阀点滑压自动控制在超超临界机组协调控制系统中的实现.ppt

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1、报告人：尹金亮1352375915113523759151中电投平顶山发电分公司东南大学能源与环境学院基于阀点滑压优化的1000MW机组先进AGC协调控制系统目录u1.1.成果简介成果简介u2.2.AGC AGC的现状及优化目标的现状及优化目标u3.3.1000MW1000MW汽轮机顺序两阀汽轮机顺序两阀滑滑压压优化的优化的实施及存在的问题实施及存在的问题u4.4.汽轮机汽轮机阀点滑压研究及阀点滑压研究及优化优化控制控制可行性可行性u5.基于阀点滑压滑压的预测控制的新协调控制方案u6.6.基于阀点滑压优化的先进基于阀点滑压优化的先进AGCAGC协调控制系统特点协调控制系统特点1.成果简介针对平

2、顶山电厂1000MW超超临界机组存在负荷调节性能差、汽压汽温等关键参数波动大及系统不能很好适应煤种变化等实际问题，通过采用预测控制等先进控制技术，提出了解决上述问题的协调和汽温优化控制系统，有效提高了机组负荷的调节性能，减小了关键参数的波动，提高了机组的运行稳定性。在此基础上，进一步实施了汽机单调门阀位滑压优化控制，有效减少了汽机的节流损失，提高了机组的循环效率，实际应用表明：采用该优化控制系统后，统计供电煤耗降低1.2g/kwh以上。2.AGC的现状及优化目标机组负荷升降速率低机组负荷升降速率低、负荷调节精度差、负荷调节精度差常规的AGC控制方案，由于对大滞后被控对象无法找到有效的控制方法，

3、机组负荷的升、降速率仅在1%/min1%/min左右，负荷调节精度差，机组的调峰、调频能力差，无法满足电网对机组负荷的响应要求。常规AGC缺陷 1 1获得更高的获得更高的AGC响应速率和调节精度响应速率和调节精度根据机组实际能力，可达到2.0%/min或更高的AGC运行速率和更好的负荷控制精度，使电厂在将来的电力市场竞争中处于领先地位。“优化系统”目标 1 12.AGC的现状及优化目标 消除扰动能力差，出现消除扰动能力差，出现汽压、汽温等汽压、汽温等参数大幅波动及振荡情况参数大幅波动及振荡情况这是目前机组运行中最普遍出现的情况，机组在大幅度变负荷、启停制粉系统、吹灰等扰动工况下，控制系统常会出

4、现控制不稳定或温度、压力大幅偏离设定值温度、压力大幅偏离设定值的情况，严重影响运行安全性。常规AGC缺陷 2 2机组运行中主汽压力、主汽温度的波动幅度可被减小至：机组运行中主汽压力、主汽温度的波动幅度可被减小至：稳态工况稳态工况 0.1-0.2MPa/2.0变负荷工况变负荷工况 0.4MPa/6.0参数也不再振荡，使机组具有更加稳定、可靠的运行品质。参数也不再振荡，使机组具有更加稳定、可靠的运行品质。“优化系统”目标 2 22.AGC的现状及优化目标汽机的节流损失大、滑汽机的节流损失大、滑压潜力不能充分发挥压潜力不能充分发挥目前顺序阀配汽不合理，所设置的滑压定值无法保证汽机调阀运行在最佳阀点上

5、，导致调门节流损失较大，高缸效率降低，机组循环效率降低。常规AGC缺陷 3 3对汽机的配汽及滑压作深度的优化，进一步对汽机的配汽及滑压作深度的优化，进一步降低机组热耗降低机组热耗提出了单调门阀点滑压优化控制的理论及实施方法，对机组顺序阀两阀滑压作了深度优化，实现了两阀滑压单调门阀点最优控制,有效减少了汽机的节流损失，进一步降低了机组热耗。“优化系统”目标 3 32.AGC的现状及优化目标煤种变化对控制系统影响大煤种变化对控制系统影响大在燃煤品质变差时，控制系统缺乏自适应手段，控制性能也随之变差。运行人员为保证机组安全，只能采用很低的变负荷率运行，且压力波动大很低的变负荷率运行，且压力波动大。常

6、规AGC缺陷 4 4基本消除煤种变化对机组控制品质的影响基本消除煤种变化对机组控制品质的影响采用神经网络等软测量技术实时计算煤种热值、制粉系统滞后等参数，并据之调整控制系统参数，使机组在燃用不同煤种时始终具有良好的品质。“优化系统”目标42.AGC的现状及优化目标正常正常AGC调节中，燃料、给水等控制量波动大调节中，燃料、给水等控制量波动大机组正常AGC运行中，由于AGC指令的频繁反复变化（平平均均1 12 2分钟变化一次分钟变化一次），使得机组的燃料、给水、送风等各控制量也大幅来回波动，会造成锅炉水冷壁和过热器管材热应力的反复变化，容易导致氧化皮脱落，大大增加了锅炉爆管的可能性。常规AGC缺

