660 MW超超临界机组低负荷下凝结水系统控制优化

（华能国际电力股份有限公司长兴电厂，浙江长兴313100）

660 MW超超临界机组低负荷下凝结水系统控制优化

郑冬浩，曹志华，董勇卫，钱锋，沈正华

（华能国际电力股份有限公司长兴电厂，浙江长兴313100）

某发电厂660 MW超超临界机组的凝结水控制系统在高负荷时调节品质优良、经济性良好，但是在低负荷及高低负荷切换时，出现了除氧器水位和凝结水泵出口压力参数波动、凝结水泵经济性下降等问题。通过对控制策略的分析和优化，提高了凝结水控制系统在低负荷时的稳定性和经济性。

低负荷；凝结水；控制系统；优化

0 引言

机组凝结水泵变频控制技术是目前国内凝结水系统的主流改造方案之一，该技术一方面克服了工频泵电能损失大的缺点，节约了能耗；另一方面减少了除氧器上水调节阀的动作频率，降低了节流损失和阀门磨损。某发电厂凝结水系统2台凝结水泵公用1台变频装置，采用一拖二的运行方式，在正常运行工况下，具有较好的经济性和可靠性。然而，随着电力市场竞争日趋激烈，机组在投入AGC（自动发电控制）方式及参与深度调峰时，不可避免地长时间在较低负荷状态下运行，由此引发了凝结水系统的稳定性和经济性大幅下降。针对这一情况，需要对凝结水系统控制逻辑进行分析和优化。

1 系统简介

1.1 设备简介

某发电厂2×660 MW机组锅炉采用哈尔滨锅炉厂有限责任公司制造的变压运行直流炉，汽轮机采用上海电气集团股份有限公司生产的中间再热凝汽式汽轮机，凝结水系统设计为中压凝结水精处理系统，采用一拖二运行方式，2台凝结水泵公用1台变频装置。凝结水泵将凝汽器热井中的水，经精处理和轴封冷却器后，输送至除氧器，参与到热力系统的汽水循环中，工艺流程如图1所示。凝结水泵的详细参数如表1所示。

1.2 优化前控制策略

凝结水系统采用水位调节和压力调节2种控制模式。设置实际负荷300 MW为控制模式切换点，负荷小于300 MW时，采用压力调节模式；负荷高于300 MW时，采用水位调节模式；并设置了10 MW的控制模式切换死区，防止频繁切换调节模式。凝结水泵系统控制逻辑如图2所示。

图1 凝结水系统工艺流程

表1 凝结水泵参数

压力调节模式，除氧器上水调节阀调节除氧器水位，变频泵调节凝结水泵出口压力，除氧器上水调节阀和变频泵调节回路均采用单回路闭环控制。在这一模式下，调阀开度基本在15%左右波动，节流损失较大。

水位调节模式，除氧器上水调节阀快速开至100%开度，变频泵采用三冲量串级调节控制，主调节器调节除氧器水位，副调节器调节除氧器入口凝结水流量，给水流量作为前馈输入主调节器，由于副调节器的调节频率大于主调，因此副调可以在主调动作前消除微小扰动，维持了系统的稳定性，另外，由于副调是一个时变系统，系统对各种工况的适应能力也得到了提高。

1.3 存在问题

原有的控制策略在高负荷下具有优良的调节效果，既保证了系统稳定，也体现了很好的经济性。但是，在低负荷下还存在一些不足。图3是凝结水系统在调节模式切换点附近典型的压力曲线。通过图3可以发现原有控制策略在300 MW负荷附近存在以下不足：

图2 优化前凝结水泵控制逻辑

图3 优化前凝结水泵出口压力曲线

（1）稳定性较弱。在压力模式切换至水位模式时，由于除氧器上水调节阀和变频泵同时改变控制方式，互相交换了控制对象，控制系统在一段时间内出现了较大扰动，除氧器水位高于设定值使变频指令减小，调门快开逻辑使调门开度变大，二者联合作用直接导致凝结水泵出口压力快速下降了900 kPa，并在回调过程中产生了500 kPa的超调量，且震荡时间长达150 min，对系统稳定性造成了严重影响。

（2）经济性较差。在压力模式下，除氧器上水调节阀调节除氧器水位，由于PID参数设置较弱，调节能力小于凝结水泵出力，导致除氧器水位一直高于设定值，因此调阀开度基本保持在15%，不再开大。在这一开度，系统的节流损失较大，对调阀的磨损也较大，同时，维持除氧器水位高于设定值也具有一定的能耗，系统经济性较低。

2 优化内容

2.1 总体优化策略

在当前电力市场形势下，机组在300 MW附近甚至以下低负荷运行成为新常态。凝结水控制系统虽然在控制方式切换点附近设置了10 MW的切换死区，但相比于机组投入AGC后最高1.5%Pe/min的负荷变化率，系统仍然不可避免地频繁切换控制模式。这会对低负荷下凝结水泵出口压力的波动产生叠加效应，使系统震荡更加剧烈，危及机组安全，且变频泵的经济性优势得不到发挥。

