1、 方案背景與目標

青島發(fā)電有限公司#2機組為額定功率320MW帶中間儲倉制粉系統的火電機組。汽輪機為上海汽輪機廠(chǎng)引進(jìn)美國西屋公司技術(shù)制造，原型號為N300-16.7/538/538型亞臨界、中間再熱式、高中壓合缸、雙缸雙排汽、單軸、冷凝式汽輪機，#2機組于2013年進(jìn)行了雙轉子互換高背壓抽汽供熱汽輪機改造，改造后型號為C(B)300-16.7/0.79/0.054/538/538，汽輪機具有八級非調整回熱抽汽，配置35%BMCR容量高、低壓兩級串聯(lián)啟動(dòng)旁路系統。機組分散控制系統（DCS）采用艾默生公司的Ovation系統。

2、 方案詳細介紹

青島發(fā)電有限公司與艾默生公司依托Ovation控制系統平臺，聯(lián)合開(kāi)展了320MW帶中間儲倉制粉系統燃煤發(fā)電機組自動(dòng)優(yōu)化控制的技術(shù)開(kāi)發(fā)和工程實(shí)踐。

?   URO負荷響應優(yōu)化整體解決方案

URO運用Ovation控制系統的預測控制和過(guò)程模型改進(jìn)負荷響應速率。其基本原理是運用基于模型預測的多變量控制方式，采用前饋功能模型化、控制參數模糊化的作用，協(xié)調鍋爐和汽機動(dòng)態(tài)特性，以提高負荷響應速度。它具有更快的響應時(shí)間和更小的超調量，同時(shí)兼顧機組穩定性。URO是對原策略的一種有益補充, 其控制原理如圖1所示。

圖1  URO控制原理圖

?   采用了基于模糊邏輯的多模型動(dòng)態(tài)建模方法

URO提出了應用模糊邏輯進(jìn)行多模型動(dòng)態(tài)建模的控制策略。該策略的基本思想如下：在機組運行的典型工況點(diǎn)（如60%，80%負荷）使用線(xiàn)性模型來(lái)設計局部控制器，使得機組負荷在該工況點(diǎn)附近小范圍變化時(shí)仍能滿(mǎn)足控制品質(zhì)的要求。完成局部控制器設計后，采用控制邏輯算法將這些局部控制器集成為一個(gè)能夠適應機組大范圍變工況特性的全局的控制器。值得說(shuō)明的是，實(shí)際控制器的輸出等于這兩個(gè)工況點(diǎn)局部控制器的加權輸出，加權輸出算法是采用模糊隸屬度函數實(shí)現局部控制器的集成。這些權重的確定依賴(lài)于機組運行的當前工況點(diǎn)和采用的模糊隸屬度函數和相應的模糊規則, 如圖2所示。

圖2  模糊邏輯的建模原理圖

這些模糊集合可以實(shí)現幾個(gè)工況點(diǎn)線(xiàn)性局部控制器在這些工況點(diǎn)之間大范圍變化時(shí)能夠實(shí)現模型平滑地合成。該控制策略既考慮了在兩個(gè)典型工況點(diǎn)（如60%，80%負荷）的模型的精確性，又滿(mǎn)足了在這些工況點(diǎn)之間區域大范圍變化時(shí)模型的有效性。

對各個(gè)典型工況下進(jìn)行階躍試驗，通過(guò)輸入、輸出曲線(xiàn)在幾負荷區域內進(jìn)行動(dòng)態(tài)過(guò)程建模。通過(guò)分析試驗結果獲取在典型工況下的系統模型，建立固定局部模型集。然后，用模糊邏輯（FUZZIFIER Algorithm）實(shí)現模型之間的切換（如圖3所示），以應對負荷在大范圍變化過(guò)程的非線(xiàn)性特性。

圖3  通過(guò)模糊邏輯（FUZZIFIER Algorithm）實(shí)現多模型切換原理圖

?   采用基于外因輸入自回歸 (ARX) 的模型的主蒸汽壓力預測

華電青島發(fā)電有限公司#2機組URO方案采用以DEB為基礎，基于A(yíng)RX模型的主蒸汽壓力預測，以修正主蒸汽壓力設定值；使用的模型都是由ARX算法實(shí)現的。分別通過(guò)燃料量階躍試驗、負荷階躍試驗建立主蒸汽壓力響應特性，利用ARX算法構建主蒸汽壓力的預測模型。

圖4  R模式下，升負荷過(guò)程中運行曲線(xiàn)

圖5  R模式下，降負荷過(guò)程中運行曲線(xiàn)

3、 代表性及推廣價(jià)值

高背壓熱電聯(lián)產(chǎn)機組可回收汽輪機排汽余熱，擴大機組的供熱能力，實(shí)現能量的梯級利用，是一次能源高效的能量轉換和利用方式，在我國北方地區清潔取暖方面發(fā)揮了十分重要的作用。針對高背壓供熱機組背壓式運行，電熱負荷相互關(guān)聯(lián)，調峰能力受限的特點(diǎn)，提出了創(chuàng )造性的優(yōu)化控制解決方案，完成了華電青島發(fā)電有限公司#2帶中間儲倉制粉系統燃煤機組AGC控制優(yōu)化調試改造。

華電青島發(fā)電有限公司#2機組使用URO & STO優(yōu)化后，系統均表現出良好的控制效果，不但大幅提高了機組的響應速率和負荷控制精度，而且整個(gè)系統運行更穩定，各個(gè)子系統運行更平穩，參數更優(yōu)良。不但提高了控制品質(zhì)，還為電廠(chǎng)業(yè)主帶來(lái)了可觀(guān)的經(jīng)濟效益。

項目成果

?   經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間、持續的優(yōu)化調試和變負荷過(guò)程的檢驗，STO汽溫控制可以滿(mǎn)足在全負荷段、全程投入自動(dòng)化運行。

?   鍋爐出口NOX控制可以滿(mǎn)足在全負荷段、全程投入自動(dòng)化運行。

?   機組在快速連續變負荷時(shí)的機組性能夠滿(mǎn)足9.9MW/min的變負荷速率，汽溫、汽壓等各項參數均保持穩定。

“320MW帶中間儲倉制粉系統燃煤發(fā)電機組優(yōu)化系統”針對高背壓熱電聯(lián)產(chǎn)機組自動(dòng)控制的技術(shù)難點(diǎn)，采取的基于URO高級算法的多模型動(dòng)態(tài)建模、以及基于外因輸入自回歸 (ARX) 的模型的主蒸汽壓力預測的創(chuàng )新技術(shù)，顯著(zhù)提高了熱電聯(lián)產(chǎn)機組AGC響應能力，響應速率和響應精度均滿(mǎn)足網(wǎng)調考核要求。整體技術(shù)達到國內領(lǐng)先水平，為推動(dòng)我國熱電聯(lián)產(chǎn)機組靈活性改造做出了重要貢獻和示范性作用。