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摘要:随着经济的迅速发展以及科学技术水平的不断提高，我国的超临界机组协调控制技术取得了较大程度上的发展，为我国工业水平的进步以及国民经济的发展做出重要贡献。本文主要针对以预测与自适应控制的超临界机组协调控制应用进行研究与分析。对于超临界机组的被控对象来说，它有着诸多的特点，主要表现在大惯性、强耦合、非线性以及变参数这几个方面，因此，它与亚临界汽包炉在控制上存在着较大程度上的差异。在研究时，将超临界机组协调控制系统作为主要的研究对象，并以对象建模以及控制策略作为切入点，对超临界机组协调控制系统的被控对象的动态特性进行一定程度上的研究，并基于研究结果之上提出了现代火电机组自动发电控制的解决方案。
关键词：超临界机组；AGC； 自动发电控制；预测控制；协调控制
Abstract: with the rapid development of economy and science and technology level rise ceaselessly, our country supercritical generating unit coordinated control technology obtained greater degree of development, for our country industry level of progress and the development of the national economy and make important contributions. This paper mainly according to the prediction and adaptive control of Supercritical Unit Coordinated Control Application and analysis. For supercritical unit charged object, it has a lot of features, mainly in the large inertia, strong coupling, nonlinear and time-varying parameter these aspects, therefore, it with the subcritical drum boiler in control and there is a large difference between. In the study, the supercritical unit coordinated control system as the main research object, and the object modeling and control strategy as the breakthrough point, the supercritical unit coordinated control system of the controlled object in the dynamic characteristics of a certain extent research, and based on the research results of modern thermal power generating units is proposed based on automatic generation control solutions.
Key words: supercritical unit; AGC; automatic generation control; predictive control; coordinated control
中图分类号： F407.61 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1.引言
目前状况下，超临界燃煤发电机组仍然是国际上最为先进的燃煤发电机组，这主要是因为它在各个方面都有着自身的优越特点。首先，由于其没有汽包动态特性更為复杂，在给水、汽温和负荷控制回路之间存在着很强的非线性耦合；而从被控对象的角度来看，它具有着多变量、强耦合、非线性以及变参数的特点。同时也是因为这些特点，使其与亚临界机组的控制上存在着较大程度上的差异。所以，对超临界机组协调控制进行有效的研究与分析，具有十分重要的现实意义。
2.机组协调控制策略
单元机组协调控制系统，又被称作为CCS，它主要指的是通过对回路协调汽轮机以及锅炉的工作状态进行一定程度上的控制，并向锅炉与汽轮机的自动控制系统发送相应的指令，使其能够及时而准确的对所发生的负荷变化进行反应，然后发挥出自身所具备的调频调峰能力，由此来对运行参数的稳定性进行一定程度的保证。而在这一过程当中，超临界机组的主要任务如下：如果机组的负荷指令发生一定程度的变化，超临界机组会立即作出反应，对汽轮机的进汽量、锅炉的燃烧量、风量以及给水流量进行有效的协调，促使发电机组的发电功率发生改变，以此来应对负荷指令所发生的变化，并在很大程度上保证了参数的稳定性。目前状况下，火力发电厂的协调控制系统采用的控制策略主要包含了以下几种运行方式，分别是汽机跟随方式、锅炉跟随方式、以汽机跟随为基础的协调控制方式、以锅炉跟随为基础的协调控制方式等。采用汽机跟随方式运行的机组，在机组气压方面有着较大的优势，与其他运行方式的机组相比，它的气压波动相对较小。但是，它也存在着一定的弊端与不足，主要表现在在这种运行方式下，并没有对锅炉进行运用，因此在蓄热上存在着一定程度的不足。这样一来，其功率变化较大，进而导致了负荷的适应能力较弱；而对于采用锅炉跟随方式运行的机组来说，它能够充分利用锅炉进行有效的蓄热，因此具有较高的适应性，能够很快的适应电网的负荷要求。这种运行方式的机组主要的弊端就是主汽压力波动较大。大多数超临界机组除部分因系统控制难度较大、为避免安全性问题而采用汽机跟随方式为基础的协同控制系统外，大多数均采用以锅炉跟随方式为基础的协调控制系统。
对于锅炉的主控控制方案来说，它主要分为两个部分，分别是基于锅炉热功率的多模型预测控制部分和自适应内模特性补偿部分。火电机组的协调控制系统主要以控制机前压力为目标，一般情况下，其控制目标主要是保证机组运行参数的稳定性，从本质上来看，这一目标也就是对锅炉燃烧所提供的能量与汽机耗能之间的平衡进行有效的维护。但保持机组运行参数的稳定实质上是一种间接的能量平衡。因此，这种控制方法存在着一定的弊端，主要表现在控制品质上的缺陷，与直接维持能量平衡的控制方法相比，其控制品质相对较差。
