高級(jí)控制系統(tǒng)優(yōu)化軟件PROFI在電廠DCS中的應(yīng)用

1、高級(jí)控制系統(tǒng)優(yōu)化軟件PROFI在電廠DCS中的應(yīng)用         1、引言    電力市場(chǎng)飽和的情況，導(dǎo)致許多機(jī)組都不能滿負(fù)荷運(yùn)行發(fā)電。電力市場(chǎng)的自由化使得競(jìng)價(jià)上網(wǎng)已經(jīng)成為電力發(fā)展的必然趨勢(shì)，唯有采取有效的競(jìng)價(jià)手段才能保證自己的電力輸出被電力市場(chǎng)接受。    電力市場(chǎng)發(fā)展的另一個(gè)趨勢(shì)是電網(wǎng)中大容量機(jī)組（300MW及以上）越來(lái)越多，電力市場(chǎng)的峰谷差日益加大，單純依靠中小型機(jī)組實(shí)現(xiàn)調(diào)峰已經(jīng)不能有效地滿足要求，大型機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰已迫在眉睫。而目前國(guó)內(nèi)的大型機(jī)組一般按照

2、基本負(fù)荷設(shè)計(jì)，其調(diào)峰能力并不理想，因此為了有效解決這個(gè)矛盾，必須采用一些先進(jìn)成熟的優(yōu)化控制解決方案。    目前，國(guó)內(nèi)類似的優(yōu)化控制解決方案的確不少，但效果都不太理想。而德國(guó)西門子公司的先進(jìn)控制方案PROFI成功地解決了以上問(wèn)題，它對(duì)于提高機(jī)組控制性能，保證良好的>' target='_blank' class='infotextkey'>經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)生存能力，提高電廠燃用廉價(jià)燃料的能力，減少生產(chǎn)成本等都具有重要的理論和實(shí)踐意義。    2、系統(tǒng)介紹  

3、0; PROFI系統(tǒng)是西門子公司各方面專家對(duì)很多運(yùn)行中的火力發(fā)電廠存在的問(wèn)題進(jìn)行深入分析后，將先進(jìn)的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合后所研究出的具有革命性變革的一種全新的控制思路，該方案先進(jìn)、可靠，已成功的應(yīng)用于各種類型的火力發(fā)電廠中。    系統(tǒng)與DCS控制系統(tǒng)可直接相連，可將模件直接插到DCS機(jī)柜中。在正常運(yùn)行過(guò)程中，SICOPM處理器模件和已經(jīng)安裝在其中的PROFI模塊不需要操作員任何干預(yù)，系統(tǒng)加電以后，它能夠自動(dòng)引導(dǎo)并開始運(yùn)行其中的內(nèi)部程序。    當(dāng)與SICOPM處理器中的用戶程序進(jìn)行連接后，可以在過(guò)程控制系統(tǒng)中形成新的運(yùn)行方式，通過(guò)這

4、種方式，可以在控制系統(tǒng)中進(jìn)行手動(dòng)設(shè)定，如在機(jī)組啟動(dòng)期間設(shè)置目標(biāo)值，從而對(duì)高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。    2.1 PROFI系統(tǒng)的優(yōu)越性    隨著改革的深入，電廠和電網(wǎng)分開，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)已成必然，電廠能否發(fā)出穩(wěn)定而質(zhì)高價(jià)低的電，是其在競(jìng)爭(zhēng)激烈的電力市場(chǎng)中生存下去的前提，PROFI就是為了適應(yīng)這一需求而研制開發(fā)的。PROFI通過(guò)保持機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行，提高機(jī)組的效率，使機(jī)組能夠迅速有效的滿足電網(wǎng)調(diào)度要求的指令，提高對(duì)調(diào)度員的吸引力。保持在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的優(yōu)勢(shì)。    PROFI解決了現(xiàn)代電力系統(tǒng)中電網(wǎng)調(diào)度和火力發(fā)

5、電廠中機(jī)組反應(yīng)遲緩的尖銳矛盾，使得機(jī)組既能快速響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度的指令，又能保證機(jī)組平滑穩(wěn)定的運(yùn)行，提高機(jī)組在電網(wǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)PROFI解決了機(jī)組起停速度過(guò)慢，機(jī)械壽命受損的缺陷，大大提高機(jī)組的起停速度，減少燃料的損耗，提高>' target='_blank' class='infotextkey'>經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)PROFI還能夠解決頻繁發(fā)生的超溫和振蕩現(xiàn)象，提供準(zhǔn)確而迅速的控制。    PROFI是基于模塊化的設(shè)計(jì)，主要由四大功能塊組成:新機(jī)組協(xié)調(diào)模塊，凝結(jié)水節(jié)流模塊，帶預(yù)測(cè)的負(fù)荷裕度模塊和自學(xué)習(xí)的溫度控制模塊。

