RB工况下机跟炉协调控制系统分析与仿真.docx

? ? RB工况下“机跟炉”协调控制系统分析与仿真 ? ? 解剑波，胡伯勇，何郁晟，王印松 (1. 浙江省能源集团有限公司，浙江 杭州 311121；2. 浙江省火力发电高效节能与污染物控制技术研究重点实验室，浙江 杭州310000；3. 浙江浙能技术研究院有限公司，浙江 杭州310000；4. 华北电力大学自动化系，河北 保定 071000) 1 引言 随着我国清洁能源电力事业的迅速发展，可再生电力能源得到了不断的利用[1]。为了确保电力系统能够对清洁的电力能源做到正常消纳，火电机组需要在40%额定负荷甚至更低负荷进行调峰任务，维持电力系统安全运行。 相比于高负荷段，低负荷段火电机组对象的特性有很大差别，机组主要运行参数的稳定性更低，辅机运行的状况对机组的影响也更大。伴随着火电机组在运行时存在诸多的不确定因素，机组自动处理问题的能力不足，现场运行人员的应急操作不及时，导致重要辅机在机组投入AGC的情况下易发生跳闸突发事件。 除制粉系统外，在低负荷下一旦单侧的辅机发生故障，另一侧的辅机仍然能够保证机组的正常出力。当参与深度调峰的机组在低负荷下辅机跳闸，一般不会触发RB控制，而是会将负荷响应速率更快的“炉跟机”协调运行方式切换为“机跟炉”的运行方式，以维持各运行参数的稳定。 目前，有关RB工况下“机跟炉”协调控制系统的机理分析与仿真研究还比较少。在RB工况下，如果机组在运行期间处理问题不合理，对该工况下系统对象的特性理解不深刻，将为机组运行甚至电力系统的负荷分配工作带来不便。为了火电机组能够安全运行，维持电力系统调度的正常工作，本文进行了RB工况下“机跟炉”负荷控制系统的分析与仿真工作。结合有关文献内容，建立了350 MW超临界单元机组对象模型，该模型根据机组低负荷滑压运行的工作特点，利用蒸汽量方程实现了炉侧与机侧的分离，为系统的机理分析带来了便利。同时，根据对象特性建立了 “机跟炉”仿真协调控制系统，通过仿真结果，对参与深度调峰的机组给出了系统调节措施建议。 2 系统模型的建立 有关协调控制系统对象的研究有很多成果，其中文献[2]以文献[3]给出的单元机组锅炉侧汽压被控对象机理模型为基础，提出了一种单元机组增量式机理模型，对系统机理做到了详细的描述且得到了验证。文献[4]通过理论推导得到的“机跟炉”机侧等效对象，能够反应系统机侧输入输出的特性，便于对单元机组对象进行炉、机侧的分离。 本文考虑，机组在低负荷发生辅机跳闸事故后，以“机跟炉”的协调方式在RB工况下继续进行发电任务，此时炉侧是对机组负荷和主蒸汽压力造成主要影响的一侧(滑压运行)。要对“机跟炉”协调控制系统的炉侧做到详细的分析与研究，需要做到炉侧和机侧的有效分离。保证炉侧对机组重要参数造成影响的机理模型不变，将机侧的扰动特性进行简化。由此，本文以典型的汽包炉为例，得到了单元机组控制对象，如图1所示。 图1 单元机组控制对象 图中相关参数说明：M-燃料量；KM-燃料量M变化引起炉膛热负荷Qr变化的比例系数；τM-M变化到Qr变化的滞后时间；DQ-用蒸汽流量单位表示的锅炉汽水容积吸热量，是代表热负荷Qr的信号，又称为热量信号；Cb-蓄热系数，代表锅炉的蓄热能力(即锅炉蒸汽压力每改变1MPa时锅炉所释放出的蒸汽量)；Pb-汽包压力；Rgr-过热器的动态阻力；D-锅炉蒸汽量；DT-汽机通汽量；CM-蒸汽管路的容量系数；PT-主蒸汽压力；PTμ-汽机扰动后的主蒸汽压力；RTr-汽机动态流通阻力系数；KT-汽机调节阀静态放大系数；DTM-汽机通汽分量，接通2路时有效；μT-汽轮机进汽调节阀阀门开度；W1(s) -为变对象；W2(s) -为等效一阶“负”对象；W3(s) -为等效二阶对象。 图1中，1通路是以锅炉蒸汽量作为扰动变量的通路，2通路是以汽轮机进汽阀门开度作为扰动变量的通路。当接通1路时W1(s)为整体汽轮机通汽量至机组功率间的传递函数，当接通2路时该对象为炉侧汽轮机通汽分量至机组功率间的传递函数。W2(s)在接通2路时有效，与文献[4]中G12(s)环节相似(汽轮机调节阀门开度至主蒸汽压力的扰动特性，“负”指主蒸汽压力随阀门开度呈反向变化，可等效通汽量至蒸汽压力的环节)。W3(s)在接通2路时有效。与文献[4]中G22(s)环节相似(汽轮机调节阀阀门开度至机组功率的扰动特性，可等效通汽量至机组功率的环节)。 “机跟炉”运行方式下的协调控制系统，当汽轮机调门开度不发生变化的情况下(滑压运行)，系统各重要参数会取决于炉侧。由于汽机流通蒸汽量DT是主蒸汽压力PT、汽机背压及汽机调节阀开度μT的函数，是系统炉侧和机侧重要的结合点。因此本控制对象主要依据汽机流通蒸汽量DT进行系统炉侧和机侧的拆分。通常汽机背压变化很小，可假定汽机调节阀为线性，该环节的动态特性一般近似为 (