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摘 要 600MW超临界直流炉是一种新型的机炉控制系统，机组的运行可以对该系统进行整定和优化。该系统机组具有较强的负荷性能，其自动化水平较高，在机炉解耦中具有良好的动态特性。本文就直流炉条件下超临界机组的协调性控制策略进行分析研究。
关键词 直流炉；超临界机组；协调控制
中图分类号TM31 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）123-0175-02
在电机组不断发展的同时出现了一些大容量、功率高的超临界机组，与亚临界机组相比，这些机组的使用具有较大的优势。超临界机组的使用能够降低资源的消耗量，使得电厂的运营成本进一步减少，还能够减少污染物的排放，从而起到节能减排的效果。为了有效促进电力行业的发展，走节约型社会的规划道路，超临界机组在电力行业的使用越来越广泛。通常情况下使用的超临界机组是无气泡的直流锅炉，其在使用过程中的运行模式和其他的机组有着显著的区别。
1 直流炉的特性分析
传统的电力行业火力发电通常采用的是汽轮发电机组，20世纪末引进了欧洲的火电机组，这种机组采用的是塔式布置的直流锅炉，在不断发展和使用的过程中我国也研发了较多的塔布式直流锅炉并应用到锅炉厂中。21世纪初期我国较多的工厂从国外引进超临界的直流锅炉进行制造和设计。
直流锅炉与汽包锅炉相比具有较多的突出特征，主要表现在其工质依靠给水泵进行受热，受热过程中没有固定的汽水分界点。但是这种设备还存在一定的缺陷，当燃水出现比例失调的情况时，受热面吸热的比例就会发生较大变化，一定程度上会影响到出口的气温。通常情况下一些大型的直流锅炉机组采用的运行方式是变压运行。超临界参数的直流锅炉在工作过程中其工质会发生变化，一般会由亚临界变化到超临界状态。当运行的参数在亚临界情况下时，工质的加热区会出现三个不同的阶段，即热水段、蒸发段和过热段。当锅炉的运行压力在不断上升时，汽化潜热就会逐渐减少，锅炉的运行参数超过临界点时，锅炉内部的水分就会直接变为水蒸气，汽化潜热降低到零，其内部工质的蒸发段就会消失。受到不同负荷的影响，直流锅炉的工质会发生较大的变化。直流锅炉的运行控制特性一定程度上受到非线性的影响，其蓄热系数和惯性通常情况下小于汽包锅炉的数值。就其主要的参数进行比较，参数的变化速率大于气泡锅炉参数的速率。每个参数在运行的阶段具有明显的非线性特性。由于直流锅炉的特性具有一定的复杂性，所以对其控制策略的制定应该根据热力学机理和结构特性进行调整。我国研发的超临界主流发电机组虽然在技术设计上还需要进行一定的创新，和世界其他国家的研发情况相比存在较大的差距，一些方面的使用还没有满足机组的具体需要，但是基本上达到了规定的技术标准。
2 超临界机组的协调控制策略
超临界机组的协调控制系统主要是对汽轮机和锅炉的工作状态进行协调，通过控制回路可以对两个自动控制系统发出指令，使这两个系统快速的响应负荷变化，最终发挥机组的调峰能力，一定情况下可以对参数运行起到辅助作用。超临界机组的协调控制系统分为不同的功能回路，通常情况下系统的功能回路主要包括机主控和炉主控，还有频率校正等功能，但是不同的功能回路有不同的协调运行方式。其中真正的机组协调方式是炉跟机协调方式和机跟炉协调方式。超临界机组的主要协调控制策略有三种。
2.1 超临界机组的给水控制回路
超临界机组的给水控制主要是按照煤水方式进行控制的，给水指令的调整依据是燃料量，对给水指令可以实施动态的调整。通常情况下，燃料的增加会产生蒸汽，在惯性作用下蒸汽停留的时间会随着燃料的燃烧而延长，对燃料的模拟可以通过不同的惯性环节进行。为了对燃料的燃烧和给水之间的偏差进行平衡，当燃料燃烧发出指令后可以引进三个阶段惯性达到平衡偏差的作用。计算分离器的微过热度时可以通过出口压力进行计算，然后将计算的微过热度和实际的出口温度进行比较，采用调节器对温度和热度进行计算，将计算的结果和给定的给水值进行相乘，使得给水量得到有效控制。对给水量的调整要使其达到实际燃料量的使用水量，从而能够使分离器的数值达到稳定状态。超临界机组的给水控制一定程度上决定其协调控制，两者在使用的过程中不能分开使用，应该将给水控制作为协调控制的一部分，控制好给水才能解决超临界的协调问题。