3.具体设计与策略
本文提出一种直接基于单元机组锅炉与汽机之间能量平衡关系进行设计，采用主蒸汽流量及主蒸汽焓值的函数NS=f(D,H)作为表征锅炉做功能力的“热功率”信号，并通过多台机组现场试验及物理计算，建立了在机组负荷调整范围内高、中、低三个工况点上的锅炉“热功率”与风、水、煤及锅炉状态之间的实时非线性模型，形成多模型预测控制器。当系统运行在某一工况点附近的时，由于系统具有良好的鲁棒性，系统仍能获得满意的控制品质。当系统工况发生较大变化时,根据对当前运行工况的判断，通过一定切换策略切换到相应的控制器,使系统较快地恢复平衡，以系统对动态响应的鲁棒性要求。采用自适应内模特性补偿技术，对锅炉被控对象进行动态特性的补偿，使补偿后的主汽压力等效被控对象具有较小的滞后和惯性，从而使整个锅炉主控系统具有较强的稳定性和较快的动态响应，这对大滞后对象控制是十分有利的。
4.超临界机组协调控制被控过程特性试验和建模分析
一般情况下，要想对超临界机组进行有效的协调控制，需要对锅炉的燃料量以及给水流量进行一定程度上的调整，以此来对锅炉主汽压力和中间点温度（分离器入口温度或出口温度或其他点的温度进行有效的维护。目前状况下所具备的控制方案已经能够较好的对锅炉燃料量和给水流量之间的关系进行有效的协调，使超临界机组AGC 的最大负荷升降速率达2.0%Pe/min 左右，主汽压力的最大动态偏差基本在0.8Mpa 之内，但仍然可以对其进行进一步的完善，比如：：对于常规的协调控制方案，锅炉的负荷指令BM，目前主要是依据主汽压力的反馈PID 控制＋功率指令的PD 前馈控制获得。虽然这种控制方案已经能够较为有效的对锅炉燃料量与给水量之间的关系进行一定程度的协调，但仍存在着不完善的地方，因此可以采用更加先进的控制策略，主要如下：对控制策略进行一定程度上的预测，以此来对AGC 的负荷升降速率进行一定程度上的提升。除此之外，还能够有效的对主汽压力的波动进行减小，这也是本项目需要研究的重要内容。设计先进合理的超临界机组协调控制系统，需要掌握协调控制系统被控对象的动态特性。在580MW的负荷点上，分别进行了燃料量、给水流量、汽机阀门开度（DEH 流量指令）、的扰动试验，根据试验数据拟合各扰动对负荷数学模型。燃料量先从213.35t/h 逐步减少到201.55t/h，负荷从584.07MW 经过一定的延迟后逐步下降到554.96MW，待负荷稳定后，燃料量再增加到214.24t/h。给水流量从1750.66t/h 逐步增加到1835.74t/h，负荷从583.53MW 经过一定的延迟后逐步上升到598.56MW，待负荷稳定后，给水流量再下降到1744.20t/h。汽机阀门开度从88.96%逐步减小到86.00%，负荷从584.49MW 迅速下降到567.94MW 后逐步上升到584.49MW，待负荷稳定后，汽机阀门开度再开大到89.0%。
5.结束语
本文主要针对以预测与自适应控制的超临界机组协调控制应用进行研究与分析，主要从机组协调控制策略、具体设计与策略、超临界机组协调控制被控过程特性试验和三个角度展开论述与分析。希望我们的研究能够给读者提供参考并带来帮助。
参考文献
[1] 李江华.火电发电机组自动控制技术的探讨[J]. 科技创新导报. 2010(21)
[2] 何金奇.协调控制系统的优化[J]. 现代商贸工业. 2010(04)
[3] 武洋.600MW超临界机组供热改造[J]. 沿海企业与科技. 2009(11)
[4] 张亚强,王铁林,谭阳文.600MW超临界机组RB功能试验研究[J]. 科技创新导报. 2011(09)
[5] 盧斌.公司机组对AGC指令响应能力的分析与对策[J]. 经营管理者. 2011(14)
关键词：超临界机组；AGC； 自动发电控制；预测控制；协调控制
Abstract: with the rapid development of economy and science and technology level rise ceaselessly, our country supercritical generating unit coordinated control technology obtained greater degree of development, for our country industry level of progress and the development of the national economy and make important contributions. This paper mainly according to the prediction and adaptive control of Supercritical Unit Coordinated Control Application and analysis. For supercritical unit charged object, it has a lot of features, mainly in the large inertia, strong coupling, nonlinear and time-varying parameter these aspects, therefore, it with the subcritical drum boiler in control and there is a large difference between. In the study, the supercritical unit coordinated control system as the main research object, and the object modeling and control strategy as the breakthrough point, the supercritical unit coordinated control system of the controlled object in the dynamic characteristics of a certain extent research, and based on the research results of modern thermal power generating units is proposed based on automatic generation control solutions.
