【摘要】本文介绍了MAX-DNA控制系统的结构特点，以及在某电厂660MW机组中的基本网络布置、控制系统硬件组成及控制策略，分析该控制系统运用中存在的优缺点。详细分析了协调控制策略与机组RB控制策略。
【关键词】超临界；协调控制；直流炉；控制策略；辅机故障减负荷
1.系统概述
某电厂2×660MW机组采用2机1控方式，及2台机组合用1个集中控制室，单元机组以分散控制系统(DCS)为核心，分4个域进行控制，分别为#1机组域、#2机组域、脱硫域及公用系统域。该系统基于最新计算机嵌入系统技术和现场总路线技术开发的分布式控制系统，能够实现对单元机组主辅机及系统的检测、控制、报警、联锁保护、诊断、机组启停、正常运行操作、事故处理和操作指导等功能。以CRT和键盘作为机组的主要监视和控制手段，设置少量必要紧急事故停止和启动按钮，以便在DCS出现故障时，确保机组安全停运。DCS主要完成主厂房内单元机组和公用部分的系统及其设备的报警、调节和联锁保护等监视功能，包括锅炉、汽轮机、发电机、空冷系统及相关的辅助系统与设备。
分布式处理单元（DPU）是系统的最基本的控制单元。其中主控制器采用嵌入式设计的低功耗高性能计算机，内置实时多任务软件操作系统和嵌入式组态控制软件，将网络通信、数据处理、连续控制，离散控制，顺序控制和批量处理等有机结合，形成了较为稳定、可靠的控制系统。软件采用Microsoft windows XP操作系统和DPU站使用Linux，应用软件maxDPUTools，还包括maxSTORIAN等工具以及第三方支撑工具。
系统网络采用工业以太网冗余配置，可快速构建星型或环形拓扑结构的高速冗余的安全网络，符合IEEE 802.3IEEE802.3u标准，基于TCP/IP与实时工业以太网协议，通信速率10/100MbpS自适应，传输介质为带有RJ45连接器的5类非屏蔽双绞线或单模或多模光纤。
控制网是现场控制站的内部网络，实现控制机柜内的各个IO模块和主控单元之间的相互连接和信息传输，通讯速率，传输介质为屏蔽双绞线或光纤，系统网络和控制网络分别完成相对独立的数据采集和设备控制等功能，有效地隔离工业自动化系统和IT系统.。
2.控制系统硬件组成
机组DCS控制系统实现了单元机组炉机电集中控制，完成单元机组主辅机及系统的检测、控制、报警、联锁保护、诊断、机组启停、正常运行操作、事故处理和操作指导等功能。机组自动控制系统功能完善，满足机组在电网中的主要是承担基本负荷，同时也能够满足电网高峰、调频要求的运行控制要求。
DCS系统主干网网络负荷小于40%，单个节点最大网络负荷小于40%，画面操作相应周期不大于1S，画面数据刷新周期不大于1S，SOE数据采集周期1ms，实时数据控制周期，冗余控制器可实现正常无扰切换，控制器满足无扰在线下装要求，当控制器掉电或控制器停运时模拟量输出和开关量输出保位功能正常，控制器电源适应能力正常。
3.控制策略
锅炉为上海锅炉厂引用一次中间再热2090t/h超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛布置，四角切圆燃烧，摆动喷嘴调温，平衡通风、全刚架悬吊结构、露天布置、采用机械刮板捞渣机固态排渣。锅炉制粉系统采用直吹式系统，每台锅炉配置6台中速磨煤机。
汽轮机为哈尔滨汽轮机有限责任公司引进日本三菱技术生产660MW超临界汽轮发电机组，型式为超临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽、双背压、八级回热抽汽、凝汽式汽轮机。发电机为哈尔滨电机厂有限责任公司生产的水氢氢冷、静态励磁发电机。控制系统设计包含DAS、BMS、MCS、SCS系统。汽轮机控制系统采用哈尔滨汽轮机厂有限责任公司和上海美卓自动化公司名称联合设计的DEH控制系统。
超临界直流锅炉机组是强耦合、多参数、非线性的控制对象，该控制系统能较为稳定，快速的反应是和其先进的控制策略分不开的，本控制系统中其协调控制功能和机组RB功能优良，现将这两方面控制策略进行阐述。
3.1 单元机组协调控制（CCS）策略
本机组协调控制系统主要包括汽机主控（TM）、锅炉主控（BM）、负荷指令设定、压力设定、协调方式切换、辅机故障减负荷（RB）、频率校正等功能回路。有4种运行方式：CCS、TF、BF、MAN。
在协调方式下，自动发电控制（AGC）指令经负荷变化速率限制、负荷上下限限制以及负荷指令闭锁增减运算后，得到的机组实际负荷指令（UNITD），分别送至汽轮机和锅炉主控等回路。压力定值形成回路：设计了定压、滑压两种运行方式。
