350MW超临界循环流化床机组协调控制策略设计与应用-第2页-北极星火力发电网

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2.3 锅炉主控

为确保超临界循环流化床机组的能量平衡和物质平衡，在调试过程中对锅炉主控系统做了合理的优化，形成了以并行前馈为主，变参数PID控制器反馈调节的纠偏及自平衡作用为辅的锅炉主控控制方案。

2.3.1并行前馈控制策略

静态前馈和动态前馈组成了并行前馈控制回路的前馈信号，锅炉主控的前馈主要包括：

1)负荷指令静态前馈(FF1)。机组负荷指令通过函数模块得出对应燃料量作为锅炉主控输出的主要部分，这是维持机炉能量平衡的基准燃料。循环流化床锅炉的燃料适应性比较强，燃煤热值经常大幅波动，调试期间燃煤热值为11723～20934kJ。为了适应煤质变化的要求，采用热值校正回路增加其准确性，即在该前馈上乘以一比例系数，该比例系数为当前稳态负荷下实际燃料量与实际负荷对应的理论燃料量的比值;

2)负荷指令微分前馈(FF2)。在变负荷初期及其过程中，实现锅炉燃料量的超前调节，使锅炉燃烧快速响应机组负荷需求;在变负荷结束后，锅炉燃料量略有减少，从而避免机组主汽压力超调，使锅炉燃烧快速地稳定下来。这样可以提高主汽压力的动态响应能力，加强燃烧，保证主汽压力的平稳和锅炉蓄热能力的恢复;

3)主汽压力设定值微分前馈(FF3)。作为压力设定值对锅炉燃烧的动态补偿信号，加快主汽压力设定值变化时的调整作用。该前馈在滑压运行时投入，以保证在滑压阶段能有更好的主汽压力能更好的跟随滑压曲线的变化;

4)主汽压力偏差微分前馈(FF4)。主汽压力偏差反映了机炉能量平衡情况，当主汽压力偏差发生变化时，经函数运算回路计算出应加入前馈的燃料量，对机炉能量不平衡工况提前进行调节，快速抑制压力偏差的变化趋势，防止主汽压力发生超调;

5)目标负荷与负荷指令偏差前馈(FF5)。作为负荷偏差的“加速”回路，在负荷变化时，预加入一定的燃料量，加强燃烧，以补偿锅炉所释放的蓄热，当负荷指令达到目标负荷时，自动取消该前馈作用;

6)DEB微分前馈(FF6)。在协调变负荷时，加入DEB(direct energy balance，直接能量平衡)微分前馈，该前馈是由调节级压力 P1乘以主汽压力设定值PTS)，经微并除以实际主汽压力表示汽机向锅炉索求能量的需求信号分作用及高低限幅后得到的PT(P1×PTS/PT，，在动态中加强燃烧指令，以加快锅炉对汽机能量需求变化的响应。

以上前馈的目的在于当负荷指令与实际负荷之间产生的偏差造成汽机对锅炉能量需求发生改变时，能提前改变燃料进入量，加强燃烧，有效克服超临界CFB锅炉的迟延性和大惯性，及时补充锅炉释放的蓄热，提高机组的负荷响应速率，并保持主蒸汽参数的稳定。

2.3.2变参数PID控制策略

为了进一步提高系统的调节性能，满足变负荷时锅炉响应速度快，稳态调节过程主要参数相对稳定、波动小的要求，对锅炉主控的比例增益与积分增益进行优化。

采用变参数PID控制策略，即根据不同负荷水平，由机组负荷指令通过函数模块得出锅炉主控PID控制器的比例增益和积分增益(积分时间的倒数，单位为min)，并由负荷变化率、主汽压力偏差对比例增益和积分增益进行一定修正。在变负荷过程中，比例积分作用基本上不参与调节，由前馈决定锅炉主控输出;在变负荷结束5min后，比例积分作用才参与调节，根据主汽压力偏差，调节锅炉主控输出。锅炉主控变参数生成回路示意图见图5。

锅炉主控输出为燃料量指令，锅炉主控投自动时，根据压力偏差经PID调节加前馈作用输出;锅炉主控切手动时，由运行人员手动设定锅炉主控输出;当燃料主控在手动状态时，锅炉主控输出实际燃料量。

2.4 汽机主控

汽机主控指令的自动输入端有两路信号进行切换：

1)来自功率回路(CCS 方式);

2)压力回路(TF方式)的控制指令。机组运行在CCS方式时，汽机主控指令由功率指令与实际功率偏差经PID控制器调节给出。进入汽机主控的功率指令主要由以下三部分组成：

a.负荷指令及其微分作用分量。负荷指令加上负荷指令的微分经两阶惯性环节输出，惯性时间由负荷指令经函数模块输出，并通过负荷变化率进行修正。由于锅炉侧热惯性大，而汽机调门动作快速，导致变负荷时由于汽机调门的快速动作，容易引起主汽压力的较大波动。为了适应超临界循环流化床机组炉慢机快的工作特性，在保证负荷响应速度的前提下，加入此惯性环节，可以减小主汽压力的波动;

b.一次调频分量。当频率偏差超过调节死区后，汽机调门需要快速动作以消除频差，保证供电质量，因此将该分量直接叠加到进入汽机主控的功率指令上去;

c.主汽压力拉回回路分量。主汽压力偏差信号经过一个死区非线性环节反向加到汽机功率指令回路。如果偏差超出死区，输出将起作用，限制汽机主控指令的变化，即限制利用锅炉蓄热，维持机前压力的稳定。主汽压力偏差对汽机主控指令的限制作用，兼顾了压力控制和功率控制，该作用虽然会在一定程度上限制机组的负荷响应速度，但可以缓解快速变负荷时主汽压力的急剧变化。汽机主控功率指令生成回路示意图见图6。

原标题：350MW超临界循环流化床机组协调控制策略设计与应用

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