330MW机组协调控制系统的优化设计与实现
The Optimization Design and Implementation of Coordinated Control System for 330MW Unit
摘要：结合本单位实际应用，通过对DEB协调控制系统本质特征的深入分析，从指令信号间接平衡的角度，
研究了DEB协调控制系统的优化 问题。系统投入运行后，机组协调控制系统的控制品质得到了明显的改善，机组能够较好地适应滑压方式运行及AGC控制。 关键词：协调控制；优化；AGC控制
ABSTRACT: To combine the reality of our company, through analysis the substantive characteristics of DEB coordination control system, from the standpoint of demand signal indirect balance researched the optimize of DEB coordination control system. When the system to put into use, the quality of coordination control system improved clearly, And electric generating set can be fit sliding press mode and AGC control better.
KEYWORD: coordination control；optimize；AGC control
1. 引言
从电网的角度看，协调控制系统（CCS，Coordinated Control System）是联结发电机组与电网的纽带，是自动发电控制（AGC，Automatic Generation Control）在发电侧的执行者，是电网综合自动化的基础；从单元机组的角度看，协调控制系统是发电机组运行过程中能量供需矛盾的协调者，它能够综合运用多种控制手段，克服机炉间存在的动态特性差异，使锅炉-汽轮机系统成为一个有机的整体；从局部控制回路的角度看，协调控制系统是确保机组整体性能的指挥者，它历经电能产生的整个过程，能够从全局的高度审视机组的运行状况，指导燃烧控制、汽温控制、给水控制等子系统以更恰当的方式参与工作
在提高经济效益和社会效益方面，协调控制系统也能起到积极的促进作用.首先，协调控制系统具有的负荷快速跟随能力和良好的低负荷运行性能为电力企业基于经济性的负荷调度提供了可能；其次，良好的控制品质能够提高机组运行的稳定性，减少运行事故的发生，为电网安全提供保障；再次，可以把主、辅机的健康状况融入到基于协调控制系统的优化中，用以延长机组的使用寿命，提高机组可用率；最后，以提高协调控制系统控制品质为目的的燃烧优化还能够减少污染物的排放，为电力生产带来一定的环保效益
国电内蒙古东胜热电有限公司共有2台330MW单元制发电机组，控制系统采用国电智深公司的EDPF-NT控制系统，均设计了机组协调控制系统，运行方式主要为DEB协调控制系统和以锅炉基本（机跟炉）为基础的协调控制系统。
2. 优化设计原则
结合国电内蒙古东胜热电有限公司
330MW机组的实际情况及运行需求，协调控制系统的优化设计应遵循如下原则： ① 多种运行方式。系统应具备机炉协调、锅炉跟随、汽机跟随等多种协调方式，以满足机组对不同工况的运行需求；
② 基本功能完备。改造后的系统应具备协调控制系统正常运行所需的所有功能，包括压力设定点生成、一次调频投切、变负荷速率设定、闭锁增/减、RB功能等；
③ 确保系统安全。改造后的系统既要确保新增部分的逻辑关系、信号连接、参数设置准确无误，又要确保新增部分与原有部分的有效配合。最大限度地保证系统运行的安全性和可靠性；
④ 提高运行水平。有针对性地采用适应滑压运行方式的控制结构和控制策略，在保证系统满足AGC负荷需求的同时，提高主蒸汽压力的设定点跟踪能力；
