電力市場(chǎng)飽和的情況，導致許多機組都不能滿(mǎn)負荷運行發(fā)電。電力市場(chǎng)的自由化使得競價(jià)上網(wǎng)已經(jīng)成為電力發(fā)展的必然趨勢，唯有采取有效的競價(jià)手段才能保證自己的電力輸出被電力市場(chǎng)接受。

    電力市場(chǎng)發(fā)展的另一個(gè)趨勢是電網(wǎng)中大容量機組（300MW及以上）越來(lái)越多，電力市場(chǎng)的峰谷差日益加大，單純依靠中小型機組實(shí)現調峰已經(jīng)不能有效地滿(mǎn)足要求，大型機組參與電網(wǎng)調峰已迫在眉睫。而目前國內的大型機組一般按照基本負荷設計，其調峰能力并不理想，因此為了有效解決這個(gè)矛盾，必須采用一些先進(jìn)成熟的優(yōu)化控制解決方案。

    目前，國內類(lèi)似的優(yōu)化控制解決方案的確不少，但效果都不太理想。而德國西門(mén)子公司的先進(jìn)控制方案PROFI成功地解決了以上問(wèn)題，它對于提高機組控制性能，保證良好的經(jīng)濟效益和市場(chǎng)生存能力，提高電廠(chǎng)燃用廉價(jià)燃料的能力，減少生產(chǎn)成本等都具有重要的理論和實(shí)踐意義。

2、系統介紹

    PROFI系統是西門(mén)子公司各方面專(zhuān)家對很多運行中的火力發(fā)電廠(chǎng)存在的問(wèn)題進(jìn)行深入分析后，將先進(jìn)的理論和實(shí)踐經(jīng)驗相結合后所研究出的具有革命性變革的一種全新的控制思路，該方案先進(jìn)、可靠，已成功的應用于各種類(lèi)型的火力發(fā)電廠(chǎng)中。

    系統與DCS控制系統可直接相連，可將模件直接插到DCS機柜中。在正常運行過(guò)程中，SICOPM處理器模件和已經(jīng)安裝在其中的PROFI模塊不需要操作員任何干預，系統加電以后，它能夠自動(dòng)引導并開(kāi)始運行其中的內部程序。

    當與SICOPM處理器中的用戶(hù)程序進(jìn)行連接后，可以在過(guò)程控制系統中形成新的運行方式，通過(guò)這種方式，可以在控制系統中進(jìn)行手動(dòng)設定，如在機組啟動(dòng)期間設置目標值，從而對高級過(guò)程控制系統進(jìn)行優(yōu)化。

    2.1 PROFI系統的優(yōu)越性

    隨著(zhù)改革的深入，電廠(chǎng)和電網(wǎng)分開(kāi)，競價(jià)上網(wǎng)已成必然，電廠(chǎng)能否發(fā)出穩定而質(zhì)高價(jià)低的電，是其在競爭激烈的電力市場(chǎng)中生存下去的前提，PROFI就是為了適應這一需求而研制開(kāi)發(fā)的。PROFI通過(guò)保持機組長(cháng)期穩定的運行，提高機組的效率，使機組能夠迅速有效的滿(mǎn)足電網(wǎng)調度要求的指令，提高對調度員的吸引力。保持在市場(chǎng)競爭中的優(yōu)勢。

    PROFI解決了現代電力系統中電網(wǎng)調度和火力發(fā)電廠(chǎng)中機組反應遲緩的尖銳矛盾，使得機組既能快速響應電網(wǎng)調度的指令，又能保證機組平滑穩定的運行，提高機組在電網(wǎng)中的競爭力。同時(shí)PROFI解決了機組起停速度過(guò)慢，機械壽命受損的缺陷，大大提高機組的起停速度，減少燃料的損耗，提高經(jīng)濟效益。通過(guò)PROFI還能夠解決頻繁發(fā)生的超溫和振蕩現象，提供準確而迅速的控制。

