保护限制
电泵旁路阀控制器 f(燃料） 锅炉输入指令 给水设定f3（x） 锅炉输入变化率指令 Σ 延时 给水附加偏量 Σ 煤/水/风交叉限制 Σ 减温水流 量限制 省煤器汽化 偏置 给水流量 汽泵总操 控制器 各汽泵 给水指令 电泵勺管控制器
性特性
超超临界直流炉特性介绍
超临界机组水汽工质状态及参数变化
超超临界直流炉特性介绍
4.由于循环工质总质量下降，循环速度上升， 工艺特性加快，这就要求控制系统的实时 性更强，控制周期更短，控制的快速性更 好，从汽机‘锅炉协调控制的角度分析， 要求协调控制更及时、准确。
超超临界直流炉特性介绍
5. 在直流炉工艺结构中，一般均采用直吹 式制粉系统，从给煤、制粉、送粉到燃烧 环节，具有大的纯迟延和大的滞后特性， 因此燃烧系统成为机组的又一个控制难点
超超临界直流炉
启动系统图
暖泵疏水 分离器 分离器 储水箱 再循环 循环泵 暖泵暖阀 BR阀 过冷水
WDC阀
启动系统概述
锅炉启动系统为带再循环泵系统，二只立式内置式汽水分离器布置于 锅炉的后部上方，由后竖井后包墙管上集箱引出的锅炉顶棚包墙系统 的全部工质均通过4根连接管送入二只汽水分离器。在启动阶段，锅 炉负荷小于25%BMCR 的最低直流负荷时，启动系统为湿态运行，分 离器起汽水分离作用，分离出的水通过水连通管与一只立式分离器贮 水箱相连，而分离出来的蒸汽则送往水平低温过热器的下集箱。分离 器贮水箱中的水经疏水管排入锅炉循环泵的入口管道，作为再循环工 质与给水混合后流经省煤器—水冷壁系统，进行工质回收。除启动前 的水冲洗阶段水质不合格时经扩容器系统排入废水池外，在锅炉启动 期间的汽水膨胀阶段、在渡过汽水膨胀阶段的最低压力运行时期以及 锅炉在产汽量达到5%BMCR以前由贮水箱底部引出的疏水均通过三只 贮水箱水位调节阀（WDC阀），进疏水扩容器经疏水箱、疏水泵， 送入冷凝器回收。锅炉负荷达到25%BMCR 后，锅炉运行方式由再循 环模式转入直流运行模式，启动系统也由湿态转为干态，即分离器内 已全部为蒸汽，它只起到一个中间集箱的作用。
启动过程简图
启动系统的功能
满足水冲洗冲洗需要，并将冲洗水送往锅炉的疏水扩容 系统。 满足锅炉的冷态、温态、热态和极热态启动的需要。 只要水质合格，启动系统即可完全回收工质及其所含热 量。 锅炉在结束水冲洗（长期停炉或水质不合格时），锅炉 点火前给水泵供给相当于5%BMCR的给水，而再循环泵 则一直提供20%BMCR的再循环水量，二者相加，使启 动阶段在水冷壁中维持25%的流量作再循环运行以冷却 水冷壁和省煤器系统不致超温，通过WDC阀控制贮水箱 中的水位。当锅炉产汽量达到5%BMCR时，WDC阀全 关，再循环流量逐渐关小，给水流量逐步增大，以与锅 炉产汽量匹配，当负荷达到25%（最低直流负荷）时， 再循环阀全关，锅炉转入直流运行。 启动分离器也能起到在水冷壁系统与过热器之间的温度 补偿作用，均匀分配进入过热器的蒸汽流量。
炉水循环泵常见故障
超超临界直流炉
超超临界直流炉特性介绍
1.超超临界直流锅炉由于没有储能作用的 汽包环节，汽水容积小，锅炉蓄能小。
一方面由于蓄能小负荷调节的灵敏性好，可以实现机 组的快速启停和负荷调节； 另一方面由于蓄能小，在外界负荷变动时汽压反映很 敏感。因此机组变负荷性能较差，保持汽压困难。
理论分离器水位控制
汽水分离器贮水箱的水位控制是通过锅炉循环泵 出口调节阀（BR）、贮水箱液位调节阀（WDC） 和锅炉再循环泵暖管疏水阀来维持分离器贮水箱 的液位 。 BR阀和WDC阀及暖管疏水阀的开度时分离器水位 的函数。 BR阀用于正常的水位调节 WDC阀主要用在高水位时开启，分离器压力大于 一定值后闭锁开启 暖管疏水阀在转直流后对分离器水位进行控制。
炉水泵结构特点
锅炉循环泵的主要结构特点是泵的叶轮和电机转子装在同一主轴上，置于相 互连通的密封压力壳体内，泵与电机结合成一整体，没有通常泵与电机之间 连接的那种联轴器结构，没有轴封。循环泵和驱动电机形成一个封闭的偶联 装置，整套泵装置处于密封状态，从根本上消除了泵泄漏的可能性。整套泵 装置充注高压水，压力与整个系统压力相同。电机部分和泵壳之间通过泵壳 紧固螺栓连接。泵壳和热屏蔽装置之间的热区域的密封通过螺旋缠绕的垫片 来实现。所有其它的保压连接处都用O 形密封圈进行密封。锅炉循环泵的泵 体和电机全由锅炉循环泵进口管支吊，在锅炉热态时可以随锅炉循环泵进口 管向下自由移动而不受膨胀的限制。这种结构的优点是各种热膨胀均不能引 起附加的张力。 锅炉循环泵电机的定子和转子用耐水耐压的绝缘导线做成绕组，但浸沉在高 压冷却水中，电机运行时所产生的热量就由高压冷却水带走，并且该高压冷 却水通过电机轴承的间隙，既是轴承的润滑剂又是轴承的冷却介质。