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摘要：本文通过对300MW机组协调控制系统的本质特征进行入手分析，以研究协调控制系统的优化、仿真及调试的问题。本文结合笔者所在地的一个实际工程项目，设计出以Teleperm XP系统为基础的330MW机组协调控制优化、仿真及调试方案。
关键词：协调控制系统、运行控制、优化、仿真、调试
目前，随着大型发电机组的不断发展，大容量机组的锅炉和机组的运行方式均为单元制，在这种运行方式下，發电机、锅炉以及汽机已经结合成为一个完整的调节对象，内部需要协调配合，以便于最大程度上满足电网的运行要求及负荷要求，那么对300MW机组协调控制方案进行优化、仿真及调试就显得尤为重要。
1、 优化设计
1.1优化设计的原则
笔者以笔者所在地的一家发电有限责任公司为例，结合该厂所拥有的330MW 机组及其实际运行情况、实际运行需求，得出300MW协调控制系统的优化设计的几个原则：
（1）安全为主的原则
要确保改造后的机组协调控制系统能够与原有部分实现有效配合，又要确改造后的机组的参数设置、信号连接以及逻辑的准确性。以便于确保系统运行的可靠性与安全性。
（2）增强系统的整体性能
在对机组协调控制系统进行优化设计的同时，要从整体上对机组的控制品质进行优化，同时还应对兼顾优化主要子系统，具体包括气温系统、燃烧系统等。
1.2 机组协调控制系统的结构以及功能
根据上述的设计原则，则可以确定协调控制系统结构及功能。
设计系统结构在优化系统功能的基础上，可以满足机组控制系统在正常运行以及事故状态下所需的各种功能。
本设计的最大优点在于运行人员可自由设定机组的目标负荷，并且运行人员能够接收 ADS（电网调度系统）所发送的中调指令，以便于与频差信号校正相互匹配。但是目标负荷所生成的实际负荷指令往往会受限于以下四个方面的制约：
①最大、最小允许出力限制
②负荷变化速率限制
③主要辅机故障限制
④机组最大可能出力限制
在主要辅机运行时发生故障时，协调控制系统则可以根据故障情况快速进行相应的减负荷操作，将其负荷强制降低至能够承担的范围内，又由于辅机可以在发送故障时明确检测，并且各辅机能够承担的负荷均有相对应的数值。那么在负荷变化率计算回路和允许出力计算回路时，将快速减负荷速率及其目标值分别设置相应的辅机故障。
而与协调控制系统所相关的过程参数，例如一次风压、给水量、燃料量、实发功率、机前压力等，其调节品质的好坏往往与机组的负荷变化率及变化幅度相互挂钩，一旦某些参数的偏差发生变化或变化过大时，就需要采取迫使其升降等措施。 来对其进行限制。以便有效避免机组调节品质降低。对此，在进行负荷指令处理时，也应当设置相对应的逻辑值设置。
2、仿真研究
2.1锅炉、汽机控制方案
其工作原理如下所示：
2.2仿真过程中的现象及结果分析
（1）锅炉主控器在仿真过程中，其比例增益不断增大时，其主汽压力控制品质则会发生相应的改变，所对应的超调量也会随之增大。当积分增益发生改变，不断变大时，相对应的超调量也会随之减小，此时功率侧输出则会增加。
（2）汽机主控器在仿真过程中，其比例增益不断增大时，机炉两侧所需要的稳定时间将会逐渐变短，其对应的超调量也会随之减小。当积分增益发生改变，不断变大时，汽机两侧趋于稳定的时间与输出相应的超调量也会随之改变。
（3）当系数K值变大时，其品质往往也会得以相应的改善。但是与此同时，将会降低与之对应的汽机侧的效果质量。
2.3效果较为良好的参数值范围
（1）锅炉主控制器
K：0.007～0.04 δ：0.6～2
（2）汽机主控制器
K：0.15～0.5 δ：4～20
2.4效果最佳的参数配置
