SD-B5.250.015-1

SD-B5.250.015-1

配料自动化常规流程包括：上料输送、配料称重、投料包装等工序，系统布置分散，工序之间联系紧密，需交互大量的逻辑信号和模拟量信号。SC400控制系统具有DCS、PLC、PAC的技术特点，支持IEC61131-3标准的IL、FBD、SFC、ST等编程语言，采用开放式现场总线、分布式远程IO技术，软件方面支持动态图形化流程、智能报警、配方管理、实时数据库和灵活的报表功能，特别适合于配料自动化的行业需求。系统架构如下图所示，可在现场上料、称重等就地设置总线IO机柜，就近采集现场的开关量、模拟量信号，并控制现场的电磁阀、马达等设备。

   系统采用的冗余技术，包括控制器、控制网络、IO网络、电源等，两套系统热备同时工作、故障切换时间短，不会对工艺生产产生扰动，提升了控制系统的可靠性。 摘要：针对大型机组进入小网控制出现的频率波动等特点，本文基于NT6000DCS控制系统上提出一种机炉优化控制策略，通过理论分析和在舟山电厂1实验，协调机炉负荷和频率控制以及提高调速控制回路速度，优化DEH硬件，能够满足机炉对小网控制的要求。

ABSTRACT: To the characteristic of the frequency fluctuations appeared the large Units into the isolated power network, Base on the NT6000 Distributed Control System, the paper propose a new boiler-turbine optimal control strategy. After theoretical analysis and experimentation in ZhouShan plant, By coordination of boiler load and turbine frequency control, and improve the speed control loop speed, optimize the DEH hardware, we can meet the requirement for the isolated power network control.

KEY WORDS: the isolated power network control; NT6000 Distributed Control System; optimal control strategy; DEH

0 引言

   随着中国经济的长期高速发展，中国电力工业也向着现代化和大型化发展，在小型电网中备受关注的孤网和小网控制问题已经较少被人提及。2008年南方雪灾中的电网故障引发大面积停电，造成重大损失的严重后果，向我们敲醒了警钟，在大型电网中，孤网和小网控制问题仍然是保障电力工业的重要技术支撑。

   舟山是我国的第四大岛，是一个由群岛组成的城市。岛上的用电主要由舟山发电厂提供，同时有跨海电缆与大陆电网相连。这样特殊的电网结构决定了舟山发电厂的技术装备要求方面，对孤网和小网控制有着更加现实的需求。

   所谓小网，一般泛指对脱离大电网的小容量的电网。在电力建设规程中规定，电网中单机容量应小于电网总容量的8%，以保证当单机甩负荷时不影响电网的正常运行。关于电网的频率偏差，国家标准中规定，装机容量在3000MW及以上电力系统，频率允许偏差为Hz；装机容量在3000MW以下电力系统，频率允许偏差为Hz。

   小网控制，突出的特点，是由负荷控制转变为频率控制，要求调速系统具有符合要求的静态特性、良好的稳定性和动态响应特性，以保证用户负荷变化的情况下自动保持电网频率的稳定[2]。因此，小网控制应具有一次调频能力。同时，一次调频是有差调节，为了维持小网频率在额定频率附近，还应要求机组调速系统具有二次调频能力。对单台机组在从满负荷状态下，甩负荷到厂用电，还应保证其高转速小于ETS（Emergrncy Trip System，汽轮机紧急跳闸系统）保护动作值。

   本文基于NT6000DCS（Distributed Control System，分散控制系统）控制系统，设计了一种机炉协调优化控制策略，提高调速控制回路速度，优化设计DEH硬件，通过理论分析和在舟山电厂中的实践，表明该控制方案能提高小网频率的稳定性和动态响应特性，满足小网控制的要求。

1 小网控制调频原理

   小网的频率直接反映了小网有功功率供求关系是否平衡，当供大于求时，小网的频率会升高，反之会降低。发电机组可以通过分析小网的特征，优化机组的静态和动态特性，来维持小网频率的稳定和准确。小网的调频特性，包括静态调频和动态调频，是小网负荷变化所引起的电网频率变化的传递关系。

1.1一次调频原理

    一次调频，是机组在保证的前提下，适当利用机组的蓄热快速改变调门开度，调节机组的负荷，使小网频率稳定在静态特性规定的偏差范围内。

   现代广义的电网一次调频功能，需要考虑汽轮机、锅炉、发电机以及电网间的相互协调问题，应当以整台机组作为控制对象。从功能上讲，汽轮机要快速响应外界负荷、频率的变化，锅炉侧要维护主汽压力在调频过程中稳定。电力系统要求电源功率与负荷动态平衡，当电源功率或负荷发生波动时，机组的频率也会发生相应的变化。

   机组的一次调频，属于静态调频特性，一般用汽轮机调速系统的速度变动率及迟缓率表示。

   速度变动率是指汽轮机由满负荷到空负荷的转速变化与额定转速的比例，其计算公式如下：

（1）                              

其中，为空负荷时转速，为额定功率时转速，为额定转速。

由于液压调节器及液压部分的非线性，文献[3]中采用局部速度不等率的概念，即

     （2）                          

可得：

（3）

   当电网发生故障或汽轮发电机出口跳闸，汽轮机由带满负荷甩负荷到带厂用电时，，可得，即，甩负荷后的转速会快速飞升，造成电网频率发生较大波动，为满负荷，为带厂用电负荷，为满负荷时转速，为带厂用电时转速。

进一步研究汽轮机转子力矩平衡方程：

（4）

  （5）

式中，J为转子转动惯量，为转子角速度，为汽轮机蒸汽力矩，为发电机反力矩，为汽轮机内功率，为蒸汽流量，为汽轮机焓降，为汽轮机内效率，为汽轮机转速。

   前面分析，在机组甩负荷后，汽轮机转速飞升，，又发电机反力矩 与转速成正比例关系，一次调频特性用来实现小网频率稳定，即，由公式（5）得，通过改变蒸汽流量（定压模式）或者汽轮机焓降（滑压模式）来增大蒸汽力矩实现。

   一次调频的原理如图1所示。

图1 一次调频控制原理图

1.2二次调频原理

    二次调频主要是为了保证电网的频率维持在恒定值，属于动态调频。

   一次调频是有差调频，不能完全小网频率的偏差，为此，DEH系统设计了二次调频功能，当出现小网运行或快速减负荷（FCB）时，能迅速稳定电网周波。所谓二次调频过程是根据电网频率偏差，通过改变调频机组调速系统的给定值，将电网负荷变化转移到由调频机组来承担，使电网频率回到额定值。

   通常二次调频是由网调调度来实施的，电网调度人员通过人工或自动手段，控制调频机组调速系统给定值，完成二次调频过程。

   二次调频采用PID控制器，其设定点为额定转速3000r/min，反馈变量为机组实际转速。二次调频的输出与当然给定值的叠加，作为一次调频的给定值[4]。

   二次调频的原理图如图2。

图2 二次调频控制原理图

2 控制方案

2.1存在问题

   小网控制一次调频要求机组调速响应非常迅速，汽轮机在甩负荷过程中，每秒钟的转速飞升量能够达到200r以上，对于常规的DEH控制回路如图3所示，转速卡一般会有20ms的延时，DCS控制周期一般在200ms左右，输出卡和伺服卡的信号传递也会产生约50ms的延时，那么整个系统的控制时延在270ms左右，也就是说，会产生54r的转速飞升，过大的时延会严重降低小网调频控制品质。

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