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1、 报告人：吕剑虹报告人：吕剑虹 邮箱邮箱: : JhLvSeu JhLvSeu 13951966239 13951966239 东南东南大学大学 能源与环境学院能源与环境学院 超超( (超超) )临界机组优化控制关键技术临界机组优化控制关键技术 目录目录 存在问题的原因分析及优化控制策略2 超(超)临界机组优化控制应用效果3 国内外几家典型优化控制系统的对比4 火电机组优化控制未来的研发重点5 超(超)临界机组控制现状及优化目标1 超临界超临界机组的控制现状机组的控制现状及优化目标及优化目标 机组负荷升降速率低、负荷调节精度差 常规的AGC控制方案，由于对大滞后被控对象无法找到有效的控制方法，
2、机组负荷的 升、降速率仅在1%/min左右，负荷调节精度差，机组的调峰、调频能力差，无法满足 电网对机组负荷的响应要求。 常见的问题 1 获得更高的AGC响应速率和调节精度 根据机组实际能力，可达到2.0%/min或更高的AGC运行速率和更好的负荷 控制精度0.3%，使您在将来的电力市场竞争中处于领先地位。 “优化系统”目标 1 超临界超临界机组的控制现状机组的控制现状及优化目标及优化目标 消除扰动能力差，出现汽压、汽温等参数大幅波动及振荡情况 这是目前机组运行中最普遍出现的情况，机组在大幅度变负荷、启停制粉系统、吹灰 等扰动工况下，控制系统常会出现控制不稳定或温度、压力大幅偏离设定值的情况，
3、 严重影响运行安全性。 常见的问题2 机组运行中主汽压力、主汽温度的波动幅度可被减小至： 稳态工况 0.1-0.2MPa/2.0 变负荷工况 0.4-0.5MPa/6.0 参数也不再振荡，半个波形收敛到定值。 “优化系统”目标 2 贵溪贵溪600MW600MW超临界超临界机组机组优化前的曲线优化前的曲线 1、变负荷率只能设定为3MW/min，负荷偏差达5MW；2、最大主汽压力偏差 1.5MPa；3、变负荷时过热度偏差可达30以上。 新昌新昌660MW660MW超超临界超超临界机组机组优化前的曲线优化前的曲线 变负荷率低 （35MW/min，1.0MPa 主汽温及分离器温度波动频繁，偏差大 1、
4、变负荷率只能设定为35MW/min；2、各主要控制参数始终处于振荡波动状态： 主汽压力偏差1.0MPa，且反复波动；3、主汽温及分离器温度的偏差达到1520 谏壁谏壁1000MW1000MW超超临界超超临界机组机组优化前的曲线优化前的曲线 1、存在5MW10MW的偏差，AGC考核精度、速率均很差；主汽压力偏差 1.5MPa、主汽温下跌15、再热汽温有20以上波动。 7 主汽压力偏差 1.5MPa 汽温波动 15-20 超临界超临界机组机组控制现状及优化控制目标控制现状及优化控制目标 煤种变化对控制系统影响大 在燃煤品质变化时(特别是掺烧后），煤种热值和制粉滞后有很大的变化， 控制系统缺乏自适应
5、手段，控制性能也随之变差。运行人员为保证机组安 全，只能采用很低的变负荷率运行，且压力波动大。 常见问题 3 基本消除煤种变化对机组控制品质的影响 采用神经网络等软测量技术实时计算煤种热值、制粉系统滞后等参数，并 据之调整控制系统参数，使机组在燃用不同煤种时始终具有良好的品质。 “优化系统”目标 3 超临界超临界机组机组控制现状及优化控制目标控制现状及优化控制目标 正常AGC调节中，燃料、给水等控制量波动大 机组正常AGC运行中，由于AGC指令的频繁反复变化（平均12分钟变化一次），使 得机组的燃料、给水、送风等各控制量也大幅来回波动，会造成锅炉水冷壁和过热器 管材热应力的反复变化，容易导致氧
