自由压力运行方式的协调控制系统及其仿真调试

1、发表时间:2002-3-28作者:徐贞熙摘要：一、控制原理口由压力运行方式的协调控制系统是北京贝利在原有机炉协调控制系统基础上改进、 开发的新型节能控制系统。原有的协调系统通过控制锅炉燃烧和汽机调门来精确地控制机组负荷输出和锅炉主汽 压。沿汽机径向布置的68只高压调门按“顺序阀门”方式控制时，常冇一对阀门处于半 开半关状态，几乎是在能量转换的最后环节造成了节流损失，同时也造成了汽机高压调 门的磨损。这种问题在调峰机组屮尤显突出。原有的协调系统有两种运行方式可以部分克服上述缺点，但都不太理想。一种是将所 有高压调门全开，叫vwo运行方式，系统通过控制燃烧，满足负荷指令的要求，而不管 主汽压如何变

2、化。这种方式的优点是节流损失授小，第一级汽温随负荷变化授小。但是 它的明显缺点是对负荷响应差，并且低负荷时热耗人，因此在实际系统中很少采用。另 种克服汽机调门节流损失的方法是定一滑一定运行方式，如图u在低负荷段和髙负荷 段，主汽压维持在最低值或最高值，汽机阀位随负荷上升。在小负荷段，主汽压随负荷 按预先整定的函数曲线变化，使汽机调门恰好保持在第二级全开，第三级全关的位置， 这样的点叫分程转换点。这样在高、低负荷段是定压运行方式，中负荷段是滑压运行方 式。定一滑一定方式保留了 vwo方式第一级蒸汽温度的优点，乂部分地减小了低负荷时 的热耗，提高了对负荷的响应。这种方式的缺点是滑压illi线的整定

3、只是近似的，当锅炉 条件、冷凝器背压和冷凝器真空等条件改变时，汽机阀位就不一定随时都恰好在分程转 换点上。另外，定滑定方式只解决了笫二级阀节流损失的问题，如果按图2所示曲线运 行则更能降低热耗（参考文献1）,更能减少节流损失。图2表示一种多重定滑定运行方 式曲线。这种方式除了与定滑定方式一样不能精确定位汽机阀位于分程转换点以外，在 实际操作上也是不可能的，因为当负荷指令恰好在转换点时，主汽压设定值就要人幅度 波动，汽机阀门忽开忽关，这根木是不允许的。新型的自由压力协调系统克服原冇系统的固冇缺陷，力图按节能效果授好的图2方式 运行。其基本点是汽机在“顺序阀门”方式运行下，保留对负荷的精确控制，但

4、放弃对主汽 压的精确控制，改为精确控制汽机阀位在分程转换点上，在以转换点为分界的各段内， 只控制主汽压的变化率和各白的上、下限。下衣是在仿真系统小假设的汽机阀位分程转 换点的日标值以及各段主汽压上、下限值。|1号阀开|2号阀开|3号阀开|4号阀开|1 11 11 11 1 11 11 11 11 1 1| 阀位开度指令|30 |57. 5 |83 |95. 5 |1 11 11 11 1 11 11 11 11 1 1| 主汽压上限 mpa |17 |17 |17 |17|1 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1| 主汽压下限 mpa |10 |11|12 |13|图3描述

5、了自由压力运行方式下机组负荷与锅炉主汽压的关系曲线，图中 的斜直线是示意的，并不代表真正有对应关系。每个拐点表示汽机阀门工作段 有了变化：有阀门打开，工作点就沿曲线的上侧右移，反之有阀门关闭，工作 点就沿曲线的下侧左移。在某一段内，如果负荷指令有了变化，系统就去改变 锅炉燃烧以满足要求，而任主汽压以允许的速率自tl滑动。只是当主气压达到 上限或下限时，系统才自动慢慢打开后一级阀或关闭本级阀，进入新的段工作, 在新段内，主汽压重新自由滑动。图3用户使用这种i办调系统所要做的工作，是耍求动行工程师在实践中寻找到 各段主汽压上、下限的最佳配置，兼顾汽机和锅炉，使两者随时都处于良好运 行工况。而对于运

