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智慧电厂干货|火电燃煤机组APS的“傻瓜自动”(2/2)

北极星电力网新闻中心  来源:北极星电力网  作者:王立地  2020/7/14 17:42:56  我要投稿  
所属频道: 火力发电   关键词: 智慧电厂 APS 王立地

北极星火力发电网讯:从自动调节原理可知,被控对象不同阶段的过程变化,MCS回路调节器的PID参数、执行机构输出特性和测量信号转换特性对调节品质都有一定的适用范围和针对性,换一个角度说就是局限性。MCS自动调节回路的各项参数通常都是按照机组85%ECR负荷的正常运行方式整定的。工艺系统启动后的初始阶段,自动调节回路中的PV值与SV值存在较大偏差,如果直接将工作方式从手动或Stand-By切换至自动,负反馈自动调节回路会进入长时间纠正调节器入口偏差(Δ)的过渡过程并且可能产生大幅振荡,乃至不能收敛危及到系统安全,这也是为什么在电厂技术规程中规定MCS回路从手动投自动要求Δ≈0的根本原因。APS三态式自动调节专门设计了自举纠偏功能来符合“MCS回路从手动投自动Δ≈0”的要求,自举纠偏功能基本上是模拟人工调节PV值趋近SV值的过程,由DCS逻辑实现,替代了常规模拟量自动回路投自动过程的人工纠偏调节。自举纠偏逻辑,其基本原理为超驰控制,将准备进入自动调节工作方式的MCS,自动地平滑导向AUTO方式,实现MCS自动的无扰投“自动”。根据MCS回路不同特性,可在MCS回路伺服方式下进行开环自举纠偏或MCS回路已经切换为自动调节工作方式的初始阶段进行闭环自举纠偏,从而确保调节回路自动的无扰手动/自动切换。

一、 智能化自举纠偏

1 、 Stand-By开环自举纠偏

工艺系统设备运转之前,MCS的M/A站即可由手动投切至自动,三态式MCS调节回路工作方式转入自动伺服(Stand-By),设备系统由顺序控制启动。纠偏逻辑检测到设备系统正常运转后即开始超驰纠偏控制,在调节回路伺服状态下给定自动调节回路执行机构的目标值与动作速率,调节PV值趋向SV值,当纠偏逻辑监测到PV值与SV值的偏差小于规定值时(比如SV值的±3%),纠偏逻辑就判定Δ=0,作为MCS调节回路从Stand-By向AUTO的切换时机,三态式切换逻辑即时把模拟量调节回路从Stand-By成功转为PID闭环自动控制。这和人工投自动的操作方法完全一样,只不过人工靠眼睛来观察,通过大脑思维判断,用手去操作。而计算机自动控制系统模拟人工操作,转换为逻辑条件的运算和判定自动地把调节回路无扰切换到AUTO工作方式。

2 、 PID闭环自举纠偏

除了在MCS的Stand-By方式下开环自举纠偏,还有一种PID调节闭环自举纠偏。比如锅炉汽包水位自动调节回路,由给水主调节器(Master)、电动给水泵和汽动给水泵(A、B)纠偏回路、电动给水泵和汽动给水泵(A、B)给水流量副调节器组成。闭环自举纠偏就是所谓的给水泵SERVICE IN(并列)、SERVICE OUT(解列)控制,由于有一台泵已经在运行中,而且工作在自动调节方式下,那么,并入的第二台泵或解列的第一台泵,也必须在自动调节方式下工作。解列给水泵的调节器原本就工作在“自动”,所以也就不需要从ST-BY切换成AUTO。而给水泵并列操作,给水流量调节器(副调)肯定要先从ST-BY切换成AUTO,才能参与并列。无论给水泵并列或解列,都是调节给水流量调节器的SV值按一定速率平稳趋向并列给水流量目标值,当给水主调给水流量目标值与副调SV值相匹配时,纠偏过程结束转入新的稳定调节状态。

给水泵给水流量调节回路并(解)列的纠偏控制和风烟系统的送、引风调节回路伺服投自动的纠偏控制有较大差别。锅炉给水自动调节回路的自举纠偏,主副调节器都工作在闭环自动方式,自动地纠正给水泵流量调节器入口输入偏差,自动地校正给水Master的输出,平衡给水泵流量调节器的给定值。送风自动调节回路的自举纠偏则在调节器自动伺服工作方式下,开环调节缩小送风调节器入口偏差,自动地把送风调节回路从Stand-By投至Automatic。