⑤ 实现整体优化。在对协调主控系统进行改造的同时，还要兼顾主要子系统的优化，包括燃烧系统、汽温系统等。通过采用一些切实有效的改进措施，从整体上优化机组的控制品质。
中调指令ADS
运行人员手动指令 频差指令 2.1 协调控制系统的总体结构及功能 针对上述的优化设计原则，确定协调控制系统的总体结构如图1所示。
目标负荷运算回路 负荷指令B 主蒸汽压力 热值校正回路 锅炉主控系统 接口回路 汽轮机主PT 控系统 μ 燃料主控
图1协调控制系统的总体结构
该结构能够满足机组正常运行及事故状态中的各种功能需求，主要包括：
① 手动(BASE)，机基本(BF)，炉基本(TF)和机炉协调控制(CCS) 四种协调控制方式无扰切换。② 压方式和滑压两种压力运行方式选择。
③ 目标负荷运算。④ 锅炉主控系统。⑤ 汽机主控系统。
下面就一些主要的功能设置进行简要介绍。
2.2 协调控制系统的功能组成 2.2.1 负荷指令处理回路
机组的目标负荷可由运行人员设定，或接收电网调度系统（ADS）发来的中调指令，同时配合相应的频差信号校正。由目标负荷生成实际负荷指令通常受到四个方面的限制：①机组最大可能出力限制；②主要辅机故障限制；③负荷变化速率限制；④最大、最小允许出力限制。
机组的最大可能出力主要考虑磨煤机的运行状况（对于直吹式制粉系统），由磨煤机的运行台数确定。以额定工况下三台磨运行、一台磨备用为例，每切除一台磨煤机，机组最大允许出力减少33%；少于两台磨煤
机运行时，机组不能维持在自动状态，主要
控制系统切为手动。
机组的主要辅机发生故障时，协调控制系统进行快速减负荷操作，将机组负荷强制降低到尚在运行的辅机能够承担的负荷范围。由于辅机故障可以明确检测，各辅机所能承担的负荷也有对应的数值，因此，在允许出力计算回路和负荷变化率计算回路分别设置辅机故障快速减负荷的目标值及快速减负荷速率。
与协调控制系统相关的过程参数（如机前压力、实发功率、燃料量、给水量、一次风压等）的调节品质与机组的负荷变化率及变化幅度有关。当某些参数偏差过大时，需要通过闭锁增/减或迫升/降等措施，限制实际负荷指令的变化或迫使负荷指令向相反的方向动作，从而避免机组调节品质的进一步恶化。为此，负荷指令处理过程也要进行相应的逻辑设置。
在负荷指令的处理过程中，当多种出力限制情况同时发生的时候，要根据事件的迫切程度，按照一定的优先级，对负荷指令的幅值限制及变化速率限制进行快速修正，确保机组负荷向正确的方向变化。机组负荷指令处理过程如图2所示。
中调 运行人员指令 频差信号 指令 磨煤机运 目标负荷运算回路 辅机故障甩负荷速率 行台数 主要辅机故障状况 允许出力运算回路 < 速率限制手动给定 迫升/迫降速率限制 主要参数偏差情况 出力限制手动给定 V > 负荷变化率 主要设备应力限制
实际负荷指令 图2 机组负荷指令处理回路原理图
ADS输入指令经限幅后，送入机组主控M／A。机组主控具有两种状态：自动或手动。当主控处于自动状态时，机组处于AGC方式，此时机组目标负荷接受的是ADS的指令；反之，机组处于独立运行，在这种情况下，机组的目标负荷可以是运行人员设定的目标负荷(处于协调方式)。或跟踪实际机组负荷(非协调方式)。当发生RUNBACK工况时，需置机组主控为跟踪状态。 AGC投入允许条件：
(1)ADS信号有效(2)机组处于协调运行方式(3)不存在RUNBACK工况 在以下情况切除校正回路：
(1)不在协调控制方式(2)电网频率信号无效(3)机组处于RUNBACK工况 下列情况机组指令闭锁增：
(1) 汽包水位偏差超过正的允许值 (2) 总风量<<燃料量
(3) 机前压力偏差大（机前压力过高） (4) 两台一次风机中至少有一台的动叶开度大于x%(5) 两台送风机中至少有一台的动叶开度大于x%； 下列情况机组指令闭锁减：
(1) 汽包水位偏差小于负的允许值
(2) 总风量>>燃料量
(3) 机前压力偏差大（机前压力过低） 2.2.2滑压运行方式及联合变压曲线设定 滑压运行方式的优越性主要表现在汽轮机方面，对汽包锅炉来说，滑压运行有不利的一面。当负荷变化时，汽包内的饱和温度随汽包内压力的变化而变化，使汽包内、外壁温差变大，热应力增加，从而对汽包等厚壁设备产生不利影响。