2.2 超临界机组的锅炉主控回路
在协调控制的方式下，锅炉主指令主要有四部分组成，首先是基本部分，其次是机前压力调节器，紧接着是动态补偿信号，通常情况下，动态补偿信号有两种形式，一种是机组负荷指令的动态补偿，另一种是机前压力对锅炉的动态补偿。锅炉主控的基本部分包括机组负荷指令和频率校正部分。机组负荷指令为锅炉的主体指令，可以对燃料量进行适当的控制。超临界机组的机前压力调节器和亚临界的机组相似度较高，机前压力的变化说明机炉能量存在不平衡的状态，为了保持能量的平衡，需要对燃料的数量进行改变，才能使得机炉达到新的平衡状态。当机前压力调节器的运行方式为滑压运行时，可以将速率限制后的输入信号当作压力定值。压力定值可以生成回路进行改进，促进滑亚函数的增加。机前压力的动态补偿信号主要组成部分有二种，分别是机前压力设定的微分和微分减去机前压力组成。这种组成结构一定程度上可以保障机组在滑压时有机前压力跟随。锅炉的主指令是其主控制回路的输出数值。为保证机组的负荷变化不会出现较大的差距，需要对燃烧量和给水量进行控制。由于受到燃水比例的影响，在给水没有快速融化的情况下，锅炉的变负荷性能比就会变差，所以需要在机组主气温不变的条件下减少给水时间，使得给水流量发生一定的变化，从而达到改善锅炉变负荷性能效果。负荷指令的动态补偿是在机组负荷变动的情况下对机组的蓄热适当的进行减少。其主要组成部分是常规的负荷指令和动态补偿环节，动态补偿环节的数值是两部分的差，是通过没有受到速率变化的限制负荷指令数据和受到速率变化的负荷指令数据相减得出的数值。为了避免出现较大的微分输出数据，需要适当的限制微分环节的幅度。 2.3 超临界机组的汽机主控回路
对机炉实行协调控制时，要将汽机主控的被调量作为实发功率。实际的机组负荷指令是限定的机组负荷目标和调频指令相加的部分。对机组负荷的目标值进行确定时要根据不同的指令进行确定，当投入AGC后，其负荷值就是AGC的数值，没有投入AGC的情况下可以由操作人员输入具体的目标值。考虑到锅炉的惯性大于汽机，当机组负荷的指令发出后需要增加一定的惯性环节，这样就可以使得机炉运行的状态更加协调。控制机组负荷的汽机主控指令是由机前压力和其设定数值的偏差乘压力修正函数得出的。为了使得机组负荷指令得到快速的响应，可以引入负荷指令函数作为汽机信号，使得汽机的控制特性得到增强。一般情况下，当机组的机前压力超越实际压力时，应该采取适当的手段增加汽机主控的闭锁功能，否则，应该减少汽机主控的闭锁，主要目的是使用锅炉的控制系统对机前压力进行控制，最终确定机前压力的具体数据。当出现偏差较大的机前压力时，锅炉的主控调节难以稳定压力变化，采用汽机主控对锅炉的主控进行协助可以缩短控制时间，使得整个动态控制过程逐渐加快。
3 结论
直流炉具有蓄热能力小、子系统之间联系紧密的特点，超临界机组在使用过程中压力等级相对较高，工作过程中可以有效的提高其介质的刚性，两种系统的结合可以使协调控制系统达到较好的控制效果。对协调控制系统进行设置的过程中应该综合考虑其整个控制状况，采用静态动态控制相结合的方法使得整个系统的回路达到正常。为了有效提高机组的负荷适应性，应该加强对锅炉蓄热的应用，从而保证机组的正常运行，为设计超临界协调控制提供依据。
参考文献
[1]蔚培霞，党立业，赵智峰，等.超临界机组协调控制策略的分析与改进[C].2009年全国第十四届自动化应用学术交流会暨中国计量学会冶金分会2009年会论文集，2009（2）.
[2]卫平宝，张巍.超临界机组协调控制策略分析及优化[C].全国发电机组调峰调频及机网协调技术交流研讨会论文集，2010（2）.
[3]于文清，刘瑞.针对电网两个细则超临界机组AGC控制策略的优化[J].仪器仪表与分析监测，2012（2）.
[4]易克难.600MW超临界机组协调控制系统分析与优化设计[D].华北电力大学（保定），2012（4）.
[5]游勇华，龙洋，万俊松等.超超临界直流炉协调控制策略设计与应用[J].江西电力，2013（4）.