二、 自举纠偏案例

1 、 电动给水泵自举纠偏

电动给水泵给水调节和汽动给水泵给水调节都设计有自举纠偏回路,给水调节自举纠偏回路设计在给水主控器(MASTER)和单泵(电、汽泵)给水PI调节器之间。以图1为例,介绍电动给水泵给水自举纠偏原理。电动给水泵并列,应用于APS停机阶段,电动给水泵解列,应用于APS启动阶段。

自举纠偏回路包括输入偏差、目标给水输出、纠偏斜率给定和纠偏偏差监测等四部分组成。

(1)输入偏差Δ

Δ=(电动给水泵给水流量(M-BFP DISCH. FLOW))-(给水主控器给水目标值(BFW DEM)×P1)

(2)目标给水输出

目标给水输出(M-BFP FWD)=(BFW DEM)×P1+纠偏斜率给定

(3)纠偏斜率给定

经逻辑回路运算得出。这个回路包括回路切换器(T1)、传递系数(P2)、偏置给定器(S/S)、传递系数(P3)、并列切换器(TR1)、解列切换器(TR2)等组成。

(4)纠偏偏差监测

由一个高/低限报警监视器完成,当纠偏Δ>±1%时,则电动给水泵纠偏偏差≠0(M-BFP BIAS NOT=0)。

(1)解列纠偏

(1)解列前回路状态 电动给水泵自动调节解列前处于正常PI自动调节,纠偏回路输入偏差Δ≈0.0,直通T1、P2、S/S、P3、TR1、TR2,输入加法器(+)作为加数,另一个加数就是给水主控器给水目标值(BFW DEM)×P1,所以,目标给水输出(M-BFP FWD)=(BFW DEM)×P1。

(2)解列纠偏斜波给定 纠偏回路收到电动给水泵解列指令(M-BFP SERV OUT),对T1和TR2这两个切换器进行输入转换,其一断开回路切换器T1 输入端off,接通on端输入。其二,TR2输入由off转为on,off端输入原始值为零,on端接入SG4纠偏目标给定值-700,从初始值0.0线性趋向目标值-700,TR2将以60%/min的斜率输出纠偏斜波给定(0.0~-700)。

(3)解列纠偏过程目标给水输出Δ(M-BFP FWD)=PI调节器输出Δ(BFW DEM)×P1+纠偏给定Δ(0.0~-700)。纠偏给定值从0.0按给定速率降至-700,在负值持续增大的作用下,M-BFP FWD逐步关小液偶勺管开度调低电动给水泵转速,直到电动给水泵解列退出锅炉给水,解列纠偏结束。同时,不断地减少电动给水泵给水流量(M-BFP DISCH. FLOW),将引发汽包水位降低,给水主调节器要对锅炉汽包水位进行大环校正,增加给水目标值(BFW DEM)的输出,调节其他给水泵的出力来补充锅炉给水,维持汽包水位在允许的范围内。

(2)并列纠偏

1)电泵升速 机组停止过程中,APS在LOAD DOWN阶段第1步即导引电动给水泵启动,机组当时的负荷高于98MW,所以电动给水泵启动后便自举至液力偶合器调速自动方式,电动给水泵液力偶合器的勺管起始位置在20%,也就是电动给水泵的目标转速(BFP-M DMD),而此时锅炉汽包压力(DRUM STM PRS)相对较高,经函数转换的液力偶合器目标开度(SPD TARGET)远大于BFP-M DMD,触发了电动给水泵升速指令(M-BFP SPD-UP COM.),电动给水泵转速调节回路开始超驰升速,当BFP-M DMD转速低于液力偶合器目标开度3%时,电动给水泵转速调节回路回归PI负反馈闭合调节。

2)并列前回路状态 电动给水泵并列前,纠偏回路输入偏差Δ=-BFW DEM×0.5,直通T1、P2、S/S、P3、TR1、TR2,输入加法器运算,加法器的和M-BFP FWD=0。

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图1 电动给水泵自举纠偏回路原理图

3)并列斜波给定 纠偏回路接到电动给水泵并列纠偏指令(M-BFP SERVICE IN)后,切换开关T1断开off,接通输入on,并列纠偏指令同时接通切换器TR1输入on,给定器SG3给定目标值S=0.0,TR1输出从off输入端的-BFW DEM×0.5向给定值0.0线性升高,斜波速率50%/min。