7、陷 5 5机组运行中的燃料、给水波动大幅减小机组运行中的燃料、给水波动大幅减小通过智能预测算法使机组在AGC运行中的燃料、给水等控制量的波动幅度减小60%以上，对于减小机组设备磨损、延长锅炉金属管材寿命、减少爆管等极为有利。“优化系统”目标 5 5再热烟气挡板难以投入自动，机组运行经济性差再热烟气挡板难以投入自动，机组运行经济性差超（超）临界机组的再热汽温通常采用喷水减温“+”烟气挡板的调节手段，但由于烟气挡板对再热汽温的滞后很大（控制对象时间常数达二十几分钟），采用DCS常规控制方案基本无法投入烟气挡板的自动控制无法投入烟气挡板的自动控制。运行人员只能以再热喷水减温为控制手段来调节，机组运行

8、经济性明显受到影响。常规AGC缺陷 6 6具有更好的运行效率具有更好的运行效率通过应用先进控制算法，有效投入再热烟气挡板的自动控制，大幅减少再热减温水量，机组运行效率可得到明显提升。“优化系统”目标 6 62.AGC的现状及优化目标u3 3 1000MW 1000MW汽轮机顺序两阀汽轮机顺序两阀滑压滑压 优化的优化的实施及存在的问题实施及存在的问题u3.1 哈汽哈汽1000MW汽轮机两阀汽轮机两阀 滑压滑压配汽优化实施配汽优化实施哈尔滨-东芝N1000-25/600/600型汽轮机滑压运行模式可用四阀、三阀、二阀，制造厂提供的滑压曲线是按照三阀滑压模式给定的，滑压曲线见下图。综合的热力性能计算

9、表明，在滑压运行模式下，主蒸汽压力为主导因素，即进汽度越小，经济性越好，最经济的运行模式为“最小部分进汽度下的滑压运行”，即“二阀滑压”运行。图1：哈汽-东芝1000MW机组设计的单阀、两阀、三阀滑压曲线为了提高机组整体运行的经济性，将汽轮机顺序阀控制方式由三阀滑压改为两阀滑压，采用两阀滑压调节时，上滑点下降为79%负荷，试验证明汽轮机在两阀滑压运行时轴承金属温度与振动正常，经济性提高。表1平顶山电厂超超临界1000MW机组配汽优化后经济性比较负荷（负荷（MW）500600800热耗值降低值(kJ/kWh)70.2582.5077.59供电煤耗降低值(g/kWh)2.813.303.10u3.

10、2 两阀滑压非阀点运行两阀滑压非阀点运行试验及试验及经济性降低经济性降低原因分析原因分析 2011年9月20日#2机组在A时间段(1:00-3:00)和B时间段(3:30-6:00)进行阀点试验:#1高调门开度1015%，通过主汽压力偏置0.9MPa，保持GV2+GV3阀点运行，GV2+GV3在8286%全开，GV1保持全关,统计数据见表2。时间段时间段负荷负荷（MWMW）主汽压力主汽压力（MpaMpa）主汽流量主汽流量（t/ht/h）高压缸效率高压缸效率（%）汽机热耗汽机热耗（kJ/kwhkJ/kwh）发电煤耗发电煤耗（g/kwhg/kwh）A431.5913.751257.4279.35B

11、431.6714.611244.8179.63对比情况0.86-12.61-0.28-62.1-2.99表2 阀点试验数据统计 u3.2 两阀滑压非阀点运行两阀滑压非阀点运行试验及试验及经济性降低经济性降低原因分析原因分析 在负荷500790MW范围，设计配汽优化收益为3.0.g/kwh，统计供电煤耗仅降低了2.5 g/kwh，主要原因为机组热力参数稳定性差及汽轮机汽耗率影响因素繁多等问题，不能保持汽轮机自动控制在阀点上运行，存在CV1、CV2、CV3小幅波动现象，见图2。图2 某电厂#1汽轮机滑压运行时CV1、CV2和CV3高压调门小幅波动现象u4汽轮机汽轮机阀点滑压研究及阀点滑压研究及优化

12、优化可行性可行性1.1汽轮机在额定或经济工况下，具有较高的循环效率和低损失是效率最好的运行工况，滑压运行是提高变工况下运行效率的有效方式。1.2降低主蒸汽压力，降低其做功能力，在发出同样电功率时，需要增大主汽流量，增大高调门开度，也就降低了调门的节流损失，提高了高缸效率，但是主蒸汽压力降低造成循环效率降低。1.3滑压的基本依据在于两方面的因素：在低负荷工况下，一是需通过高调门节流来限制进入汽轮机的蒸汽流量，产生节流损失，增大热耗；二是降低主蒸汽压力可减小高调门节流程度，但主蒸汽压力降低造成循环效率降低；因此，两种因素共同作用下，必有一最佳效率点，最佳运行点组成的与主汽压力相关的曲线就是机组的定