6、化皮脱落，大大增加了锅炉爆管的可能性。 常见问题4 机组运行中的燃料、给水波动大幅减小 通过智能预测算法使机组在AGC运行中的燃料、给水等控制量的波动幅度 减小60%以上，对于减小机组设备磨损、延长锅炉金属管材寿命、减少爆 管等极为有利。 “优化系统”目标 4 再热烟气挡板难以投入自动，机组运行经济性差 超（超）临界机组的再热汽温通常采用喷水减温“+”烟气挡板的调节手段，但由于烟 气挡板对再热汽温的滞后很大（控制对象时间常数达二十几分钟），采用DCS常规控 制方案基本无法投入烟气挡板的自动控制。运行人员只能以再热喷水减温为控制手段 来调节，机组运行经济性明显受到影响。 常见问题5 具有更好的运
7、行效率 通过应用先进控制算法，有效投入再热烟气挡板的自动控制，大幅减少再 热减温水量，机组运行效率可得到明显提升。 “优化系统”目标 5 超临界超临界机组机组控制现状及优化控制目标控制现状及优化控制目标 SCR脱硝控制系统难于推入自动或控制品质差 由于脱硝被控过程具有大滞后、非线性、时变性及NOx测量会失真等特点 ，传统的基于常规PID控制系统的脱硝控制系统往往难于取得满意的控制品 质，导致NOx、脱硝效率波动大，氨气的使用量偏大 。 常见问题6 有效减小NOx、脱硝效率波动，并减少氨气的使用量 通过应用先进控制算法，NOx浓度始终被控制在设计值5mg/NM3（稳态） 和10mg/NM3（大幅
8、变负荷）范围内 ，并能减少10的氨气使用量。 “优化系统”目标 6 超临界超临界机组机组控制现状及优化控制目标控制现状及优化控制目标 原因分析 锅炉的滞后和惯性时间达几百秒至上千秒，汽机的惯性时间仅几秒至几十秒，锅 炉跟不上汽机（能量不平衡）是导致参数不稳定的主要原因。要让锅炉跟上汽机，只 有以下二种方法： 锅炉提前动作，依靠“提前的时间”来弥补锅炉的“惯性”； 锅锅炉无法提前动动作，锅锅炉只能“过过量”调节调节 ，依靠“过量的调节”来弥补锅 炉 的“惯性”。“过量调节”就是调节过头，也就容易引起振荡。 PID控制是根据以前的被调量偏差来进行调节，是属于“事后”调节，无法提前调 节，它只能依靠
9、“过量”调节使锅炉尽可能跟上汽机。若“过量”量小，锅炉跟不上； ”过量”量大，系统不稳定，关键参数会振荡。 优优化的主要方向：尽可能将锅锅炉的“过过量调节调节 ”变为变为 “不过过量或少过过量的提前调调 节节”！这样这样 不仅仅可以使锅锅炉跟上汽机，而且不会过调过调 振荡荡。 预测控制是提前调节的最佳选择，预测控制又以广义预测控制GPC的效果最佳！ PID与GPC调节效果的对比分析 PID 在k时时刻 给给煤量可能仍会进进一 步增加！ GPC 在k时刻 给煤量会开始明显减少，提前动作！ PID与GPC调节效果的对比分析 新协调优化控制策略(超临界） 新协调优化控制的特点 采用预测控制技术，取代
10、了原有的PID控制。预测控制可以根据汽压 、汽温等参数的未来预测值进行控制，有效提前锅炉侧的调节时间 ，使锅炉能跟上汽机的变化，有效提高机组协调控制系统的性能。 采用预测控制技术作为机组闭环控制的核心 采用神经网络实时估算与控制系统相关的各种特性参数（如燃料热 值、制粉系统惯性时间等），并据此调整控制系统的参数，使优化 系统始终处于在线学习状态，从而对煤种变化等具有很好的适应性 。 对机组运行特性参数进行全工况实时校正 常规的前馈控制一经整定后，其前馈量是固定不变的。而智能前馈 将根据机组的实际运行状况，及系统中各特性参数的变化趋势来决 定所加的前馈量，确保在各种工况下均有最合适的前馈量。 采