6、各個(gè)功能模塊之間既相互獨(dú)立，又可靈活搭配，可以根據(jù)電廠實(shí)際情況使用其中一個(gè)或幾個(gè)模塊。各個(gè)模塊都具有較好的可操作性和可控性，可以大大減少運(yùn)行人員干預(yù)和設(shè)備變化次數(shù)。    PROFI不僅有較高的>' target='_blank' class='infotextkey'>經(jīng)濟(jì)性而且還有極高的安全性。所有上述模塊都可以隨時(shí)無(wú)擾的投入和切除，即使發(fā)生硬件故障時(shí)也只是無(wú)擾切換到機(jī)組原有的運(yùn)行方式，不會(huì)產(chǎn)生任何危及機(jī)組安全的不良影響。另外，PROFI具有很好的適應(yīng)性。無(wú)論是燃煤，燃?xì)猓加突鹆Πl(fā)電廠，不論采用何種DCS系

7、統(tǒng)，無(wú)需對(duì)原系統(tǒng)做太大的改變，沒(méi)有任何風(fēng)險(xiǎn)，PROFI就能方便的加入到原有系統(tǒng)中去。加上各個(gè)模塊之間搭配的靈活性，使得電廠不用投入太多就能取得較高的回報(bào)。    2.2 主要功能模塊    PROFI各個(gè)模塊是針對(duì)不同問(wèn)題而開發(fā)設(shè)計(jì)的，電廠可以根據(jù)各自的實(shí)際情況選用不同模塊。    (1) 新機(jī)組協(xié)調(diào)模塊    新機(jī)組協(xié)調(diào)模塊是一種全新的機(jī)組協(xié)調(diào)動(dòng)作思路，通過(guò)充分利用機(jī)組的蓄能，達(dá)到機(jī)組迅速響應(yīng)負(fù)荷需求變化，解決了現(xiàn)在電廠對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷要求變化響應(yīng)過(guò)慢的缺點(diǎn)，還能減少鍋爐燃燒部分

8、的過(guò)調(diào)，保持穩(wěn)定燃燒，提高機(jī)組的燃盡率，同時(shí)還能降低設(shè)備的磨損，降低維護(hù)費(fèi)用。    (2) 凝結(jié)水節(jié)流模塊    該模塊是對(duì)熱力系統(tǒng)特性充分了解的體現(xiàn)，是一種獨(dú)創(chuàng)的控制方式。通過(guò)改變凝結(jié)水流量，使得機(jī)組在燃燒工況不變的情況下，能夠瞬時(shí)提高機(jī)組出力達(dá)46% MCR，快速響應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的要求，加強(qiáng)了電廠機(jī)組在電網(wǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力，并且不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力變化，不會(huì)對(duì)機(jī)組壽命造成損傷。    (3) 帶預(yù)測(cè)的負(fù)荷裕度模塊    負(fù)荷裕度模塊主要用于解決機(jī)組起停速度過(guò)慢的問(wèn)題。利用先進(jìn)

9、的預(yù)測(cè)算法實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)組所受的熱應(yīng)力，以此控制機(jī)組的起停速度，使得機(jī)組能夠快速起停而又不超過(guò)機(jī)械部分所能承受的熱應(yīng)力。節(jié)省了起停燃料的消耗，取消了傳統(tǒng)的昂貴的溫差測(cè)量設(shè)備，節(jié)約了電廠的成本。    (4) 自學(xué)習(xí)溫度控制模塊    溫度控制模塊利用了狀態(tài)控制器和自學(xué)習(xí)回路等高級(jí)控制算法，成功解決了溫度這種大滯后對(duì)象的控制，即使變負(fù)荷時(shí)也能將溫度迅速穩(wěn)定地控制在設(shè)定點(diǎn)。大大消除了電廠普遍存在的超溫現(xiàn)象，給用戶帶來(lái)長(zhǎng)久的利益。    2.3 PROFI提高電廠效益的途徑    PR