13、滑压运行曲线。1.4在调节级和压力级共同作用下的整机效率特点如下:(1)当机组从最佳经济运行点（设计的3VWO工况）增大蒸汽流量的时候，调节级效率升高，同时调节级做功能力降低，排汽损失加大，共同作用下，整机效率降低，所以热平衡图中4VWO工况热耗高于3VWO的THA工况。(2)从最佳经济运行点（设计的3VWO工况）降低蒸汽流量的时候，调节级做功能力加大及效率变差，整机效率降低。(3)2VWO、3VWO、3VWO位置为局部高效率点。(4)因此在机组条件允许的情况下，力求按顺序阀方式运行，在变工况下，将机组调整到阀点运行也具有比较好的经济性。u4.1阀点滑压研究阀点滑压研究u4.1.1理论依据理论

14、依据根据Flugel公式，调节级后压力与流量基本成正比。受此关系的影响，顺序阀调节级的绝热比焓降及级后状态点的变化规律为：2.1在4阀全开时，有高的调节级效率和低的绝热焓降。2.2负荷由额定负荷降低后，随着主流量降低，调节级后压力降低，调节级焓降增大，调节级的绝热比在高压缸及整机的焓降所占的比例增大，而调节级效率比压力级低，同时由于部分进汽，调节级效率降低很快。(2)从最佳经济运行点（设计的3VWO工况）降低蒸汽流量的时候，调节级做功能力加大及效率变差，整机效率降低。(3)2VWO、3VWO、3VWO位置为局部高效率点。(4)因此在机组条件允许的情况下，力求按顺序阀方式运行，在变工况下，将机组

15、调整到阀点运行也具有比较好的经济性。u4.1阀点滑压研究阀点滑压研究u4.1.2顺序阀的运行特性顺序阀的运行特性-调节级调节级3.1由于部分开启的调门的节流作用，抬高了调节级的排汽点，降低了调节级效率。3.2由于部分开启的调门的节流作用，增加了调门压损，降低了调节级效率。(3.3顺序阀通过高调门的顺序开启降低高调门的节流损失。相对于单阀调节，最大限度地降低了节流损失，运行中，参与调节调门越多，其阀门节流损失越大。表3：哈汽1000MW汽轮机设计的3阀在1000-300MW滑压运行调门压损大问题u4.1阀点滑压研究阀点滑压研究u4.1.3顺序阀的运行特性顺序阀的运行特性-流动特点流动特点机组平顶

16、山三百门#3机海门#1机海门#1机工况THATRL运行运行TRL运行运行时间2010-1-272010-1-272010-11-182011-6-302010-10-272010-5-192010-5-27负荷1036.001036.001000.501008.67987.671027.901001.20调门开度59%+0.0%100%+31.0%69%100%+41.8%100%+14.8%4VWO4VWO主汽压力24.4824.3826.0524.3724.7224.6025.09#1调门后压力20.5823.0922.5523.2623.0623.8624.32#1调门压损15.934.

17、679.984.556.723.013.07#2调门后压力21.1023.0422.7023.2023.0723.9221.44#2调门压损13.814.879.384.806.672.7614.55#3调门后压力20.7323.2022.6123.3823.1623.5222.54#3调门压损15.324.219.744.066.314.3910.16#4调门后压力19.0416.3417.6021.7517.9724.0924.23#4调门压损22.2232.5429.7419.0727.312.073.43表3：哈汽1000MW汽轮机设计的3阀在1000-300MW滑压运行调门压损大问题

18、3.1当机组从最佳经济运行点（设计的3阀全开THA工况）增大蒸汽流量的时候，调节级效率升高，同时调节级做功能力降低，排汽损失加大，共同作用下，整机效率降低。3.2从最佳经济运行点降低蒸汽流量的时候，调节级做功能力加大及效率变差，整机效率降低。3.3阀点位置为局部高效率点。3.4每组主蒸汽参数下都有类似运行曲线。u4.1阀点滑压研究阀点滑压研究u4.1.4顺序阀的运行特性顺序阀的运行特性-整机性能整机性能u4.2制造厂滑制造厂滑压曲曲线的的设计理念理念在知道阀门特性、汽轮机通流特性、热力系统特性的情况下，能够精确给定滑压曲线，这就是理论滑压曲线的由来。而理论滑压曲线是在所有特性都必须准确、且热力

19、系统没有变化、额定环境条件下得来的。以哈汽-东芝N1000-25/600超超临界机组汽轮机（原型机）为例，其东芝公司设计的2阀滑压和3阀滑压主蒸汽压力与主蒸汽流量函数见表3。事实上大多数汽轮机组都不在设计的热力系统、设计环境条件下运行,滑压曲线作为最佳效率曲线，设备、参数、系统、环境条件的任何偏差都会造成最佳效率点的偏离。这样，一成不变地使用理论滑压曲线将会给机组造成能耗损失，降低机组的运行经济性。汽轮机配汽优化基本上就是比较制造厂设计的3阀滑压与2阀滑压的安全经济性及特殊的介于2-3阀点之间的所谓“复合滑压问题”，复合滑压问题实质是寻找和确定“最佳滑压阀位”问题。工工 况况热平衡图设计值热平