Key words: supercritical unit; AGC; automatic generation control; predictive control; coordinated control
中图分类号： F407.61 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1.引言
目前状况下，超临界燃煤发电机组仍然是国际上最为先进的燃煤发电机组，这主要是因为它在各个方面都有着自身的优越特点。首先，由于其没有汽包动态特性更為复杂，在给水、汽温和负荷控制回路之间存在着很强的非线性耦合；而从被控对象的角度来看，它具有着多变量、强耦合、非线性以及变参数的特点。同时也是因为这些特点，使其与亚临界机组的控制上存在着较大程度上的差异。所以，对超临界机组协调控制进行有效的研究与分析，具有十分重要的现实意义。
2.机组协调控制策略
单元机组协调控制系统，又被称作为CCS，它主要指的是通过对回路协调汽轮机以及锅炉的工作状态进行一定程度上的控制，并向锅炉与汽轮机的自动控制系统发送相应的指令，使其能够及时而准确的对所发生的负荷变化进行反应，然后发挥出自身所具备的调频调峰能力，由此来对运行参数的稳定性进行一定程度的保证。而在这一过程当中，超临界机组的主要任务如下：如果机组的负荷指令发生一定程度的变化，超临界机组会立即作出反应，对汽轮机的进汽量、锅炉的燃烧量、风量以及给水流量进行有效的协调，促使发电机组的发电功率发生改变，以此来应对负荷指令所发生的变化，并在很大程度上保证了参数的稳定性。目前状况下，火力发电厂的协调控制系统采用的控制策略主要包含了以下几种运行方式，分别是汽机跟随方式、锅炉跟随方式、以汽机跟随为基础的协调控制方式、以锅炉跟随为基础的协调控制方式等。采用汽机跟随方式运行的机组，在机组气压方面有着较大的优势，与其他运行方式的机组相比，它的气压波动相对较小。但是，它也存在着一定的弊端与不足，主要表现在在这种运行方式下，并没有对锅炉进行运用，因此在蓄热上存在着一定程度的不足。这样一来，其功率变化较大，进而导致了负荷的适应能力较弱；而对于采用锅炉跟随方式运行的机组来说，它能够充分利用锅炉进行有效的蓄热，因此具有较高的适应性，能够很快的适应电网的负荷要求。这种运行方式的机组主要的弊端就是主汽压力波动较大。大多数超临界机组除部分因系统控制难度较大、为避免安全性问题而采用汽机跟随方式为基础的协同控制系统外，大多数均采用以锅炉跟随方式为基础的协调控制系统。
对于锅炉的主控控制方案来说，它主要分为两个部分，分别是基于锅炉热功率的多模型预测控制部分和自适应内模特性补偿部分。火电机组的协调控制系统主要以控制机前压力为目标，一般情况下，其控制目标主要是保证机组运行参数的稳定性，从本质上来看，这一目标也就是对锅炉燃烧所提供的能量与汽机耗能之间的平衡进行有效的维护。但保持机组运行参数的稳定实质上是一种间接的能量平衡。因此，这种控制方法存在着一定的弊端，主要表现在控制品质上的缺陷，与直接维持能量平衡的控制方法相比，其控制品质相对较差。
3.具体设计与策略
