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协调控制系统在巴蜀江油电厂#32机组上的应用

   
1.概述
目前,300MW以上的机组都是采用DCS(集散控制系统)控制系统,这种控制系统,使机组的控制及调节的水平明显提高。单元机组都设计了机组协调控制系统,基本上都能投入运行,甚至还投入了AGC方式。江油电厂原#32机组控制系统未设计协调控制,经过技改DCS控制系统, 采用ABB公司的SYMPHONY INIF 90 控制系统。该系统控制精度高,具有丰富实用的功能算法块。面向对象组态方式,编程简单又容易掌握。系统结构合理,I/O卡件种类少,易于储备备品配件。
#32机组协调控制系统的组态方式,以PID/SMITH控制器为基础,再辅助相应的算法块来实现,核心控制器MFP12,采用冗余配置,以提高控制系统的可靠性。其控制策略是以八十年代中期,引入的直接能量平衡 DEB的控制策略,以炉跟机为基础的协调控制系统,,这种控制系统大大提高了炉的响应性,同时又提高了炉的稳定性,是目前协调控制系统应用较多的。其基本功能包括:
1)机组主控;2)CCS一次调频;3)定/滑压;4)RB(快速减负荷);5)RD/RUP(迫升/迫降);6)BLOCK INC/DEC(闭锁增/减);7)基本方式;8)炉跟踪;9)机跟踪;10)协调;11)AGC。
使机组的协调控制满足控制策略和运行工况的要求,对机组运行在四种控制方式下的控制。
2.协调控制的组成
# 32机组控制系统主要由机组主控,锅炉主控,汽机主控,定/滑压方式选择,辅机设备实际能力处理:RB(甩负荷),RD(迫降),RUP(迫升),RD/RB(迫降/甩负荷),闭锁增/闭锁减组成。
3.协调控制功能
1)机组的协调运行:协调控制系统是协调机炉的能量平衡,协调炉燃料¸送风¸氧量设定值¸燃烧器摆角¸二级减温系统的能量平衡,通过对机组的协调系统参数的整定和调整试验,该系统对各种内外扰动进行检测和控制,消除扰动,稳定主汽压力和机组运行。
2)参与电网调峰¸调频:能实现机组的调峰和一次调频。并在协调控制方式下投入AGC方式.
3)辅机设备实际能力的协调:当机组出力不相匹配时,协调控制系统可采用RB¸RD¸RUP¸RD/RB¸闭锁增/闭锁减控制手段,强迫机组出力与设备实际能力相平衡,使机组运行由主为被动。
4.协调控制的运行方式
该控制系统在组态中设计了四种方式:1)基本方式;2)锅炉跟随;3)汽机跟随;4)协调方式。
根据#32机组在协调控制系统的调试及运行的实际状况,并根据设计组态图拟画了简化的框图,对协调控制系统的四种方式的原理和控制过程进行实际应用分析。
a) 基本方式:这种方式是炉主控在“手动”,机主控在“手动”。
控制过程:当炉主控在“手动”方式时,其输出为“炉指令”;即炉主控A/M的输出。当机主控在“手动”方式时,其输出为“M/A”的跟踪值,即汽机负荷基准(高调门的位置)。这时的输出是不变的,要改变输出必须人为根据运行工况来改变。
这种方式的特点: 锅炉维持主汽压力 ,燃料主控在自动。控制其燃烧率维持主汽压力。汽机则由DEH直接控制机组功率。
b)炉跟随方式:这种方式是炉主控在“自动”,机主控在“手动”,
控制过程:炉主控器APID的PV值由两部分组成,1)是能量平衡信号NRGC=F/Pt×Ps(F:主汽流量¸Pt主汽压力¸Ps主汽压力设定);2 )是发热量信号HR=F+Gb×dPb/dt(Gb蓄热系数¸P 汽包压力),它们之差就是APID的PV值,在这种方式下,APID是根据NRGC和HR的差值来运算,其输出“炉跟踪指令”就是炉主控的“炉指令”去控制十台给粉机的转速,维持其主汽压力在给定值范围。
这种方式的特点:汽机主控不在入远控方式,由DEH维持控制汽机负荷在给定值,而由锅炉根据汽机的能量需求对锅炉放热量进行控制,维持机前压力给定。炉主控调压,机主控调功,它有利于锅炉蓄热,负荷响应快;有利机组稳定运行。这种方式是长期运行的方式,即能量平蘅原理。
c)   机跟随方式:这种方式是机主控在“自动”,炉主控在“手动”。