20、衡图设计值3VWO滑压滑压2VWO滑压滑压P0Q0NP0Q0NP0Q0NMPat/hMWMPat/hMWMPat/hMWVWO25.02980.01069.347THA25.02740.8811000.025.02673.139980.090%THA22.742430.645900.022.78232427.184900.025.02265.372790.075%THA18.861985.198750.018.95161983.819750.021.84141974.11750.050%THA12.551298.834500.012.63441300.971500.014.51611284.7

21、9500.040%THA10.361066.077400.010.28231064.725400.012.02961058.252400.030%THA8.44801.592300.08.44300.010.2825%THA8.44678.7658.44表表3 3 哈汽哈汽1000MW1000MW汽汽轮轮机机2 2阀阀滑滑压压和和3 3阀阀滑滑压压主蒸汽主蒸汽压压力与主蒸汽流量函数力与主蒸汽流量函数4.3.1根据滑压理论，曲线是最优效率曲线，即热耗最低运行曲线点的轨迹，实验必须进行热耗测试，同时还要测试热耗随参数的变化关系才能确定。4.3,2阀点测试标定方法阀点测试标定方法方法方法1：在稳定燃

22、烧下缓慢调整负荷，测试调门后压力与调节级后压力关系。当两者基本一致时，此调门通过蒸汽量非常小，其节流不影响机组效率。方法方法2：实时测试高压缸效率，在接近阀点位置连续测量高压缸效率，效率最高点可判定为阀位。4.3.3测试定压到滑压测试定压到滑压上拐点上拐点高压缸运行效率最高点在4阀全开位置，但是这个阀位并不能长期使用，那么在降负荷时，是直接开始降压维持经济的3阀点还是定压节流到2阀点呢？可通过如下方法：在3阀点位置上，测试高压缸效率，再定压缓慢降负荷，测试每一点的高压缸效率，直到2阀点。用3阀点高压缸效率作为这一负荷区间滑压高压缸效率，与定压高压缸效率必然有差别，通过热力系统拟合计算，比较两种

23、运行方式经济性。如果定压经济，上拐点在2阀以下；如果滑压经济，应该直接滑压。4.3 现场试验现场试验标定标定阀位的阀位的方法方法。如果在2阀点以上确定为定压，在2阀点定压测试完成后，选定负荷，进行定压、滑压对比测试高压缸效率，通过热力系统拟合计算比较双方经济性，确定是否采用滑压。一般情况下，2阀下滑压都会经济。基本上选择在2阀点开始滑压。而从2阀点降负荷，可设计多个负荷点。在每个负荷点观察调门位置，手动调整主蒸汽压力，尽量将该负荷点调门位置调整到2阀点阀位，稳定后记录负荷和主汽压力，其形成的曲线为滑压曲线。4.3.4下拐点确定方法下拐点确定方法事实上汽轮机没有最低滑压运行要求，只要主蒸汽具有足

24、够的过热度，多低压力的主汽都允许进入汽轮机，这也是汽轮机冲转和滑参数停机常用的方式。下拐点的判断主要是通过锅炉燃烧的稳定性和汽泵的运行稳定性来判断下拐点。的阀位决定了主汽压力。4.3 现场试验现场试验标定标定确定最佳阀位点的方法确定最佳阀位点的方法。滑压曲线是最优曲线，最优目标要从机侧循环效率即热耗体现出来,那么滑压变成热耗最优曲线,意味通过大量热耗对比试验来进行,需要解决以下问题:1).热耗曲线是离散的,会刚好做到最高点吗?2).热耗试验点连线会通过最高点吗?3).热耗受很多因素影响,如:环境温度、煤质、再热器减温水，试验的不确定性足以掩盖滑压点的偏离的影响。4.4 现场现场标定标定试验试验

25、的难点的难点。不论厂家提供的设计滑压曲线还是试验得到实际滑压曲线都存在局限性。局限性。滑压曲线主要利用压力和容积流量的关系，而机组的电负荷是机组当时参数下的一个结果，制定一条主汽压力与最终电负荷之间的关系曲线，即滑压曲线没有反映真正影响最优点的因素，而是结果，因此目前的滑压曲线在理论上是不完备的，实际上任何影响主汽流量的因素都会引起滑压最优点的偏离，而不是电负荷。4.5.1理论滑压曲线的局限性理论滑压曲线的局限性 理论滑压曲线理论滑压曲线的是在设计的调阀门特性、通流特性、热力系统特性、设计环境条件下计算出来的，无法适应现场条件。理论滑压曲线是在所有特性都必须准确、且热力系统没有变化、额定环境条

26、件下得来的。事实上汽轮机组都不在设计的热力系统、设计环境条件下运行,滑压曲线作为最佳效率曲线，设备、参数、系统、环境条件的任何偏差都会造成最佳效率点的偏离。这样，一成不变地使用理论滑压曲线将会给机组造成能耗损失，降低机组的运行经济性。4.5.2试验滑压曲线的局限性滑压曲线的局限性:而试验滑压曲线是在当时试验机组的阀门特性、通流特性、热力系统特性、环境条件下测试出来。4.5滑滑压曲线的局限性压曲线的局限性。4.5.4局限性的解决办法局限性的解决办法运行动态调整运行动态调整。因为影响因素多样,没有不要在现场全部考虑,反过来,从滑压曲线的产生理论可以得出，滑压实际上是追求最佳的阀位。而最佳阀位就是阀

