国产散控制系统在超超临界机组中的应用.pdf

书书书 第? ?卷第? ? 期 ? ? ? ?年? ? 月 电 力 建 设 发电技术 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 基金项 目? 国家高技术研究发展计划重点项目? 计划? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?国华九江发电有限公司?江西省九江市? 摘?要?在神华国华徐州发电有限公司建设的采用?烟塔合一?技术的 ? ? ? 等级的超超临界机组中?首次使用了 国产分散控制系统? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?并实现主机和脱硫岛的一体化控制? 基于神华国华徐州发电有限 公司建设项目?论述了国产 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?的主要特点?结构和配置及其在实际工程中的应用情况?供同类机组控制 系统设计选型参考? 关键词? ? ? 超超临界机组?分散控制系统? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 虚拟分散过程控制站? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 中图分类号? ? ? ? ? ?文献标志码? ? ?文章编号? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?引?言 神华国华徐州发电有限公司?以下简称徐州电 厂?建设的? ? ? ?机组工程是神华集团?年 ?十大重点建设工程?之一?该工程同步建设脱硫岛 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?脱硝装置?采用多项 最新技术?其中?烟塔合一?主控脱硫岛集中控制技 术均在国内? ? ? ?机组中首次采用?作为神华 国华电力公司自主化国产分散控制系统? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?示 范 项 目 之 一?徐 州 电 厂 ? ? ? ?机组的自动控制系统采用北京国电智深 控制技术有限公司?以下简称国电智深公司?具有自 主知识产权的? ? ? ? ? ? ? ? ? 徐州电厂?台? ? ? ?超超临界机组于? 年底通过? ?满负荷试运?并正式投入商业运行? 标志着国产? ? ?在? ? ? ?级超超临界机组中的 应用取得重大突破? 本文论述? ? ? ? ? ? ? ? ?的主要特点?结构?配 置及项目应用情况? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?主要技术特点 ? ? ? ?等级超超临界火电机组自动化成套控 制系统是国电智深公司承担的国家?高技术研 究发展计划重点项目?其中柔性分域技术和? ? ? ? ?控制策略双向移植技术是在国内? ? ? ?机 组中首次采用?经中国电机工程学会鉴定?达到国际 领先水平?徐州电厂的? ? ? ?等级机组? ? ? ? ? ? ? ? ?有下述特点? 发电技术 电 力 建 设? ? ? ?年? ?月 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?柔性分域技术 将火力发电这一复杂的生产过程灵活和有效地 分解为若干控制域?降低了处理规模?减少了不同被 控对象及其控制系统之间的耦合?限定和管理实时信 息和组态信息在系统制定的范围内流动?同时控制访 问权限?并且这一切并不依靠特定的服务器和网关? 这就是柔性分域技术? ? ? ? ? ?是基于柔性分域 技术的? ? ?控制系统? ?该系统无实时数据服务 器?没有数据的统一存储和转发?没有额外的数据转 换?克服了数据流动时的通道瓶颈?自主开发的分布 式计 算 环 境? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?采用了分布式数据库? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?和 分 布 式 计 算 协 议? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?将? ? ?系统中所有的站点规划为功 能独立数据交互的控制节点?具有无网络结构约束和 网络负荷低的特点?满足了? ? ? ?超超临界机组 复杂控制系统对? ? ?的要求? ? ? ? ? ? ?与? ? ?控制策略双向移植功能 研 发 了 虚 拟 分 散 过 程 控 制 站? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?功能和虚拟? ? ?功能?在此基 础上研发了仿真支持功能?在不对工程组态作任何变 动的情况下?用于在实际控制系统与仿真系统间作控 制策略的连动研究?调试与测试? ?