1、引言 電力市場飽和的情況，導(dǎo)致許多機(jī)組都不能滿負(fù)荷運(yùn)行發(fā)電。電力市場的自由化使得競價上網(wǎng)已經(jīng)成為電力發(fā)展的必然趨勢，唯有采取有效的競價手段才能保證自己的電力輸出被電力市場接受。 電力市場發(fā)展的另一個趨勢是電網(wǎng)中大容量機(jī)組（300MW及以上）越來越多，電力市場的峰谷差日益加大，單純依靠中小型機(jī)組實(shí)現(xiàn)調(diào)峰已經(jīng)不能有效地滿足要求，大型機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰已迫在眉睫。而目前國內(nèi)的大型機(jī)組一般按照基本負(fù)荷設(shè)計(jì)，其調(diào)峰能力并不理想，因此為了有效解決這個矛盾，必須采用一些先進(jìn)成熟的優(yōu)化控制解決方案。 目前，國內(nèi)類似的優(yōu)化控制解決方案的確不少，但效果都不太理想。而德國西門子公司的先進(jìn)控制方案PROFI成功地解決了以上問題，它對于提高機(jī)組控制性能，保證良好的經(jīng)濟(jì)效益和市場生存能力，提高電廠燃用廉價燃料的能力，減少生產(chǎn)成本等都具有重要的理論和實(shí)踐意義。 2、系統(tǒng)介紹 PROFI系統(tǒng)是西門子公司各方面專家對很多運(yùn)行中的火力發(fā)電廠存在的問題進(jìn)行深入分析后，將先進(jìn)的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合后所研究出的具有革命性變革的一種全新的控制思路，該方案先進(jìn)、可靠，已成功的應(yīng)用于各種類型的火力發(fā)電廠中。 系統(tǒng)與DCS控制系統(tǒng)可直接相連，可將模件直接插到DCS機(jī)柜中。在正常運(yùn)行過程中，SICOPM處理器模件和已經(jīng)安裝在其中的PROFI模塊不需要操作員任何干預(yù)，系統(tǒng)加電以后，它能夠自動引導(dǎo)并開始運(yùn)行其中的內(nèi)部程序。 當(dāng)與SICOPM處理器中的用戶程序進(jìn)行連接后，可以在過程控制系統(tǒng)中形成新的運(yùn)行方式，通過這種方式，可以在控制系統(tǒng)中進(jìn)行手動設(shè)定，如在機(jī)組啟動期間設(shè)置目標(biāo)值，從而對高級過程控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。 2.1 PROFI系統(tǒng)的優(yōu)越性 隨著改革的深入，電廠和電網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)已成必然，電廠能否發(fā)出穩(wěn)定而質(zhì)高價低的電，是其在競爭激烈的電力市場中生存下去的前提，PROFI就是為了適應(yīng)這一需求而研制開發(fā)的。PROFI通過保持機(jī)組長期穩(wěn)定的運(yùn)行，提高機(jī)組的效率，使機(jī)組能夠迅速有效的滿足電網(wǎng)調(diào)度要求的指令，提高對調(diào)度員的吸引力。保持在市場競爭中的優(yōu)勢。 PROFI解決了現(xiàn)代電力系統(tǒng)中電網(wǎng)調(diào)度和火力發(fā)電廠中機(jī)組反應(yīng)遲緩的尖銳矛盾，使得機(jī)組既能快速響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度的指令，又能保證機(jī)組平滑穩(wěn)定的運(yùn)行，提高機(jī)組在電網(wǎng)中的競爭力。