協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(Coordinated Control System，CCS)是將鍋爐-汽輪機-發(fā)電機組作為一個單元整體進行控制，使鍋爐和汽輪機同時響應(yīng)控制要求，確保機組快速穩(wěn)定地滿足負荷的變化，并保持穩(wěn)定運行。控制的基本方法是直接并快速響應(yīng)代表負荷或能量指令的前饋信號，并通過閉環(huán)反饋控制和其他先進策略，對該信號的靜態(tài)精度和動態(tài)補償進行調(diào)整。
1、協(xié)調(diào)控制
控制系統(tǒng)將協(xié)調(diào)鍋爐及其輔機與汽輪機及其輔機的運行，以便快速、準確、穩(wěn)定地響應(yīng)自動調(diào)度系統(tǒng)(ADS)或電廠運行人員的負荷指令。如圖1所示，將鍋爐蓄熱用于汽輪機控制功率，同時，改變鍋爐出力，適應(yīng)負荷控制要求，將功率偏差信號和汽壓偏差信號送至鍋爐控制燃燒率，改變熱負荷，減少功率偏差和汽壓偏差。
圖1 火力發(fā)電廠協(xié)調(diào)控制示意圖
①爐跟機方式
爐跟機(Boiler Follow Mode，BF方式)這是常規(guī)的機爐分別控制方式，由汽輪機控制機組輸出功率，鍋爐控制汽壓，如圖2所示，汽輪機響應(yīng)機組負荷指令或運行人員手動指令，鍋爐響應(yīng)蒸汽流量變化及由汽輪機引起的汽壓偏差。汽壓的偏差值可用來校正負荷指令，即當負荷指令變化時，首先調(diào)節(jié)控制汽輪機蒸汽流量的閥門開度，改變進入蒸汽流量，以改變發(fā)電機功率，使其與負荷指令一致。閥門開度改變后，引起主汽壓力變化，變化后的主汽壓力與給定值比較，其差值去控制鍋爐的燃燒率，即控制燃料量、送風量和引風量，同時控制給水流量，達到能量平衡。此種方式適應(yīng)負荷最快，充分利用了鍋爐蓄熱，但汽壓波動較大。
圖2 爐跟機方式
②機跟爐方式
機跟爐(Turbine Follow Mode，TF方式)鍋爐響應(yīng)機組負荷指令或運行人員手動指令，汽輪機響應(yīng)由鍋爐引起的汽壓變化，如圖3所示，即當負荷指令改變時，首先控制鍋爐燃燒率和給水流量，改變蒸汽流量和主汽壓力，然后，根據(jù)主汽壓力的變化去控制閥門開度控制進汽量，以控制發(fā)電機功率，使其與負荷指令一致。這種控制方式由鍋爐控制負荷，汽輪機控制汽壓，汽壓變化小，因沒有充分利用鍋爐蓄熱，所以負荷適應(yīng)能力差。
圖3 機跟爐方式
碳素余熱發(fā)電和鋼廠高爐煤氣余熱發(fā)電項目中通常采用機跟爐的方式，這是由鍋爐獲取能源的方式?jīng)Q定的，鍋爐最大程度將余熱加以回收利用，將這些熱能轉(zhuǎn)換為電能就行。
由于是協(xié)調(diào)控制，這里采用了面向?qū)ο笤?與計算機中的概念類似)，把機、爐、電分別看成三個子系統(tǒng)。鍋爐與汽輪機的聯(lián)系是汽壓P的變化，汽輪機與發(fā)電機的聯(lián)系是電網(wǎng)負荷的變化，也就是需要的出力。因此形成一條動態(tài)變化的鏈，燃料、送風量、引風量、給水流量的變化引起鍋爐燃燒率的變化，這個變化直接導致鍋爐生產(chǎn)的蒸汽壓力的變化，為了保持汽輪機恒壓，必須使控制汽輪機蒸汽流量的閥門開度隨之變化，這樣就導致了汽輪機出力的變化，也就是送入電網(wǎng)的負荷發(fā)生變化。這樣的系統(tǒng)做成負反饋，就達到了協(xié)調(diào)控制的目的。在電力系統(tǒng)中，由于電力是無法儲存的，因此，電網(wǎng)中的電力是根據(jù)用量的多少來生產(chǎn)的，在負荷大的情況下，需要電廠多發(fā)電，如果功率不足，就會使系統(tǒng)周波下降(不足50Hz)，怎樣才能控制發(fā)多少電呢？電力系統(tǒng)的運行部門會根據(jù)負荷曲線來預(yù)測電網(wǎng)并控制，簡單點說就是，要求你發(fā)多少電，電廠就無條件執(zhí)行。這樣的話，單臺容量大的機組就要執(zhí)行調(diào)峰任務(wù)，電廠把機組的控制權(quán)交給電力調(diào)度系統(tǒng)，由它來控制電廠是增加出力還是減少出力。在控制系統(tǒng)不發(fā)達時代，都是通過電話聯(lián)系的，調(diào)度會告訴你什么時間，調(diào)整負荷到多少，電廠就要根據(jù)自己的設(shè)備和運行情況，及時準備好，如果到時候跟不上負荷要求，可能有比較嚴厲的處罰，因為這對電網(wǎng)的安全運行會造成很大影響。如果真的跟不上怎么辦呢？電網(wǎng)能做的只有甩負荷，拉閘限電，以減輕電網(wǎng)的壓力。
2、自動發(fā)電控制
現(xiàn)代電力系統(tǒng)的頻率和功率的調(diào)整一般是按負荷變動周期的長短和幅度的大小分別進行的。對于幅度較小、變動周期短的微小分量，主要是靠汽輪發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)來自動調(diào)整完成的，即所謂一次調(diào)頻。一次調(diào)頻的特點是由汽輪發(fā)電機組本身的調(diào)節(jié)系統(tǒng)直接調(diào)節(jié)，因此響應(yīng)速度最快。但由于調(diào)速器為有差調(diào)節(jié)，因此對于變化幅度較大、周期較長的變動負荷分量，需要通過改變汽輪發(fā)電機組的同步器來實現(xiàn)，即通過平移調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)靜態(tài)特性，從而改變汽輪發(fā)電機組的出力來達到調(diào)頻的目的，稱為二次調(diào)整。當二次調(diào)整由電廠運行人員就地設(shè)定時稱就地手動控制；由電網(wǎng)調(diào)度中的能量管理系統(tǒng)來實現(xiàn)遙控自動控制時，則稱為自動發(fā)電控制(AGC)。自動發(fā)電控制系統(tǒng)示意如圖4所示。