针对以上情况，在不对现有设备进行改造的情况下，通过对控制逻辑的优化来满足运行工况的要求。具体策略如下：

（1）取消变频泵压力调节模式，变频泵全程调节除氧器水位。

（2）在除氧器上水调节阀逻辑中添加单回路压力调节功能，在变频运行方式下调节凝结水泵出口压力。

（3）在除氧器上水调节阀逻辑中添加切换功能块，使阀门在凝结水泵变频方式下调节凝结水泵出口压力，工频方式下调节除氧器水位。

2.2 变频泵逻辑优化

在变频泵控制逻辑中，取消回路中水位调节模式和压力调节模式相互切换的功能块，并删除压力调节相关逻辑，使变频泵始终以除氧器水位为控制对象，如图4所示。

图4 优化后变频泵控制逻辑

变频泵水位调节采用单/三冲量切换方式，当负荷大于300 MW时，沿用优化前的三冲量调节逻辑。由于低负荷下给水扰动较大，采用三冲量调节策略会产生较大调节误差，因此在变频泵逻辑中添加单冲量调节回路，并添加切换功能块，当负荷小于300 MW时，切换至单冲量调节。为了保证单/三冲量切换时除氧器水位稳定，采取以下措施：

（1）在切换条件判定时，负荷条件设置50 MW的死区。

（2）利用跟踪功能实现2种方式之间的无扰切换。

（3）在切换功能块中设置切换速率限制，防止指令过快变化。

同时，为了防止除氧器上水调阀调节能力不足或其他扰动导致凝结水泵出口压力过低，设计了当凝结水泵出口压力低于设定值0.1 MPa时，闭锁减小变频泵出力的功能，保证出口压力稳定。

2.3 除氧器上水调节阀逻辑优化

除氧器上水调节阀逻辑由变频和工频两部分组成。在凝结水泵工频模式下，调节除氧器水位，原有的逻辑经过实际检验，能满足除氧器水位调节的要求，因此不做修改。在工频模式的PID输出下游，增加切换功能块，当变频泵在自动状态下时，自动切换至变频模式，调节凝结水泵出口压力，如图5所示。

图5 除氧器上水调节阀压力调节逻辑

凝结水泵出口压力调节采用单回路比例-积分闭环控制系统，同时根据调门阀位设计了变参数调节结构，以达到不同阀位状态下的控制目标。具体策略是：

（1）当阀位较小时，比例和积分作用较强，阀门对扰动的响应速度较快，消除偏差的能力较强，可以快速地适应机组启动和变负荷时的复杂工况。

（2）随着凝结水泵出力增加，阀位增大，当阀位大于40%后，比例和积分作用随着阀位的增大逐渐减弱，此时工况相对启动阶段较为稳定，阀门对压力进行微调。

（3）当阀位开至100%时，比例、积分作用达到最小，这样一方面避免了短暂、微小的扰动使阀门过度关小，造成不必要的节流损失，另一方面也防止了积分饱和，使压力偏低时，阀门能及时关小。

2.4 画面优化

在DCS系统中的凝结水系统画面上增加除氧器上水调节阀压力调节控制面板，并添加当前控制模式（压力、水位）显示，取消原来变频泵的压力调节控制面板。

3 优化后效果

3.1 稳定性

优化方案实施后，对系统进行了除氧器水位和凝结水泵出口压力的负荷扰动实验，并选取110 MW，220 MW，330 MW，440 MW 4个负荷点的区间段观察调节效果。图6是凝结水系统在300 MW区间段的参数曲线，图中显示，当负荷在280～310 MW变动时，凝结水泵出口压力在设定值上下100 kPa以内波动，除氧器水位保持稳定，满足实际运行中的稳定性要求。实验结果显示，在低负荷（小于330 MW）状态下，由于全程采用了同一控制策略，除氧器水位和凝结水泵出口压力一直稳定在设定值附近，稳态偏差和稳定时间都符合规程要求。除氧器上水调节阀在300 MW负荷区间时开大至100%，因此在高负荷下（高于330 MW），控制策略和优化前相同，系统延续了之前优良的稳定性。

图6 优化后的负荷-压力曲线

3.2 经济性

由于优化后，除氧器上水调节阀开度提前开大，减少了节流损失，变频泵的经济性也有了一定提高，图7为系统优化前后凝结水泵在不同负荷段的电流统计对比。

图7 优化前后凝结水泵能耗对比

由图7可以看出，在220 MW—300 MW负荷段，由于减少了调门节流损失，凝结水泵电流明显下降。以机组在298 MW负荷运行时为例，凝结水泵电流相较于优化前下降了23 A，累计运行1 000 h可节约厂用电能耗23万kWh，提高了机组低负荷时发电的经济性。

4 结语

通过凝结水系统控制逻辑的优化提高了机组在低负荷时除氧器水位和凝结水泵出口压力的稳定性及凝结水泵的经济性，为机组更可靠地应对低负荷运行提供了支持。但凝结水系统的控制性能仍然有进一步提升的空间，通过特性实验，总结不同工况下调门开度与变频指令之间最优匹配关系，并通过前馈、变参数调节等手段实现最优控制，将对进一步减少节流损失，维持压力稳定，有很大的作用。

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（本文编辑：张彩）

Optimization Control of Condensate Water System of 660 MW Ultra-supercritical Unit under Low Load

ZHENG Donghao，CAO Zhihua，DONG Yongwei，QIAN Feng，SHEN Zhenghua
（Huaneng Power International，INC.，Changxing Power Plant，Changxing Zhejiang 313100，China）

The condensate water system of a 660 MW ultra-supercritical unit in a power plant was of good quality and economy under high load.However，during switching from low load to high load，parameters of deaerator water level and outlet pressure of condensate water pump fluctuated，and economy of condensate water pump decreased.After control strategy analysis and optimization，stability and economy of condensate water system under low load are enhanced.

low load；condensate water；control system；optimization

10.19585/j.zjdl.201707005

1007-1881（2017）07-0020-04

TK38

B

2017-05-09

郑冬浩（1990），男，助理工程师，从事火电厂自动化控制方面工作。