电厂集控运行与机组协调控制的应用策略分析

严剑文

江西赣能股份有限公司丰城二期发电厂 江西 宜春331100

引言

随着当今社会的快速发展,人们对于电力的需求量也逐渐的增大,甚至电已经成为人们生活密不可分的一部分。因此,为了满足人们生活对于电力质量的需求情况。电厂不断引进新型技术以此来提高电能的质量。如果想要达到提高电能质量这一要求,就需要对机组协调控制体系进行改进和完善,从而提高控制系统的准确度,而在电厂控制系统中最为主要的控制便是集控运行。由此可见,机组协调控制是电厂中集控运行的主要因素。若想要提高电厂电能的生产效率、质量以及电厂安全系统的安全性和可靠性。对集控运行和机组协调控制进行改进和完善是当下电厂发展所必须采取的措施。

一、集控运行系统主要作用

如果想要更加完善电厂的集控系统,首先就要明白什么是集控运行系统、集控运行系统作用是什么、以及其工作内容是什么等一系列的问题。所谓的集控系统是通过集中控制技术将原本单元制的基础进行集合。从而使各个机组的操作统一性管理。在电厂中集控系统是将监控功能以及指挥操作功能集于一体的操作系统。通过对电厂电控系统进行监控和管理,从而收集电厂系统中度产生的一系列数据。再将收集到数据进行处理分析进一步为生产者提供生产电能所需的数据。从而使电能的生产更为合理可靠,并且能够有效提高的其安全性能。在电厂的自动化控制中,集中控制系统是主要的运行系统。电厂自动化中通过将集中控制系统与机组协调进行组合,进一步对电能生产的各个流程进行监控管理以及对数据进行处理[1]。其中集控运行系统是主要对生产中所产生的信息数据进行分析处理和储存为生产者提供主要理论依据。而机组协调控制系统则通过接收生产制造者或者集控运行系统所发出的指令进行实际运行从而对生产系统进行优化完善其性能,提高电能生产的安全性。

二、集控运行系统的使用策略

(一)通过改进调节器参数,提高电能产率。在电能生产过程中集控运行能够通过协调控制系统来提高电能产率。而在控制系统中负荷调节器的存在能够对电能的生产起到一定的调节性作用。但是在控制系统中由于负荷调节器数值会产生不定性的变化,导致在电能生产存在波动。而当系统中的负荷趋于稳定时,负荷的反馈信息将会提前进行结束。根据这一特点我们可以对负载调节器采取相应的平衡措施,从而提高负载调节器的调节能力。与此同时,也能够有效的降低在生产系统中由于负载的不稳定性而造成的不良影响。因此合理的对负载调节器的参数进行改变和调节不仅可以提升协调系统的稳定性。同时能够有效地提高电能的生产效率,从而保证生产效率以及生产质量[2]。

三、机组协调控制优化策略江西

机炉协调控制系统优化主要体现在锅炉控制回路方面[3],它是一种改进型的锅炉水煤解耦式控制策略,但根据火电机组调频AGC方式运行的特点,在策略上进行了针对性的完善优化。对机炉协调的汽机负荷控制回路,也针对AGC指标要求进行了针对性地完善,以提高机组AGC过程中的响应时间和速度。对机组其它子系统的控制,其策略则基本遵循原有的单PID加前馈,或者串级PID加前馈的控制策略。在控制策略完善优化的基础上,对各系统的控制参数进行全方位的优化调整。

(一)主汽压力设定值系统。主汽压力设定值系统,在滑压方式下,根据机组负荷指令折算生成锅炉主汽压力参考值;叠加上运行人员偏置,生成主汽压力目标设定值;然后经过速率限制,形成锅炉主汽压力设定值;锅炉主汽压力设定值,经过三阶惯性的时延处理,作为最终进入锅炉主控PID的压力设定值,该值是最终衡量主汽压力偏差指标的设定参考值。通过优化,在低负荷和高负荷工作区内,防止压力设定值变化大,造成扰动大而超压,在中间负荷工作区内,适度加快压力设定值的变化,防止或减缓主汽压力变化过慢,而导致的DEH 调门全开或开度过小的情况出现。进行以上处理,避免了锅炉主控PID在升降负荷过程中的主汽压力跟踪调节作用,而主汽压力压力跟踪主要由控制逻辑中的前馈控制分量完成。在升降负荷中,由于锅炉燃烧和制粉的过程的滞后,调节主汽压力的前馈控制分量,其作用需一分钟左右才能在锅炉主汽压力上体现出来,此时如果不进行延时处理,随负荷指令变化的设定值会直接调节锅炉主控PID,设定值和过程量之间的偏差,会造成由于锅炉主控PID衰减率而致的锅炉主控升降波动,并进而又引起锅炉水、煤指令的波动而导致锅炉各主辅参数稳定性的下降。

(二)锅炉主控系统。锅炉主控指令,是生成锅炉煤水指令的原始指令。直流锅炉的给煤、给水设定指令,除去考虑其响应时延的先后区别外,指令形式是一致的,一般情况下,主要有三部分组成,其一是主汽压力调节PID控制分量部分;其二是负荷指令的比例折算前馈作用;其三是升降负荷过程中的超调量部分。目前,在应用最广泛的直流锅炉控制方案中,以上三部分控制分量中的升降负荷超调量部分,则是分别在给水主控、给煤主控回路中分别实现的。通过优化考虑到给水响应的快速性,在升降负荷过程中的初期,可以适度利用给水流量的变化,来动态改变锅炉内蒸汽蓄能的变化,以适应AGC发电对锅炉负荷蓄能快速变化的要求。另外,不同负荷下,炉内的热容量变化、锅内的蒸汽蓄能变化,这两者所需要的热能折算量是不同的,实现了不同的超调量。