27、点，而阀点已经测试出来了，只要运行人员发现在滑压条件下阀位偏移，可适当调整主汽参数，保持阀点就可以了。在机组阀位确定后，保持阀位不变进行变负荷试验，能保证机组高压缸效率保持不变，机组的高压缸效率与阀位存在固定的关系，汽轮机的阀位决定了主汽压力。讨论机组最优运行阀位要比讨论机组最优讨论机组最优运行阀位要比讨论机组最优滑压滑压更有价值，在线确定汽轮机的最优运更有价值，在线确定汽轮机的最优运行阀位要比汽轮机厂家推荐的或电厂自定的滑压运行曲线更具实用意义。行阀位要比汽轮机厂家推荐的或电厂自定的滑压运行曲线更具实用意义。4.5滑滑压曲线的局限性压曲线的局限性。理论计算表明，在（热平衡图）设计条件下，主蒸

28、汽压力为主导因素，即进汽度越小，经济性越好，最经济的运行模式为“最小部分进汽度下”的滑压运行，即“二阀滑压”运行。一般采用四阀结构三阀方式的喷嘴调节汽轮机,提供的典型配汽特性曲线滑压运行模式可用四阀、三阀、二阀滑压运行。主汽压力最优就是在主汽压力和汽机调门开度中总能找到一个使机组热耗率最小的主汽压力值问题。对于汽机和回热系统及给水泵组效率特性一定的条件下的火力发电机组，其主汽压力（即主汽压力P0与机组负荷Ng之间的对应关系）是由高压调门开度Cv决定的，其主汽压P0寻优实质为寻找和确定“最佳滑压阀位”问题。u4.6主汽主汽压寻优实质为确定确定“最佳滑最佳滑压阀位位”问题 滑滑压压控控制制线线（即

29、即主主汽汽压压力力P P0 0与与机机组组负负荷荷N Ng g、主主蒸蒸汽汽流流量量QgQg）之之间间的的对应对应关系是由关系是由调门调门开度开度CvCv决定的。决定的。由此而将主汽压滑压寻优明确为：寻找和确定“最佳滑压阀位”。并且“最佳滑压阀位”在滑压区间的上滑点和下滑点之间基本固定，由于调门开度决定着汽轮机的运行特性，因此与以“最佳主汽压力”为目标的传统寻优方法相比，阀点寻优对象更为明确和固定。机组负荷Ng主蒸汽流量Qg、主汽压力P0以及调门开度Cv三者之间的关系：该公式的实用意义 不同的滑压主汽压力控制线对应不同的汽轮机阀位，根据不同控制线之间的效率差异，确定最佳的滑压控制线。p(1)提

30、高了寻优结果精度；p(2)减少了因试验误差而带来的滑压控制线畸变问题；p(3)减少了因设备及热力系统在制造、安装和运行工况与设计的随机差异和系统内漏、背压等不确定因素及抽汽供热偏差带来的汽轮机汽耗率特性变化问题；p(4)当机组在“最佳滑压阀位”运行出现热耗异常，可随时对设备及热力系统效率和存在问题进行诊断，可以从阀门特性、通流特性、热力系统特性等方面减小和消除与设计的偏差，彻底转变传统滑压理论和试验方法以分析、测量和计算机组实际技术条件与设计的差别，得到修正的滑压曲线的技术理念。“线与线”之间性能比较的方法，与传统的“点与点”性能比较方法相比，优化后的方法：理论上，在已知汽轮机阀门特性、汽轮机

31、通流特性、热力系统特性的情况下，能够精确给定滑压曲线，但这是完全设计条件下得来的理论曲线；因制造误差、安装及机组随机状态变化和环境影响，事实上大多数汽轮机组都不在设计工况下运行，设备、参数、系统、环境条件的任何偏差都会造成最佳效率点的偏离。u4.7“阀点点”滑滑压压理念更易理念更易 实现自自动寻优控制控制u4.7.1机机组传统最最优压力力寻优方法方法的局限性的局限性 对对应应某某一一运运行行条条件件，在在一一定定的的可可行行主主蒸蒸汽汽压压力力范范围围内内，存存在在使使机机组组热热经经济济性性最最优优的的初初压压值值，称称为为机机组组热热耗耗率率q q最最小小时时所所对对应应的的主主蒸蒸汽汽压