控制过程:机的APID“机组负荷指令”给定主汽压力信号修正,作为APID的PV值,运算后的输出为“机跟踪指令”,M/A的输出“机主控指令”作用到DEH去控制高中调门开度。炉主控的输出为“炉跟踪指令”。
这种方式的特点:将汽机负荷进入远控方式,维持主汽压力作为控制目标,通过对汽机的负荷的升¸降维持主汽压力。汽机最终负荷的变化受锅炉放热量定值手动给定范围影响。汽机波动小,机组运行稳定;但不利锅炉的蓄热,负荷响应慢,尤其出现扰动时,负荷影响大。这种方式,用于锅炉故障时,尽量利用炉的带负荷能力。
d)协调控制:这种方式是炉主控在“自动”,机主控也在“自动”。
控制过程:锅炉主控的APID其PV值,是经过主汽压力偏差修正的机组负荷指令的信号,与功率偏差相减,其输出为“炉协调指令”,由炉主控M/A输出“锅炉指令”,去控制十台给粉机转速,维持主汽压力在设定范围。汽机主控的APID其PV值,是经过主汽压力偏差修正机组负荷指令的信号,与功率偏差相减,其输出为“汽机协调偏差指令”,APID的输出是“汽机自动指令”,由汽机主控M/A输出“机主控指令”,去DEH控制高中调门的开度,维持机组负荷在设定范围。当协控制投入以后,DEH相当于协调控制的执行器,直接接受协调控制的目标阀位指令。
这种方式的特点:锅炉不再维持放热量为汽机能量需求,而是根据机组负荷指令,机组实际负荷的偏差机主汽压力偏差对给粉机进行转速控制。而将锅炉作为一个整体进行控制,在保证机组稳定运行的同时,充分利用锅炉的蓄热加快负荷响应,机炉两侧同时调压¸调功。这种方式,是长期运行的方式。
5.辅机设备实际能力的协调
1)RB(甩负荷):当锅炉的辅机设备不正常时,即一台引风机,一台送风机,一台炉水泵,一台给水泵,一台一次风机,一台空预器运行,以及汽机跳闸,厂用电负荷.
2)RD(迫升):当风量偏差,炉膛压力偏差,以及送风控制指令最大,引风控制指令最大,在CLD#24处理,禁止迫升。燃料量偏差,汽包压力偏差,给水流量偏差,其小选值为迫降速率。
3)RUP(迫降):条件和RD (迫升) 一样,禁止迫降。
4)BLOCK INC/DEC(闭锁增/减):闭锁条件满足时,抑制单元负荷指令的速率变化,并且将闭锁机主控增/减)。
5)CCS 一次调频:#3 2机组在协调控制系统的SAMA图中,DEH一次调频未作,只组态了CCS 一次调频,是机组 CCS和AGC方式下的调频,根据频率偏差即 0.25HZ的频率对应26MW的功率的函数关系,得出汽机转速校正指令。负荷迫降率与负荷返航率的偏差,作为PID的偏差指令,机组主控在“自动 ”时,不跟踪。其汽机转速校正为前馈信号与机组主控的输出相加,得出“机组主控指令”的定值,这个定值经过处理最终就是,“机组负荷指令“,它将用于负荷迫降率与负荷返航率,协调控制的信号处理。以控制机组的主汽压力和负荷的稳定, 并对辅机设备实际能力的协调,维持机组的安全运行
6AGC方式
AGC(自动发电控制)是发电机组的协调控制系统根据调度中心,能量管理系统(EMS)与AGC软件计算结果输出的设定指令,自动调节发电机组出力,维持电网频率和区域联络线交换率在规定的范围。
AGC是建立在电网高速自动化的能量管理系统(EMS)与发电机组协调控制系统(CCS)之间闭环控制的技术手段。它是直接接受电网调度中心,控制计算机发出的负荷指令信号,来调节发电机组的负荷,保证其安全,经济运行。
AGC系统投入的前提条件是机组的协调控制必须在“协调”方式。
1)AGC的功能:(1)维持系统频率在允许范围。(2)维持联络线功率。(3)配合调度程序,合理分配个发电厂出力,使系统发电成本最小。
2)# 32机组AGC的组成:ADS(自动调度系统);RTU(远动装置);DCS(分散控制系统);
AGC投入的条件:(1)协调方式;(2)甩负荷/迫降信号未来;(3)AGC无故障;(4)迫升信号未来;(5)机组负荷率限制
