火电厂磨煤机负荷控制方法的改进.pdf

电气传动 2 0 1 2年 第 4 2卷 第 1期 E L E C T R I C D RI VE 2 0 1 2 V o 1 ． 4 2 N o ． 1 火 电厂磨煤机负荷控制方法的改进 王文兰 ， 白雄怀。 1 ．内蒙古工业大学 电力学院， 内蒙古 呼和浩特 0 1 0 0 8 0 ； 2 ．内蒙古能源发电投资有限公 司， 电力工程技术研究院， 内蒙古 呼和浩特 0 1 0 0 2 0 摘要 针对直 吹式 系统锅炉磨煤机的负荷响应能力弱 ， 以及在单独改 变给煤量时煤 粉量发生变 化速度较 慢的缺点 ， 提 出了火 电厂磨煤机负荷 的改进控制策略 。该改进策略在原系统中增加 了磨煤机 的差压校正控制 回路 当机组负荷不变时 ， 能够 及时发现 和克 服给煤量 的扰 动 ； 当机组 负荷变化 时 ， 可 以快 速改变进入炉膛 的 煤粉量 。通过超临界 6 0 0 Mw 机组升负荷变动试验表明 ， 该改进策略是有效 的。 关键词 磨煤机 ； 负荷控制 ； 差压校正 ； 升 负荷 ； 试验 中图分类号 TP 1 3 文献标 识码 A I m p r o v e me nt o f Po we r Pl a nt Co a l M i l l Lo a d Co nt r o l M e t h o d s W ANG W e n l a n ， BAI Xi o n g h u a i 1 ．S c h o o l o f E l e c t r i c P o w e r ， I n n e r Mo n g o l i a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y， Ho h h o t 0 1 0 0 8 0 ， I nn e r M o n gol i a， Chi n a； 2．El e c t r i c Po we r Engi ne e r i ng Te c h no l o gy Re s e ar c h I ns t i t u t e， I nn e r M o n go l i a En e r gy I n v e s t me n t Co ．Lt d， Ho h h o t 0 1 0 0 2 0 ， I n n e r M o n g o l i a， C h i n a Ab s t r a c t F o r t h e l o a d r e s p o n s e o f d i r e c t f i r i n g s y s t e m b o i l e r c o a l mi l l i s we a k， a n d t h e d i s a d v a n t a g e t h a t a mo u n t o f c o a l d u s t c h a n g e s s l o wl y wh e n t h e a mo u n t o f s u p p l i e d c o a l c h a n g e s i n s i n g l e wa y ， i t r a i s e d i mp r o v e d c o n t r o l s t r a t e g y o f p o we r p l a n t c o a l mi l l l o a d ．Th e i mp r o v e d s t r a t e g i e s i n c r e a s e t h e mi l l S d i ffe r e n t i a l p r e s s u r e c o r r e c t i o n c o n t r o l lo o p i n t h e l o g i c wh e n t h e u n i t l o a d i s c o n s t a n t ， i t c a n d e t e c t a n d o v e r c o me t h e d i s t u r b a n c e o f t h e a mo u n t t o s u p p l i e d c o a l ； wh e n t h e u n i t l o a d s c h a n g e s i t c a n c h a n g e t h e a mo u n t o f c o a l d u s