火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制對AGC的適應(yīng)性分析

1、火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制對的適應(yīng)性分析0概述發(fā)電自動控制工作在區(qū)域控制偏差方式時(shí)，要求省網(wǎng)的發(fā)電量滿足區(qū)域網(wǎng)的負(fù)荷調(diào)度計(jì)劃，并在電網(wǎng)頻率發(fā)生偏差時(shí)，承擔(dān)一定份額的頻差調(diào)節(jié)任務(wù)，這些總的負(fù)荷需求將分配給省網(wǎng)的各臺機(jī)組承擔(dān)。水、火電機(jī)組在負(fù)荷的響應(yīng)特性上存在著較大差異，特別是火電機(jī)組在能量產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換過程中存在著較大遲延，常常難以滿足負(fù)荷快速調(diào)度要求，尤其是在運(yùn)行工況和煤種偏離試驗(yàn)工況時(shí)。較大的問題是在初始階段出現(xiàn)負(fù)荷響應(yīng)延遲和實(shí)際負(fù)荷調(diào)節(jié)速率不能滿足要求，目前對此尚未提出明確標(biāo)準(zhǔn)，在考核要求中僅規(guī)定：電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)誤差不超過28，調(diào)節(jié)曲線必須在10內(nèi)過一次零。一般認(rèn)為火電機(jī)組在進(jìn)行控制時(shí)，負(fù)荷響應(yīng)的初始純遲

2、延時(shí)間小于2i負(fù)荷調(diào)節(jié)速率大于1%是可接受的。1影響火電機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)的主要因素1.1鍋爐響應(yīng)的遲延特性火電機(jī)組對負(fù)荷響應(yīng)的遲延主要取決于鍋爐在接到負(fù)荷指令后，改變煤量到蒸汽流量發(fā)生變化所需要的時(shí)間，即蒸汽產(chǎn)生的純遲延時(shí)間。對遲延較大的中速磨直吹式制粉系統(tǒng)的00機(jī)組鍋爐進(jìn)行了試驗(yàn)，通過不同的一次風(fēng)量和改變煤粉細(xì)度，當(dāng)煤量變化10%時(shí)，測定各種工況下蒸汽產(chǎn)生的純遲延時(shí)間。典型試驗(yàn)數(shù)據(jù)列于表1。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見，鍋爐蒸汽產(chǎn)生的純遲延時(shí)間一般在1圧2間，一次風(fēng)量大、風(fēng)速高，其煤粉攜帶能力強(qiáng)，煤粉粗則制備過程短，可相應(yīng)減少純遲延時(shí)間。試驗(yàn)還表明，純遲延主要發(fā)生在制粉過程，由于一次風(fēng)量和煤粉細(xì)度受運(yùn)行要求限

3、制，該遲延時(shí)間難以克服。表1典型試驗(yàn)數(shù)據(jù)項(xiàng)目一次風(fēng)量煤粉細(xì)度801折向擋板開度0%粗折向擋板開度0%細(xì)上升下降上升下降上升下降上升下降蒸汽產(chǎn)生的純遲延時(shí)間1112281811020281.2滑壓運(yùn)行影響機(jī)組負(fù)荷變動在滑壓運(yùn)行階段2慨，鍋爐蓄熱能力將隨參數(shù)的變化而變化，變化方向恰好與負(fù)荷需求方向相同；當(dāng)需要增加負(fù)荷時(shí)，鍋爐同時(shí)需要吸收一部分熱量來提高參數(shù)，使其蓄熱能力增加；反之，在降低負(fù)荷時(shí)，參數(shù)降低，釋放蓄熱。這2種結(jié)果都阻礙機(jī)組對外界負(fù)荷需求的響應(yīng)，降低了負(fù)荷響應(yīng)速率。在實(shí)際試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)曲線出現(xiàn)了負(fù)荷升降的遲延平臺（見圖1）。以降低負(fù)荷過程為例，當(dāng)負(fù)荷降至定滑壓切換點(diǎn)后，鍋爐參數(shù)下降，釋

