负荷预估信号在机组协调控制系统中的应用

　　一、系统概况

　　华能铜川电厂2*600MW机组锅炉为哈尔滨锅炉厂有限公司制造的亚临界参数、一次中间再热、单炉膛、四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢架悬吊结构、全露天布置汽包炉，配东方汽轮机厂制造的一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷汽轮机。机组控制系统采用美国西屋公司研制的Ovation DCS, 其包括数据采集系统(DAS)、炉膛安全监控系统 (FSSS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统 (SCS)、数字式电液控制系统(DEH)、汽轮机紧急跳闸系统(ETS)、电气控制系统(ECS)等。机组协调控制系统采用以锅炉跟踪方式为基础的常规设计方案，其主要包括负荷指令处理回路、压力指令处理回路、锅炉主控制器、汽轮机主控制器等，为了提高机组负荷调节品质，取消了常规协调控制系统设计中的压力拉回回路。锅炉主控制器以直接能量平衡信号作为前馈信号。

　　二、控制策略

　　机组协调控制(UCC)系统是根据单元机组的负荷控制特点，为解决负荷控制中的内(机组内部锅炉和汽轮机之间)、外(机组与外部电网之间)能量供求平衡关系提出的一种控制策略。它使锅炉和汽轮机同时按照电网负荷需求指令和内部主要运行参数的偏差进行协调控制，以保证单元机组对外具有较快的功率响应速度和一定的调频能力，对内具有将主蒸汽压力偏差维持在允许范围内的能力。

　　(1)在协调控制系统中采用能量平衡信号作为前馈，采用能量平衡信号(当前汽轮机对锅炉的能量需求量)Pl/Pt/Ps , (Pl为汽轮机第1级后的蒸汽压力，Pt为机前压力,Ps为过热蒸汽压力设定值)取代传统协调控制系统中的功率给定信号(图 1 )。其中，P1/Pt，与汽轮机调节阀的开度成正比，所以Pl/Pt，反映了汽轮机调节阀的开度，Pl/Pt/Ps，反映了汽轮机输人能量。能量平衡信号是一个自校准的信号，P1与输人至汽轮机的能量成近似比例关系，从而Pl与机组输出的实发功率近似为比例关系。由于锅炉制粉、燃烧和传热过程滞后，在负荷变化过程中P1受到影响。当Pt下降后，该能量平衡信号将增加，以补偿锅炉蓄能的流失。随着丸逐渐趋于设定值，锅炉的输人能量与输出能量达到平衡。

　　(2)锅炉主控燃料调节指令保持锅炉热量输出与汽轮机热量消耗的动态平衡。锅炉主控PID的过程变量(PV)输人信号为主蒸汽压力，设定值(SP)输人信号为主蒸汽压力设定值，PID设计为比例积分调节功能。为了调试方便，将PV和SP输人信号偏差的微分作用与PID模块分开并单独处理，其输出与PID的输出相加。对锅炉主控指令起主要作用的能量平衡前馈信号进行P+PD处理，以使其及时、快速地响应机组负荷以及燃烧工况的变化，保证前馈信号能够较准确地保持锅炉燃烧和机组负荷之间的能量平衡。与前馈信号相比，PID的比例积分作用只起到补充和后续调节作用，因此其参数设计相对较小。利用PID调节作用，辅助燃烧调整起到减小偏差的作用。调试时应避免过度依靠PID的比例积分作用，减小调节指令的反复波动。前馈信号加PID的共同作用，既提高了锅炉对负荷的快速响应能力，又保证锅炉的稳定燃烧。