哈爾濱第三發(fā)電有限責任公司2臺國產(chǎn)600MW燃煤機組主設(shè)備有:HG-2008/18.2-YM2型單爐膛、單汽包、強制循環(huán)、懸吊式鍋爐，N600-16.7/537/537-I型亞臨界、中間再熱、單軸、四缸、四排汽冷凝式汽輪機，QFSN-600-2YH型三相隱極式同步交流發(fā)電機，分別由哈爾濱鍋爐廠、哈爾濱汽輪機廠和哈爾濱電機廠生產(chǎn)。熱控系統(tǒng)中分散控制系統(tǒng)（DCS）采用美國Baily公司Infi一90系統(tǒng)，數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）采用上海新華公司DEH-ⅢA系統(tǒng)。2臺機組分別于1996年1月28日和1999年11月30日通過168h試運后轉(zhuǎn)入商業(yè)運行。投產(chǎn)后，通過對幾個關(guān)鍵的技術(shù)問題的分析與解決，使2臺600MW燃煤機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）得到了根本性的完善，全廠自動化總體水平得到了很大提高。
　　
　　一、CCS主控系統(tǒng)簡述
　　
　　CCS主控系統(tǒng)是將功率偏差（功率給定值—實發(fā)功率）和機前壓力偏差（機前壓力給定值一機前壓力）同
　　
　　時送到汽輪機調(diào)節(jié)器和鍋爐調(diào)節(jié)器，在穩(wěn)定工況下實發(fā)功率等于功率給定值，機前壓力等于機前壓力給定值加負荷時，功率偏差為正值，通過汽機調(diào)節(jié)器開大調(diào)節(jié)閥，增加實發(fā)功率;通過鍋爐調(diào)節(jié)器使燃料量增加，增加蒸汽量，增加實發(fā)功率。當調(diào)節(jié)閥開大時會立即引起機前壓力下降，盡管此時鍋爐已經(jīng)開始增加燃料量，但機前壓力對燃料的響應(yīng)有一定的慣性，這時機前壓力偏差也為正值，作用于鍋爐調(diào)節(jié)器繼續(xù)增加燃料量，作用于汽機調(diào)節(jié)器，力圖使機前壓力恢復到主壓力給定值，要求關(guān)小調(diào)節(jié)閥。協(xié)調(diào)控制結(jié)果會使調(diào)節(jié)閥開大到一定程度后停止，隨著燃料量的增加，機前壓力逐漸恢復，這時機組實發(fā)功率還沒有達到功率給定值，功率偏差為正值作用于汽機調(diào)節(jié)器使調(diào)節(jié)閥繼續(xù)開大，增加實發(fā)功率，直到實發(fā)功率與機前壓力都與其給定值相等，機組達到新的穩(wěn)定狀態(tài)[1]。
　　
　　由于單元機組容量的增大，簡單的協(xié)調(diào)控制方式已不能滿足大機組的控制要求。隨著電網(wǎng)調(diào)度自動化水平的提高，對單元機組負荷適應(yīng)能力、參與電網(wǎng)調(diào)頻能力提出了更高的要求，現(xiàn)在東北電網(wǎng)與華北電網(wǎng)及東北電網(wǎng)內(nèi)部，均實行區(qū)域聯(lián)絡(luò)線控制。自動發(fā)電控制（AGC）是電網(wǎng)調(diào)度進行聯(lián)絡(luò)線調(diào)整的有力手段，是保證電網(wǎng)安全運行的需要，為此單元制大機組AGC必須投入，調(diào)度指令經(jīng)電氣遠動裝置接入CCS主控系統(tǒng)。
　　
　　二、關(guān)鍵問題的分析與解決
　　
　　2.1固定的負荷變化率無法滿足電網(wǎng)對大機組負荷適應(yīng)性能越來越高的要求
　　
　　從電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性考慮，一般應(yīng)由效率較高的大機組承擔基本負荷，而由效率較低的小機組調(diào)頻、調(diào)峰。但是，電力工業(yè)發(fā)展到今天，網(wǎng)上大機組比例越來越大，電網(wǎng)對大機組負荷適應(yīng)性能及參與電網(wǎng)一次調(diào)頻能力提出了更高的要求。目前AGC的投入效果就是衡量大機組負荷適應(yīng)性能及自動化水平的一項指標，在調(diào)度自動控制狀態(tài)送給大機組的AGC指令有時波動的頻率及幅度都很大。原設(shè)計CCS是由機組操作員設(shè)定的負荷變化率，控制功率給定值按升/降負荷變化率趨向負荷目標值，負荷變化速率是固定不變的。采用這種控制方式機組無法滿足電網(wǎng)要求。為了解決這一問題，采用了自適應(yīng)控制手段，用負荷目標值與功率給定值的差值為自變量，在0～6OMW差值之間取20個點為自變量做一條光滑的函數(shù)曲線，用這個函數(shù)值作為機組操作員設(shè)定的負荷變化率的修正系數(shù)，該系數(shù)為0.333～3，即可自適應(yīng)地將機組操作員設(shè)定負荷變化率從它的0.333倍連續(xù)地調(diào)到3倍，這樣在負荷目標值與功率給定值的差值較大時，可將負荷變化率放大，讓功率給定值快速跟上負荷目標值，快速加減負荷。在功率給定值接近負荷目標值時，減小負荷變化率，使其緩慢地接近負荷目標值。通過自動調(diào)整負荷變化率，既可以保證在負荷變化初期快速響應(yīng)電網(wǎng)對負荷的要求，又可保證準確達到目標值，防止超調(diào)和波動，取得了良好的控制效果。圖1為負荷變化率自適應(yīng)控制原理。　　
