常熟电厂#3机组CCS主控系统分析.doc

常熟电厂3#机组CCS主控系统分析摘要：本文介绍了常熟电厂3#机组协调控制系统(CCS)的设计内容,主控系统功能,详细说明了直接能量平衡控制法在协调控制系统中的应用,给出机组调试结果.关键词：330MW燃煤机组协调控制系统, 主控系统功能，直接能量平衡控制,调试分析.1 协调控制系统（CCS）设计内容常熟电厂3机组容量为330MW.采用强制循环汽包锅炉，锅炉制粉系统是中速磨煤机的直吹式制粉系统.DCS系统采用FOXBORO公司的I/A Series 51系列.该机组协调控制系统包括以下主要内容：l 机组指令控制系统l 协调主控系统l 燃烧控制系统l 送引风控制系统l 主汽温控制系统l 一级减温水控制系统l 高再汽温控制系统l 二次风门控制系统l 一次风门控制系统l 磨煤机出口温度控制系统l 磨煤机一次风量控制系统l 除氧器水位控制系统（调阀）l 除氧器水位控制系统（变频）l 除氧器压力控制系统l 高加水位控制系统l 低加水位控制系统l 汽封压力控制系统l 给水泵轴封压力控制系统以及若干汽机单回路控制系统.2 CCS主控系统功能说明常熟电厂3#机组协调控制系统的设计思想主要是将锅炉和汽机作为一个整体，完成对机组负荷、锅炉主汽压力的控制，达到锅炉风、水、煤的协调动作.对于协调控制系统而言包含三层含义：机组与电网需求的协调、锅炉汽轮机协调以及锅炉风、水、煤子系统的协调.2.1 机组与电网需求的协调机组与电网需求的协调主要是机组最快的响应电网负荷的要求，包括了电网AGC控制和电网一次调频控制两个方面.2.2 锅炉汽轮机的协调协调控制系统的设计包含了两种协调控制方式，一种是以炉跟机（BFT）为基础的协调控制系统，另一种是以机跟炉（TFB）为基础的协调控制系统.为提高机组的稳定性和响应性，在正常情况下应采用以炉跟机为基础的协调控制系统（锅炉控制压力，汽机控制功率）.在锅炉辅机出现故障影响机组出力、以及机组出现RUNBACK运行工况，协调控制系统应切换到机跟炉为基础的协调控制系统（汽机控制压力，锅炉控制功率）.炉跟机为基础的协调控制系统采用的是以锅炉控制压力，汽机控制负荷的运行方式，为了提高锅炉的响应性，稳定控制锅炉主汽压力，保证汽机对负荷的响应性，协调控制系统引进了直接能量平衡（DEB）控制思想：选用汽机调速级压力（P1）与汽机自动主汽门前压力（Pt）之比乘以机前压力设定值（Ps）作为汽机对锅炉的能量需求（该信号为直接能量平衡信号P1*Ps / Pt），该信号以动态前馈及反馈的形式控制锅炉的燃料量，这种控制方式加快了锅炉对汽机能量需求的响应性，稳定了锅炉的压力和燃烧，能保证锅炉控制的响应性和稳定性.直接能量平衡的主要基础在于P1/Pt代表了汽轮机调门的开度，在额定参数下，汽机调门开度的变化反映了汽机进汽量的变化，同样也反应了汽机对锅炉能量需求的变化.机前压力设定值Ps的改变，反映了锅炉被控参数对锅炉输入量需求的变化.因此P1*Ps / Pt可以反映负荷对锅炉燃烧的需求量，也可以满足锅炉主汽压力对燃烧的需求量.而当燃料量发生改变时，由于调速级压力P1和机前压力Pt对燃料响应的在数量上和时间上的基本一直性，使P1/Pt基本不变，这样P1*Ps/Pt就仅仅反映负荷对锅炉燃烧的需求量(仅仅Ps的变化起作用)，而不反映燃料量的变化.具有作为燃料需求指令的基本条件.而在汽机调门维持不变的情况下，P1/Pt维持一定，改变压力设定值Ps即改变了锅炉的燃料指令，从而达到了控制负荷的目的，因此直接能量平衡信号对于定压控制方式和滑压运行方式都适用.机跟炉为基础的协调控制系统采用的是汽机控压力，锅炉控负荷的运行方式，这种控制方式由于充分利用了汽机调门动作对压力响应快的特点，因此能很好的控制机组压力，但由于锅炉的燃烧特性比较慢，因此机组对负荷的响应比较慢，在系统的设计上为提高锅炉的响应性，将机组指令信号以前馈和反馈的形式作用到锅炉控制，以加大前馈量的方式提高锅炉对负荷的响应性.2.3 锅炉协调锅炉协调主要考虑锅炉风、水、煤之间的协调.协调控制系统的设计以直接能量平衡信号（P1*Ps/Pt）作为燃料指令信号，送风控制跟随负荷指令，同时用氧量进行修正，引风控制保证炉膛负压，给水阀/泵控制汽包水位的设计方案.