滑压运行时，随汽压变化锅炉的蓄能也在变化。当负荷指令增大时，控制作用（增加锅炉燃烧率）不仅要满足增大负荷的需要，还需满足升高汽压（增加锅炉蓄能）的需要，显然与定压运行相比，要求加强控制且控制时间增长。因此，机组在滑压运行时负荷响应的速度减慢。因此，为加快机组负荷响应速度和具有一次调频能力，不宜采用纯滑压运行，而应采用节流变压运行方式，即汽轮机调节汽阀不是处于全开，而是处于接近全开的位置。具体的做法是：将调节汽阀均开至90%多的位置，留有一定的调节余地，当负荷要求增加时，首先开大汽轮机调节阀，利用锅炉蓄热，尽快适应负荷的变化；稳态时，调节汽阀开度回到起始状态。这种运行方式在上述适应负荷变化的控制中，汽压的波动比定压运行方式时要大。
基于上述分析，机组的联合变压曲线的
设定应如图3所示。
PT Pmax μT0
μT μT Pmin PT N
0
N1
图3 机组联合变压运行曲线
N2 100
当机组功率小于N1时，机组作定压运行，汽压给定值为Pmin，通过汽轮机调节汽门开度的变化改变机组的实发功率。当机组功率在N1与N2之间时，机组作滑压运行。
在具体实现中，还要解决下面的一些技术问题：
定压／滑压方式选择
(1)当机组未投协调控制时，为定压控制方式
(2)当机组投入协调控制后，可由运行人员选择定压或滑压运行方式
(3)发生RB工况时，切为滑压控制方式 2.2.3 汽机主控系统汽机主控系统结构简图如图4所示。负荷指令来自操作员或自动调度系统ADS，并根据机组实际设有上下限及变化率限制。
实发功率控制采用串级控制结构，副回路为快速回路，用来补偿控制阀开度、摩擦及滞后造成的非线性。
汽机汽压调节器(TF方式)或功率调节器(DEB方式)的输出指令通过汽机主控发送到DEH系统。DCS与DEH的控制接口采用增减汽机主控增减闭锁：
(1) 当主汽压低于设定值一定值或DEH目标负荷已达高限时，汽机主控指令闭锁增(2) 当主汽压高于设定值一定值或DEH目标负荷已达低限时，汽机主控指令闭锁减 汽机主控自动允许条件：
脉冲方式。DCS通过比较汽机主控指令与DEH负荷参考信号的偏差决定是否发出DEH负荷增或DEH负荷降DO信号。当两者的偏差在调节的死区范围内时，不再发出增减信号，DEH侧采用计脉宽的方式增减目标负荷。
图4 汽机主控系统
(1) 选择TF方式且主汽压信号有效或者选择DEB方式且功率信号有效、功率偏差不大
(2) 汽机主控指令与DEH负荷参考信号偏差不大
(3) DEH投入CCS遥控(4) DEH负荷参考信号有效
2.2.4锅炉主控系统
锅炉主控系统相当于负荷指令处理回路与锅炉燃烧控制系统之间的接口。它既可以
工作在自动方式，也可以工作在手动方式，
能够完成单元机组在各种工况下的控制功能，协调锅炉出力与负荷指令之间的匹配关系。锅炉主控系统简图如图5所示。
图5 锅炉主控系统
上图中，负荷指令经动态前馈环节Kff作为锅炉指令的前馈信号，在变负荷的动态过程中，在输入和输出能量平衡关系将要失去或不平衡刚刚发生的时候，使能量的失衡限制在较小的范围内，可以起到“粗调的作用”。能量指令计算模块根据P1、PT、Ps计算出每一时刻汽机侧对锅炉侧的能量需求，这个能量需求进入锅炉指令限制模块锅炉主控M／A用于给定整个机组的总燃料量定值，锅炉指令同时作用到燃料主控及送风控制回路。在锅炉主控未投自动时，其输出指令跟踪机组的当前负荷。正常工况下，锅炉主控M／A的输出总是小于机组的最大允许负荷。当发生RB工况时，锅炉主控输出指令切换到RB指令，按一定的RB
后，根据操作员预先设定的参数计算出在正常工况下的锅炉指令。它的输出再进入RUNBACK模块，RUNBACK的输出是在重要辅机故障条件下的事故锅炉指令。最后一个伺服模块对前三个模块计算出的锅炉指令根据实际工艺参数的偏差，通过方向闭锁和迫升迫降进行最后的调整，用它去控制燃料量和风量。
速率快速降负荷。此时，锅炉主控M／A及调节器跟踪RB指令。
锅炉主控自动允许投入条件： (1) 任一给煤机投入自动 (2) 送风投入自动 (3) 给水投入自动
机组协调控制系统的优化设计与实现