4、放的蓄熱補(bǔ)充了煤量下降所減少的熱量，此時(shí)協(xié)調(diào)控制的調(diào)節(jié)作用雖能促使煤量進(jìn)一步下降，但由于制粉過程的純遲延作用，暫不能影響負(fù)荷變化，負(fù)荷將保持一段時(shí)間左右）再開始較迅速地下降。圖1負(fù)荷升降遲延示意壓力；一功率；一煤量協(xié)調(diào)控制方式嘉興電廠機(jī)組協(xié)調(diào)控制方式示于圖2實(shí)際上，該系統(tǒng)是一個(gè)以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。為協(xié)調(diào)機(jī)、爐間對負(fù)荷的不同響應(yīng)能力，控制系統(tǒng)采用個(gè)主要措施：一是在鍋爐側(cè)增加負(fù)荷指令的前饋信號（比例+積分基；二是在汽輪機(jī)側(cè)增加負(fù)荷指令的延遲環(huán)節(jié)T三是當(dāng)主蒸汽壓力偏差過大時(shí)，增加調(diào)節(jié)汽門動作的限制作用。由于這一環(huán)節(jié)的存在推遲了汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門動作，為鍋爐爭取了儲備能量的時(shí)間，保證了負(fù)荷變化

5、后續(xù)能量供給，有利于能量供求平衡，控制穩(wěn)定，參數(shù)調(diào)節(jié)品質(zhì)良好；另一方面，因調(diào)節(jié)汽門延遲打開，不能充分利用鍋爐蓄熱能力，使負(fù)荷響應(yīng)的純遲延時(shí)間增加，這在操作員設(shè)定負(fù)荷指令時(shí)影響不大，但當(dāng)接受指令進(jìn)行自動控制時(shí)，中心調(diào)度控制器不能及時(shí)收到負(fù)荷變化的反饋指令，將對負(fù)荷調(diào)節(jié)產(chǎn)生惡劣影響。主）壓力3S捕步掾作比設(shè)定玄燃料主應(yīng)機(jī)俎功沖一級J5力薦率櫥斧HF圖原理鍋爐蓄熱能力的利用可供利用的鍋爐蓄熱能力主要來自方面：一是汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門迅速關(guān)閉或打開時(shí)，造成汽壓突然變化，相應(yīng)改變了汽包壓力和飽和溫度，使汽包蒸發(fā)量突然變化，以適應(yīng)負(fù)荷需求；二是鍋爐受熱面金屬容量的儲存或釋放。后者的完成需要一定時(shí)間，因此無法利用

6、在負(fù)荷指令變化瞬間縮短負(fù)荷響應(yīng)的純遲延；前者盡管在一定程度上可有效地縮短負(fù)荷響應(yīng)的純遲延，但其程度取決于參數(shù)允許偏離設(shè)定值的范圍，受到機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的限制。此外，直吹式制粉系統(tǒng)的鍋爐燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個(gè)大遲延環(huán)節(jié)，在利用蓄熱能力縮短純遲延時(shí)間的同時(shí)，加大了機(jī)、爐間能量供需的不平衡，使調(diào)節(jié)過程波動加大，負(fù)荷響應(yīng)速度減慢。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用蓄熱能力調(diào)節(jié)過程使負(fù)荷響應(yīng)的純遲延縮短了，而調(diào)節(jié)過程延長了（見圖3）。圖3利用蓄熱能力的調(diào)節(jié)過程實(shí)驗(yàn)結(jié)果1未利用蓄熱能；2利用蓄熱能力綜上所述，由于鍋爐固有的遲延特性，傳統(tǒng)的鍋爐蓄熱能力利用理論在實(shí)際應(yīng)用中受到限制?；瑝哼\(yùn)行鍋爐蓄熱能力的儲存和釋放對負(fù)荷調(diào)節(jié)的

7、負(fù)面效應(yīng)，使火電機(jī)組對負(fù)荷調(diào)度的適應(yīng)性受到一定限制；此外，機(jī)組參數(shù)變化引起的熱應(yīng)力和對機(jī)組壽命的影響，也在一定程度上限制了負(fù)荷調(diào)節(jié)速度。必須在分析上述特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出提高機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)速度的主要途徑。提高火電機(jī)組在中負(fù)荷響應(yīng)速度的主要途徑采用工作方式，充分利用鍋爐的蓄熱能力在接到負(fù)荷指令后，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門不加任何遲延地迅速打開，并放寬限制調(diào)節(jié)汽門動作的壓力波動允許值，能有效地縮短純遲延時(shí)間T可達(dá)。其結(jié)果是引起參數(shù)大幅度波動和調(diào)節(jié)過程延長,常常不得不將參數(shù)的運(yùn)行設(shè)定值降低，不利于安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整環(huán)節(jié)中的時(shí)間常數(shù)和階次，達(dá)到縮短純遲延時(shí)間和減少參數(shù)波動，兩者兼顧的目的。2.2增強(qiáng)煤

