(5)变参数控制技术

300MW循环流化床机组是一种特性复杂多变的被控对象，随着机组负荷的变化，机组的动态特性参数亦随之大幅度变化，具有很强的非线性，因此锅炉主控采用变参数PID控制策略，以保证在各个负荷点上控制系统具有良好的效果。

锅炉主控指令的时域表指令模型可表达如式1所示。

(1)

式中： 为机组负荷指令; 为负荷指令与实际负荷的偏差; 为负荷指令前馈的微分时间常数; 为负荷与燃料量比值的分段线性函数; 为压力设定值前馈指令的微分时间常数; 为机组滑压函数; 为负荷偏差的“加速”煤量函数。

2.2一、二次风量调节系统

图3为一次风量、二次风量指令的结构示意图，锅炉主控指令或总燃料量分别通过煤量-总风量函数1、函数2后形成各自的总风量指令，与30%最小风量三者取大形成最终的总风量指令，函数3、函数4决定了一、二次风量配比关系。由于一次风量比燃煤量对床温的影响要快，增加三阶惯性动态校正环节作用是使时序上实现煤量与一次风量的合理调度，确保风煤动态匹配，有利于锅炉床温的长期稳定。

为了克服循环流化床锅炉的燃烧惯性，加快机组负荷响应速度，在一次风量指令回路中增加了锅炉主控对一次风量的动态前馈，例如当机组负荷指令增加时，一次风量超前变化，原来位于床层中被灰包围的碳颗粒被一次风吹出，这些碳颗粒在过渡区和稀相区迅速燃烧释放出热量，传热系数迅速增加，尾部烟道对流受热面吸热量增加，再加上一次风的增加使得密相区内的氧气浓度瞬间升高，燃烧速率快速增加，这些都会使锅炉蓄热快速释放，避免升负荷初期的主汽压力下降过多。在变负荷中后期随着进入炉内燃料量能量的释放，维持着机炉间最终的能量平衡，确保了整个变负荷过程中主汽压力和机组负荷的跟随品质。

图3 一、二次风量指令构成示意图

2.3机炉间动态解耦环节设计

300MW循环流化床机组的负荷和压力响应之间存在紧密的耦合性，燃料量的变化对压力和负荷的作用是一个多阶惯性环节，调门变化对负荷的特性是一个暂态过程，对压力的特性是一个惯性过程，而负荷和压力的变化是燃料量和调门共同作用的结果，以上的机炉特性表现为机组变负荷初期，通过汽机调门的快速动作能够暂态响应机组负荷，但由于给煤系统的纯延时和锅炉燃烧惯性，主汽压力快速反向变化，形成较大的压力偏差，增加系统扰动甚至引起调节系统振荡。

为了适应循环流化床机组炉慢机快的工作特性，实现机炉间的主汽压力与机组负荷的动态解耦，协调控制系统做如下两方面处理：一是机组负荷指令经过三个一阶惯性环节后才进入汽机主控调节器，等进入炉内的燃料开始反应汽机调门才开始动作，避免变负荷初始阶段，汽机调门的快速响应造成的压力偏差。二是当机组投入滑压运行方式时，滑压控制段则根据三阶惯性环节的主汽压力响应特性和不同工况预设的变压过程时间，拟合压力设定值的滑升曲线，同时将压力提升的动态热量需求叠加在锅炉前馈指令上，实现压力提升动态分量和过程偏差消除回路的解耦控制，并在时序上实现负荷与汽压响应的合理调度，通过将机、炉主控的偏差调节从动态响应中解耦出来，可保持PID调节特性在动态和静态工况下的恒定。

3 实际应用效果

将以上控制策略应用于广东宝丽华荷树园电厂3号机组，在机组大修停机时完成控制系统组态设计和静态仿真试验，实际的机炉协调控制热态调试仅用了5天时间(2010年6月24至6月29日)便取得了良好的控制效果，图4、图5分别是AGC变负荷过程中机组主要参数变化曲线，设定变负荷速率为4MW/MIN，机组负荷实际变化速率达到3.44MW/MIN，负荷响应时间小于35S，负荷动态偏差控制在3MW以内，主汽压力动态偏差控制在0.6MPa以内，稳态负荷偏差控制在1.5MW以内，稳态压力偏差控制在0.35MPa以内。

图4 AGC连续升负荷工况下，机组主重要参数变化趋势

图5 AGC连续降负荷工况下，机组主重要参数变化趋势

4结语

基于间接能量平衡和一次风量超前调节的协调控制策略是一种主动调节方式，为汽轮机提供超前的热量支持，再加上机炉间动态解耦技术进一步确保了机炉协调动作，将该协调控制策略成功应用于广东宝丽华荷树园电厂3号机组，目前机组正常投入AGC运行方式，机组负荷调节速率、响应时间和精度均满足《中国南方电网自动发电控制(AGC)运行管理规定》要求。

参考文献：

[1] 郝勇生，沈烔，侯子良，等.300MW循环流化床锅炉负荷、床温和床压的动态特性分析.动力工程学报[J].2009,38(7):83-97.

[2]赵伟杰，王勤辉，张文震，等.循环流化床锅炉控制系统的设计及应用.[M].北京：中国电力出版社.2008.