t q u i c k l y ． By t h e c h a n g e d t e s t wh e n s u p e r c r i t i c a l 6 0 0 M W u n i t s S l o a d r a i s e d s h o w t h a t t h e i m p r o v e me n t s t r a t e g i e s a r e e f f e c t i v e ． Ke y wo r d s c o a l mi l l ； l o a d c o n t r o l ； d i f f e r e n t i a l p r e s s u r e c o r r e c t i o n； i n c r e a s e l o a d； t e s t 采 用直 吹送粉 工艺 的发 电机组 需要 考虑制 粉 工艺的较大时延和滞后现象 。机组协调控制策略 的一个基本控制思想是 协调总燃烧量和总送风 量的动态平衡， 协调磨煤机负荷与一次风量 的动 态平衡 ， 确保锅炉燃烧过程[ 】 ] 的平稳 。直 吹式制 粉系统锅炉在适应负荷变化或消除燃料 内扰方面 反应 均较慢 ， 因而更容易引起汽压较大 的变化 。 因此 ， 磨煤机负荷控制不仅是火电厂的难点之一 ， 也是设计直吹式制粉系统锅炉燃烧 自动控制系统 予以特别考虑的问题[ 2 ] 。 1 磨煤机 负荷及一 次风量 的基 本控 制 7 5 “ 法 由于磨煤机出力有较大的延迟和惯性 ， 直吹 式系统在单独改变给煤量时不能快速地使煤粉量 发 生变 化 ， 但 改变 一 次 风量 却 能 迅 速 改变 进 入 炉 膛的煤粉量。因此， 为 了提高直吹式系统锅炉的 负荷响应能力 ， 机组负荷变化时， 在改变给煤量的 同时 ， 可同时改变一次风量， 以暂时吹出磨煤机 中 的蓄粉 。控制一次风量可以控制煤粉细度和一次 风速。在负荷指令增加时， 控制一次风量还可 以 利用磨煤机中储粉增 加进入炉膛燃料量 ， 改善动 态调节 品质 。在运行过程 中应遵守 以下 安全规 则 增加负荷时 ， 先加风量 、 后增燃烧量 ； 减负荷 时， 先减燃烧量、 后减风量。 图 1 给 出了以 A磨煤机为例 的工作负荷及 相关的一次风挡板的风量改进控制策略。图 1中 MD为磨煤机的总负荷控制指令信号 ， 此指令平 基金项 目 内蒙古工业大学科学研究项 目 X2 0 0 9 3 8 作者简介 王文兰 1 9 7 2 一 ， 女 ， 硕士 ， 副教授 ， E ma i l W we n l a n 1 6 3 ． c o rn 4 0 王文 兰， 等 火电厂磨煤机 负荷控制方 法的改进 电气传动 2 0 1 2年 第 4 2卷 第 1 期 F G | 磨槿 棚善 I P 一狰 墓J e O 回 一 ④L E ／ 0 -e rllln MD 给煤j 连肇 __[ 固 一 一一 I 卜 一 ， l I - ．．．．．．．．．．．_ ／ 二I l 偏 置勘l尚 t ． ．．J ．． O 啤 磊 - ‘ ‘ ． f _ 、 ． r 蒜 f 革 警 堡 垫 l A 给 煤 机 l 磨 煤 机 总 风 门 空 气 挡 板 图 1 磨煤机 负荷 的改进控制策 略 Fi g ． 1 I mp r o v e d c o nt r o l s t r a t e g y o f c o a l mi l l l o a d 行输人 各 个 磨 煤 机 控 制 回路 ； B I R 为 给煤 量 ； B MP为平滑切换功能模块； AW 为加权加法器 ； HS为高 选模 块 ； L S为低 选模 块 ； A／ H 为 自动 、 手 动模块 ； RL为速率 限制模块 ； S G 为最小给被控 量指令信号 ； F G为 函数模块 ； ∑为求 和； P I为 比 例积分调节器 ； I 为积分器 。 图 1中除虚线部分均为磨煤机负荷 的基本控 制策略 。以磨煤 机增加负荷为例 ， 基本 的调节过 程 如下 - 4 J 。 在 Aw 模块 ， MD 信号 与给煤机加速信 号 B I R 相加 ， 得 到 D 指令值 。 因为不 同磨煤机 的特性可能存在差异 ， 为此 设 置 了 AW 进 行 偏置 校正 ， 加入 偏置 量 B。B是 一 个可设置 的， 可 以为正、 也可以为负 的偏置量 ， 校正之后的指令信号 D 一D， B， 使得各 台磨煤 机的起始负荷工作值尽可能相 同， 从而达到均匀 送 粉 的 目的 。 