协调控制系统中直接能量平衡公式的另类理解

1、协调控制系统中直接能量平衡公式的另类理解作者：韩志民摘要：随着电网调度自动化要求的进一步提高，大部分发电机组相继投入机炉协调控制系统(CCS)，并在自 动发电控制(AGC)方式下运行。CCS 一般设计成以炉跟机或机跟炉为主的两种类型。随着违约电量 考核这种新的电量管理模式的推行，调峰机组的协调控制系统一般设计为炉跟机为主，以便准确及时 地调节机组功率，减少违约电量的发生。同时发电厂为了提高机组的经济性，对CCS控制指标的要求 也越来越高，因而炉跟机为主的协调控制系统一般采用以直接能量平衡(DEB)为基础的控制策略，以提 高控制系统对这两方面要求的适应性。一、直接能量平衡控制策略的两种典型公式直

2、接能量平衡协调控制系统一般有两种典型公式(式(1)、式(2)，各个控制系统在实际设计中只是在此 基础上增加了部分提高控制系统性能的动态补偿功能。* X P =物 + K X臂Xg = 7TF + KX柴 (2)式中p1速度级进口压力；pt机前压力；ptsp机前压力设定值；K热量释放信号系数；Pd汽包压力；TEF总能流信号。式(1)左侧代表汽轮机能量需求(能量命令)信号，右侧代表锅炉热量释放(熟量)信号。传统的理解 为:p/pT代表汽轮机调节阀开度信号，快速响应汽轮机的能量需求；dpd/dt为汽包压力的微分信号，代表锅 炉热负荷与汽轮机负荷的平衡关系。由于速度级压力p1在机组50%100%额定负

3、荷范围内与主汽流量 及汽轮机负荷基本保持良好的线性关系，同时为更准确地代表汽轮机能量需求，将之折算成总能流信号 TEF(主蒸汽流量的焓或主汽流量与给水流量的焓差)代替速度级进口压力p构成式(2)。二、汽轮机能量需求和锅炉热量信号的不同作用锅炉燃烧工况变化时，由于锅炉热负荷与汽轮机热负荷的需求存在差异引起锅炉汽包压力变化，从而 引起锅炉热量信号变化，可通过燃烧调节器改变锅炉燃烧率;当汽包压力稳定后，锅炉与汽轮机的热负荷 基本相等，dpd/dt锅炉热量信号就等于速度级进口压力p1或总能流信号TEF。若机前压力与机前压力设 定值存在偏差，通过燃烧调节器改变锅炉燃烧率，使机前压力逐渐接近机前压力设定值

4、;同理，当机前压 力等于机前压力设定值后，汽轮机能量需求信号等于速度级进口压力p1或总能流信号TEF。因此，锅炉 热量信号主要通过保证锅炉热负荷与汽轮机热负荷的平衡，从而保持汽包压力包括机前压力的稳定;汽轮 机能量需求信号主要通过调整锅炉蓄热总量，保证机前压力等于设定值。通过上述分析，可把式(2 )改写成式(3)和式(4):TFF X 罗=,7危F + K 乂萼 (3)TEF TEF * & - g = TEF + K X 三、有关问题的讨论3.1负荷不同但压力偏差相同时汽轮机对锅炉蓄热量变化要求基本相同锅炉的蓄热能力主要与锅炉有效水容积及受热面有效金属质量有关。由于锅炉炉墙储热量不大且吸热

5、及放热比较缓慢，其蓄热对于快速变动的工况可以不考虑，蓄热总量体现了锅炉抗负荷扰动的能力，在 扰动过程中蓄热总量变化的大小，仅与汽包压力的变化幅度有关。由饱和水、蒸汽参数表可知，在一定 范围内饱和水的焓值增量与压力增量的比值(/Apd)、饱和水温度增量与压力增量的比值(Ats/Apd) 基本保持不变。机组正常运行中锅炉有效水容积基本不变，因此炉水总质量基本不变(排除密度影响)。 锅炉炉水和受热面金属释放和吸收的总热量与汽包压力变化引起的炉水焓值变化量和饱和温度的变化 量成正比，因此当汽包压力变化相同时，锅炉蓄热总量的变化量基本相等。某300MW机组运行数据见 表1，其CCS投入范围50%MCR1

6、00%MCR，机组采用定压运行方式(机前压力16.8MPa)和定压一滑压 一定压运行方式(50%MCR85%MCRl00%MCR，机前压力13.5MPa16.8MPa16.8MPa);CCS的考 核指标为稳态土0.2MPa(稳定负荷)、动态0.5MPa(l0%MCR扰动，速率5MW/min)。因此，在整个机组正 常运行范围(50%MCRl00%MCR)，可把锅炉热量释放信号系数K设定为常数。当锅炉汽包压力变化幅 度相同时，蓄热总量的变化量基本相等，热量信号的大小仅取决于汽包压力的变化速度。锅炉蓄热总量 的变化体现在汽包压力的变化上。锅炉蓄热总量的增加和降低导致汽包压力的升高和降低。表1某机组滑

7、压运行范围的汽包压力及饱和水参数汽包压力 两MPa嗣和水熠h1/kj-kg1焙值增量饱诵温度 5饱和温度常，131 532.4Q. 24330. 827& 1S1141 571. 6439* 6333& 64N5.815151 611,01甑37342. 1315. 4891 650. 5339. 5234L 3385. 197171 m 8140. 28352, 2旗4. 935181 732. 8940, 28勰9574.油3.2压力偏差量相同时汽轮机能量需求信号对锅炉蓄热量变化的要求因负荷不同而不同由式(4)可知，当汽轮机主控系统在功率运行方式时，在不同汽轮机负荷(或TEF)下，相同机前

8、压力 偏差产生的汽轮机能量需求信号的幅度不同:对于机前压力调节的增益而言，100%负荷与50%负荷相比 滑压运行方式时前者是后者的1.5倍左右，而定压运行方式时，前者是后者的2倍。四、汽轮机能量需求信号的另类理解通过上述分析发现，消除相同的机前压力或汽包压力偏差时锅炉需要的蓄热量变化量基本相等，它与 汽轮机能量需求信号对锅炉蓄热量变化量的要求存在明显差异，这也是低负荷时机前压力调节速率低于 满负荷时的原因。对于自动调节系统，一般希望整个调节系统的增益保持相对不变，这样，采用一套参 数就能适应全部运行范围，并保证调节品质基本不变。因此，无论对于锅炉热力系统本身，还是自动调 节系统，都希望在不同汽

9、轮机负荷(TEF)时，由相同的机前压力偏差所产生的汽轮机能量需求信号的增 量基本相同。同时，为了满足机组滑压运行时对锅炉蓄热变化量的更大需求，在汽轮机能量需求信号中 引入机前压力变化率信号及单独的调整系数，以增加系统调整的灵活性。根据以上理由，本文提出下示 的汽轮机能量需求信号公式：TEF f X七芝十 % X警=TEF + K.X(5)式中K1汽机能量需求信号系数1；K2汽机能量需求信号系数2；K3锅炉热量释放信息系数。五、汽轮机能量需求信号的整定汽轮机能量需求信号系数l(K1)，用于调整汽轮机能量需求信号中机前压力偏差的增益，可在 50%MCR100%MCR之间调整也可根据调节试验实际情况在更大的范围内确定;汽轮机能量需求信号系 数2(K2)，用于调整汽轮机能量需求信号对于滑压工况的适应性，可在定压运行工况调试完毕后，针对 特定的机前压力设定值变化率，在机前压力设定值的扰动试验中确定，以保证滑压运行时CCS的调节 品质。六、结语众所周知，对