8、量和一次風(fēng)量的前饋?zhàn)饔美秘?fù)荷變化的前饋信號，迅速改變給煤量，使鍋爐的燃燒率發(fā)生變化，適應(yīng)負(fù)荷變化需要。但因制粉過程存在一段純遲延時(shí)間，不可能有效地縮短純遲延時(shí)間，而預(yù)先加入的給煤量在純遲延時(shí)間后，可提高負(fù)荷的變化速率。如利用負(fù)荷變化的前饋信號同時(shí)改變一次風(fēng)量，充分利用磨煤機(jī)內(nèi)的蓄粉來快速響應(yīng)負(fù)荷需要，可有效地縮短純遲延時(shí)間，免去了制粉過程所耗費(fèi)的時(shí)間，適當(dāng)調(diào)整前饋信號強(qiáng)度可使T達(dá)到。試驗(yàn)證明，綜合利用上述種前饋?zhàn)饔每蛇_(dá)到較為理想的效果見圖。圖4增加前饋的負(fù)荷響應(yīng)曲線1設(shè)定升負(fù)荷曲線；2未加前饋的負(fù)荷響應(yīng)曲線；3加煤量前饋的負(fù)荷響應(yīng)曲線；4加一次風(fēng)、煤量前饋的負(fù)荷響應(yīng)曲線在調(diào)節(jié)負(fù)荷范圍內(nèi)，升降

9、負(fù)荷采用定壓方式滑壓升降負(fù)荷存在著鍋爐蓄熱能力變化對負(fù)荷調(diào)度的負(fù)面效應(yīng)，而采用定壓方式可不改變鍋爐蓄熱能力，消除對負(fù)荷響應(yīng)的負(fù)面影響。2.4關(guān)于一次調(diào)頻火電機(jī)組作為的負(fù)荷調(diào)節(jié)對象，具有較大的遲延。若采用反映電網(wǎng)負(fù)荷供需平衡狀態(tài)的電網(wǎng)頻率信號作為前饋是十分理想的，且目前大型機(jī)組都采用了作為汽輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)裝置，有較快的調(diào)節(jié)速度。在內(nèi)完成一次調(diào)頻任務(wù)，不僅有利于電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，而且可縮小負(fù)荷偏差，減輕協(xié)調(diào)控制和的調(diào)節(jié)負(fù)擔(dān)。目前，網(wǎng)局對省網(wǎng)考核是按“守口子”方式進(jìn)行，即負(fù)荷偏差不超過28MW，調(diào)節(jié)偏差方向變換次。在某種情況下，若外省機(jī)組發(fā)生故障，電網(wǎng)頻率下降，本省內(nèi)投入一次調(diào)頻機(jī)組就會自動增加負(fù)荷，

10、有可能擴(kuò)大本省網(wǎng)負(fù)荷偏差，守不住電量這個(gè)“口子”。因此，在考核辦法中也應(yīng)考慮獎勵一次調(diào)頻裝置的投入,并增加一次調(diào)頻的投入和切出的反饋信號,以監(jiān)視一次調(diào)頻投入情況。2控制方式的改進(jìn)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的火電機(jī)組在中可看成一個(gè)帶有一定遲延的調(diào)節(jié)對象，調(diào)節(jié)器在中心調(diào)度一方。對于有遲延的調(diào)節(jié)對象，在控制方式上已有許多對策，目前根據(jù)操作員經(jīng)驗(yàn)采用人工智能方法，如規(guī)則控制、模糊控制等方式已廣泛應(yīng)用。因此，對于產(chǎn)生負(fù)荷指令的控制器控制策略，按考核標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行改造，應(yīng)視為提高響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)品質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。主設(shè)備配置對于網(wǎng)內(nèi)承擔(dān)任務(wù)的機(jī)組，在主設(shè)備配置上也應(yīng)作相應(yīng)考慮，如燃煤機(jī)組煤粉制備是純遲延存在的主要原因等，因此應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)闹品巯到y(tǒng)；對于增加燃燒率的反應(yīng)速度，中間貯倉制最快，球磨機(jī)其次，中速磨系統(tǒng)最慢。運(yùn)行方式進(jìn)行運(yùn)行方式的機(jī)組，有時(shí)為提高響應(yīng)能力