邸真珍

（淮北申能发电有限公司，安徽 淮北 235000）

随着目前我国环境保护工作的逐步加强，火电站的建设也朝着高效率、低能耗的方向发展，单机容量不断加大，效率逐步提高。随之而来的机组技术也不断出现，并在工程实践中投入使用。在700℃材料仍未大量投入电厂使用前，深挖600℃材料机组潜能，进一步节能减排成为目前火电机组推进的首选之路。因此，二次再热机组以及双轴机组也在国内开始建造。

安徽平山电厂二期工程建设了单台1 350 MW塔式炉机组，锅炉采用二次再热技术的同时，汽轮机采用了双轴双机技术，进一步降低了煤耗，提高了机组热效率。但在降低煤耗、节能的同时，却对自动控制提出了挑战。如图1所示的热力系统可以看出，单台机组实际出力由2台独立发电机发出，对于机组协调控制中的负荷分配问题就成了需要解决的问题。

图1 二次再热双轴机组原则性热力系统框图

目前，几乎所有电厂都已经采用了自动发电控制（Automatic Generation Control，AGC）自动控制方式，由电网侧统一下发负荷指令，之后经过电厂侧一系列逻辑控制，最终转化为给水、燃料以及风煤等指令，通过协调控制系统，完成机组负荷，并按要求发出。

2.1 常规塔式炉机组负荷处理回路

参照常规1 000 MW机组协调控制系统，对常规塔式锅炉机组的负荷处理回路进行简单介绍。

协调控制常规根据功能分为以下3种方式：协调控制方式（Coordinate Control System，CCS）、锅炉跟随方式（Boiler Follow，BF）和汽轮机跟随方式（Turbine Follow，TF）[1]。

燃料主控自动、锅炉主控手动控制燃料量、汽机主控手动控制调门开度为基本控制方式。锅炉主控自动控制主汽压力、汽机主控手动控制负荷为锅炉跟随方式。汽机主控自动控制主汽压力、锅炉主控手动控制负荷为汽机跟随方式。而运用较多的则是锅炉控制主汽压力、汽机控制负荷、负荷指令由协调控制产生并发送至数字电液控制系统（Digital Electro-Hydraulic control system，DEH）中进行控制，这种方式成为CCS方式。

负荷指令设定回路接受电网自动发电控制（AGC）指令[2]，经速率限制，负荷上、下限限制和负荷指令增、减闭锁等运算后分别送往机、炉主控等回路。频率校正回路把频差信号转换为负荷偏差信号，分别叠加到锅炉主控和汽轮机主控的指令上。锅炉主控给出根据负荷指令得出的锅炉负荷指令，并送至给水控制以及燃料控制回路。燃料主控主要针对锅炉指令进行燃料量的加减与计算，热值校正回路也在燃料主控内。给水主控根据负荷进行给水指令的生成，并转化为给水泵汽轮机（下称小汽机）转速信号送至小汽机电液控制系统（Minor Digital Electro-Hydraulic control system，MEH）进行调节。热值校正回路在煤种发生变化时对给煤机转速指令进行修正，以保证机组功率不变。其中本文所逻辑框图探讨重点负荷指令产生的逻辑框图如下页图2所示。

图2 常规机组负荷指令产生逻辑框图

2.2 二次再热双轴机组指令产生回路难点分析

根据上述回路可以看出，常规百万塔式炉机组负荷回路相对比较简单，可以认为从AGC指令输入至机组指令输出，回路基本为单回路，只是在回路中适当考虑了手自动切换、速率限幅、大小限幅等设置。

双轴机组根据热力系统，其2台机组出力互相影响，由上页图1可以看出，为保证经济性，2号轴系无法通过DEH控制单独进行负荷调节，其汽机调门在机组正常运行后将保持全开状态，此时，1号轴系出力增加，势必会造成2号轴系出力增加。但在控制回路中，为满足机组启动、甩负荷等一系列控制要求（非本文阐述内容，此文中不再展开赘述），2个轴系又必须具有单独控制回路，以确保具备独立运行功能。

机组正常运行需满足机组只接受一个负荷指令，但需合理分配至2台汽轮机的要求。同时，还需满足机组如启动、甩负荷等非正常运行工况时2台汽机可以独立接受负荷指令的要求。这就要求对原有负荷处理回路进行优化修改，增加负荷分配中心，保证负荷指令的分配满足上述两个要求，同时力求经济性最好，运行最安全可靠。

为满足上文所述两个要求，需要对原控制回路进行细化，实现以下功能：根据双轴机只能接受1个负荷指令，自动调节2台汽轮机负荷分配机制，分配至2台汽轮机，同时2台汽轮机所发有功与下发指令相同。主要改动如下：