本文提出一种直接基于单元机组锅炉与汽机之间能量平衡关系进行设计，采用主蒸汽流量及主蒸汽焓值的函数NS=f(D,H)作为表征锅炉做功能力的“热功率”信号，并通过多台机组现场试验及物理计算，建立了在机组负荷调整范围内高、中、低三个工况点上的锅炉“热功率”与风、水、煤及锅炉状态之间的实时非线性模型，形成多模型预测控制器。当系统运行在某一工况点附近的时，由于系统具有良好的鲁棒性，系统仍能获得满意的控制品质。当系统工况发生较大变化时,根据对当前运行工况的判断，通过一定切换策略切换到相应的控制器,使系统较快地恢复平衡，以系统对动态响应的鲁棒性要求。采用自适应内模特性补偿技术，对锅炉被控对象进行动态特性的补偿，使补偿后的主汽压力等效被控对象具有较小的滞后和惯性，从而使整个锅炉主控系统具有较强的稳定性和较快的动态响应，这对大滞后对象控制是十分有利的。
4.超临界机组协调控制被控过程特性试验和建模分析
一般情况下，要想对超临界机组进行有效的协调控制，需要对锅炉的燃料量以及给水流量进行一定程度上的调整，以此来对锅炉主汽压力和中间点温度（分离器入口温度或出口温度或其他点的温度进行有效的维护。目前状况下所具备的控制方案已经能够较好的对锅炉燃料量和给水流量之间的关系进行有效的协调，使超临界机组AGC 的最大负荷升降速率达2.0%Pe/min 左右，主汽压力的最大动态偏差基本在0.8Mpa 之内，但仍然可以对其进行进一步的完善，比如：：对于常规的协调控制方案，锅炉的负荷指令BM，目前主要是依据主汽压力的反馈PID 控制＋功率指令的PD 前馈控制获得。虽然这种控制方案已经能够较为有效的对锅炉燃料量与给水量之间的关系进行一定程度的协调，但仍存在着不完善的地方，因此可以采用更加先进的控制策略，主要如下：对控制策略进行一定程度上的预测，以此来对AGC 的负荷升降速率进行一定程度上的提升。除此之外，还能够有效的对主汽压力的波动进行减小，这也是本项目需要研究的重要内容。设计先进合理的超临界机组协调控制系统，需要掌握协调控制系统被控对象的动态特性。在580MW的负荷点上，分别进行了燃料量、给水流量、汽机阀门开度（DEH 流量指令）、的扰动试验，根据试验数据拟合各扰动对负荷数学模型。燃料量先从213.35t/h 逐步减少到201.55t/h，负荷从584.07MW 经过一定的延迟后逐步下降到554.96MW，待负荷稳定后，燃料量再增加到214.24t/h。给水流量从1750.66t/h 逐步增加到1835.74t/h，负荷从583.53MW 经过一定的延迟后逐步上升到598.56MW，待负荷稳定后，给水流量再下降到1744.20t/h。汽机阀门开度从88.96%逐步减小到86.00%，负荷从584.49MW 迅速下降到567.94MW 后逐步上升到584.49MW，待负荷稳定后，汽机阀门开度再开大到89.0%。
5.结束语
本文主要针对以预测与自适应控制的超临界机组协调控制应用进行研究与分析，主要从机组协调控制策略、具体设计与策略、超临界机组协调控制被控过程特性试验和三个角度展开论述与分析。希望我们的研究能够给读者提供参考并带来帮助。
参考文献
[1] 李江华.火电发电机组自动控制技术的探讨[J]. 科技创新导报. 2010(21)
[2] 何金奇.协调控制系统的优化[J]. 现代商贸工业. 2010(04)
[3] 武洋.600MW超临界机组供热改造[J]. 沿海企业与科技. 2009(11)
[4] 张亚强,王铁林,谭阳文.600MW超临界机组RB功能试验研究[J]. 科技创新导报. 2011(09)
[5] 盧斌.公司机组对AGC指令响应能力的分析与对策[J]. 经营管理者. 2011(14)