32、压力力值值，即即最最优优初初压压值值，其其实实质质就就是是在在主主蒸蒸汽汽压压力力和和汽汽轮轮机机调调门门开度中找到一个机开度中找到一个机组热组热耗率最小耗率最小值值。最优初压的概念 最最优压力力寻优方法方法的局限性的局限性 国内普遍将汽轮机进汽量与进汽压力最优匹配的滑压运行参数优化问题归结为求解机组在不同负荷工况下的机组热耗率最小值所对应的主蒸汽压力问题，即主蒸汽压力寻优问题，大体可分为理论寻优、试验寻优两类，因汽轮机组的在不同的工况下，其热耗率和汽耗率与汽轮机缸效率、蒸汽初参数、再热减温水、回热系统、凝汽器背压、给水泵小汽轮机功耗、厂用汽量变化、系统内漏等因素相关。由于主蒸汽流量一般由汽轮

33、机第一级压力生成，同时设计的条件下汽轮机汽耗率与汽轮机负荷存在一定的非线性，特别是当机组背压及再热减温水量变化后，机组负荷与主汽流量的关系会发生显著的变化，同时存在冬季供暖和夏季高背压和工业用汽等工况。1000MW空冷机组在 800 MW时背压变化范围为743 KPa，设计背压8kPa，主汽流量变化范围为 24002960t/h，如果只按照1条滑压曲线控制主汽压力，在负荷相同、背压不同时，调阀开度会发生很大的变化，显然达不到良好的节能效果，以机组负荷变化进行主汽压力控制的滑压控制方式不能保证机组实际滑压运行的经济性。国内滑压曲线一般采用冬夏两条曲线,夏季曲线主汽压力高于冬季曲线,其物理实质为汽

34、耗率增加,通过汽压偏置补尝汽耗率增加造成调门增大，保持“最佳滑最佳滑压阀位位”实现主汽压与进汽量最优匹配.最最优压力力寻优方法方法的局限性的局限性举例分析理论研究表明，采用四阀结构、三阀方式配汽方式300-1000MW汽轮机组采用滑压运行方式时，调节阀全开或部分调节阀全开时，机组运行最为经济。因此机组最优滑压参数仅仅是有限个可选参数之中的一个，只要对这些通过理论计算及可行滑压参数进行试验比较，即可确定滑压参数的最优值。在所选择的2个负荷点上，分别选择全关最后1个和2个调节阀时的机组压力为参数，进行热力性能试验,确定相应负荷点及压力下机组热经济性指标(如热耗率)。u4.7.2 大型汽轮机滑压运行

35、寻优方法研究，大型汽轮机滑压运行寻优方法研究，“阀点阀点”控制控制更易实现更易实现一般而言，对于若全关最后1个调节阀（3阀滑压）机组热耗率高于全关最后2个调节阀（2阀滑压）机组热耗率，则机组在部分负荷滑压运行时选择全关最后2个调节阀运行；否则选择全关最后1个调节阀运行选择3阀滑压。合理的滑压曲线关键在于合理的滑压曲线关键在于单调门单调门最佳阀位点的确定和技术实现最佳阀位点的确定和技术实现u5.基于预测控制的新协调控制方案动力装置的机炉协调控制系统是一个复杂的多变量控制系统，研究整体的机炉协调控制系统，有助于提高动力装置的自动化程度和安全经济运行水平，通过对机炉协调控制系统特点的剖析，结合汽轮机

36、的“最佳滑压阀位”控制理念，采取广义预测控制（GPC）多步预测，滚动优化和反馈自校正的控制方法，设计了一个基于阀点滑压控制的机炉协调系统，阀点滑压自动控制分三步实施，本着“先粗调后细调逐步修正”和“动态过程（工况）保安全，稳定过程（工况）保经济性”的原则，第一步优化协调系统的燃料和给水指令，使主汽温度和压力波动大幅减小。第二步利用真空修正主汽压力设定值，基本消除真空变化对汽耗率的影响。第三步利用PID控制回路将汽轮机调节阀控制在最经济的阀位区域，实现最佳阀位精确控制,相关的控制策略如图3所示。u5.1基于阀点滑压控制的机炉协调系统设计基于阀点滑压控制的机炉协调系统设计图3控制策略图超超临界直流

37、机组的协调控制往往采用了并行前馈和动态加速前馈为主的控制方案。其中，并行前馈就是锅炉各子系统随负荷变化的合理的稳态工作点，超超临界1000MW机组复杂非线性动态特性使得按常规设计的固定参数比例-积分-微分(PID)控制的协调控制系统很难适应工况变化和保证各种环境下的控制品质，存在变工况下关键参数波动大，稳定工况下不能很好适应煤种变化，汽轮机真空、锅炉吹灰、机组负荷、回热系统等影响机组最佳滑压阀位的实现等问题。u5.1.1 协调系统的燃料和给水指令优化协调系统的燃料和给水指令优化采用预测控制技术完善机组闭环控制，对机组运行特性参数进行全工况实时校正等技术优化协调系统的燃料和给水指令，使机组的主要

