1000MW机组节能型协调控制系统设计初探

【摘 要】随着国民经济的快速发展，我国的电力需求压力持续增大，电网容量也迅速增长。在这样的背景下，我国采用了更多的大容量、高参数的机组，截止到2014年1月份，在全国范围内已经投入使用的1000MW级机组有了60多套。在很大程度上为我国的电力发展做出了巨大的贡献。但是由于1000MW超临界机组采用滑参数的方式，汽机调门的节流很小，电网快速变化的负荷需求和机组较小的蓄热之间的矛盾日益突出，这就要求我们要调整协调控制系统设计。

【关键词】协调控制系统；原理和特点；系统设计

传统的机组协调控制系统主要是指锅炉燃烧率与汽机调门之间的协调，典型的协调控制装置主要是炉跟机与机跟炉之间的协调控制，这种协调控制方式指的是通过汽机调门控制主蒸汽压力和锅炉的燃烧率来控制负荷。为了适应电网负荷需求的变化，传统机组的汽机调门都设置了节流装置，也就是在机组的运行过程中为了应对变化的调峰或者调频机组会保留一定的蓄热能力。在负荷变化的过程中，协调控制系统会合理的协调汽机调门与锅炉燃烧率之间的关系，在满足电网的负荷压力的同时保证机组运行的稳定性。

但是随着1000mw超临界机组的投入使用，机组的运行过程大都采用滑压的方式来完成，这样就导致汽机调门的节流变的很小，这样的结果就是在电网负荷压力过大的时候机组的蓄热功能就很容易出现问题。为了做好机组的正常运行和蓄热功能之间的协调管理，我们要在了解超临界机组的控制原理的基础上进行科学的设计[1]。

一、1000MW机组控制原理和特点

（一）超临界机组的控制原理

超临界机组的控制原理要从五个方面来进行分析，这五个方面分别是：锅炉的控制任务、动态特性、汽机调门的开度、燃烧量和给水流量。

第一， 超临界机组锅炉主要进行四项控制任务：

（1）根据汽机系统和电力负荷的需要调整蒸汽量提供的多少；

（2）在要求的范围维持过热蒸汽和再热蒸汽压力的平衡；

（3）保证锅炉的使用安全，提高锅炉的燃烧率；

（4）平衡送风和引风系统在维持燃烧的过程中所需要的风量，调节炉膛负压。

第二，1000MW机组的动态特性

1000MNW机组的锅炉和汽机直接相连，中间没有汽包的连接，在使用的过程中只能通过改变燃料和水的比例来控制锅炉的蒸汽量，这样机组的运行过程会受到机组负荷、燃烧量和锅炉的给水流量的直接影响。

第三，汽机调门的开度

汽机调门开度影响着锅炉负荷和锅炉出口的蒸汽压力，还会对锅炉的汽水流程产生影响，致使加热过程产生变化，最终改变蒸汽温度。

第四，燃烧量

当燃烧量增加时，加热段和蒸发段就会变窄，在很短的时间内会增加大量的主蒸汽流量，最终导致锅炉负荷和压力全部上升。

第五，给水流量的增加会导致主蒸汽流量的增加，进而导致机组负荷的增加，但是因为锅炉的输入能量不会改变，就会延长加热过程，导致主蒸汽流量的增大，同时也会增加主蒸汽压力，但是主蒸汽的温度反而会下降，而机组负荷也会随之下降，最终会低于初始负荷[2]。

（二）超临界机组的控制特点

1000MW超临界机组由于其本身的汽水特性，它自己没有办法进行汽水分离，因此它的锅炉采用直流变压的方式来运行，所以超临界机组的控制就有了它本身的一些特点[3]：

第一，输入系统和输出系统变量多，输出复杂。超临界机组的输入量有水、燃料和风；输出量包括蒸汽温度、蒸汽压力和蒸汽流量。超临界机组的锅炉和水直接相连，没有办法进行汽水分离，只能采用直流，循环倍率为1。