[6]谷俊杰，冀乃良，曹晓威，等.超临界机组协调控制方法研究及模型分析[J].华北电力大学学报：自然科学版，2013（2）.
关键词 直流炉；超临界机组；协调控制
中图分类号TM31 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）123-0175-02
在电机组不断发展的同时出现了一些大容量、功率高的超临界机组，与亚临界机组相比，这些机组的使用具有较大的优势。超临界机组的使用能够降低资源的消耗量，使得电厂的运营成本进一步减少，还能够减少污染物的排放，从而起到节能减排的效果。为了有效促进电力行业的发展，走节约型社会的规划道路，超临界机组在电力行业的使用越来越广泛。通常情况下使用的超临界机组是无气泡的直流锅炉，其在使用过程中的运行模式和其他的机组有着显著的区别。
1 直流炉的特性分析
传统的电力行业火力发电通常采用的是汽轮发电机组，20世纪末引进了欧洲的火电机组，这种机组采用的是塔式布置的直流锅炉，在不断发展和使用的过程中我国也研发了较多的塔布式直流锅炉并应用到锅炉厂中。21世纪初期我国较多的工厂从国外引进超临界的直流锅炉进行制造和设计。
直流锅炉与汽包锅炉相比具有较多的突出特征，主要表现在其工质依靠给水泵进行受热，受热过程中没有固定的汽水分界点。但是这种设备还存在一定的缺陷，当燃水出现比例失调的情况时，受热面吸热的比例就会发生较大变化，一定程度上会影响到出口的气温。通常情况下一些大型的直流锅炉机组采用的运行方式是变压运行。超临界参数的直流锅炉在工作过程中其工质会发生变化，一般会由亚临界变化到超临界状态。当运行的参数在亚临界情况下时，工质的加热区会出现三个不同的阶段，即热水段、蒸发段和过热段。当锅炉的运行压力在不断上升时，汽化潜热就会逐渐减少，锅炉的运行参数超过临界点时，锅炉内部的水分就会直接变为水蒸气，汽化潜热降低到零，其内部工质的蒸发段就会消失。受到不同负荷的影响，直流锅炉的工质会发生较大的变化。直流锅炉的运行控制特性一定程度上受到非线性的影响，其蓄热系数和惯性通常情况下小于汽包锅炉的数值。就其主要的参数进行比较，参数的变化速率大于气泡锅炉参数的速率。每个参数在运行的阶段具有明显的非线性特性。由于直流锅炉的特性具有一定的复杂性，所以对其控制策略的制定应该根据热力学机理和结构特性进行调整。我国研发的超临界主流发电机组虽然在技术设计上还需要进行一定的创新，和世界其他国家的研发情况相比存在较大的差距，一些方面的使用还没有满足机组的具体需要，但是基本上达到了规定的技术标准。
2 超临界机组的协调控制策略
超临界机组的协调控制系统主要是对汽轮机和锅炉的工作状态进行协调，通过控制回路可以对两个自动控制系统发出指令，使这两个系统快速的响应负荷变化，最终发挥机组的调峰能力，一定情况下可以对参数运行起到辅助作用。超临界机组的协调控制系统分为不同的功能回路，通常情况下系统的功能回路主要包括机主控和炉主控，还有频率校正等功能，但是不同的功能回路有不同的协调运行方式。其中真正的机组协调方式是炉跟机协调方式和机跟炉协调方式。超临界机组的主要协调控制策略有三种。
2.1 超临界机组的给水控制回路
超临界机组的给水控制主要是按照煤水方式进行控制的，给水指令的调整依据是燃料量，对给水指令可以实施动态的调整。通常情况下，燃料的增加会产生蒸汽，在惯性作用下蒸汽停留的时间会随着燃料的燃烧而延长，对燃料的模拟可以通过不同的惯性环节进行。为了对燃料的燃烧和给水之间的偏差进行平衡，当燃料燃烧发出指令后可以引进三个阶段惯性达到平衡偏差的作用。计算分离器的微过热度时可以通过出口压力进行计算，然后将计算的微过热度和实际的出口温度进行比较，采用调节器对温度和热度进行计算，将计算的结果和给定的给水值进行相乘，使得给水量得到有效控制。对给水量的调整要使其达到实际燃料量的使用水量，从而能够使分离器的数值达到稳定状态。超临界机组的给水控制一定程度上决定其协调控制，两者在使用的过程中不能分开使用，应该将给水控制作为协调控制的一部分，控制好给水才能解决超临界的协调问题。
2.2 超临界机组的锅炉主控回路