38、参数波动大为减小，其控制策略如图4所示。经测试：即使在煤种变化的情况下，协调系统均能成功地将AGC的负荷升降速率提高到2.0%/min以上，并能有效地减小在稳定工况及升、降负荷过程中各关键参数的波动,有效提高了机组的调峰、调频能力。主汽压力波动减少到0.2Mpa以下。u5 5.1.2.1.2汽汽轮机背机背压修正主汽修正主汽压力力设定定值 当凝汽器真空压力变化时，因汽耗率变化，主汽量和进汽压力匹配发生改变，在主汽压设定值不变时，汽轮机高压调门不可能始终工作在最佳工作点，即“最佳滑压阀位”，根据汽耗率修正主汽压力的设定值，保持主汽量和进汽压力的匹配使汽机阀门保持“最佳滑压阀位”。真空对滑压曲线修正

39、公式PPG（背压4.9）8.091 式中：P背压修正后机组负荷（MW）；PG机组实际运行负荷（MW）。表4 实际应用中低压缸排汽温度代替背压对应关系表低排温度低排温度101520253035404550对应背压对应背压1.2271.7042.3373.1664.2415.6227.3759.58212.335低排温度低排温度556065707580859095对应背压对应背压15.7419.9225.0931.1638.5547.3657.8070.1184.53 哈汽1000MW汽轮机改为两阀滑压后，经测试，当机组负荷在300MW-800MW范围内以滑压方式运行时，CV2开度在【74%，79

40、%】范围内时最为经济。为此，设计了一PID控制回路，根据汽轮机调门位置修正主汽压力的设定值，进行精细调整，保持主汽量和进汽压力的匹配使汽机阀门保持“最佳滑压阀位”。逻辑框图如图4：u5.1.3 PID精确控制汽精确控制汽轮机机调节阀图4 汽轮机调门位置对主汽压力的修正通过自动调整主汽压力设定值，使CV2的开度保持在【74%，79%】范围内。将CV2开度值作为阀门调整PID的过程变量，设定值为经济运行阀位，平顶山电厂取77%，这一值热控人员可以在线修改，不同的机组具有不同的值，可以通过试验测知。如果CV2开度不在【74%，79%】范围内，PID回路投入，实际阀位平均值与77%进行比较，其偏差进P

41、ID运算后经限幅限速后对主汽压力进行修正，在接近77%PID调节停止，设置一RS触发器可防止阀位在【74%，79%】边界反复投退。当负荷变化率超出0.3%（可根据机组实际情况设定）和一次调频动作时，通过在线修改积分时间，使PID作用变弱，防止该调节回路影响机组变负荷和一次调频动作。阀位反馈设有坏质量判断，当阀位故障时调节回路自动退出。5.2新协调控制的特点 “优化系统”系统应用了目前国际上最前沿的解决大滞后对象控制问题的预测控制技术，取代了原有的PID控制。采用这种技术能够提前预测被调量（如主汽压力、汽温等参数）的未来变化趋势，而后根据被调量的未来变化量进行控制，有效提前调节过程，从而大幅提高

42、了机组AGC控制系统的闭环稳定性和抗扰动能力。采用预测控制技术作为机组闭环控制的核心环节采用预测控制技术作为机组闭环控制的核心环节5.2新协调控制的特点 常规DCS的控制回路，其控制参数一经整定结束就不会改变，对于日后机组工况的变化无能为力。“优化系统”系统采用竞争型的神经网络学习算法来实时校正机组运行中与控制系统密切相关的各种特性参数（包括燃料热值、制粉系统惯性时间等），并据此实时调整AGC控制系统的前馈和反馈，使得整个系统始终处于在线学习的状态，控制系统对煤种有很好的适应性。控制系统调试完成后，无需再作任何调整！对机组运行特性参数进行全工况实时校正对机组运行特性参数进行全工况实时校正5.3

43、5.3新新协调控制的协调控制的特点特点特别优化功能：采用智能预测算法，根据当前AGC指令、实发功率、电网频率等参数实时预测“调度EMS系统AGC指令”在未来时刻的变化趋势；另一方面根据机组的燃料量、风量、给水流量等参数实时预测表征锅炉做功能力的“锅炉热功率信号”的变化趋势；依据上述两者间的匹配程度来提前调整锅炉指令。锅炉指令的提前动作，可在保证AGC负荷响应的基础上，使燃料量、风量、给水流量等的正常波动幅度减小60%以上，对于延长锅炉管材寿命，减少爆管极为有利。对对AGC运行模式进行了特别优化运行模式进行了特别优化汽机配汽的深度优化确定汽机随负荷变化的最佳阀位确定汽机随负荷变化的最佳阀位确定汽

44、机的确定汽机的最佳阀位最佳阀位理论计算理论计算试验验证试验验证获得获得最佳阀位最佳阀位预估预估节能指标节能指标最佳阀位：使汽机节流损失最小，供电煤耗最低的阀位最佳阀位：使汽机节流损失最小，供电煤耗最低的阀位平顶山1000MW机组顺序阀滑压深度优化效果：效果：年平均热耗降低年平均热耗降低20.04 KJ/KWH，发电煤耗降低，发电煤耗降低0.80175g/kwh，年发电年发电117亿计算，节煤亿计算，节煤9380吨，减少成本吨，减少成本844万元。万元。优化前优化前(24小时平均小时平均)：CV1开度开度0.28%,CV2/3开度开度78.68%；优化后优化后(24小时平均小时平均)：CV1开度

