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135MW机组MCS系统的优化及应用

摘要：本文以某电厂135MW热电联产分散控制系统为对象，对机组长时间运行及改造后，机组DCS协调控制系统存在的问题进行分析，并根据机组实际情况提出了可行的优化措施。通过优化后，MCS系统响应快速，自动投入率有到了相应的标准，具有一定的实用性。
关键词：MCS；系统优化；协调控制
1引言
某电厂2台135MW热电联产机组，DCS采用新华Xdps400+新华控制系统、DEH采用新华DEH-Ⅲ及其组态软件。机组汽轮机为上海汽轮机厂制造，型号为：N135-13.24-535/535；锅炉为DG420/13.7-Ⅱ2型，为东方锅炉厂制造。2台机组于2004年先后投产，经对燃用煤的改变以及供热系统的改造的影响，MCS控制系统如燃料、给水、协调等控制系统效果越来越差，自动投入率低。经对MCS系统进行优化，MCS系统运行有了明显的改善。
2存在问题和现状
该两台机组自投入商业运行以来，一直保持安全运行。但后期一是燃用煤由无烟煤改造为烟煤，烟煤燃烧特性相对于无烟煤更容易着火，燃尽性好，结焦性更强，煤质变成了高挥发分，低热值的烟煤；二是汽轮机原设计为纯凝式机组，后进行供热改造。由于这两个改造和长时间运行，机组自动投入率偏低，MCS系统运行效果差。机组协调控制系统、燃烧调节系统、送风引风自动系统等未投入运行，且供热温度压力控制系统、脱硝系统、MGGH控制系统、脱硫控制系统、主汽温度自动控制、再热汽温度自动控制品质较差。自动投入率仅有50%左右，远远达不到热工技术监督指标中关于机组模拟量控制系统投入率≥95%的要求。
3MCS系统优化策略
随着大量火电机组、核电机组、风电及其它新能源机组的投产及电力行业的深化改革，机组可利用小时数逐年下降，火电机组长时间大范围调峰运行已成常态。并且火电机组节能、减排标准不断提高，要求机组适应电网大范围调峰及安全、稳定、节能和环保运行。同时，为配合锅炉变煤种掺配烧燃烧策略调整和供热改造，必须对机组的协调系统进行优化调整工作。
针对机组煤种多变、供热系统的改造机、组负荷率不高等问题，为扩大控制系统的调节范围和自适应能力，提高控制系统各负荷段的调节品质及机组运行安全性，应对主要控制系统进行必要的逻辑完善，包括：
1)实现主要控制系统的变参数控制功能，拓宽控制系统的自动可调范围；（设计原理图见图1）
2)提高控制系统在各负荷段、特别是低负荷段的调节性能。
3)提高控制系统在不同煤种不同负荷段、特别是低负荷段的调节性能。
图1控制系统变参数控制原理图
3.1锅炉主控优化
(1)增加变负荷过程煤量动态前馈回路，改善机组变负荷特性。负荷指令由微分产生，增益Kd=40，时间为Td=16，根据不同的升降负荷量和负荷改变率进行修正，进一步保证升降负荷具有快速性和稳定性；
(2)增加锅炉主控变参数控制回路的前馈部分，优化锅炉主控参数，满足各负荷段的调节性能；
(3)根据机组实际运行的情况，重新确定并优化负荷—锅炉燃料量关系函数。
3.2压力设定回路优化
(1)优化压力设定惯性时间，使其与优化后实际变负荷过程压力动作趋势更加贴合，减小变负荷过程中的超调（无惯性环节）；
(2)优化滑压速率，根据不同变负荷率实现滑压速率与煤量前馈的自适应（原滑压速率为固定值0.1MPa/min）。
(3)优化滑压偏置跟踪，实现投切协调/TF与基本方式切换时压力设定无扰。
3.3汽机主控优化
(1)为满足机组一次调频的要求，原机组负荷指令时，一次调频动作时机机组负荷调节较慢，在优化锅炉主控前馈的同时调整负荷惯性时间，尽可能减小负荷响应延时。
(2)优化了汽机主控参数和回路，使变负荷过程中与锅炉能更好的匹配；
(3)优化压力拉回回路参数，满足两个细则及调频市场关于负荷响应的要求。
3.4燃料控制系统优化
燃料控制系统是以给煤量为指令的控制系统，主要是保证风煤比，用锅炉的总燃料指令来控制风量，用PID自动调整。
(1)现因燃用煤的改变和供热的改造，需对燃料控制回路、燃料指令计算、、PID参数、RB逻辑配合等要重新优化。
(2)增加下层制粉系统转速下限，稳定低负荷稳燃。
3.5锅炉汽温控制系统优化
(1)采用新型汽温先进控制策略，提高减温调节系统鲁棒性。对减温水调节门阀门流量特性试验，测取减温水调节门阀门流量特性函数，并进行优化；
(2)根据机组运行实际情况增加变参数控制回路，优化减温水汽温控制系统参数，满足机组变负荷对一级减温水的要求。
(3)根据机组运行实际情况优化变负荷对减温水的前馈回路，满足机组变负荷对一级减温水的要求。
图2汽温先进控制策略
3.6总风量控制系统优化
(1)根据机组运行实际情况整定煤量—风量关系函数；
(2)增加风量调节回路变参数控制，优化风量控制回路参数；
(3)增加变负荷过程风量升降速率限制块，改善降负荷过程汽温下降问题；
3.7脱硝系统优化
(1)优化脱硝调节系统控制逻辑，进行完善修改，搭建调节逻辑并引入入口NOx/煤量指令/风量作为前馈；
(2)增加脱销入口及出口NOx测量校正逻辑，改善测量装置在校验及反吹时由于测量原因导致的调节滞后或反调。
(3)优化脱硝调节回路参数，优化脱硝调节回路控制器参数。
图3脱硝入口及出口NOx测量校正逻辑原理图
3.8其他子系统优化
对其他子系统存在的问题进行策略设计、动态试验、优化参数，实现提高机组子系统的性能，保证协调系统能够快速响应和稳定，能达到要求的自动投入率。
4MCS系统优化指标要求
MCS各系统扰动性能指标应满足《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程，(DL/T657-2015)》。机组进行CCS负荷变动试验和协调控制系统AGC负荷跟随试验时，各主要控制参数要能满足下表的要求：
表一机组主要被调参数的静态、动态品质指标
表二煤粉炉协调控制系统的静态、动态标准品质指标
5MCS系统优化后运行效果
经对2台机组MCS系统优化，优化了MCS系统的调节参数与其它参数，使调节系统具有快速的消除内、外扰动的能力，使该机组模拟量控制系统具有一定的实用性，方便了运行人员的监视。使机组DCS机组模拟量控制系统投入率≥95%。通过机组的变负荷扰动试验，使控制系统具有了响应快速、大幅度变负荷能力。
6结束语
机组在燃用煤的改变和供热系统的改造情况下，通过对MCS各控制系统和参数的优化。机组在正常运行时，能够保证各参数品质，能满足加减负荷的快速响应，为机组实现RUNBACK功能、提高AGC及一次调频品质奠定基础。
参考文献：
[1]刘禾.火电厂热工自动控制技术及应用[M].北京：中国电力出版社，2009
[2]《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》（DL/T657-2015）。
[3]杨亮.单元机组协调控制系统分析及先进控制策略研究[D].华北电力大学（河北），2009。

-全文完-