1）需增加负荷分配中心，负责负荷自动调节。

2）需考虑负荷分配中心配置于负荷处理回路中的位置。

3）一次调频回路至负荷改变量和快速甩负荷（Run Back，RB）回路的限值如何实施。

以上问题中，负荷分配中心为解决整个问题的核心所在。

3.1 控制策略设计

负荷指令分配于两个汽轮机，且要求汽轮机总负荷不变，只能依靠汽轮机自身热力系统的自平衡达成。在恒定负荷指令情况下，1号轴系负荷增加，2号轴系负荷必然减少，反之亦然。因此，我们可以将总负荷指令简化成一个轴系的指令，另外一个轴系指令作为总负荷指令和原轴系指令的函数，这样，可以实现控制指令的解耦。正常运行情况下，为了保证机组经济性，其中压缸的4只进汽调门基本处于全开状态，2号轴系的出力是随动的，基本不做调节，因此，2号轴系的控制指令可以用他所发的实发负荷代替。1号轴系通过超高压缸进汽调门调节，直接影响后续高压缸以及2号轴系的出力，最终形成整个机组的出力。

通过以上的分析，得出负荷分配中心的最终控制策略，如图3所示。

图3 二次再热双轴机组负荷指令产生逻辑框图

3.2 负荷分配中心与原有逻辑的结合

根据双轴机组在电网中的命名规则，虽然为2台发电机，但是在负荷调度时，电网仍按1台机组考虑，即AGC指令只有1个，最终有功出力也只有1个。基于此原则，负荷分配中心只能在AGC指令处理完成后进行负荷分配。

此外，作为一台机组，考虑运行人员习惯于传统的协调控制方式，包括机组高低限的设置和机组负荷变化速率的限值都是针对整台机组设置，而不可能分别对2个轴系的汽轮机进行设置，因此，负荷分配中心应该经限幅和限速率后配置负荷。

根据上文所确定的控制原则，本机作为一台机组考虑，2号轴系随动，1号轴系调节，因此，一次调频相关负荷补偿也应作为一台机进行，负荷分配中心也应置于一次调频负荷补偿量之后。

最终的协调控制逻辑发至DEH内的负荷指令产生回路，如图4所示。

图4 二次再热双轴机组最终逻辑框图

3.3 对一次调频和RB逻辑的影响

作为一台机组，一次调频在汽机本体侧常规通过高压调门来动作，根据频差以及不等率计算对应负荷量，叠加于汽轮机控制回路的负荷设定值中，控制调门尽快响应以满足一次调频要求。针对双轴机组，在一次调频问题上，因2号轴系调门全开，可以简化将两台双轴机组看作一台机组，因此，一次调频的动作完全依靠1号轴系动作完成。热力系统中1号轴系蒸汽量的减少也将直接影响2号轴系的出力，因此，看似只调节了超高压缸调门，实质上同时减少了2台汽轮机的出力，与常规百万机组的高调门动作调频而中调门保持不变的道理类似。

RB限值是从RB回路根据送风机、引风机、一次风机、磨煤机和空预器等辅机运行情况计算生成，双轴机组锅炉采用的仍旧是一台锅炉，辅机常规配置，因此，RB回路的限额也应按照常规指令生成回路配置，应配置于负荷指令仍未分配之前。RB发生后生成的指令，也需经负荷分配中心分别送往1号和2号轴系，以确保机组负荷分配合理。

将上述控制策略在工程中进行实际运用，完成了双轴机的自动控制逻辑。控制效果如图5所示。

图5 双轴机组实际负荷调节曲线

由图5可以看出，当机组负荷稳定时，2个轴系发电机出力也基本稳定，当机组负荷指令增加时，因2号轴系此时实发功率在增加一刻仍未变化，增加后的总负荷指令减去未变化的2号轴系实发功率，所得出的1号轴系的负荷设定值会增大，1号轴系超高压调门开启增加负荷。同时，因热力系统的耦合性，2号轴系进汽量也随之增大，负荷也随之增加。因机组负荷指令增加后维持不变，因此，随2号轴系负荷的增加，引起1号轴系负荷设定值的增加量逐渐减小，1号轴系超高压调门开启逐渐稳定，最终达到新的平衡点。减负荷反之亦然。在机组负荷变动初期，1号轴系优先响应，之后2号轴系随之动作，最终取得负荷稳定，完成负荷调节。

该控制策略也有缺点，在协调方式下，加减负荷初期阶段会出现1号和2号轴系间负荷分配平衡过程。以加负荷为例，如AGC指令增加，此时2号轴系负荷仍未发出，1号轴系会迅速反应开出。待2号轴系负荷发出后，此时1号轴系负荷因前期机组指令瞬间增加减去滞后增加的2号轴系负荷，会引起超调。因此，其调门会关小回调，最终造成在负荷变动初期负荷稳定时间加长，这对机组AGC会产生负面影响。

双轴汽轮机分配负荷在水电等清洁能源发电行业内运用较多，但在大型火电站运用则少之又少。电网调度发送AGC指令为1个，通过结合热力系统流程工艺考虑，对2台汽轮机负荷指令进行解耦，重新设计控制策略，并综合考虑一次调频等因素，与常规负荷指令生成回路结合，最终形成大型二次再热双轴汽轮机火电机组的负荷指令控制策略。该策略可以解决双轴汽轮机组的负荷分配问题，对后续双轴汽轮机的自动协调控制具有一定的借鉴意义。

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