45、开度0.27%,CV2开度开度76.52%，CV3开度开度93.72%机组滑压曲线的自寻优最优滑压定值：在不同的负荷点上且机组工况稳定时，能确保汽机调门的实际阀位与最佳阀位点基本一致的主汽压力。通过机组配汽特性通过机组配汽特性的变压试验，确定的变压试验，确定初始的滑压定值。初始的滑压定值。真空、主汽温度真空、主汽温度等对滑压定值修正等对滑压定值修正阀位偏差的智能阀位偏差的智能控制器控制器最佳阀位最佳阀位实际阀位实际阀位机组负荷机组负荷滑压定值滑压定值优化系统的实现方式DCSDCS中的传统中的传统协调控制系统协调控制系统基于预测控制基于预测控制的现代火电机组的现代火电机组协调控制系统协调控制系统

46、MODIBUSMODIBUS通信通信投入投入/切除切除给水流量指令给水流量指令给煤量指令给煤量指令汽机阀门开度指令汽机阀门开度指令汽机阀门开度指令汽机阀门开度指令给煤量指令给煤量指令给水流量指令给水流量指令优化系统优化系统DCSDCS给水流量指令给水流量指令给煤量指令给煤量指令汽机阀门开度指令汽机阀门开度指令互相跟踪“优化系统”的安全通信策略通通信信模模块块在运行中，即使拉掉在运行中，即使拉掉“优化系统优化系统”的电源，系统也会无扰地切回到原的电源，系统也会无扰地切回到原DCS系统！系统！优化优化系统系统Y/NY/N有心跳波NYNY/NY/N参数超限Y参数变化率超限Y/NY/NNY保持优化控制

47、无扰切回DCS控制通通信信模模块块DCS系统系统控制指令的上下限限制安全保障安全保障机制机制数据通信数据通信“优化系统”现场安装方式“优化系统”独立平台优点不依赖DCS，可实现任何先进的控制算法具有与DCS相当的可靠性和稳定性调试效率大大提高，调试过程安全性高运行人员的操作方式保持不变控制方案之间无扰切换，系统灵活、安全应用后的效果1.参数品质参数品质INFIT系统性能指标项目稳态指标变负荷动态指标变负荷率N/A2.0Pe%/min负荷响应延迟N/A10s负荷控制精度0.2%1.0%主汽压力偏差0.2MPa0.5MPa主汽温度偏差25再热汽温度偏差38汽轮机阀点(可调)74%-79%在经典PI

48、D控制的基础上，通过有机融合预测控制技术、神经网络的学习技术及自适应控制技术形成的现代火电机组协调控制先进解决方案，成功地应用于1000MW超临界机组精确阀位控制中。机组在300-790MW滑压运行时，仅CV2调门处于节流调节状态，CV1处于关闭，CV3处于全开状态，实现了两阀滑压单调门调节，主汽调门对工质的节流就会降到最低程度，汽轮机高缸效率提高，给水泵功耗降低,提高了机组的经济性，同时仍然保留了机组能够对负荷快速响应的优点。主汽调门在阀点自动寻优控制方式时，当机组在CCS方式下，负荷发生变化或一次调频动作由主汽调门来实现负荷的快速随动性，机组的CCS功能特性并未受到影响，在兼顾负荷调整的灵

49、敏性的同时，保持了汽轮机主汽调节阀最佳滑压阀位控制，提高机组热经济性。u5.3 阀点滑压实施效果阀点滑压实施效果经测试：即使在煤种变化的情况下，新协调控制均能成功地将AGC的负荷升降速率提高到2.0%/min，并能有效地减小在稳定工况及升、降负荷过程中各关键参数的波动,有效提高了机组的调峰、调频能力，进行AGC联调试验，机组在AGC方式下，在300MW1030MW负荷范围内稳定运行，现场测试AGC速率满足电网的要求，在300MW-790MW实现自动滑压的控制，保持汽轮机调节汽门的精确控制。图5是1号机组协调优化后曲线，协调优化后变负荷过程中机组运行非常平稳，主汽压力动态偏差0.2MPa，保持C

50、V1处于关闭，CV3处于全开状态，CV2调门在74%-79%滑压运行，汽轮机调节汽门的控制精确度明显提高，在负荷率75%条件下，统计供电煤耗降低0.80.9g/kwh。图51号机组协调优化后曲线应用后的效果2.节能指标节能指标降低供电煤耗1.2g/kw.h，具体为：提高了机组主汽温及再热汽温的设计值，有效提高了机组的循环发电效率，约可降低机组发电煤耗0.2g/kw.h；可减少再热汽温的喷水量约10t/h左右，减少锅炉的热耗损失，约可降低机组发电煤耗0.2g/kw.h；通过汽机阀位单点优化和滑压寻优，有效减少汽机的节流损失，约可降低机组发电煤耗0.8g/kw.h。在对机炉协调控制系统和汽轮机配汽