同時PROFI解決了機(jī)組起停速度過慢，機(jī)械壽命受損的缺陷，大大提高機(jī)組的起停速度，減少燃料的損耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。通過PROFI還能夠解決頻繁發(fā)生的超溫和振蕩現(xiàn)象，提供準(zhǔn)確而迅速的控制。 PROFI是基于模塊化的設(shè)計(jì)，主要由四大功能塊組成:新機(jī)組協(xié)調(diào)模塊，凝結(jié)水節(jié)流模塊，帶預(yù)測的負(fù)荷裕度模塊和自學(xué)習(xí)的溫度控制模塊。各個功能模塊之間既相互獨(dú)立，又可靈活搭配，可以根據(jù)電廠實(shí)際情況使用其中一個或幾個模塊。各個模塊都具有較好的可操作性和可控性，可以大大減少運(yùn)行人員干預(yù)和設(shè)備變化次數(shù)。 PROFI不僅有較高的經(jīng)濟(jì)性而且還有極高的安全性。所有上述模塊都可以隨時無擾的投入和切除，即使發(fā)生硬件故障時也只是無擾切換到機(jī)組原有的運(yùn)行方式，不會產(chǎn)生任何危及機(jī)組安全的不良影響。另外，PROFI具有很好的適應(yīng)性。無論是燃煤，燃?xì)?，燃油火力發(fā)電廠，不論采用何種DCS系統(tǒng)，無需對原系統(tǒng)做太大的改變，沒有任何風(fēng)險，PROFI就能方便的加入到原有系統(tǒng)中去。加上各個模塊之間搭配的靈活性，使得電廠不用投入太多就能取得較高的回報。 2.2 主要功能模塊 PROFI各個模塊是針對不同問題而開發(fā)設(shè)計(jì)的，電廠可以根據(jù)各自的實(shí)際情況選用不同模塊。 （1） 新機(jī)組協(xié)調(diào)模塊 新機(jī)組協(xié)調(diào)模塊是一種全新的機(jī)組協(xié)調(diào)動作思路，通過充分利用機(jī)組的蓄能，達(dá)到機(jī)組迅速響應(yīng)負(fù)荷需求變化，解決了現(xiàn)在電廠對電網(wǎng)負(fù)荷要求變化響應(yīng)過慢的缺點(diǎn)，還能減少鍋爐燃燒部分的過調(diào)，保持穩(wěn)定燃燒，提高機(jī)組的燃盡率，同時還能降低設(shè)備的磨損，降低維護(hù)費(fèi)用。 （2） 凝結(jié)水節(jié)流模塊 該模塊是對熱力系統(tǒng)特性充分了解的體現(xiàn)，是一種獨(dú)創(chuàng)的控制方式。通過改變凝結(jié)水流量，使得機(jī)組在燃燒工況不變的情況下，能夠瞬時提高機(jī)組出力達(dá)4～6% MCR，快速響應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的要求，加強(qiáng)了電廠機(jī)組在電網(wǎng)中的競爭能力，并且不會產(chǎn)生熱應(yīng)力變化，不會對機(jī)組壽命造成損傷。 （3） 帶預(yù)測的負(fù)荷裕度模塊 負(fù)荷裕度模塊主要用于解決機(jī)組起停速度過慢的問題。利用先進(jìn)的預(yù)測算法實(shí)時計(jì)算機(jī)組所受的熱應(yīng)力，以此控制機(jī)組的起停速度，使得機(jī)組能夠快速起停而又不超過機(jī)械部分所能承受的熱應(yīng)力。節(jié)省了起停燃料的消耗，取消了傳統(tǒng)的昂貴的溫差測量設(shè)備，節(jié)約了電廠的成本。 （4） 自學(xué)習(xí)溫度控制模塊 溫度控制模塊利用了狀態(tài)控制器和自學(xué)習(xí)回路等高級控制算法，成功解決了溫度這種大滯后對象的控制，即使變負(fù)荷時也能將溫度迅速穩(wěn)定地控制在設(shè)定點(diǎn)。大大消除了電廠普遍存在的超溫現(xiàn)象，給用戶帶來長久的利益。 