0、引言
    隨著設(shè)備的老化和當(dāng)時技術(shù)水平的局限，我國在20世紀(jì)80年代投產(chǎn)的火力發(fā)電機組逐漸進(jìn)入擴建改造期。豐城發(fā)電有限公司3、4號機組的汽輪機為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，鍋爐為HG-1025/18. 2-YM6型亞臨界壓力一次中間再熱控制循環(huán)汽包爐。機組的自動控制系統(tǒng)存在諸多問題，對其實施了分散控制系統(tǒng)(distribute control system，DCS)改造，將控制系統(tǒng)改為北京國電智深控制技術(shù)有限公司自主研發(fā)的EDPF-NT+ DCS。改造后的控制系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)( data acquisition system，DAS)、模擬量控制系統(tǒng)(modulating control system，MCS)、順序控制系統(tǒng)(sequence control system，SCS)、鍋爐爐膛安全監(jiān)視及燃燒器管理系統(tǒng)(furnacesafety supervisory system，F(xiàn)SSS)、汽輪機數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(digital electro-hydraulic control system，DEHCS)，汽動給水泵控制系統(tǒng)（micro-electro-hydraulic control system,MEHCS）等。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1、DCS優(yōu)化設(shè)計
1.1  網(wǎng)絡(luò)配置
    2臺機組之間不設(shè)置公用網(wǎng)絡(luò)。吹灰和汽機監(jiān)視儀表（turbine supervisory instruments，TSI）采用串口服務(wù)器連入DCS主網(wǎng)。并在DCS側(cè)通過互鎖邏輯，實現(xiàn)同一時間內(nèi)只能有1個吹灰器在運行。TSI采用解包算法把模擬量解為開關(guān)量，提供狀態(tài)信息。
1.2冗余配置
    考慮到DCS的特點，為了降低系統(tǒng)的危險性，在硬件配置上DCS充分運用設(shè)備冗余技術(shù)，使網(wǎng)絡(luò)、控制器，電源模件等都實現(xiàn)了冗余配置。控制器分配是控制系統(tǒng)設(shè)計最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。
1.3控制器及I/O信號分配
    3、4號機組分別采用18對冗余控制器，控制器分配采用工藝結(jié)合功能的方式，在工藝流程基礎(chǔ)上按照MCS、燃燒管理系統(tǒng)(boiler manager system，BMS)、SCS、DAS和DEHCS進(jìn)行了合理的分配，5臺磨煤機和BMS公用邏輯分配到3對控制器中實現(xiàn)，事件順序記錄( sequence of event，SOE)信號集中在DAS的1對控制器。
    DCS I/O點分配合理與否將直接影響自動調(diào)節(jié)和聯(lián)鎖保護(hù)的可靠性。系統(tǒng)控制器柜和擴展I/O柜，正面為A列和B列，反面為C列和D列。在I/O點分配時必須遵循以下原則：
    (1)重要的同類設(shè)備分配到不同控制器。
    (2)參與調(diào)節(jié)和保護(hù)的同一信號有多個測點的，應(yīng)分到不同的分支卡件上。
    (3)同類型模擬量輸出信號(如送風(fēng)機動葉A和B)盡量分配在不同的分支，至少確保分配在不同的卡件。
    (4)對于相互備用的設(shè)備（如交直流潤滑油泵）在同一控制器的，輸入狀態(tài)點和輸出指令應(yīng)分放在不同的卡件上，最好是能安排在不同列。
    (5)對于不同控制器之間的信號傳輸，重要的參與保護(hù)的信號采用硬接線。
2、CCS控制策略