    PROFI是基于模塊化的設計，主要由四大功能塊組成:新機組協(xié)調模塊，凝結水節流模塊，帶預測的負荷裕度模塊和自學(xué)習的溫度控制模塊。各個(gè)功能模塊之間既相互獨立，又可靈活搭配，可以根據電廠(chǎng)實(shí)際情況使用其中一個(gè)或幾個(gè)模塊。各個(gè)模塊都具有較好的可操作性和可控性，可以大大減少運行人員干預和設備變化次數。

    PROFI不僅有較高的經(jīng)濟性而且還有極高的安全性。所有上述模塊都可以隨時(shí)無(wú)擾的投入和切除，即使發(fā)生硬件故障時(shí)也只是無(wú)擾切換到機組原有的運行方式，不會(huì )產(chǎn)生任何危及機組安全的不良影響。另外，PROFI具有很好的適應性。無(wú)論是燃煤，燃氣，燃油火力發(fā)電廠(chǎng)，不論采用何種DCS系統，無(wú)需對原系統做太大的改變，沒(méi)有任何風(fēng)險，PROFI就能方便的加入到原有系統中去。加上各個(gè)模塊之間搭配的靈活性，使得電廠(chǎng)不用投入太多就能取得較高的回報。

    2.2 主要功能模塊

    PROFI各個(gè)模塊是針對不同問(wèn)題而開(kāi)發(fā)設計的，電廠(chǎng)可以根據各自的實(shí)際情況選用不同模塊。

   （1） 新機組協(xié)調模塊

    新機組協(xié)調模塊是一種全新的機組協(xié)調動(dòng)作思路，通過(guò)充分利用機組的蓄能，達到機組迅速響應負荷需求變化，解決了現在電廠(chǎng)對電網(wǎng)負荷要求變化響應過(guò)慢的缺點(diǎn)，還能減少鍋爐燃燒部分的過(guò)調，保持穩定燃燒，提高機組的燃盡率，同時(shí)還能降低設備的磨損，降低維護費用。

   （2） 凝結水節流模塊

    該模塊是對熱力系統特性充分了解的體現，是一種獨創(chuàng )的控制方式。通過(guò)改變凝結水流量，使得機組在燃燒工況不變的情況下，能夠瞬時(shí)提高機組出力達4～6% MCR，快速響應現代電網(wǎng)調峰調頻的要求，加強了電廠(chǎng)機組在電網(wǎng)中的競爭能力，并且不會(huì )產(chǎn)生熱應力變化，不會(huì )對機組壽命造成損傷。

   （3） 帶預測的負荷裕度模塊

    負荷裕度模塊主要用于解決機組起停速度過(guò)慢的問(wèn)題。利用先進(jìn)的預測算法實(shí)時(shí)計算機組所受的熱應力，以此控制機組的起停速度，使得機組能夠快速起停而又不超過(guò)機械部分所能承受的熱應力。節省了起停燃料的消耗，取消了傳統的昂貴的溫差測量設備，節約了電廠(chǎng)的成本。

   （4） 自學(xué)習溫度控制模塊

    溫度控制模塊利用了狀態(tài)控制器和自學(xué)習回路等高級控制算法，成功解決了溫度這種大滯后對象的控制，即使變負荷時(shí)也能將溫度迅速穩定地控制在設定點(diǎn)。大大消除了電廠(chǎng)普遍存在的超溫現象，給用戶(hù)帶來(lái)長(cháng)久的利益。

    2.3 PROFI提高電廠(chǎng)效益的途徑

    PROFI控制就是用來(lái)提高機組穩定性和負荷動(dòng)態(tài)響應能力的，從而提高電廠(chǎng)效益。

   （1） 機組穩定性

    在機組穩定性方面。提高電廠(chǎng)效益主要是通過(guò)減少生成擾動(dòng)（避免電力銷(xiāo)售損失）、提高機組效率（減少每MW小時(shí)的燃料）、延長(cháng)電廠(chǎng)昂貴設備的壽命和減少維護費用來(lái)實(shí)現的。