圖4 火力發(fā)電廠自動發(fā)電控制系統(tǒng)
自動發(fā)電控制系統(tǒng)主要由三部分組成：電網(wǎng)調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)(EMS)、電廠端的遠方終端(RTU)和集散控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、微波通道。實現(xiàn)自動發(fā)電控制系統(tǒng)閉環(huán)自動控制必須滿足以下基本要求：
①電廠機組的熱工自動控制系統(tǒng)必須在自動方式運行，且協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)必須在“協(xié)調(diào)控制”方式。
②電網(wǎng)調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)、微波通道、電廠端的遠方終端RTU必須都在正常工作狀態(tài)，并能從電網(wǎng)調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)的終端CRT上直接改變機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的調(diào)度負荷指令。機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能直接接收到從能量管理系統(tǒng)下發(fā)的要求執(zhí)行自動發(fā)電控制的“請求”和“解除”信號、“調(diào)度負荷指令”的模擬量信號(標準接口為4-20mA)。能量管理系統(tǒng)能接收到機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的反饋信號協(xié)調(diào)控制方式信號和AGC已投入信號。
③能量管理系統(tǒng)下達的“調(diào)度負荷指令”信號與電廠機組實際出力的絕對偏差必須控制在允許范圍以內(nèi)。
④機組在協(xié)調(diào)控制方式下運行，負荷由運行人員設(shè)定稱就地控制；接受調(diào)度負荷指令，直接由電網(wǎng)調(diào)度中心控制稱遠方控制。就地控制和遠方控制之間相互切換應(yīng)該是雙向無擾的，也就是說在相互切換的過程中，不能產(chǎn)生較大的波動。在就地控制時，調(diào)度負荷指令自動跟蹤機組實發(fā)功率；在遠方控制時，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的手動負荷設(shè)定器的輸出負荷指令自動跟隨調(diào)度發(fā)來的負荷指令。自動發(fā)電控制(AGC)基本上都是電網(wǎng)調(diào)度根據(jù)電網(wǎng)負荷要求和各發(fā)電廠機組狀況，針對每臺單元機組直接指定目標負荷的控制。當電廠中有多臺單元機組時，每臺機組都需要按上述方式用硬接線將信號與RTU相連。單元機組接受AGC負荷調(diào)度指令的幅度是受其本身運行狀態(tài)限制的，鍋爐本身在不投燃油的情況下，能夠保障穩(wěn)定燃燒的時候，此時的負荷，決定了機組可以承受的變動負荷的范圍；運行中主要輔機投用情況及主要運行參數(shù)的狀況決定了當時該機組允許承擔最大負荷的能力。當輔機故障或主熱力參數(shù)偏離正常范圍達一定程度后，機組可能無法運行在AGC方式下。
上面描述的過程看起來有些復雜，打個比喻，假設(shè)有十個人共同完成一項任務(wù)，開始的時候，領(lǐng)導會根據(jù)每個人的不同情況分配任務(wù)，大家各自開始自己的工作。但是在執(zhí)行的過程中，由于每個人的實際情況和身體狀況等原因，導致任務(wù)之間不能很好銜接，如此下去就會延誤任務(wù)的執(zhí)行，此時，領(lǐng)導出面了，他在均衡考慮每個人的自身情況后，重新調(diào)整了任務(wù)的分配，總的原則就是能者多勞，或者輪班休息，如此方式的調(diào)整貫穿在整個任務(wù)的執(zhí)行過程中，體現(xiàn)了領(lǐng)導的管理水平與應(yīng)變能力，這樣就保障了任務(wù)的執(zhí)行進度和質(zhì)量。
《火電廠機爐協(xié)調(diào)系統(tǒng)之機爐協(xié)調(diào)控制和自動發(fā)電控制》節(jié)選自宋極群編著的《過程控制系統(tǒng)基礎(chǔ)與實踐一書》，以下是宋極群的其他相關(guān)文章：
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