　　2.2啟動制粉系統(tǒng)時鍋爐熱負荷純遲延過大，影響機組負荷穩(wěn)定性
　　
　　哈爾濱第三發(fā)電有限責任公司600MW機組設(shè)計了6套直吹式制粉系統(tǒng)，正常運行5套，1套備用。啟動1套制粉系統(tǒng)時，首先是先啟動磨煤機，通熱一次風暖磨，條件允許后啟動給煤機直接帶初始煤量運行，給煤率為17t/h。若在協(xié)調(diào)控制方式下，進入鍋爐的總煤量相當于突然增加一個17t/h的煤量階躍擾動，這時其他投自動的制粉系統(tǒng)要克服這一擾動，平均減煤，使總煤量減去17t/h來達到平衡狀態(tài)，消除內(nèi)擾。然后，再按外回路功率定值的改變來調(diào)節(jié)。但剛啟動的制粉系統(tǒng)，原煤要經(jīng)給煤機送到磨煤機，在磨煤機里磨成煤粉，滿足出粉條件后，煤粉才能被吹到爐膛燃燒。從啟動給煤機到鍋爐熱負荷有變化，純遲延的時間有3～6min。但其他制粉系統(tǒng)已經(jīng)減少了17t/h的總煤量，致使鍋爐熱負荷迅速下降、機前壓力下降、負荷下跌，3～6min后才能開始恢復。嚴重時會造成煤量超調(diào)，機前壓力與負荷波動過大。
　　
　　為解決這一問題，實測出A、B、C、D、E、F各套制粉系統(tǒng)的純遲延時間分別為5、3.5、3、4、4、6min，經(jīng)計算分析得出了在啟動制粉系統(tǒng)帶初始煤量（17t/h）時鍋爐熱負荷的響應(yīng)屬于純遲延、有自平衡能力的階躍響應(yīng)，設(shè)計了一套修正函數(shù)對初始煤量進行線性處理，使問題得到了解決。即啟動制粉系統(tǒng)帶初始煤量時，在純遲延時間內(nèi)，投自動的制粉系統(tǒng)給煤率不變;在延遲時間過后，初始煤量對鍋爐熱負荷開始有影響，送入鍋爐的有效煤量按函數(shù)修正后的煤量計算。由于啟動一套制粉系統(tǒng)對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的擾動得到了有效的控制，基本消除機前壓力和負荷大幅度波動。
　　
　　2.3發(fā)生快速減負荷時按給定速率甩負荷，容易破壞鍋爐燃燒的穩(wěn)定性
　　
　　哈爾濱第三發(fā)電有限責任公司600MW機組CCS設(shè)計了7項快速減負荷（RunBack）功能，即送風機、引風機、一次風機、給水泵、爐水泵、閉式水泵、給煤機等主要輔機故障跳閘后，為了防止機組主要運行參數(shù)由于調(diào)節(jié)不及時而越限，或鍋爐燃燒不穩(wěn)而造成保護動作、機組跳閘事故的發(fā)生，在CCS主控系統(tǒng)中設(shè)計了1套RunBack功能。根據(jù)機、爐特性，設(shè)置了不同輔機故障跳閘后RunBack減負荷速率和zui終可標值，同時聯(lián)鎖啟/停相應(yīng)的輔機及系統(tǒng)。按給定速率減負荷處理RunBack事故時，投自動的制粉系統(tǒng)要平均減煤。根據(jù)實際運行經(jīng)驗，制粉系統(tǒng)快速減負荷，對制粉系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和鍋爐的穩(wěn)定燃燒影響很大。機組試生產(chǎn)期間，試投RunBack做甩負荷試驗時，曾因此發(fā)生過2次制粉系統(tǒng)跳閘。
　　
　　為解決以上問題，達到既快速減負荷，又能確保鍋爐穩(wěn)定燃燒，采用自上而下跳煤層，功率定值跟蹤實發(fā)功率的控制方式。當發(fā)生RunBack時，如果運行的制粉系統(tǒng)多于3套，先跳掉zui上層制粉系統(tǒng)，延時10s，再跳掉上數(shù)第二層制粉系統(tǒng)。以此方式，每隔10s從上而下跳掉一層制粉系統(tǒng)，zui后保留下三層制粉系統(tǒng)運行。此時功率定值跟蹤實發(fā)功率的下降而下降，一直達到下限值400MW后，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)恢復正常控制。
　　
　　2.4側(cè)重機跟爐或爐跟機方式的CCS主控系統(tǒng)負荷適應(yīng)能力差或機前壓力波動大
　　