在? ? ?层和仿真系统的对象模型交换数据? 可用于与独立? ? ?组态的仿真对象相连接?测试整 个工程的实际组态?也可用于与第三方的仿真机对象 相连?组成全激励仿真系统? ?在? ? ?内实现仿真对象模型?接受控制逻辑 的指令?产生对象反馈?在没有实际? ? ?信号的情况 下调试控制逻辑? ? ? ?现有的控制组态可以直接应用于仿真 机? ? ? ? ? ? ? ? ? ?上?在仿真机上测试通过的控制优 化策略可以移植到? ? ?的控制组态中? ? ? ? ?优化控制软件包 开发了针对? ? ? ?机组的智能优化控制软 件功能包?包括自抗扰控制器? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?解决大惯性对象迟延及时变 问题?可用于锅炉主汽压控制?锅炉蓄热补偿模块? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?解决变负荷过程中锅炉 蓄热的及时补偿?用于风?水?煤各子系统动态调整? 模糊 控 制 软 件 包? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?根据控制过程中被控对象的变换量及变换趋 势进行超前控制?可用于主蒸汽压力控制? 在? ? ?系统中能方便灵活地设计机组优化控制 新方案?同时具有实时性好的优点?而国内外许多类 似优化控制是通过与? ? ?的通讯实现的? ? ?徐州电厂 ? ? ? ? ? ? ? 的结构和配置 ?徐州电厂? ? ? ?超超临界机组? ? ?实现的 主要功能有?数据采集系统? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?模拟量控制系统? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?炉 膛 安 全 监 控 系 统? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?顺序控制系统? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?电气控制系统? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?等?控制和监视范围包括锅炉和汽轮机 及辅机热力生产系统?发电机和变压器组及厂用电源 系统?循环水系统?旁路系统?锅炉吹灰系统?脱硝系 统?点火系统?冷却水系统?锅炉启动系统?脱硫系 统等? ? ? ?分配?主机单元侧?对?主机公用?对?脱 硫单元?对?脱硫公用?对? ?台机组及公用?脱硫 系统共?对? ? ? ?具体分配情况如表?所示? ? ? ?点规模?主机单元? ?点?主机公用? 点?脱硫单元? ?点?脱硫公用? ?点?台机组 及公用系统总点数接近? ?点?另外单元侧还有 智能前端? ? ?点? ?点?通讯点? ? ?工程应用 ? ? ? ?主机脱硫一体化配置方案 根据徐州电厂? ? ? ?工程?烟塔合一?新技 术对控制系统的设计要求?以及? ? ? ? ?柔性分 域的技术特点?顺利将? ? ?域纳入主机域中? ? ? ? ? ? ?网络配置升级 将脱硫岛控制系统纳入发电机组主控系统?将带 来? ?点? ? ?及系统中间点产生的网络流量?为 保证脱硫系统接入后的主控网络系统安全?对网络配 置方案进行优化?增加?台核心交换机?在单元网络 系统中取消?口交换机?增加?对?口? ?交换机? 降低单台交换机的网络负荷?提高了网络安全性?主 机网络交换机系统与脱硫岛网络交换机系统通过 ?对光缆连接?脱硫电子间配有备用级联线?在光纤 故障时?可采用级联线将?号或?号脱硫部分与脱硫 公用部分连接?实现对脱硫公用部分临时检修操作? 这样?脱硫系统和主控系统就实现了既可以独立?孤 网集控运行?也可集中到一起实现一体化控制? 网络结构如图?所示? ? ? ? ? ? ?采用域管理技术 徐州电厂主机系统工程服务器是通过链接域的 方式与脱硫系统工程服务器相连?主机系统与脱硫系 统的组态?维护不会出现交叉?这进一步提高了控制 第? ?卷第? ?期侯明胜?国产分散控制系统在? ? ? ?超超临界机组中的应用 发电技术 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 表 ?徐州电厂单元机组和公用系统 ? ? ?分配 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 注? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?为事件顺序记录? 系统的安全性?主机系统及脱硫系统控制按工艺子 系统来划分?分隔为相互独立的?个域?各个控制子 系统在物理意义上既统一又相对独立?通过子系统 间的物理隔离和合法数据的跨域双向传输规约?既保 证各子系统间的相对独立?又可保证整个系统的统一 性?实现集中控制和监视? 徐州电厂的?号机组划分到?号域?号机组划 分到?