（1）锅炉主控制器
K：0.04 δ：-4
（2）汽机主控制器
K：-0.3 δ：-4
3、调试及投运
笔者所在地的示例发电有限责任公司在机组大修之际，将330MW 机组协调控制系统的优化、仿真方案予以实施。
3.1 300MW机组协调控制系统的组态调试
本文所介绍的项目，其实施过程需要依靠现有硬件和软件平台，也就是以Teleperm XP 的分散控制系统作为实施基础，因此，本文所有的设计方案都必须使用 Teleperm XP的分散控制系统予以实现。而在组态的过程中，不仅需要将总设计中的各种功能要求体现出来，而且还需要体现出工程化及细节等问题，并采取相应的解决措施。例如无扰切换及控制器的跟踪等。
3.2 运行检验
（1）抗干扰能力和稳定性检验
一般来说，吹灰过程作为机组在正常运行的状态下所无法避免，并且干扰影响较大的影响因素，在吹灰过程中，燃烧系统中的磨煤机往往处于正常运行的状态。 此时需要备用相应的磨煤机。在机组运行过程中，由于上移炉膛火焰中心是不可避免的，那么引起蒸汽压力超限、再热蒸汽和过热蒸汽超温也是正常的现象。所以，相应的协调控制系统和子控制系统均会受到其不同程度的干扰影响。
根据上述的工况，协调控制系统因为一直处于自动状态进行工作，有效保证了机组负荷与主蒸汽压力的稳定运行。协调控制系统的抗干扰能力和稳态性能和抗干扰能力表现良好。在锅炉处于吹灰过程时，其燃料量呈现出最大阶跃，变化值为 11t/h。负荷控制的精度≤2MW，机组主汽压的偏差≤0.15MPa。 （2）负荷跟随能力检验
一般来说，负荷跟随能力的好坏，往往是衡量300MW协调控制系统的动态性能的核心指标。一般在正常情况下，对机组的要求是必须达到MCR/min2%～3%的升降负荷率。而对于330MW机组协调控制系统来说，其升降负荷速率往往需要控制到6MW/min～9MW/min的范围内。如果从控制系统这一角度来看，对于负荷变化速率造成的影响最为明显的因素则是压力偏差。负荷的变化幅度越大，相应的主蒸汽调节阀所作出的动作往往也就越快，这样对主蒸汽压力造成的影响也就越为明显。特别是在滑压这一运行方式下，如果负荷指令降低，并且关小主蒸汽调节阀，那么主蒸汽压力就会处于一个动态上升的过程，。与此同时，其压力定值也就会伴随着滑压曲线而下降，这样一来，也就进一步增加了给定值和测量值两者之间的偏差大小，同时也会一定程度上使得系统控制难度增加。为了减轻上述的矛盾，笔者在运行规程这一方面上，对主蒸汽压力定值的增减范围予以限制：当主蒸汽压力处于0MPa～4MPa的范围时，变化速率≤ 0.1MPa/min；當 主蒸汽压力处于4MPa～18.3MPa的范围时，变化速率≤0.3MPa/min。
（3）调试结论
根据上述试验数据不难看出，300MW机组协调控制系统与其子控制回路参数设置合理、结构正确，系统对于负荷变化的响应能力较强，该设计能够稳定协调控制系统的投入与使用。除汽温控制系统以外，控制系统动态、稳态调节品质都达到我国《火力发电厂模拟量控制系统在线验收测试规程》 中对300MW机组协调控制系统的动态、静态品质的指标要求。
结束语
300MW机组协调控制作为一种多变量的被控对象，具有多不确定干扰、不对称、强耦合、大迟延等特点。因此，研究单元机组的协调控制问题具有很强的现实意义，同时，伴随着我国电力工业实施可持续发展战略，对机组协调控制系统的安全性能和经济性能则提出了更高的要求，通过对现有机组协调控制系统的优化、仿真及调试，提高机组运行的安全性和经济性，符合这一战略的发展目标。
参考资料：
[1]邢红颖.《300MW机组协调控制方案的优化、仿真及调试》[D].华北电力大学：2009（12）.