4)并列纠偏过程 并列纠偏回路输出从-BFW DEM×0.5向设定值0.0上升,TR1输出负值不断减小,目标给水输出(M-BFP FWD)相应增大。ΔTR1输出<±1时,电动给水泵并列纠偏指令复位,并列纠偏完成,电动给水泵给水流量(M-BFP DISCH.FLOW)与BFW DEM×0.5相平衡,M-BFP FWD= BFW DEM×0.5。锅炉给水调节大环校正原理与电动给水泵解列纠偏相同,仅水位变化方向相反。

2 、 磨煤机给煤调节开环纠偏

锅炉正常运行工况下,单台给煤机的出力不低于额定出力的65%,磨煤机启动后为了让给煤顺利的进入制粉状态,给煤量给定在40%,而造成给煤调节器入口的偏差过大,给煤调节器若此时投入定值自动调节,将会引发调节回路震荡乃至发散。所以,磨煤机要逐步增加制粉量,减小调节器入口的偏差到规定值,实现给煤自动调节投入自动的无扰切换。这种按一定速率逐步减小给煤调节器偏差的过程就是模拟量调节回路的“自举纠偏”,为超驰开环控制,实现自动地投“自动”。

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图2 给煤自动调节跟踪纠偏控制

有三条逻辑信号会触发给煤调节器的跟踪开关(Ts)使给煤调节器处于跟踪状态(B-CF CNT PI TRAK),其一是当给煤机未合闸(not,B-CF FEEDER ON),其二是给煤调节没有投入自动调节(B-CF FEEDER AUTO),第三就是给煤调节回路已经工作在自动调节方式,同时调节器入口偏差高(B-CF CNT DEV H)。调节器在跟踪状态时,调节器X端的输入被短路,运算输出的是从Tr端口进入的输入信号,也就是调节器的跟踪值。

按启动顺序,磨煤机启动后,给煤机合闸(B-COAL FEEDER ON),给煤机铺煤量超驰给定为40%,磨煤机给煤主控器的给定(B-CF CONT SET)与磨煤机的给煤量(B-PVZ FLOW LAG)偏差超过10%,所以,给煤调节器入口偏差高(B-CF CNT DEV H),在给煤机已经给煤但磨煤机制粉(B-COAL ON MILL)没有开始前,给煤调节器自动(B-CF FEEDER AUTO)不具备投入条件,一旦磨煤机咬煤成功(B-COAL ON CURRENT),给煤调节投入自动,但给煤调节器入口偏差没有减小,调节器输入切换指令(B-CF PROV CMD)将给煤主控器给定(B-CF CONT SET)函数FX1引入给煤调节器的跟踪输入端Tr,给煤调节器的输出(B-CF DEM)开环控制,按函数FX1的曲线控制给煤机煤量,B-CF COAL FLOW LAG持续增加,当给煤调节器入口偏差<10%时,给煤调节器跟踪开关Ts断开,投入闭环负反馈自动调节方式。由此,给煤调节器完成了超驰自动“纠偏”,自动投“自动”的过程。

三、 结语

从以上的介绍中我们看到了,自动调节回路在设备和系统没有启动之前,即可投入“自动”,一直到生产工艺系统正常运转,调节回路适时转为“自动调节”工作状态,这个期间没有人的任何干预。也就是说,DCS系统运用计算机的“思维”,完成了从“自动伺服”转为“自动调节”,期间经过了调节器入口“纠偏”的过程。而常规自动调节回路的“纠偏”过程,都是人工判断、人工决策和人工操作的。人是有智慧的,人的智慧赋予了计算机的“智能”,模拟量调节回路成功的实现了“设置静止”工况下人工“投后不管”的“傻瓜自动”。先不说APS,仅对模拟量调节回路实现“傻瓜自动”这一项改进,就让国内电厂的MCS自动化水平至少向前跨越了三十年。

(THE END)

《火电燃煤机组程序自动启停系统(APS)与智能控制》  作者:王立地

可供大型火力发电厂、电力研究院、电力设计院、DCS生产厂家、火电安装调试等单位从事热工自动化、节能优化运行、智能电厂规划等专业的技术人员在生产培训、工程设计、系统调试、软件组态时借鉴应用,也可作为大专院校相关专业的辅助教材。

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