磨煤机总风 门入 口的一次风差压测量信号经 过温度校正除法器 、 开平方环 节 ／ 后得 到 了一次风流量信号 F 。F 再经过 函数 F G 模 块 ， 形成了实 际的一次风流量 F o ， 对于 给煤量 的限制信号 Y 4 ； Y 4输入低 选模 块 L S ， 取 D。 ， y 的低者输出， 确保给煤流量指令不会高于当前的 一 次风流量的对应值 ， 从 而形成一次风流量对给 煤指令的交叉限制作用。 处于 自动调节工况时 ， D。 信号经过具有平滑 切换功能的 B MP 模块 ， 输出 y 信号； 当该磨煤 机处于手动工作时， 给煤机执行器 的反馈信号 Z 。 输出为 y ， 输出控制模件处于信号跟踪状态。 给煤机启动工况下 ， S G 是最小给煤量 指令 信号； 经过速率限制模块 R L， 输出为 y 信号 ， 与 送入高选模块 HS 的 y 信号比较， 取高值输 出， 成为磨煤机的负荷指令信号 y ， 保证 了实际的给 煤机负荷指令不会低于 S G 定值信号 ； 当处于手 动 工况 时 ， 利 用 AS W 模 块 ， 将 A 给 煤 机 的 跟踪 反馈信号 Z 信号输 出为 y。 ， 控制程序处于实际 控制信号的跟踪状态 。 y 信 号输人 自动、 手动模块 A／ H。 自动工 况时 ， y 输 出为控制指令 ； 手 动工 况时， 由 A／ H 输 出手动指令 ； A／ H 的输 出信号成 为 A 给煤 机 的实 际控制 指令 。 动态 给煤 量 控 制 信 号 D 。输 入 函数 模 块 F G ， 得到 了一次 风流 量 的设定 信号 F 。一 方 面， F 信号与实际的一次风量信号 F 。 求差 ， 得到 风量偏差信号 ， 送入 P I 调节 器 ， 经 过 P I 调节计 算得到动态风量偏差控制信号 F ； 另一方 面 ， F 作为稳态前 馈信 号送入 加权加 法器 Aw ， 与 一 次风加速信号 BI R相 加 ， 得 到综合稳 态前馈 信号 F 。 F d 与 F 信号输入加法器 ∑ 相加 ， 得到 A 磨煤机的一次风流量 总控制信号 F 。 。稳态前馈 信号 F 的引入 ， 使得图 1中的一次风流量 P I 调 节器进人 了小偏差调解状态 。一次风加速信号 B I R具有微分信号 的作用 ， 稳态工况下其数值 为 4 】 电气传动 2 0 1 2年 第 4 2卷 第 1 期 王文兰， 等 火电厂磨煤机 负荷控制方法的改进 零 ， 增负荷时大于零 ， 减 负荷时小于零， 从而发挥 了动态 补偿 作用 。 正常工况下 ， F D 信号经过 B MP 输出成为控 制指令信号 F ； 预热或特殊工况下 ， B MP 模块 的输入信号 X输 出， 成为控制指令 F 信号。A／ H是 自动／ 手动切换模式 ， 完成 自动、 手动的工作 状态 切换 。 S G。 是启动工况下的磨煤机预热风量定值信 号， S G。 是特殊工况下的固定风量定值信号， 利用 AS W ， AS W。模 块 实 现 工 况 切 换 输 出， 作 为 B MP 。 的输入信号 X。 2 磨煤机 负荷控 制方法的改进 图 1除虚线部分所示为基本的调节策略。基 于基本的控制策 略， 进一步的改进策略如图 1中 的虚线部分所示 。磨煤机 负荷 的改进控制策 略 中， 原 系统增加 了磨煤机 的差压校正控制 回路 。 差压校正 回路的具体思想说 明如下。 磨煤机负荷记为 MD。一般认 为， MD 与一 次风流量差压 P 。之间， MD信号 与磨煤机差 压 户 m 。 之间存在确定性 的函数关系 ， 记作 ／ 。 厂 ‘ MD 1 l P 。 f m 』 D 由现场设备参数 、 运行 的记录可知， 这是一个 可辨识 、 可得到 的函数 。它们 的比值同样是个确 定性关系， 记作 o f o MD 一P o ／ P m o 2 将 。 作为差压控制回路 的设定值。实际测量得 到的差压比值记作 一一 次风差压／ 磨煤机差压 p ／ p 3 两者求 差 ， 得 到 e A o --A P o ／ p o -p ／ p 4 当 e 一0时 ， 差压 比值合理， 校正控制信号为零 ； 当 e 0时 ， 对于固定 的磨煤机差压 P ， 表明一次风 差 压偏 低 ， 应 加 大一次 风流量 ； 当 e 0时 ， 对 于 固 定的磨煤机差压 P ， 表明一次风差压偏高， 应减 少一次风流量。 