    鍋爐一汽機協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（fumace-turbinecoordinated control system，F(xiàn)T℃CS）的任務(wù)是協(xié)調(diào)鍋爐和汽輪機的工藝系統(tǒng)，使機組在即時能力下，能最大限度地滿足電網(wǎng)要求的發(fā)電數(shù)量（功率）和質(zhì)量（頻率）。快速、準(zhǔn)確和穩(wěn)定地響應(yīng)自動發(fā)電控制(automaticgeneration control，AGC)或電廠運行員的負(fù)荷指令。
    協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)由3部分組成，即機組主控（機組負(fù)荷指令和壓力指令）、汽機主控和鍋爐主控。機組主控系統(tǒng)有協(xié)調(diào)、汽機跟隨、鍋爐跟隨、機爐手動等4種運行方式，在協(xié)調(diào)控制方式下，又有定壓和滑壓2種運行方式。
    FI℃CS的基本控制策略采用直接能量平衡（direct energy balance，DEB）原理，如圖l所示。圖l中：No代表汽機功率設(shè)定值；Ng代表汽機實際功率；PI代表汽機一級壓力；PT代表主汽壓力；Ps代表主汽壓設(shè)定值。以能量平衡的觀點來設(shè)計CCS系統(tǒng)，機、爐控制器通過能量平衡信號快速響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷要求，又能維持參數(shù)穩(wěn)定。直接能量平衡系統(tǒng)中汽機控制器對負(fù)荷指令和實發(fā)功率的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)。
    能量需求信號為( Pl/P,r) Ps，以主汽壓力設(shè)定值和汽機有效閥位的乘積表征在定壓或滑壓等不同運行工況下的汽機能量輸入，作為汽機對鍋爐的能量需求，其值不受鍋爐側(cè)擾動的影響，因為此時汽機一級壓力和主汽壓力成比例變化，( P1/PT)不變。熱量信號為，以一級壓力表征的主蒸汽流量加上汽包壓力微分表征的鍋爐蓄能作為鍋爐發(fā)熱量，其值既能反映燃料量的改變，也能反映燃料成分或發(fā)熱量的改變，并且不受汽機側(cè)擾動的影響，正確表述了鍋爐供應(yīng)的能量。
3、控制邏輯優(yōu)化
    (1)豐城電廠由于主給水電動門沒有模擬量測點，用圖2所示邏輯求得主給水電動門的模擬量值，再用模擬量判斷出閥門的狀態(tài)，給運行人員監(jiān)控提供了可靠的判斷依據(jù)。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
    (2)當(dāng)機組負(fù)荷變化時，鍋爐側(cè)的純遲延和大滯后是影響機組動態(tài)響應(yīng)的關(guān)鍵因素。為此，根據(jù)機組負(fù)荷主指令（unit load demand，ULD）信號生成l組動態(tài)前饋信號，即鍋爐動態(tài)加速信號( boiler inputrate，BIR)，作用到送風(fēng)、燃料等系統(tǒng)，加速鍋爐對負(fù)荷指令的響應(yīng)速度，起到先動作、早控制的作用。豐城300 MW機組采用的動態(tài)前饋邏輯如圖3所示，其中：壓力設(shè)定、DEB、負(fù)荷等信號的前饋作用可以根據(jù)具體的情況用增益來適當(dāng)?shù)募訌娀驕p弱。
    機組投運后，一次調(diào)頻試驗結(jié)果如表l。當(dāng)機組有9.5的負(fù)向頻差時，實際負(fù)荷由當(dāng)前的穩(wěn)態(tài)值開始下降，當(dāng)頻差消除后，實際負(fù)荷從新回到一個穩(wěn)態(tài)值。主蒸汽壓力雖然略有上升，但受頻差影響不大。汽包水位雖然一直在波動，但由于負(fù)荷升高，總體趨勢上水位也是在上升的。主蒸汽溫度基本上維持在額定值附近，變化不大。這說明一次調(diào)頻投入后，機組的主汽壓和主汽溫都能維持較好的穩(wěn)定性，此次改造采用的控制邏輯達(dá)到了很好的控制效果。
4、結(jié)語
    豐城3.4機組節(jié)能擴容改造后，發(fā)電功率300 MW提高到340 MW，增加了40 MW電網(wǎng)調(diào)峰能力和電廠發(fā)電容量，且控制系統(tǒng)運行情況良好，沒有出現(xiàn)過保護(hù)誤動和拒動，并實現(xiàn)了AGC和一次調(diào)頻控制，其控制器設(shè)計、控制策略和連鎖保護(hù)優(yōu)化值得同類工程借鑒。