　　單元機組控制目標的本質(zhì)是保持能量轉(zhuǎn)換過程順利進行，保證能量轉(zhuǎn)換過程各環(huán)節(jié)能量流的供需平衡，把單元機組簡化為一個具有雙輸入雙輸出的被控對象[2]。機組的能量輸出（實發(fā)功率Ne）和機前壓力片為被控量，汽輪機調(diào)節(jié)閥開度構(gòu)和能量輸入（燃料量B）為控制量。原常規(guī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是以機跟爐或爐跟機方式為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。以爐跟機為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，將機前壓力偏差信號引入了汽機調(diào)節(jié)器，當機前壓力的波動超過非線性調(diào)節(jié)的死區(qū)時，機前壓力偏差直接作用于汽機調(diào)節(jié)閥，通過閥門控制機前壓力波動，這種方式負荷適應(yīng)性好，但機前壓力波動大。以機跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，將功率偏差信號上下限幅非線性處理后直接作用于汽機調(diào)節(jié)閥，這種控制方式機前壓力控制效果好，但負荷適應(yīng)性能差。要想提高負荷適應(yīng)能力，就得犧牲機前壓力的穩(wěn)定性。從能量流動和轉(zhuǎn)換的角度深入研究鍋爐、汽機和電網(wǎng)負荷之間能量供需的內(nèi)在特性，從能量角度看，爐跟機方式代表了"按需分配"，以滿足能量需求為控制目標，需要多少能量就提供多少能量。機跟爐方式代表了"按供分配"，以不超過能量供應(yīng)能力為控制目標，能供多少能量就供多少能量。由于機爐能量轉(zhuǎn)換快慢程度不同，爐跟機方式主要矛盾是能量供應(yīng)不足表現(xiàn)為機前壓力波動大。機跟爐方式主要矛盾是能量供應(yīng)緩慢，表現(xiàn)為負荷適應(yīng)能力差。基于以上分析，問題的關(guān)鍵是尋找一個能量供需的平衡點，以解決能量供需的矛盾。
　　
　　圖2為柔性控制策略原理，圖中KT1為引入汽輪機調(diào)節(jié)器功率偏差信號通道增益，KT2為引入汽輪機調(diào)節(jié)器機前壓力偏差信號通道增益，KB1為引入鍋爐調(diào)節(jié)器的功率偏差信號通道增益，KB2為引入鍋爐調(diào)節(jié)器的機前壓力偏差信號通道增益。經(jīng)分析:取KT1=KB2=0,KT2=KBl=1，則為機跟爐控制方式;取KT1=KB2=1，KT2=KBl=0，則為爐跟機控制方式。當KT1和KB2、KT2和KB1在0-1之間取值，就決定了機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是爐跟機為主還是機跟爐為主。進一步分析，取KT1=KB2=α、KT2=KB1=l-α,α=0時為機跟爐控制方式，α=1時為爐跟機控制方式。α在O-1之間取值，就決定了機組協(xié)調(diào)控制是爐跟機為主還是機跟爐為主。可見，一個簡單的參數(shù)α就決定了機組的運行特性。當機組出現(xiàn)能量供應(yīng)不足時，α值需要增大，爐跟機功能的比重加大，而機跟爐功能的比重減小，即增加了能量供應(yīng)為控制目標的比重，緩解了能量供應(yīng)不足的矛盾;同理，當機組出現(xiàn)能量需求不足時,α值需要減小，爐跟機功能的比重減小，機跟爐功能的比重增大，即增加了能量需求為控制目標的比重，緩解了能量需求不足的矛盾。這里可稱α為能量供需協(xié)調(diào)度。調(diào)整α值，可使機組達到能量供需平衡點，既減小機前壓力波動，又提高負荷適應(yīng)性能。這個點是柔性控制的*點。根據(jù)機組特性找到合適的α值，可取得*運行效果。　　
　　基于以上分析，采用柔性控制理論完善了哈爾濱第三發(fā)電有限責任公司2臺600MW機組協(xié)調(diào)主控系統(tǒng)。
　　
　　通過不斷調(diào)整，得到理想的柔性控制參數(shù)α值分別為0.76和0.8，采用柔性控制策略后，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)得到了很大的提高。
　　
　　三、結(jié)論
　　
　　2臺600MW機組解決了幾個關(guān)鍵技術(shù)問題后，DCS各套自動控制系統(tǒng)都得到了不斷的完善，尤其是600MW機組中主要的自動控制系統(tǒng)一CCS的主控系統(tǒng)，在基本控制方式、機跟爐控制方式、爐跟機控制方式實現(xiàn)側(cè)重于機跟爐或爐跟機的協(xié)調(diào)控制方式，進而實現(xiàn)TGC以及定壓/滑壓方式自動切換運行和RunBack功能。提高了全廠自動化水平，也為同類機組提供了參考，為更好地應(yīng)用自動控制理論解決實際問題提供新的思路。