泵体与 电机是被分隔的两个腔室，中间虽有间隙不设密封装置使压力可以贯通，但 泵体内的水与电机腔内的冷却水是两种不同的水质，两者不可混淆。由于电 机的绝缘材料是一种聚乙烯塑料，不能承受高温，温度超过80℃绝缘性能就 明显恶化，因此绕流电机四周的高压冷却水温度必须严格控制。由于绕组及 轴承的间隙极为紧密，因此高压冷却水中不得有颗粒杂质，在高压水管路中 必须设有过滤器。高压冷却水的水质要比锅内的水干净得多，其水温也要比 锅炉内水的温度低得多，为了带走电机运行产生热量和泵侧传到电机的热量， 保证电机的安全运行，系统还配了一套低压冷却水系统用来冷却高压冷却水。
启动系统主要部件及用途
分离器及其引入、引出管系统 分离器贮水箱 由汽水分离器贮水箱底部引出的循环泵入口管道 循环泵 BR阀和泵的出口管道 WDC阀和去疏水扩容器的疏水管道 暖泵和暖阀系统 过冷水系统 循环泵的最小流量管道
启动系统主要运行模式
初次启动或长期停炉后启动前进行冷态和 温态水冲洗 （直排冲洗/循环冲洗） 启动初期（从启动给水泵到锅炉出力达到 5%BMCR）（渡膨胀） 从分离器贮水箱建立稳定的正常水位到锅 炉达到25%BMCR的最小直流负荷 启动系统的热备用 启动循环泵事故解列时的锅炉启动
协调控制策略
1.负荷设定回路及变速率处理 机组负荷速率限制有2个来源(二者取小)，一个是基于实发功率的函数值; 另一个来自运行人员设定。后者受到主汽压偏差的修正，当压力偏差超限时 降低负荷变化率。 2.汽压设定值处理： 由负荷设定 产生滑压曲线，经过实际工况修正、锅炉延时蓄热补偿、速 率限制后送人压力Pl调节器。实际工况修正主要针对高压加热器退出的工况， 依据省煤器人口温度和锅炉负荷(燃料需求指令)对压力设定值进行修正。 3.汽轮机主控PI调节器： 汽 轮 机主控(P1调节器):设定值以负荷设定经延时(锅炉惯性时间)的信号为 主，加上么Δp超限后的修正值，这使得汽轮机调门在响应功率指令的同时兼 顾了汽压变化，加速机组趋于稳定。 4.锅炉输入指令： 粗调信号来自（1）负荷设定、（2）负荷设定与实发功率偏差，使煤量大 幅、快速响应负荷指令;细调信号来自压力Pl调节器的输出，保证输人与输出 能量的精确平衡，使工况趋于稳定。锅炉输入指令和负荷设定有直接的关联
延时
Σ 死区 速 率 主汽压设定 Σ 限 制 实际汽压 锅炉输入指令 MW RB环节 Σ
Σ
AGC
汽机主 控调节 器
速率限制 运行设定
滑压设定f1（x） 实际工况修正 燃料ห้องสมุดไป่ตู้ 设定
Δp 主汽 压调 节器
T/H 油折算的煤量 给 煤 主 控 制 器 水 煤 风 交 叉 限 制 Σ /
f2（x）
负荷设定与实发功率偏差
炉水循环泵
进口 循环泵体 出口 叶轮
隔热屏 高压冷却水出口
连接螺栓
—
下轴承
转轴
电机定子
接线盒 下轴承 推力轴承
高压冷却水进口
炉水泵各部件介绍
泵壳体及叶轮（单级离心泵） 上下轴承及推力轴承。（大部分推力由叶 轮上的平衡孔进行平衡） 连接螺栓（保证高温高压的密封需要） 热屏蔽装置（使泵内高温水和电机内水的 传热降到最低） 电机及其冷却（潜水电机，水冷却） 转动部分（一根共用的整体轴）
超超临界直流炉特性介绍
超超临界直流炉主参数耦合关系特性
超超临界直流炉特性介绍
3.一般超超临界直流炉采用超超临界参数的 蒸汽，机组的运行方式采用滑参数运行， 机组在大范围的变负荷运行中，压力运行 8.5MPa~25MPa.之间。超临界机组实际运行 在超临界和亚临界两种工况下，由于超临 界和亚临界间工质物性的差异，以及锅炉 燃烧率下锅炉蒸发点迁移等因数的影响， 使超超临界机组出现出很强的多参数非线
炉水泵的启动
锅炉进水前需对电机腔室进行注水，防止炉水入电机腔室。 对电机腔室的注水的要求:（1）浊度＜3ppb,PH值9.0-9.5， 注水温度＜40℃，注水压力＜1.3-1.6MPa,注水流量＜ 3L/min. 注水结束后(尤其锅炉起压前）一定要关注水门，防止炉 水倒入电机腔室中 炉水泵启动前应在注水状况下测绝缘合格 注水合格后，第一次启动循环泵要点动确认转向正确， 第二次和第三次要点动进行电机腔室的排汽。 每次点动时间间隔要求15分钟。 启动后要确认泵进出差压正常。
超超临界直流炉特性介绍
2.在汽水流程没有汽包，在直流运行状态汽 水之间没有一个明确的分界点，给水从省 煤器进口就开始被连续加热、蒸发与过热。 这造成燃料量、给水量、汽机调门开度发 生变化时均会导致机组负荷、主汽压力、 主汽温的变化，各个参数之间存在复杂的 耦合关系 ，可以认为直流锅炉是个三输入/ 三输出复杂多变的控制对象。