将偏差 e 送入积分调节器 I ， 得到校正信号为 1 r 音 I P d ￡ 5 』 I J 如果过渡过程的时间为 △T， 则过渡过程 的偏差 积分 输 出为 1 r a T F a 一 I P 』 I J 0 4 2 将式 4 代人 ， 可表示为 寺 l o ／ p o p ／ p d t 1 ． Po AT 一 j ． p d 令 △ T时 间 内 P的平 均值为 P ， 则上 式可表 示 为 一 去 一 一e AT／ TI 6 其 中， e 为平均偏差 ， 即 一 一 P 0 P 式 6 说明， 调节器输出与过程过渡中的平均偏差 e 成 比例 。 经过图 1中 F G。 的限幅作用 ， 转化为一次风 差压的校正信号 F 。F 信号 的作用应是缓慢 的 微校正动作 ， 一方面满足 mi n ≤F ≤ma x ； 另一方 面， 对快速的变化不应发生作用， 仅对长时间段 的 偏差产生校正作用 。 将此信号输出作为 y 8 ， 一方面 ， y 8 信号与 F b 信号在 ∑ 4中相加， 作为调节器的设定值信号 ； 另一 方面， y 8 作为前馈值 ， 与一次风控制指令信号 相加， 从而得到具有磨煤机差压校正的负荷指令 F c 。本程序前面及后续的信号处理方法与简化方 案相同， 最终输出对应的一次风负荷控制信号。 磨煤机的负荷指令 MD变动时 ， 差压信号摆 动较大 ， 本 回路不宜投入 ； 可以用 0 ％信号替代 F 作为 y 8 信号 ， 从而切 除了磨 煤机的差压校正作 用。因此 ， 差压校正回路仅用在稳定负荷运行工 况。从以上分析可以看 出， 差压回路控制方法概 念明确、 易于取得效果 。 3 直吹式制粉 系统磨 煤机 负荷 变动 试 验 对以上磨煤机负荷的改进控制策略应用到超 临界 6 0 0 MW 机组 中 ， 进 行试验研究 。图 2所示 为 一 台 6 0 0 MW 直吹式机组磨煤机升负荷变动试验 的情况 。在机组稳定运行工况的情况下 ， 负荷指令 从 5 0 0 MW 以 1 2 MW／ mi n 2 P ／ mi n 速率上升 到 6 0 0 MW， 负荷变动量为 △ P 1 6 ． 8 P ， 机前压 力为变压运行方式。试验表 明， 在机组升负荷过 程 中， 实 际 负 荷 变 化 速 率 达 到 1 0 MW／ mi n 1 ． 6 8 ％P ／ mi n ， 负荷响应纯迟延时间为 8 0 s ； 主 汽压力最大动态偏差为0 ． 5 0 MP a ， 稳态偏差为 土0 ． 1 5 MP a ； 主汽温度最大动态偏差为7 ． 0℃ ， 王文 兰， 等 火电厂磨 煤机 负荷控制方法 的改进 电气传 动 2 0 1 2年 第 4 2卷 第 1期 稳态偏差为 2℃； 机组其他主要被调参数 的动 态、 稳态品质指标均满足考核要求 。根据 火力发 电厂模拟量控制系统验收测试规程 ， 该机组升负 荷变动试 验合格。同时也可进行 降负荷变 动试 验 ， 其试验结果同样为合格。 t ／ m i n 2 min ， 格 图 2 直吹式机组磨 煤机升负荷变 动试验 F i g． 2 Te s t o f c o a l mi l l i n c r e a s e l o a d v a r i a t i o n s i n d i r e c t f i r i n g u n i t 4 结 论 直吹式制粉系统锅炉在适应负荷变化或消除 燃 料内扰方面反应均较慢 ， 因而更容易引起汽压 较大的变化 。该改进策略在原系统中增加了磨煤 机的差压校正控制回路 ， 保证给煤、 送粉流量与一 次风流量的动态平衡及快速响应 ， 同时在稳定负 荷运行工况下能够及时克服给煤量的扰动 。通过 超临界 6 0 0 Mw 机组 升负荷变动试验 曲线 可以 看 出 ， 此改进 的策略是 可行 的。 E 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 3 参 考文献 刘维．超 超 临界机组控制方法与应用[ M] 力 出版社 ， 2 0 1 0 ． 林文孚 ， 胡燕．单元 机组 自动 控制技术 [ M] 力 出版社 ， 2 0 0 8 ． 北京 中国 电 北京 中国 电 朱北恒．火电厂热工 自动化 系统试验[ M] ．北京 中国电力 出版社 ， 2 0 0 6 ． 武 桐 ， 李 鹏 飞 ， 司 刚锋 ， 等．火 电厂 磨煤 机 负荷 检 测方 法 [ J ] ．热力发 电， 2 0 1 0 ， 3 9 9 7 8 8 0 ． 