摘要：以廣州旺隆熱電廠110MW熱電聯產機組為例，分析了熱電聯產機組電負荷與熱負荷的藕合關系。在該機組協調控制策略中，增加了前饋回路，使機組既能很好地適應熱負荷和電負荷的變化，達到在最大經濟效益下的安全運行，并改善了機組重要參數的動態(tài)性能。
作為熱電聯產的抽汽供熱機組除了控制機組電負荷參數外，還應保證工業(yè)或民用抽汽的熱負荷穩(wěn)定。然而，基于普通協調控制策略的機組控制方法并未考慮到抽汽機組電負荷與熱負荷之間存在的藕合關系，因此難以避免機組電負荷受熱負荷變化的影響，而電負荷變化又影響供熱參數，進而導致機組運行狀況的惡化[1.2]。鑒于抽汽機組控制參數的特殊性，有必要對抽汽機組協調控制策略進行完善以減弱電負荷與熱負荷之間的耦合關系，從而改善機組的動態(tài)性能，保障機組的安全運行。
本文以廣州旺隆熱電廠110MW抽汽供熱機組為例，介紹了熱電聯產機組協調控制策略的設計和應用，以及如何改善熱電聯產機組電負荷與熱負荷存在的藕合關系。
一、熱電聯產機組調節(jié)原理
根據能量平衡式：
Qr=Dex+Pgen (1)
式中：Qr為鍋爐釋放的總熱量；Dex為熱負荷(即抽汽量)；Pgen為電負荷(即發(fā)電有功功率) [3,4]。
由式(l)可見，當鍋爐提供的熱能一定時，Pgen隨著Dex的增加而減小；反之，若改變機組目標負荷值，主蒸汽調節(jié)閥將根據目標值進行自動調節(jié)，從而引起Dex的變化。
(l) 熱電分離調節(jié)方式下，機組既要滿足協調控制中的電負荷目標值，同時也要通過抽汽回路自動閉環(huán)’調節(jié)以保證抽汽壓力的恒定。該調節(jié)方式的前提條件是鍋爐側出力一定能夠滿足汽輪機側的能量需求，即Qr未達到其能量輸出的最大值Qr,max這樣整個機組才能具有調節(jié)余量來保證機組在可控工況下的運行。
(2) 以熱定電調節(jié)方式下，機組首先要確保抽汽的熱負荷，鍋爐出力維持在Qr,max狀態(tài)后，此時無法實時保證汽輪機側的能量需求，這樣電負荷與熱負荷之間表現為一種互易關系。當抽汽熱負荷變化時，電負荷轉隨著熱負荷的變化而反向變化。在該調節(jié)方式下，雖然以犧牲機組的電負荷來保證抽汽熱負荷，但是由于鍋爐側出力保持在Qr,max狀態(tài)下運行，使機組經濟效益達到最大化運行方式，因此大多數電廠都采用以熱定電的調節(jié)方式。
二、機組協調控制存在問題和解決方法
由于熱電聯產機組電負荷與熱負荷存在著耦合關系，具體表現為當機組功率改變時會引起抽汽壓力的波動進而影響到抽汽量。反之，當抽汽量變化時又會影響電功率的穩(wěn)定。因此，僅僅通過主蒸汽調節(jié)閥控制跳負荷，再熱調節(jié)閥控制抽汽壓力的隔離調節(jié)，難以避免參數間的相互干擾，機組功率不穩(wěn)定和抽汽壓力頻繁，嚴重影響機組的安全經濟運行。對此，可采用協調控制策略來減弱電功率參數和抽汽參數之間的耦合關系，以改善機組的動態(tài)特性。
熱電聯產機組以直接能量平衡構建協調控制框架，其中鍋爐主控的熱量信號以及熱量指令的關鍵參數仍與普通機組整定方法類似，汽輪機側的汽輪機主控需要控制負荷功率和抽汽壓力2個主要參數(比)普通機組多了熱負荷參數）。由于熱電聯產機組要保證用汽熱負荷，大多數電廠均采用以熱定電的運行方式，因此需要區(qū)分2種情況進行處理。