锅炉主控是CCS控制的核心之一，在CCS方式下，锅炉指令由以下几部分组成：基本部分：为负荷对应煤量静态前馈（BMFF0）；动态补偿部分：设计两路，一路为能量需求信号（P1*Pt/Ps），经超前滞后环节处理，得到锅炉前馈1（BMFF1）信号；另一路为压力设定值经超前滞后环节处理，得到锅炉前馈2（BMFF2）信号。锅炉主控指令为静态前馈（BMFF0），锅炉动态前馈1（BMFF1），锅炉动态前馈2（BMFF2），主汽压力PID输出，四者相加得到。同时，对协调控制方式下的锅炉主蒸汽压力调节器PID参数重新整定，以变参数控制，增加机组负荷稳态、变负荷工况判断，特别是在机组高负荷容易超压的情况下设置2组稳态PID参数，使压力调节加快。主蒸汽压力调节器PID控制输出与锅炉主控总前馈叠加形成锅炉主指令，经过优化后锅炉主控的控制效果更理想，压力控制更平稳。
汽机主控为CCS和DEH之间的接口，分为TF方式和CCS方式，CCS方式下，实际主汽压力与压力定值偏差经折线函数运算后，再与机组实际功率相加，得到功率调节器的PV（实际值）；实际负荷指令（UNITD）与一次调频功率（FREQWM）相加，得到功率调节器的SP（设定值）。在CCS方式下，功率调节器接受上述PV、SP值进行运算，得到汽机主控指令。设计了压力拉回回路，这样在压力偏差较大时，汽机辅助锅炉调压，以牺牲负荷为代价，保持机组主汽压力稳定。考虑更好的保证负荷调整精度，将汽机主控的压力拉回回路取消，将压力的闭锁增和闭锁减动作值由1MPa改为2MPa，在机组负荷与指令存在偏差时数字式电液控制系统（DEH）控制汽轮机调节阀开度，以快速响应负荷变化。同时，修改了协调控制方式下汽轮机主控PID参数，这样既保证机组较少负荷偏差，又能快速响应负荷变化，提高机组运行的经济性。 3.2 快速减负荷(RB)控制方案
本机组煤粉燃烧器布置为自下而上A-F层六层四角切圆燃烧，A层布置等离子，RB逻辑共设计4种异常工况，即：1台送风机、1台引风机、1台一次风机、1台汽动给水泵跳闸情况下的机组出力限制及处理。当任意1台辅机跳闸时，且RB功能投入，机组负荷大于350MW，RB动作，以锅炉出力下降最大的RB工况为机组RB实施工况，机组从AGC或CCS控制方式切换到TF方式运行，DEH切为初压方式进行机调压控制，机前压力定值回路根据不同的RB工况，确定主汽压力控制的目标值和压力衰减率（压力定值基本参照目标负荷对应的滑压值）。当RB发生时，锅炉煤量调节器指令以不同RB工况降至机组最大限制负荷所对应的目标煤量。
由于机组锅炉通常存在较大热惯性，按常规设计自动控制减煤，锅炉热负荷短时间内下降不足，因此可改原有自动调节为动静结合控制，动态时快速跳磨，静态后转为自动控制，稳定煤量至目标负荷所对应的燃料量。跳磨按照F→E→D的顺序进行，间隔时间通常为10s，保留3台磨煤机，其中一次风机RB时考虑到风压瞬间下降过快，适当缩短跳磨间隔为5s。整个RB过程中分离器出口温度、炉膛负压、风压等子系统维持自动调节状态，以控制机组主要参数在一定范围内波动。如果仅仅根据动态偏差控制，由于受调节器速度的限制执行机构来不及动作，直接引发运行工况的恶化乃至机组跳闸，所以本机组送风机、引风机、一次风机等采用了必要的超驰控制和前馈控制，在RB发生时，采取超驰控制策略，完成参数快速的调整。RB发生时压力定值先跟踪实际压力，然后压力定值再按要求变化，以防止RB发生时实际压力偏高于设定值导致调门反而打开，引起汽温下降过大。RB动作触发等离子快速投运，4个角等离子均投入运行，以加强燃烧的稳定。RB发生时，考虑到一次风压可能瞬间跌至很低，导致一次风量低跳闸磨煤机，因此将每台磨煤机在一次风机RB工况下，一次风量低跳磨延时由10S自动调整为60S。RB发生时，所有减温水调门先超驰关闭30S，再释放为正常调节。
通过对给水泵RB、一次风机RB、引风机RB、送风机RB控制策略分析与优化，并完成600MW和450MW负荷时4种RB功能试验，均安全、稳定地实现自动甩负荷，保证机组在异常工况下的运行安全。
4.结语
本文通过介绍2×660MW机组系统的控制系统组成、网络组成等，详细说明了MAX-DNA控制系统的结构特点与优点，以及2×660MW超临界机组的控制策略，通过对4种RB控制策略分析与优化，使各相关设备协调动作，提高了RB动作的正确性和可靠性，同时也提高了机组运行的安全性。实践证明MAX-DNA控制系统在该电厂660MW超临界机组应用中取得了成功。
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