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 1、 方案背景與目標(biāo)

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(tǒng)的火電機組。汽輪機為上海汽輪機廠引進美國西屋公司技術(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年進行了雙轉(zhuǎn)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(diào)整回?zé)岢槠渲?5%BMCR容量高、低壓兩級串聯(lián)啟動旁路系統(tǒng)。機組分散控制系統(tǒng)（DCS）采用艾默生公司的Ovation系統(tǒng)。

2、 方案詳細(xì)介紹

青島發(fā)電有限公司與艾默生公司依托Ovation控制系統(tǒng)平臺，聯(lián)合開展了320MW帶中間儲倉制粉系統(tǒng)燃煤發(fā)電機組自動優(yōu)化控制的技術(shù)開發(fā)和工程實踐。

?   URO負(fù)荷響應(yīng)優(yōu)化整體解決方案

URO運用Ovation控制系統(tǒng)的預(yù)測控制和過程模型改進負(fù)荷響應(yīng)速率。其基本原理是運用基于模型預(yù)測的多變量控制方式，采用前饋功能模型化、控制參數(shù)模糊化的作用，協(xié)調(diào)鍋爐和汽機動態(tài)特性，以提高負(fù)荷響應(yīng)速度。它具有更快的響應(yīng)時間和更小的超調(diào)量，同時兼顧機組穩(wěn)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態(tài)建模方法

URO提出了應(yīng)用模糊邏輯進行多模型動態(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（如60%，80%負(fù)荷）使用線性模型來設(shè)計局部控制器，使得機組負(fù)荷在該工況點附近小范圍變化時仍能滿足控制品質(zhì)的要求。完成局部控制器設(shè)計后，采用控制邏輯算法將這些局部控制器集成為一個能夠適應(yīng)機組大范圍變工況特性的全局的控制器。值得說明的是，實際控制器的輸出等于這兩個工況點局部控制器的加權(quán)輸出，加權(quán)輸出算法是采用模糊隸屬度函數(shù)實現(xiàn)局部控制器的集成。這些權(quán)重的確定依賴于機組運行的當(dāng)前工況點和采用的模糊隸屬度函數(shù)和相應(yīng)的模糊規(guī)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現(xiàn)幾個工況點線性局部控制器在這些工況點之間大范圍變化時能夠?qū)崿F(xiàn)模型平滑地合成。該控制策略既考慮了在兩個典型工況點（如60%，80%負(fù)荷）的模型的精確性，又滿足了在這些工況點之間區(qū)域大范圍變化時模型的有效性。

對各個典型工況下進行階躍試驗，通過輸入、輸出曲線在幾負(fù)荷區(qū)域內(nèi)進行動態(tài)過程建模。通過分析試驗結(jié)果獲取在典型工況下的系統(tǒng)模型，建立固定局部模型集。然后，用模糊邏輯（FUZZIFIER Algorithm）實現(xiàn)模型之間的切換（如圖3所示），以應(yīng)對負(fù)荷在大范圍變化過程的非線性特性。

圖3  通過模糊邏輯（FUZZIFIER Algorithm）實現(xiàn)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(yù)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(chǔ)，基于ARX模型的主蒸汽壓力預(yù)測，以修正主蒸汽壓力設(shè)定值；使用的模型都是由ARX算法實現(xiàn)的。分別通過燃料量階躍試驗、負(fù)荷階躍試驗建立主蒸汽壓力響應(yīng)特性，利用ARX算法構(gòu)建主蒸汽壓力的預(yù)測模型。

圖4  R模式下，升負(fù)荷過程中運行曲線

圖5  R模式下，降負(fù)荷過程中運行曲線

3、 代表性及推廣價值

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，實現(xiàn)能量的梯級利用，是一次能源高效的能量轉(zhuǎn)換和利用方式，在我國北方地區(qū)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(fù)荷相互關(guān)聯(lián)，調(diào)峰能力受限的特點，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(tǒng)燃煤機組AGC控制優(yōu)化調(diào)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(tǒng)均表現(xiàn)出良好的控制效果，不但大幅提高了機組的響應(yīng)速率和負(fù)荷控制精度，而且整個系統(tǒng)運行更穩(wěn)定，各個子系統(tǒng)運行更平穩(wěn)，參數(shù)更優(yōu)良。不但提高了控制品質(zhì)，還為電廠業(yè)主帶來了可觀的經(jīng)濟效益。

項目成果

?   經(jīng)過長時間、持續(xù)的優(yōu)化調(diào)試和變負(fù)荷過程的檢驗，STO汽溫控制可以滿足在全負(fù)荷段、全程投入自動化運行。

?   鍋爐出口NOX控制可以滿足在全負(fù)荷段、全程投入自動化運行。

?   機組在快速連續(xù)變負(fù)荷時的機組性能夠滿足9.9MW/min的變負(fù)荷速率，汽溫、汽壓等各項參數(shù)均保持穩(wěn)定。

“320MW帶中間儲倉制粉系統(tǒng)燃煤發(fā)電機組優(yōu)化系統(tǒng)”針對高背壓熱電聯(lián)產(chǎn)機組自動控制的技術(shù)難點，采取的基于URO高級算法的多模型動態(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(yù)測的創(chuàng)新技術(shù)，顯著提高了熱電聯(lián)產(chǎn)機組AGC響應(yīng)能力，響應(yīng)速率和響應(yīng)精度均滿足網(wǎng)調(diào)考核要求。整體技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，為推動我國熱電聯(lián)產(chǎn)機組靈活性改造做出了重要貢獻和示范性作用。