(1)當鍋爐側出力未達到最大(Qr
改進后的協調控制策略如圖1所示，主要通過前饋回路的作用使熱負荷和電負荷2個參數同時聯動，以減弱2個參數之間的耦合關系，改善機組的動態(tài)性能。當鍋爐出力達到最大時通過閉鎖增信號限制電負荷的調節(jié)從而實現犧牲電負荷確保熱負荷的目標，具體調節(jié)過程為：當熱負荷需求量增加時會引起抽汽壓力的變化，抽汽閉環(huán)調節(jié)回路將通過開啟低壓調節(jié)閥來自動穩(wěn)定抽汽壓力，此時隨著抽汽量的增加汽輪機的做功能量減少，導致電負荷的減少，但由于有前饋f(x)函數的作用預先增大汽輪機調節(jié)閥開度，以補充損失的蒸汽流量，而汽輪機調節(jié)閥能否繼續(xù)增大開度則取決于鍋爐出力狀況。
綜上所述，通過前饋回路的預先動作和PID的無差調節(jié)使機組在出力允許的條件下同時保證電負荷和熱負荷的穩(wěn)定。當機組出力不允許時，以熱定電使機組既能確保熱負荷又能以最大經濟效益方式運行。其中，需要從蒸汽流量與電功率之間的歷史趨勢曲線中找出f(x)函數映射關系和匹配好汽輪機主控 PID與抽汽壓力PID的參數。
三、應用實例
在廣州旺隆熱電廠2×ll0MW熱電聯產機組進行的自動發(fā)電控制(AGC)變負荷試驗結果表明，改進后的協調控制策略不僅能使機組達到普通機組的快速響應 AGC 變負荷試驗的指標要求，而且還能夠兼顧汽輪機側熱負荷和電負荷2個重要參數的不同要求，機組各主要參數波動范圍都優(yōu)于普通機組，大大改善了機組運行狀況。圖2為機組分別在1.65 MW/min和2.2MW/min速率下的AGC變負荷試驗。
由圖2可見，機組在變負荷過程中響應迅速，實際負荷變化率幾乎等同于給定速率，而且變負荷過程中機組功率和主蒸汽壓力動態(tài)偏差均很小(主蒸汽壓力最大偏差為0.2MPa，功率最大偏差為1MW)。
圖3為鍋爐出力達到最大時抽汽量擾動曲線。
由圖3可見，當機組正常穩(wěn)定運行(目標負荷定值保持不變)且鍋爐出力達到最大時，若用汽量發(fā)生變化，則閉鎖汽輪機主控輸出，機組實際功率將隨著抽汽量的變化而反向變化(曲線3和曲線1)。圖4為鍋爐出力未達到最大時抽汽量擾動曲線。
由圖 4 可見，當機組正常運行且鍋爐出力未達到編大時，若用汽量發(fā)生變化（40 t/h ，曲線8）將使汽輪機主控迅速響應并穩(wěn)定負荷，由于前饋回路的作用使得機組動態(tài)過程更加穩(wěn)定，負荷波動很小。圖 5 為機組穩(wěn)定工況曲線。
由圖5可見，當熱負荷穩(wěn)定時機組的主蒸汽壓力和負荷都很平穩(wěn)。
4 結論
在廣州旺隆熱電廠2×ll0MW熱電聯產機組的協調控制中采用了前饋回路，從而減弱了熱負荷與電負荷的藕合關系，使得機組電負荷和熱負荷相互影響導致的波動頻繁、調節(jié)頻繁的現象有了很大改善，在保證熱負荷需求的前提下最大限度地提高了發(fā)電負荷，使機組的經濟效益達到了最大化。
【參考文獻】
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