10、OFI控制就是用來(lái)提高機(jī)組穩(wěn)定性和負(fù)荷動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力的，從而提高電廠效益。    (1) 機(jī)組穩(wěn)定性    在機(jī)組穩(wěn)定性方面。提高電廠效益主要是通過(guò)減少生成擾動(dòng)（避免電力銷售損失）、提高機(jī)組效率（減少每MW小時(shí)的燃料）、延長(zhǎng)電廠昂貴設(shè)備的壽命和減少維護(hù)費(fèi)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。    (2) 負(fù)荷動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能    穩(wěn)定的機(jī)組可以更早、更長(zhǎng)時(shí)間地維持目標(biāo)負(fù)荷。從負(fù)荷調(diào)度的觀點(diǎn)來(lái)看，這種電廠比其他電廠能夠提供更快更可靠的產(chǎn)品。如果該電廠在為電網(wǎng)提供調(diào)頻服務(wù)的情況下還有足夠的穩(wěn)定性，這種電廠更

11、有吸引力。電網(wǎng)是需要調(diào)節(jié)負(fù)荷的。這種調(diào)節(jié)型的機(jī)組將具有很長(zhǎng)的、比計(jì)劃中更多的年發(fā)電小時(shí)。從統(tǒng)計(jì)上來(lái)說(shuō)，它的每MW小時(shí)的生產(chǎn)成本更低。高的負(fù)荷動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力是產(chǎn)生效益的首要點(diǎn)。    2.4 機(jī)組優(yōu)化控制方案的目標(biāo)    (1) 機(jī)組優(yōu)化控制主要考慮的因素    負(fù)荷分配和電網(wǎng)需求需要通過(guò)機(jī)組控制系統(tǒng)來(lái)滿足，尤其在當(dāng)前的市場(chǎng)。當(dāng)前主要考慮的因素有：· 最低價(jià)格購(gòu)買電力；· 操作性，包括負(fù)荷變化率，負(fù)荷階躍能力和負(fù)荷變化范圍；· 一個(gè)電廠或者整個(gè)發(fā)電行業(yè)的精確發(fā)電量控制；·

12、; 一次調(diào)頻控制。    (2) 機(jī)組優(yōu)化控制系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)· 快的負(fù)荷變化率；· 大的負(fù)荷階躍能力；· 寬的可調(diào)負(fù)荷范圍。    (3) 機(jī)組優(yōu)化控制系統(tǒng)的隱含目標(biāo)    除了必須達(dá)到上述目標(biāo)外，機(jī)組優(yōu)化控制方案還應(yīng)達(dá)到的隱含目標(biāo)為：· 燃料、主蒸汽壓力和主蒸汽溫度振動(dòng)以及過(guò)程參數(shù)超限必須得到克服。· 在有些電廠的負(fù)荷變化期間，整個(gè)電廠的控制系統(tǒng)不穩(wěn)定現(xiàn)象也必須得到克服。· 在燃燒較差的電廠，燃料過(guò)度燃燒現(xiàn)象應(yīng)該得到最大程度的限制，從而電廠

13、機(jī)械設(shè)備的壽命消耗可以減少。    3、PROFI系統(tǒng)在電廠中的應(yīng)用    以某電廠為例，在使用PROFI后，電廠的過(guò)程控制特性得到了顯著的提高，機(jī)組運(yùn)行更加平滑，負(fù)荷響應(yīng)更迅速，同時(shí)，大大減少了機(jī)組運(yùn)行中運(yùn)行人員的干預(yù)和設(shè)備的動(dòng)作頻率。在當(dāng)前的情況下，機(jī)組能夠較好地運(yùn)行在定/滑壓模式下，以4MCR的負(fù)荷升降速率進(jìn)行自動(dòng)升降負(fù)荷，同時(shí)該過(guò)程中各種參數(shù)都比較穩(wěn)定，下面僅以優(yōu)化前后主汽溫和再熱汽溫在穩(wěn)定負(fù)荷時(shí)的對(duì)比曲線為例說(shuō)明PROFI系統(tǒng)對(duì)高級(jí)控制系統(tǒng)的優(yōu)化作用。    從圖中可以看出：優(yōu)化前，主汽溫的變化范圍在528544之間，再熱汽溫的變化范圍在514541之間；優(yōu)化后，主汽溫的變化范圍在539543之間，再熱汽溫的變化范圍在539544之間，達(dá)到很好的控