在协调控制的方式下，锅炉主指令主要有四部分组成，首先是基本部分，其次是机前压力调节器，紧接着是动态补偿信号，通常情况下，动态补偿信号有两种形式，一种是机组负荷指令的动态补偿，另一种是机前压力对锅炉的动态补偿。锅炉主控的基本部分包括机组负荷指令和频率校正部分。机组负荷指令为锅炉的主体指令，可以对燃料量进行适当的控制。超临界机组的机前压力调节器和亚临界的机组相似度较高，机前压力的变化说明机炉能量存在不平衡的状态，为了保持能量的平衡，需要对燃料的数量进行改变，才能使得机炉达到新的平衡状态。当机前压力调节器的运行方式为滑压运行时，可以将速率限制后的输入信号当作压力定值。压力定值可以生成回路进行改进，促进滑亚函数的增加。机前压力的动态补偿信号主要组成部分有二种，分别是机前压力设定的微分和微分减去机前压力组成。这种组成结构一定程度上可以保障机组在滑压时有机前压力跟随。锅炉的主指令是其主控制回路的输出数值。为保证机组的负荷变化不会出现较大的差距，需要对燃烧量和给水量进行控制。由于受到燃水比例的影响，在给水没有快速融化的情况下，锅炉的变负荷性能比就会变差，所以需要在机组主气温不变的条件下减少给水时间，使得给水流量发生一定的变化，从而达到改善锅炉变负荷性能效果。负荷指令的动态补偿是在机组负荷变动的情况下对机组的蓄热适当的进行减少。其主要组成部分是常规的负荷指令和动态补偿环节，动态补偿环节的数值是两部分的差，是通过没有受到速率变化的限制负荷指令数据和受到速率变化的负荷指令数据相减得出的数值。为了避免出现较大的微分输出数据，需要适当的限制微分环节的幅度。 2.3 超临界机组的汽机主控回路
对机炉实行协调控制时，要将汽机主控的被调量作为实发功率。实际的机组负荷指令是限定的机组负荷目标和调频指令相加的部分。对机组负荷的目标值进行确定时要根据不同的指令进行确定，当投入AGC后，其负荷值就是AGC的数值，没有投入AGC的情况下可以由操作人员输入具体的目标值。考虑到锅炉的惯性大于汽机，当机组负荷的指令发出后需要增加一定的惯性环节，这样就可以使得机炉运行的状态更加协调。控制机组负荷的汽机主控指令是由机前压力和其设定数值的偏差乘压力修正函数得出的。为了使得机组负荷指令得到快速的响应，可以引入负荷指令函数作为汽机信号，使得汽机的控制特性得到增强。一般情况下，当机组的机前压力超越实际压力时，应该采取适当的手段增加汽机主控的闭锁功能，否则，应该减少汽机主控的闭锁，主要目的是使用锅炉的控制系统对机前压力进行控制，最终确定机前压力的具体数据。当出现偏差较大的机前压力时，锅炉的主控调节难以稳定压力变化，采用汽机主控对锅炉的主控进行协助可以缩短控制时间，使得整个动态控制过程逐渐加快。
3 结论
直流炉具有蓄热能力小、子系统之间联系紧密的特点，超临界机组在使用过程中压力等级相对较高，工作过程中可以有效的提高其介质的刚性，两种系统的结合可以使协调控制系统达到较好的控制效果。对协调控制系统进行设置的过程中应该综合考虑其整个控制状况，采用静态动态控制相结合的方法使得整个系统的回路达到正常。为了有效提高机组的负荷适应性，应该加强对锅炉蓄热的应用，从而保证机组的正常运行，为设计超临界协调控制提供依据。
参考文献
[1]蔚培霞，党立业，赵智峰，等.超临界机组协调控制策略的分析与改进[C].2009年全国第十四届自动化应用学术交流会暨中国计量学会冶金分会2009年会论文集，2009（2）.
[2]卫平宝，张巍.超临界机组协调控制策略分析及优化[C].全国发电机组调峰调频及机网协调技术交流研讨会论文集，2010（2）.
[3]于文清，刘瑞.针对电网两个细则超临界机组AGC控制策略的优化[J].仪器仪表与分析监测，2012（2）.
[4]易克难.600MW超临界机组协调控制系统分析与优化设计[D].华北电力大学（保定），2012（4）.
[5]游勇华，龙洋，万俊松等.超超临界直流炉协调控制策略设计与应用[J].江西电力，2013（4）.
[6]谷俊杰，冀乃良，曹晓威，等.超临界机组协调控制方法研究及模型分析[J].华北电力大学学报：自然科学版，2013（2）.