号域?主机公用系统划分到?号域?脱硫系 统考虑到其相对独立?安装地点及维修的原因?并不 采用简单的接入?而是按照主机模式分成了?及 ?域?这样上位机通过加入不同域?实现不同范围 的操作功能?如加入?域的上位机可对 ?号主机?号脱硫系统?公用部分?脱硫公用部分进 行操作?而加入?的上位机则只能对?号脱硫系 统及脱硫公用部分操作?脱硫系统的机柜全部安装 在脱硫岛?主机与脱硫系统之间的网络通讯信号通过 发电技术 电 力 建 设? ? ? ?年? ?月 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图 ?徐州电厂 ? ? ? ? ? 超超临界机组 ? ? ?网络结构 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 光缆传输?如图?所示? 各域中的? ? ?站号如下?号域? ? ?主站号为 ? ? ?其中?号为智能前端通讯用的虚拟? ? ? ? 安装在通讯站上?号域? ? ?站号命名与?号域相 同?域? ? ?主站号为? ? ?域? ? ?主站号为 ? ? ?号域? ? ?站号与?号域相同?域? ? ? 主站号为? ? ? 图 ?主机脱硫一体化控制原理 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?技术与? ? ?的移植 徐州电厂? ?系统采用实际? ? ?系统的流程图 和控制系统组态?实现系统的激励式仿真功能?其 ? ?系统中的上位机通过建立仿真对照表?经专用程 序编译生成仿真文件?下载至? ? ? ? ? ?根据仿真文 件?通过? ? ?通讯网络与仿真机交换数据?在系统调 试期间?特别是在机组运行中消除设备缺陷时?检修人 员要在工程师站上进行重复置数和逻辑修改工作?容 易使机组产生异常状况?采用双向可移植一体化的仿 真系统?可以提高热工人员的检修技能?有效防止二次 系统误整定事故的发生?确保机组安全运行? 全激励仿真系统值得一提的优点是? ? ?的大部 分调试工作都可以直接在仿真平台上完成?在仿真平 台调试后的? ? ?组态又可以直接拷贝?应用到实际 机组中?徐州电厂项目充分利用该仿真平台对 ? ? ? ?超超临界机组? ? ?逻辑组态?操作员站进 行了详细测试?对机?炉?电系统的控制方案进行了详 细调试和优化?对顺控逻辑?保护逻辑?联锁逻辑进行 了详细测试和改进?对? ? ?操作员画面组态进行了 测试和修改?对机组协调控制系统新方案进行了试验 研究?使? ? ?出厂时就得到了全面测试和优化?具备 了良好的性能?调试期间利用该仿真平台对机组运 行特性进行了研究?对机组在不同负荷工况下的运行 方式及经济性进行了分析?对机组汽水系统?给水系 统?协调系统的新型控制策略进行了设计和验证?从 而有效缩短了? ? ?现场调试时间?减少了现场调试 工作量?提高了工程建设的安全?可靠性? ? ? ? ?优化软件包的使用 根据机组的运行数据?优化设置相关的函数关 系?保持动?静态过程中各控制量间的准确匹配和平 衡?根据机组非线性静态特性及动态特性?结合自抗 扰及模糊控制技术?设计了非线性综合型? ? ?控制 器?并应用在主汽压控制中?由于多参数的耦合作 用?协调控制系统属于较为复杂的前馈?反馈系统? 采用非线性? ? ?的控制逻辑如图?所示? 图 ?主汽压非线性 ? ? ?控制逻辑 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 控制器虽然采用? ? ?控制结构?但已经同传统的 ? ? ?控制有很大的区别?偏差处理采用了非线性函数 ? ? ? ? ?模块? ? ?模块采用变参数模式?其积分环节 又分为负荷指令无变化时的稳态变积分回路及负荷 指令变动时动态变积分回路?在负荷变动过程中?通 过动态变积分回路适当减弱积分?在负荷未变动时? 则切为稳态变积分回路?通过偏差及偏差变化率积分 作用的强弱进行模糊自整定?以达到快速消除偏差? 第? ?卷第? ?期侯明胜?国产分散控制系统在? ? ? ?超超临界机组中的应用 发电技术 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 并减少超调的目的? ? ?应用效果 国产分散控制系统在机组调试阶段经受住了考 验?在?以上负荷时?进行了?种工况辅机故障快 速减负荷? ? ? ? ? ?试验?试验全过程运行人员 无干预?系统运行稳定?控制精准?以一次风机? ? 试验为例?机组状态是负荷为? ? ?机前压力为 ? ? ? ? ? ?主汽温度为? ?再热温度为? ? ? ? ?为远方功率方式?机组处于协调?滑压运行方 式?台送风机?台引风机?台一次风机运行? ?套 制粉系统运行?总给煤量为? ? ? ? ?汽泵运行? 给水流量为? ? ? ? ?人为制造故障?触发?一次风 机? ? ?工况? ?程序自动正常执行?燃料量降至? ? 目标值? ? ? ?给水量最大降至? ? ? ? ?负荷快速 下降至? ? ?时?给水流量稳定为? ? ? ? ?机组 已运行稳定? ? ?自动结束?一次