6、行员来说，其唯一工作就是按下“自由压力运行方式投入” 的软开关，以后无论工况怎样变化，或者负荷调度指令如何增减，系统都会自 动寻找并跟踪恰当的汽机阀位冃标，在相应段内工作。运行员如果再次按下“自由压力运行方式切除”软开关，则一切就彖回到老系统屮，系统将精确控 制负荷输出和主汽压而不管汽机阀位是否在分程转换点上。二、仿真调试自由压力运行方式的协调系统已经用tnf190系统生成，准备交国内某电 厂首先使用。在北京贝利出厂前已经仿真调试。仿真系统包括最终控制软件和对彖模型软件两部分，对彖模型包括了机组 主控、送风、引风、一次风、磨煤、给煤、给水、汽温等各系统主要i/o参 数的相对关系，属于ccs全系

7、统仿真。模型反映参数间定性的、简化了的关系, 没冇作定量的推算。利用原冇硬件的富裕能力，将两部分软件装在原硬件中， 因此仿真调试不增加硬件。仿真调试的好处，一是通过仿真运行，修改完善逻辑设计；二是修改完善 操作画面，使之更切合实际；三是总结一套操作方法，供日后现场运行参考； 四是用来培训电厂运行操作人员。图4 （略）和图5 （略）是机组在非自由压力方式下以方式a自动升负荷 过程中ois操作接i i上的画面。我国电力系统300mw机组控制系统规范中都有 自动升负荷的要求，其屮方式a是指在低负荷期间，汽机阀位同定于某值，在 负荷85%时汽机参与负荷和主汽压调节。图4和图5显示的试验是从98年6 月

8、15 h, 16： 42开始的。用w键将汽机阀位设定在80%,投入协调方式后， 通过a站的sp棒，将目标负荷指令从20mw升至290mw,机组便开始以方式a 口动升负荷，其uld是经过限速的负荷指令，它使燃料增加的同时，使主汽压 也滑压上升，而汽机阀位固定在80%,经过55分钟，负荷达到255mw,汽机 开始参与调节，而主汽压稳定在17. 5ipa左右。在升负荷期间，uld呈阶梯状上升，这是因为锅炉要求在负荷连续变化510分钟后，负荷指令应保持5 分钟。升负荷期间，风、烟、煤、水的相应变化过程见图6 （略）、图7 （略）、 图8 （略）和图9 （略）。上述试验持续到18： 02,历时1小时20

9、分。02,在不变化负荷指令 的情况下，投入“自由压力运行方式”，见图10 （略）。当时“汽机阀位目 标值”显示95. 5%, “主汽压极限口标值”显示13mpao 2分钟后，“进入 自由压力运行方式？”显示yes,随后汽机阀位锁定在95. 5%,负荷在290mw 左右，主汽压滑动到16. 61pa不变。18： 17将负荷指令由290mw改成200mw,随着主汽压降到13mpa时，阀位 冃标显示83%,主汽压极限冃标显示17mpa,经过一个阶梯的间歇，于1& 31达到稳定阀位83%及负荷200mwo18： 42,再将负荷指令由200mw改成150mw,当主汽压降到12mpa时，目 标变成

10、57. 5%和17mpa,经过几分钟的调整即达到57. 5%阀位,150mw负荷, 主汽压滑动到14. 21mpa0最后这次降负荷的过程从图11 （略）看得更清楚。以上说明，在降负荷过程中，系统能正确执行自由压力运行方式控制策略。 图12 （略）和图13 （略）则说明在升负荷过程中，系统也能正确执行这一控 制策略。尽管在减小汽机阀门开度的同时又耍增加负荷输岀是项苛刻的要求， 但是为了节能，系统仍然如图12显示的那样，“顽强地”将机组控制在理想 工况下。值得一提的是主汽压变化率是一项重耍控制参数，系统中设计了-种特姝 逻辑，借助一个脉冲宽度來控制其目标值，在仿真调试中，有意减小脉冲宽度 以增大主汽压变化率，从而加速调试进程，也加大了对控制系统的苛求程度， 这点在将来的实际系统屮将有很大的不同，由于实际主汽压变化率要控制得很 小，所以从一个段过渡到另一段将比仿真中见到的更缓慢更平稳，控制系统更 容易对机组进行控制。二j 结论新型的自由压力运行方式协调控制系统在ccs全系统仿真坏境下进行了 调试、测试，证明能够将机组控制在儿个预定的汽机阀门开度位置屮的一个， 使其节流损失最小，热效率最高，达到节能的目的。本公司于99年8月在现