唐耀庚．模糊 逻辑控制在磨机负荷控制 中的应用[ J ] ．电气 传动 ， 2 0 0 2 ， 3 2 5 1 7 1 8 ． 皈丽百两 T 修改稿 日期 2 0 1 1 - 0 7 - 1 8 上接 第 3 4页 。 ／ ．一 ‘ 一 一 。 一 一 一 M 1 0 ． 0 r a s A C h I， 3 4 0mY C H3 5 0 m V C M 5 0 0 A 0 图 1 1 A相电压和不使用电流预测控制电流波形 Fig． 1 1 The wa v e s o f A p h a s e v o l t a g e a nd gr i d c u r r e n t wi t h o ut c ur r e n t p r e d i c t i o n D 烈 ， ， 、 烈 』 ⋯ ’_ ⋯ 1 歹 。。。 ’ ⋯ M 1 0 , 0ms A C h I， 3 4 OmV CH3 5 0m V Ch4 500A n 图 1 2 A相 电压和使用 电流预测控制 电流波形 Fi g ． 1 2 The wa v e s o f A p h a s e v o l t a g e a n d gr i d c u r r e n t wi t h c u r r e n t p r e d i c t i o n 7 结 论 在本文 中， 基 于数 字控制系统 的三相 P WM 整流器 ， 分析 了该数字控制系统的延迟不良影响。 采用变步长 自适应滤波算法来预测下一采样周期 的电流可以消除数字延迟的影响， 使系统具有更 广泛的稳定裕度和动态性能 ， 同时直流母线 电压 具有更高的鲁棒性和快速 的响应。 参考文献 张崇 巍， 张兴．P WM 整流器及其控制[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ，2 0 0 3 ． B o Yi n ，Or u g a n t i R， Pa n d a S K ， e t a1 ．A S i mp l e Si n g l e i n p u t s i n g l e ou t p u t S I S O M o d e l f o r a Th r e e p ha s e PW M R e c t i f i e r [- J ] ． I E E E Tr a n s a c t i o n s o n P o we r E l e c t r o n i c s ， 2 0 09， 2 4 3 6 2 06 3 1 ． 韩力 ， 韩学山， 陈芳． 基于综合预测和 自适应滤波器的电力系 统动态状态估计r- j ] ． 电工技术学报 ， 2 0 0 8 ， 2 3 8 1 0 8 1 1 3 ． 李辉 ， 吴 正国， 邹云屏 ， 等． 变步长 自适应算法在有源滤 波器 谐波检测中的应 用[ J ] ． 中 国电机 工程学报 ，2 0 0 6 ，2 6 9 9 9 1 O 3 ． 吴振兴 ， 邹云屏 ， 张哲宇， 等． 单相 P WM整流器的输入电流 自 适应预测控制器[ J ] ．电工技术学报 ， 2 0 1 0 ， 2 5 2 7 3 7 9 ． Kwo n g R H。 J oh n s t o n E W．A Va r i a b l e S t e p Si z e LMS Al g o r i t h m[ J ] ． I E EE Tr a n s a c t i o n s o n S i g n a l P r o c e s s i n g ， 1 9 9 2 ， 4 0 7 1 6 3 3 1 6 4 2 ． He n g De n g， Or u g a n t i R， Sr i n i v a s a n D．P W M M e t h o d s t o Ha n d l e Ti me De l a y i n Di g i t a l Co nt r o l o f a UPS I n v e r t e r [ J ] ．I E E E P o we r E l e c t r o n i c s L e t t e r s ， 2 0 0 5 ，3 1 卜 6 ． 陈杰． Ma t l a b宝典[ M] ． 北京 电子工业出版社 ， 2 0 0 8 ． 硬孺百丽 r 修改稿 日期 2 0 1 1 - 0 8 - 1 8 4 3 ] ] ] ] ] ] ] ] 口 口 I I