[2]李子阳.《国产300MW机组协调控制方案的优化措施》[J].机电信息：2011（06）.
关键词：协调控制系统、运行控制、优化、仿真、调试
目前，随着大型发电机组的不断发展，大容量机组的锅炉和机组的运行方式均为单元制，在这种运行方式下，發电机、锅炉以及汽机已经结合成为一个完整的调节对象，内部需要协调配合，以便于最大程度上满足电网的运行要求及负荷要求，那么对300MW机组协调控制方案进行优化、仿真及调试就显得尤为重要。
1、 优化设计
1.1优化设计的原则
笔者以笔者所在地的一家发电有限责任公司为例，结合该厂所拥有的330MW 机组及其实际运行情况、实际运行需求，得出300MW协调控制系统的优化设计的几个原则：
（1）安全为主的原则
要确保改造后的机组协调控制系统能够与原有部分实现有效配合，又要确改造后的机组的参数设置、信号连接以及逻辑的准确性。以便于确保系统运行的可靠性与安全性。
（2）增强系统的整体性能
在对机组协调控制系统进行优化设计的同时，要从整体上对机组的控制品质进行优化，同时还应对兼顾优化主要子系统，具体包括气温系统、燃烧系统等。
1.2 机组协调控制系统的结构以及功能
根据上述的设计原则，则可以确定协调控制系统结构及功能。
设计系统结构在优化系统功能的基础上，可以满足机组控制系统在正常运行以及事故状态下所需的各种功能。
本设计的最大优点在于运行人员可自由设定机组的目标负荷，并且运行人员能够接收 ADS（电网调度系统）所发送的中调指令，以便于与频差信号校正相互匹配。但是目标负荷所生成的实际负荷指令往往会受限于以下四个方面的制约：
①最大、最小允许出力限制
②负荷变化速率限制
③主要辅机故障限制
④机组最大可能出力限制
在主要辅机运行时发生故障时，协调控制系统则可以根据故障情况快速进行相应的减负荷操作，将其负荷强制降低至能够承担的范围内，又由于辅机可以在发送故障时明确检测，并且各辅机能够承担的负荷均有相对应的数值。那么在负荷变化率计算回路和允许出力计算回路时，将快速减负荷速率及其目标值分别设置相应的辅机故障。
而与协调控制系统所相关的过程参数，例如一次风压、给水量、燃料量、实发功率、机前压力等，其调节品质的好坏往往与机组的负荷变化率及变化幅度相互挂钩，一旦某些参数的偏差发生变化或变化过大时，就需要采取迫使其升降等措施。 来对其进行限制。以便有效避免机组调节品质降低。对此，在进行负荷指令处理时，也应当设置相对应的逻辑值设置。
2、仿真研究
2.1锅炉、汽机控制方案
其工作原理如下所示：
2.2仿真过程中的现象及结果分析
（1）锅炉主控器在仿真过程中，其比例增益不断增大时，其主汽压力控制品质则会发生相应的改变，所对应的超调量也会随之增大。当积分增益发生改变，不断变大时，相对应的超调量也会随之减小，此时功率侧输出则会增加。
（2）汽机主控器在仿真过程中，其比例增益不断增大时，机炉两侧所需要的稳定时间将会逐渐变短，其对应的超调量也会随之减小。当积分增益发生改变，不断变大时，汽机两侧趋于稳定的时间与输出相应的超调量也会随之改变。
（3）当系数K值变大时，其品质往往也会得以相应的改善。但是与此同时，将会降低与之对应的汽机侧的效果质量。
2.3效果较为良好的参数值范围
（1）锅炉主控制器
K：0.007～0.04 δ：0.6～2
（2）汽机主控制器
K：0.15～0.5 δ：4～20
2.4效果最佳的参数配置
（1）锅炉主控制器
K：0.04 δ：-4
（2）汽机主控制器
K：-0.3 δ：-4
3、调试及投运
笔者所在地的示例发电有限责任公司在机组大修之际，将330MW 机组协调控制系统的优化、仿真方案予以实施。