以上条件满足时,RMT变为红色,并反馈到中调,即向中调发出请求,只要中调的“AGC投入指令”来,“机组负荷主控”允许投入“自动”,即机组在“AGC方式”。同时,AGC变为红色, 即“机组在AGC方式,并反馈到中调, 即机组已在AGC方式。由中调来的信号,经ISI14数字模件处理成“1”的逻辑信号,送至“中调加负荷”或“中调减负荷”。当“中调加负荷”指令为“1”时,则以0¸15作为SP,PID只积分其输出,为机组主控的SP, 其单元主控指令,将跟踪PID的输出,即单元主控指令。这个指令经过判据处理,生成单元负荷指令,它将分别作用于炉主控和机主控,去控制主汽压力和机组负荷,维持机组在AGC方式下的运行工况。“中调减负荷” 指令为“1”时,则以-0¸15作为 SP,PID只积分其输出,为机组主控的SP, 其单元主控指令,将跟踪PID的输出,即单元主控指令。这个指令经过判据处理,生成单元负荷指令,它将分别作用于炉主控和机主控,去控制主汽压力和机组负荷,维持机组在AGC方式下的运行工况。
7.控制系统的特点
1) 在该控制系统中采用了相当数量的函数模块,它能精确有效的将输入/输出的非线性关系近似化,大大地提高了被控对象系统的了调节品质,弥补了APID算法块的不足,使系统的控制策略更完善。
2) 在控制系统中,APID采用了“自动”改变参数的控制保证了不同运行工况下都能达到较好的调节品质。
3)在控制系统中,采用了直接能量平衡原理DEB,即NRGC=F/Pt×PS,HR=F+Gb×dPb/dt,这个原理在“炉跟随”方采用。只不过在这里P1是由F取代 。   
在对协调控制系统的组态和控制策略的优化后,进行协调控制系统的可调性、调节品质,并进行运行试验。保证机组运行工况下的安全和经济运行,要求协调控制系统的动态指标满足运行工况。根据调试技术协仪和运运方面的要求,2002年12月,在机组正常工况下,对协调控制系统的组态的主要功能块进行参数设置试验,即对协调控制系统进行动态试验。经过多次并对协调控制系统的参数优化和试验,能满足运行工况的要求,将“协调控制”系统投入运行。机组在稳定工况并带固定负荷时,“协调控制”即“投入” 运行,其运行工况还是好的。
2003年2月在四川电力试验院的专家指导和运行方面的配合下,在机组稳定负荷时,对# 32机组AGC进行投入试验,在当中调发出“AGC远控允许投入”指令有效,机组主控即可投入“自动”方式,机组即在AGC方式下运行。这时,机组的负荷便处于AGC控制之下。其运行工况能满足机组稳定运行工况的要求。
    
ABB公司的SYMPHONY INIF 90协调控制系统,在该厂#32机组上的成功应用。通过在不同运行工况下的试验数据表格看出,其主要参数都控制在机组的允许范围内,且运行工况稳定。优化后的协调控制系统,能满足机组快速变负荷速率下,额定变负荷速率下,稳定负荷下的响应性。能适应运行工况的要求,“协调”控制方式和“AGC”方式都能正常投运。它提高了机组快速适应电网对负荷的需求,机组的安全性和经济性得到提高。该控制系统还具功能,如:”RUP” “RD" 等,当前都强制在“禁止使用”状态,另外,SMITH予估器在协调控制和过热器减温控制系统的组态中未予置使用。值得开发以充分利用,发挥其功能码优化的功能。该控制系统自 2003年1月投运以来,均能实现组态中设计的四种控制方式,在正常工况下,都是投入“协调”方式运行,以“炉跟机”和“协调”为常用方式。由于“协调 ”控制系统的投入,极大地提高了机组的自动化水平,减轻了运行人员的监盘程度,有利于机组运行的稳定性和安全性。该控制系统代表了国内完善的、先进的、可靠的、开放的新型协调控制系统的发展方向,所采用的先进的控制策略,为国内发电厂协调控制系统改造提供有利经验,具有推广价值。
参考文献
[1]四川巴蜀江油电厂 2X330MW机组#2-PCU-M-3 组态图   
[2]四川巴蜀江油电厂 2X330MW机组锅炉运行规程   
[3]四川巴蜀江油电厂 2X330MW机组锅炉运行说明   
[4]四川巴蜀江油电厂 2X330MW机组 SYMPHNOY INIF 90 DCS改造技术协议    5.四川巴蜀江油电厂#32机组DCS改造工程竣工验收测试方案