第二，1000MW超临界机组是通过控制锅炉的中间点的温度来实现控制目的的，通过微过热蒸汽的温度来反应燃水比。

第三，机组负荷发生变化时，因为主蒸汽压力能够迅速的做出反应，所以可以迅速的对其进行调整。

第四，由于微过热蒸汽的温度与主蒸汽压力之间相互影响，所以不需要对减温控制系统进行复杂的设计。

第五，超临界机组没有汽包，蓄热能力小，对蒸汽压力的控制程度低，但是锅炉负荷变化速度快，能很好的随着电网负荷变化做出调整。

第六，超临界机组对于水的加热、蒸发和过热蒸汽密度没有明确的界限，复杂多变。

二、1000MW机组协调控制系统设计

1000MW超临界机组的协调控制系统由三部分组成，第一部分是监控管理，第二部分是指令处理，第三部分是机炉主控。现在超临界机组的协调控制系统有很多种类，设计方案也各式各样，但是设计的基本原理还是在机跟炉或炉跟机的基础上进行补充形成的。现在典型的模式有三种：第一种是以机跟炉为基础的模式；第二种是以炉跟机为基础的模式；第三种是将两者综合运用的综合模式。下面介绍三种典型的关于协调控制系统设计的方案[4]。

（一）以机跟炉为基础的模式

以机跟炉为基础的协调控制方式就是：在炉端以锅炉的为基础对主蒸汽压力进行控制，在机端则通过控制主蒸汽压力来配合负荷的控制[5]。

汽机主要控制接受主蒸汽压力的给定值PO和机前主蒸汽压力的反馈信号PT，当主蒸汽压力PT产生变化时就会产生一个汽压偏差，这时汽轮机的主控制器就会改变汽轮机主控制系统的负荷指令NT，从而维持主蒸汽压力PT的平衡。但是由于锅炉主蒸汽压力和燃烧率之间的转化有一个时间差，所以汽轮机的主控制器不能及时的调节输电功率NE和NO之间的平衡，这时调整机组负荷的任务就落在了锅炉系统上。锅炉系统根据NE和NO之间的偏差，通过改变锅炉给水量、燃烧量等参数来维持主蒸汽压力的平衡。汽机的主控系统在主蒸汽压力设定值和实际值偏差的基础上，来改变汽轮机调速汽门的开度，从而改变汽轮机的蒸汽流量，最终达到配合锅炉系统改变机组负荷的目的。但是因为汽轮机的反应速度比较快，为了使锅炉的蓄热得以充分的释放，可以在汽轮机主控制系统的设计中增加对负荷偏差进行反应的部分，以此来改变机组负荷，满足外界对负荷的需求[6]。

（二）以炉跟机为基础的模式

炉跟机的协调控制模式就是把调节机组功率的重担放在了汽机侧，操作员可以通过手动控制来调节机组的运行功率，同时在锅炉控制系统控制主蒸汽压力的基础上，配合控制机组的负荷。

（三）综合模式

综合模式就是综合了炉跟机和机跟炉两种控制模式的优点和缺陷之后形成的一种综合性的控制模式，控制原理如下图所示：

三、结语

1000MW超临界机组的投入使用大大满足了我国电网对于电力负荷压力的要求，但是基于超临界机组与亚临界机组运行特点的不同，目前还不能很好的使用到实际的运行程序中。所以我们要在了解超临界机组的控制原理和特点的基础上，在实际情况的指导下，对超临界机组的系统设计做出相应的调整，以最大程度的满足生产和生活的需要。

参考文献：

[1]曾有琪，马军，韦培元等.对火电厂600MW超临界机组协调控制系统的分析[J].城市建设理论研究（电子版），2012，（30）.

[2]马良玉，高志元.超临界机组协调控制系统的预测优化控制[J].热力发电，2014，（9）：54-59.

[3]刘立伟，方廷璋，吴延龙等.600 MW超临界机组协调控制系统的分析与设计[J].电力建设，2009，30（7）：68-71.

[4]马林东，葛智平.超临界机组协调控制系统在崇信发电厂中的应用[J].机械工程与自动化，2014，（2）：142-143，146.

[5]曹晓威，谷俊杰，王丕洲等.超临界机组协调控制系统的分析与改进[J].电力科学与工程，2012，28（10）：57-62.

[6]姚新华，刘克.超临界机组协调控制系统策略[J].科技信息（科学・教研），2007，（26）：40，18.