3.1 300MW机组协调控制系统的组态调试
本文所介绍的项目，其实施过程需要依靠现有硬件和软件平台，也就是以Teleperm XP 的分散控制系统作为实施基础，因此，本文所有的设计方案都必须使用 Teleperm XP的分散控制系统予以实现。而在组态的过程中，不仅需要将总设计中的各种功能要求体现出来，而且还需要体现出工程化及细节等问题，并采取相应的解决措施。例如无扰切换及控制器的跟踪等。
3.2 运行检验
（1）抗干扰能力和稳定性检验
一般来说，吹灰过程作为机组在正常运行的状态下所无法避免，并且干扰影响较大的影响因素，在吹灰过程中，燃烧系统中的磨煤机往往处于正常运行的状态。 此时需要备用相应的磨煤机。在机组运行过程中，由于上移炉膛火焰中心是不可避免的，那么引起蒸汽压力超限、再热蒸汽和过热蒸汽超温也是正常的现象。所以，相应的协调控制系统和子控制系统均会受到其不同程度的干扰影响。
根据上述的工况，协调控制系统因为一直处于自动状态进行工作，有效保证了机组负荷与主蒸汽压力的稳定运行。协调控制系统的抗干扰能力和稳态性能和抗干扰能力表现良好。在锅炉处于吹灰过程时，其燃料量呈现出最大阶跃，变化值为 11t/h。负荷控制的精度≤2MW，机组主汽压的偏差≤0.15MPa。 （2）负荷跟随能力检验
一般来说，负荷跟随能力的好坏，往往是衡量300MW协调控制系统的动态性能的核心指标。一般在正常情况下，对机组的要求是必须达到MCR/min2%～3%的升降负荷率。而对于330MW机组协调控制系统来说，其升降负荷速率往往需要控制到6MW/min～9MW/min的范围内。如果从控制系统这一角度来看，对于负荷变化速率造成的影响最为明显的因素则是压力偏差。负荷的变化幅度越大，相应的主蒸汽调节阀所作出的动作往往也就越快，这样对主蒸汽压力造成的影响也就越为明显。特别是在滑压这一运行方式下，如果负荷指令降低，并且关小主蒸汽调节阀，那么主蒸汽压力就会处于一个动态上升的过程，。与此同时，其压力定值也就会伴随着滑压曲线而下降，这样一来，也就进一步增加了给定值和测量值两者之间的偏差大小，同时也会一定程度上使得系统控制难度增加。为了减轻上述的矛盾，笔者在运行规程这一方面上，对主蒸汽压力定值的增减范围予以限制：当主蒸汽压力处于0MPa～4MPa的范围时，变化速率≤ 0.1MPa/min；當 主蒸汽压力处于4MPa～18.3MPa的范围时，变化速率≤0.3MPa/min。
（3）调试结论
根据上述试验数据不难看出，300MW机组协调控制系统与其子控制回路参数设置合理、结构正确，系统对于负荷变化的响应能力较强，该设计能够稳定协调控制系统的投入与使用。除汽温控制系统以外，控制系统动态、稳态调节品质都达到我国《火力发电厂模拟量控制系统在线验收测试规程》 中对300MW机组协调控制系统的动态、静态品质的指标要求。
结束语
300MW机组协调控制作为一种多变量的被控对象，具有多不确定干扰、不对称、强耦合、大迟延等特点。因此，研究单元机组的协调控制问题具有很强的现实意义，同时，伴随着我国电力工业实施可持续发展战略，对机组协调控制系统的安全性能和经济性能则提出了更高的要求，通过对现有机组协调控制系统的优化、仿真及调试，提高机组运行的安全性和经济性，符合这一战略的发展目标。
参考资料：
[1]邢红颖.《300MW机组协调控制方案的优化、仿真及调试》[D].华北电力大学：2009（12）.
[2]李子阳.《国产300MW机组协调控制方案的优化措施》[J].机电信息：2011（06）.