这里我们仅讨论直接影响机组负荷，主汽压力的燃烧控制.燃烧控制系统具有两部分，一部分是直接能量控制系统，另一部分是燃料控制系统.2.3.1 直接能量控制系统直接能量控制系统以直接能量平衡信号（P1*Ps/Pt）作为燃料的指令信号，热量信号（P1+dPd/dt）作为燃料的反馈信号(Pd为汽包压力)，这样构成的系统具有以下特点：1）燃料控制的过程就控制了压力，其原理为燃料控制器的控制始终应保证控制器的输入信号相等，得到以下关系：P1*Ps/Pt=P1+dPd/dt，在稳定工况下dPd/dt 基本为零，以上等式为：P1*Ps/Pt=P1，运算中抵消等式两边P1，得到：Ps/Pt=1由此保证了Pt=Ps，2） 热量信号度量了进入炉膛燃料的总发热量而与燃料的数量无关，这样构成控制系统克服了由于燃料变化导致发热量变化使机组的能量平衡发生变化.2.3.2 燃料控制系统燃料控制系统主要控制进入锅炉的燃料量，进入锅炉的燃料量具有煤和油两种，在控制系统内将燃油按照2倍的关系计算为燃煤值. 系统增加燃料系统的目的主要是根据直吹式制粉系统燃料可以直接测量的特点，利用燃料测量快速性的特性增加控制系统的内环，主要用以克服燃料的扰动给系统造成的影响.燃料系统具有四种运行方式：1） 给煤机手动在这种控制方式下运行人员直接控制每台给煤机达到控制燃料的目的.2） 给煤机自动、燃料手动这种运行方式下运行人员可以从燃料控制器上直接给出四台给煤机的指令.3） 燃料本地自动控制方式 这种控制方式是定燃料控制，运行人员应切换燃料控制器为本地(LOCAL)状态，使燃料设定为本地方式，运行人员可以根据机组运行的情况，设定燃料指令信号，控制锅炉的给煤量.4） 燃料远方自动控制方式运行人员切换燃料控制器为遥控(REMOT)状态，燃料设定值来自与直接能量平衡控制器的输出，锅炉根据机组压力自动控制燃料量.此时运行人员不能设定燃料指令.在燃料系统中，控制系统根据磨煤机跳闸的信号自动切除相应给煤机的测量信号，将该台给煤机的给煤量测量信号置零，从而保证其他运行的给煤机自动增加燃料.3 调试结果为提高机组的稳定性和响应性,正常情况下机组采用BFT为基础的协调控制系统.在锅炉辅机出现故障影响机组处力、以及机组出现RUNBACK运行工况，机组切换到TFB为基础的协调控制系统.机组CCS调试过程中，通过整定各个回路PID参数，使的模拟量控制符合业主要求.在投BFT运行方式下的协调控制时, 汽机功率控制器自动,燃料控制采用2.3.2中介绍的运行方式4),即运行人员切换燃料控制器为REMOT状态，燃料设定值来自与直接能量平衡控制器的输出，锅炉根据机组压力自动控制燃料量.此时运行人员不能设定燃料指令.在协调控制投入时,使用了机组负荷指令作为前馈信号（如附录图1中UIC:VLIM.OUT），用以提高锅炉响应性。调试过程中,通过增减负荷,调节图1(见附录)中控制器PID块的比例,积分,微分参数以及ULD指令的信号处理参数.使得机组在BFT运行方式的协调控制下稳定运行.见附录图2,反映的是机组负荷在减3万千瓦(30MW)过后增3万千瓦时,热量的控制状况.淡蓝色曲线为热量测量信号(附录图1中控制器PID块测量值),红色曲线为能量需求信号(附录图1中控制器PID块设定值),白色曲线为燃料量需求信号(附录图1中控制器PID块输出值,即燃料控制器PID2块设定值).见附录图3反映的是在负荷变化过程相应的功率控制状况. 淡蓝色曲线为功率测量信号,紫色曲线为功率设定值,绿色曲线为机功率PID控制器的输出值. 由图3可得，减负荷调节时间在10:38-10:43,增负荷过程调节时间在10:53-10:58.在增减负荷的时间跨度内,功率信号和能量信号控制偏差以及稳态误差都很小.功率信号的调节速率在0.6万千瓦/分钟以上(0.66万千瓦即2%的机组额定负荷).此外,我们观察到调节过程中机前压力控制也是比较稳定的.4 小结常熟电厂3#机组CCS系统主控设计采用直接能量平衡信号控制，降低了汽机调门动作对锅炉出口压力的动态影响，提高了在变负荷工况下机组对负荷的响应性. 燃料控制回路,在协调控制方式下引入机组指令前馈控制,有效的克服了燃料的扰动和磨煤机投运/切除过程中对负荷的影响. CCS系统在各