(三)中间点温度及给水控制系统。根据分离器压力折算分离器处的饱和蒸汽温度,叠加上据机组负荷折算出的过热度曲线,并加上根据主蒸汽温度偏差的补偿修正,并加上运行人员的过热度偏置值,形成锅炉中间点温度设定值。设定值和分离器出口温度比较,其差经过PID运算,形成给水流量设定值过热度修正系数。锅炉主控及负荷超调量折算来的给水流量之和,是给水流量原始设定值,经过过热度修正系数的乘式修正,便得到最终的锅炉给水流量设定值。同时,如锅炉主控系统说明部分所述,该过热度修正系数以除的形式修正锅炉主控指令。

过热度修正系数是一个范围在(0.7～1.3)左右的修正系数,当过热度上升时,该修正系数会增加,经过该系数乘式修正的锅炉给水流量设定值会增加,故此可以控制过热度的上升;同时,经过该系数除式修正的锅炉主控会减小,折算成的燃料主控设定值会减小,也可以达到控制过热度上升的效果。

从逻辑结构上分析,从锅炉主控负荷前馈至给水流量设定值,在稳态时,其关系是函数折算关系,但从锅炉主控负荷前馈至燃料主控煤量设定值,则存在一个过热度修正系数,当煤质变好导致过热度上升,或者煤质变差导致过热度下降,最终会实现对给煤量设定减小或增大的校正作用,如上段内容所述,最终实现了一种煤水控制自有煤质校正功能。实际上,对于直流锅炉而言,锅炉中间点温度本身就是反映煤质的一个最直接的中间变量,一定程度上佳,中间点温度控制器本身就是煤质校正器。

(四)燃料主控系统及一次风系统。锅炉主控指令,叠加变负荷过程中的燃料补偿部分,其和经过煤质校正回路的校正,形成形成锅炉燃料量总指令,经过燃料主控PID的计算,形成最终的给煤机公共指令。在其基础上,叠加上各自的偏置,形成各给煤机的最终给煤指令。锅炉给水和给煤系统的超调量,并不在锅炉主控中生成,而在各自子系统中分别生成,其动作量可分别调整,以便于在稳定性和快速性之间进行适度平衡取舍。

根据燃料主控设定值,也即锅炉燃料量总指令,除以磨煤机运行台数,折算生成燃料主控输出的近似拟合量,根据该拟合量折算生成锅炉一次风压设定值,可避免断煤时燃料主控上下波动导致的影响。一次风压和磨煤机负荷有直接的关系,但和锅炉负荷则是间接的关系。考虑两种特殊工况:机组低负荷运行2台磨煤机,但每台磨都在高出力工况,机组高负荷5台磨煤机运行,但每台磨都在较低出力工况,显然,前者所需的一次风压要大于后者,尽管对于一次风,后者大于前者。这是采用以上所述风压控制策略的原因。采用拟合燃料主控输出指令的形式,则是为了避免给煤机断煤等特殊工况下一次风压的扰动情况。另一方面,对于大型超临界锅炉,一般情况下,普遍认为相对于亚临界锅炉的蓄热小,这样,为了加快锅炉的AGC负荷响应,适度加快一次风压力和磨煤机一次风流量的响应速度,一定程度上可以弥补超临界锅炉蓄热小的不足。

(五)在电厂设备中使用该系统提高设备安全性及经济性。由于电能的生产不比其他生产,其存在的危险性较高,所以在电厂中,专门存在着一种为保护机组设备安全和工作人员自身安全以及提升生产安全的保护系统。而在这个保护系统中,如果想要真正的发挥它的作用就必须将保护系统的特性与集控运行以及机组协调控制相结合从而达到有效的防护安全措施。例如,当电厂设备在生产过程中出现严重故障时通过采用集控运行的方式,及时的关闭其控制系统,从而避免由于设备出现故障而造成的一系列损失和人身安全问题。在如在电厂进行检修时通过采用控制系统进行设备的试运行,从而了解设备的运行情况,以便对存在问题的设备进行针对性的维护和检修。这不仅能够提高生产效率,更加能够保障工作人员以及设备的安全性[4]。

丰城二期发电厂两台700 MW机组经过协调优化后,机组负荷响应速度及一次调频贡献率得到明显提高,2018、2019年两个细则奖励电费分别达到1520万元、1750万元,连续两年奖励电费排名江西电网第一名,占全全奖励的的45%左右。

四、结束语

从以上论述不难看出,无论是集控系统的运行,还是协调控制系统在电厂中电能的生产过程中都有着重要的作用。它不仅能够提高电能的生产效率和生产质量,更加能够降低生产过程中存在的危险系数,还能为企业提高经济效益。并且在设备的检修方面也有着一定的作用。同时也为电厂的长久发展奠定坚定的基础。因此,集控运行与机组协调控制在电场中运用,是当下我国电厂发展的趋势。同时也是我国当下科技发展的必要前提。