协调控制在火电厂DCS中的研究与应用

摘 要 DCS是4C技术产物，协调控制系统又是DCS的重要组成部分。某电厂机组在采用机跟炉为基础的协调控制方式，实现了机组自动发电控制。在协调控制系统投入的实践中，通过修改控制策略解决了负荷控制响应和压力控制的波动问题。现场运行表明，所做的控制系统完善工作是有效的，协调控制系统效果比较理想。
关键词 DCS；协调控制系统；机跟炉


1 引言
       分散控制系统DCS( distributed control system的简称)是以微处理器及微型计算机为基础，融会计算机技术、数据通信技术、CRT屏幕显示技术和自动控制技术为一体的计算机控制系统。它对生产过程进行集中操作管理和分散控制。也常被称为集散控制系统(TDCS)。经过多年的发展。 DCS控制技术越来越成熟，应用也越来越广泛。已逐渐成为过程控制领域的主角。随着现代电网对单元机组调峰能力的要求提高，自动发电控制(Automatic Generator Control，简称AGC)和自动负荷分配系统(Automatic Dispatch System，简称ADS)应运而生，而火力发电厂也迫切需要实现单元机组以汽机跟随为基础的负荷控制或以锅炉跟随为基础的负荷控制，某电厂引进的INFI - 90控制系统就包括具有国际先进水平的协调控制系统(Coordinated Control System，简称CCS) ,它能实现高质量的机组协调控制。在协调控制系统投入的实践中，通过修改控制策略解决了负荷控制响应和压力控制的波动问题。现场运行表明，所做的控制系统完善工作是有效的，协调控制系统效果比较理想。
2 协调控制系统控制方式
        协调控制系统是将各个自动控制子系统按照一定的方式结合起来共同适应机组负荷变化，保证机组稳定运行和快速响应负荷。由于动态特性的差异，CCS控制系统必须为改善锅炉调节速度进行必要的机炉间任务协调。为维持负荷调整过程中的物质、能量平衡，机组的燃烧、给水自动控制系统必须有良好的调节和抗干扰性能，同时CCS控制系统必须具备一定的故障处理能力，协调主控系统见图1所示。
        为适应机组的运行工况，保证机组的安全运行，从控制策略上设置了5种运行方式:①机炉开环控制,②机跟炉控制,③炉跟机控制,④以汽机跟随为基础的协调控制,⑤以锅炉跟随为基础的协调控制。其中，4是机组运行的最高形式，是实现机组ACC的基础。5也是机组运行的高级方式，但因该厂机组为直吹式制粉系统的直流炉单元机组，锅炉调压方式在实际运行时很难稳定机组工况，经试验不适应，因此不推荐应用。CCS切换逻辑见图2所示。

图1 主控系统

图2 CCS切换逻辑

3 功能作用
        图3所示为机炉协调主控系统，图中，1为频率，2为中调功率指令，3为操作员指令，4为功率趋势，5为压力给定，6为压力趋向，7为速度级压力，8为实际压力，9为实发功率。其主要作用是协调机炉动作，满足负荷要求，主要包括:①负荷指令处理回路;②机炉主控器，其功能在锅炉和汽机2侧分散实现。炉侧主控器处理CCS工作方式的切换辅机RB信号、负荷闭锁和锅炉在各种方式下燃料指令的形成，机侧主控器处理功率设定值、压力设定值及相应工作方式下汽机调门开度指令的形成。两者间信号通过硬接线的环路通讯完成。机、炉主控器是协调主控系统的核心，其任务是完成控制方式的转换和实现负荷、压力调节。图3为协调控制系统原理图。

图3 协调控制系统原理图

4 某电厂实际运用
        某电厂机组在采用机跟炉为基础的协调控制方式，实现了机组自动发电控制。机组在CTF方式运行时，锅炉主控和汽机主控(DEH)系统为自动调功方式(见图4)锅炉控制器和汽机控制器通过非线性函数转换器F2(X) ,F3(x)相联系，其作用是:在动态和稳态过程中，分别将功率偏差信号转换为压力定值的偏置信号。

图4 CTF方式的控制原理图


        从控制理论的观点讲，单元机组的负荷调节系统是1个多变量耦合系统。CTF协调方式能够实现燃烧率对主汽压力的解耦。在负荷调整过程中，改变燃烧率对主汽压力产生的影响，间接地通过功率偏差对应的压力定值偏置值的改变得到了补偿CTF方式所具有的解耦能力是单向的，因此，汽机DEH控制器在小功率偏差内所进行的小范围的压力调整，只是调节功率的1种手段。只有功率偏差较大时，锅炉控制器调节功率的作用才使汽机DEH控制器成为真正的压力调节器，此时压力调节引起的功率变化由锅炉控制器调整。
       在负荷调整的起始阶段由于压力定值偏置信号的引入，使锅炉蓄热可以得到充分的利用。在负荷指令改变时，可释放或储存一定的蓄热，加快了机组的负荷响应速度。由于功率定值前馈信号对负荷的响应不可避免地存在着滞后。压力定值偏置信号的引入使蓄热响应和燃烧率响应之间的衔接平稳，对减小负荷调整过程中的动态偏差有重要作用。现场运行表明，所做的控制系统完善工作是有效的，协调控制系统效果比较理想。

参考文献
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