   （2） 負荷動(dòng)態(tài)響應性能

    穩定的機組可以更早、更長(cháng)時(shí)間地維持目標負荷。從負荷調度的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，這種電廠(chǎng)比其他電廠(chǎng)能夠提供更快更可靠的產(chǎn)品。如果該電廠(chǎng)在為電網(wǎng)提供調頻服務(wù)的情況下還有足夠的穩定性，這種電廠(chǎng)更有吸引力。電網(wǎng)是需要調節負荷的。這種調節型的機組將具有很長(cháng)的、比計劃中更多的年發(fā)電小時(shí)。從統計上來(lái)說(shuō)，它的每MW小時(shí)的生產(chǎn)成本更低。高的負荷動(dòng)態(tài)響應能力是產(chǎn)生效益的首要點(diǎn)。

    2.4 機組優(yōu)化控制方案的目標

   （1） 機組優(yōu)化控制主要考慮的因素

    負荷分配和電網(wǎng)需求需要通過(guò)機組控制系統來(lái)滿(mǎn)足，尤其在當前的市場(chǎng)。當前主要考慮的因素有：

    ●最低價(jià)格購買(mǎi)電力；  
    ●操作性，包括負荷變化率，負荷階躍能力和負荷變化范圍； 
    ●一個(gè)電廠(chǎng)或者整個(gè)發(fā)電行業(yè)的精確發(fā)電量控制； 
    ●一次調頻控制。

   （2） 機組優(yōu)化控制系統必須實(shí)現的目標

    ●快的負荷變化率； 
    ●大的負荷階躍能力； 
    ●寬的可調負荷范圍。

   （3） 機組優(yōu)化控制系統的隱含目標

    除了必須達到上述目標外，機組優(yōu)化控制方案還應達到的隱含目標為：

    ●燃料、主蒸汽壓力和主蒸汽溫度振動(dòng)以及過(guò)程參數超限必須得到克服。 
    ●在有些電廠(chǎng)的負荷變化期間，整個(gè)電廠(chǎng)的控制系統不穩定現象也必須得到克服。 
    ●在燃燒較差的電廠(chǎng)，燃料過(guò)度燃燒現象應該得到最大程度的限制，從而電廠(chǎng)機械設備的壽命消耗可以減少。

3、PROFI系統在電廠(chǎng)中的應用

    以某電廠(chǎng)為例，在使用PROFI后，電廠(chǎng)的過(guò)程控制特性得到了顯著(zhù)的提高，機組運行更加平滑，負荷響應更迅速，同時(shí)，大大減少了機組運行中運行人員的干預和設備的動(dòng)作頻率。在當前的情況下，機組能夠較好地運行在定/滑壓模式下，以4％MCR的負荷升降速率進(jìn)行自動(dòng)升降負荷，同時(shí)該過(guò)程中各種參數都比較穩定，下面僅以?xún)?yōu)化前后主汽溫和再熱汽溫在穩定負荷時(shí)的對比曲線(xiàn)為例說(shuō)明PROFI系統對高級控制系統的優(yōu)化作用。

4、結束語(yǔ)

    通過(guò)使用先進(jìn)控制策略后，電廠(chǎng)能快速響應電網(wǎng)調度的調峰和調頻的要求，發(fā)出質(zhì)高價(jià)低的電力，在充滿(mǎn)競爭的電力市場(chǎng)中占據優(yōu)勢。通過(guò)降低機組的過(guò)調，可以大大減少設備的磨損，降低運行和維護成本。通過(guò)對機組的各工況平穩控制，減少運行人員干預和設備狀態(tài)變化次數，延長(cháng)機組使用壽命，提高電廠(chǎng)的使用效率。根據使用的不同情況，可以提高機組效率。