11、用了智能前馈代替原来简单的PD前馈 超临界机组的煤水比调整 二种常见的煤水比调整方法 二种煤水比调整方法的优缺点 方案一：调整给煤量方案一：调整给煤量? ? 由于给煤量对分离器温度的影响较慢，因此，通过调整给煤量来控制分 离器温度的效果相对差一些；另一方面，给煤量对主汽压力和负荷的影响 也慢，因此，有利于主汽压力和机组负荷的稳定 。 方案二：调整给水流量方案二：调整给水流量? ? 由于给水流量对分离器温度的影响较快，因此，调整给水流量有利于控 制分离器的温度，但对机组负荷及主汽压力的影响相对较大。 可以结合二种调整方案的优点，提出更好的调整方案可以结合二种调整方案的优点，提出更好的调整方案 。
12、 燃水比调整的改进方案 燃水比调整的改进方案燃水比调整的改进方案 w: 给水侧的调节强度 w是一个数值在01之间的系数， w表示给水侧的校正强度，1- w 则表示燃料侧的校正强度。这样无论燃料和给水两侧如何进行校正，整个 燃水比调节系统的控制总增益不变，系统稳定性不受影响。 A1.当中间点温度偏差不大时，说明燃水比失配并不严重，此时单纯校正 燃料侧燃料量来调节燃水比，减小对协调控制系统的扰动； A2.当中间点温度偏差大于某一阈值时，即 时，给水侧校正回 路开始投入，弥补燃料侧调节响应慢的缺点，控制汽温偏差在合理范围内 ； A3.当中间点温度差 时， w为始终为1，燃 水比校正作用完全由给水侧完
13、成。 燃水比调整的改进方案 w: 给水侧的调节强度 在考虑中间点温度偏差的同时，还参考偏差的变化趋势： A4.若温度差和温度差的偏差变化率的乘积 为正，说明温度 差有逐步扩大的趋势，则给水侧校正回路提前投入，相应增加w ； A5.若温度差和温度差的偏差变化率的乘积 为负，说明温度 差有逐步收敛的趋势，相应减少w ，削弱给水侧校正强度，防止过调。 定义燃料量指令和给水指令分别为： 煤种热值校正的预测调整法 新型再热汽温控制策略新型再热汽温控制策略 机组负荷指令 N0 + 预测控制GPC 改进的状态变量 补偿器 e de/dt 自适应Smith特性补偿技术 A侧再热汽温 设定值 烟气挡板 指令 -
14、 + + 实际再热汽温 的被控过程 试验获得的再热汽 温被控过程模型 （随机组负荷变化） 所选定的再热汽温对 象模型（固定模型） 机 组负荷 A侧再热汽温 + - - + + 相位补偿 网络 新型再热汽温控制策略新型再热汽温控制策略 - 等效对象 + + - 机组负荷 烟气挡板控制指令再热汽温 等效汽温 Lag timeLag time 再热汽温被控对象 F(x ) LAG F(x ) LAG F(x ) LAG F(x ) LAG F(x ) e-TS LAGLAGLAGLAG Lag timeLag timeDelay time 新型再热汽温控制策略新型再热汽温控制策略 负负荷 再热热烟气
15、挡挡板 对对再热热汽温的实际实际 模型 所采用的等效对对象 340MW 470MW 580MW 相位补偿的控制策略相位补偿的控制策略 调节器 大滞后的 被控对象 相位补偿 网络 惯性、滞后 较小的等效 动态对象 在保证稳定性的前提下，可加快控制器的动作速度 + - 再热汽温 状态变量控制策略状态变量控制策略 由再热器模型 估计各点温度 参与自动控制 t1t2t3t4T t1 t2 t3 t4 烟气放热烟气放热 烟气挡板 + - + 状态变量控制策略状态变量控制策略 再热汽温 设定值 Trsp k1k4k5k2k3 f1f4f5f2f3 + K 调节器 烟气挡板 再热汽温Tr 12345 - + + + + + + + + + + + - 先进再热汽温控制的技术特点 将多种大滞后控制技术，如广义预测控制技术、自适应SMITH特性补偿技 术、相位补偿技术及状态变量控制技术有机地融合起来，作