2.3 PROFI提高電廠效益的途徑 PROFI控制就是用來提高機(jī)組穩(wěn)定性和負(fù)荷動態(tài)響應(yīng)能力的，從而提高電廠效益。 （1） 機(jī)組穩(wěn)定性 在機(jī)組穩(wěn)定性方面。提高電廠效益主要是通過減少生成擾動（避免電力銷售損失）、提高機(jī)組效率（減少每MW小時的燃料）、延長電廠昂貴設(shè)備的壽命和減少維護(hù)費(fèi)用來實(shí)現(xiàn)的。 （2） 負(fù)荷動態(tài)響應(yīng)性能 穩(wěn)定的機(jī)組可以更早、更長時間地維持目標(biāo)負(fù)荷。從負(fù)荷調(diào)度的觀點(diǎn)來看，這種電廠比其他電廠能夠提供更快更可靠的產(chǎn)品。如果該電廠在為電網(wǎng)提供調(diào)頻服務(wù)的情況下還有足夠的穩(wěn)定性，這種電廠更有吸引力。電網(wǎng)是需要調(diào)節(jié)負(fù)荷的。這種調(diào)節(jié)型的機(jī)組將具有很長的、比計(jì)劃中更多的年發(fā)電小時。從統(tǒng)計(jì)上來說，它的每MW小時的生產(chǎn)成本更低。高的負(fù)荷動態(tài)響應(yīng)能力是產(chǎn)生效益的首要點(diǎn)。 2.4 機(jī)組優(yōu)化控制方案的目標(biāo) （1） 機(jī)組優(yōu)化控制主要考慮的因素 負(fù)荷分配和電網(wǎng)需求需要通過機(jī)組控制系統(tǒng)來滿足，尤其在當(dāng)前的市場。當(dāng)前主要考慮的因素有： ●最低價格購買電力； ●操作性，包括負(fù)荷變化率，負(fù)荷階躍能力和負(fù)荷變化范圍； ●一個電廠或者整個發(fā)電行業(yè)的精確發(fā)電量控制； ●一次調(diào)頻控制。 （2） 機(jī)組優(yōu)化控制系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)的目標(biāo) ●快的負(fù)荷變化率； ●大的負(fù)荷階躍能力； ●寬的可調(diào)負(fù)荷范圍。 （3） 機(jī)組優(yōu)化控制系統(tǒng)的隱含目標(biāo) 除了必須達(dá)到上述目標(biāo)外，機(jī)組優(yōu)化控制方案還應(yīng)達(dá)到的隱含目標(biāo)為： ●燃料、主蒸汽壓力和主蒸汽溫度振動以及過程參數(shù)超限必須得到克服。 ●在有些電廠的負(fù)荷變化期間，整個電廠的控制系統(tǒng)不穩(wěn)定現(xiàn)象也必須得到克服。 ●在燃燒較差的電廠，燃料過度燃燒現(xiàn)象應(yīng)該得到最大程度的限制，從而電廠機(jī)械設(shè)備的壽命消耗可以減少。 3、PROFI系統(tǒng)在電廠中的應(yīng)用 以某電廠為例，在使用PROFI后，電廠的過程控制特性得到了顯著的提高，機(jī)組運(yùn)行更加平滑，負(fù)荷響應(yīng)更迅速，同時，大大減少了機(jī)組運(yùn)行中運(yùn)行人員的干預(yù)和設(shè)備的動作頻率。在當(dāng)前的情況下，機(jī)組能夠較好地運(yùn)行在定/滑壓模式下，以4％MCR的負(fù)荷升降速率進(jìn)行自動升降負(fù)荷，同時該過程中各種參數(shù)都比較穩(wěn)定，下面僅以優(yōu)化前后主汽溫和再熱汽溫在穩(wěn)定負(fù)荷時的對比曲線為例說明PROFI系統(tǒng)對高級控制系統(tǒng)的優(yōu)化作用。 4、結(jié)束語 通過使用先進(jìn)控制策略后，電廠能快速響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度的調(diào)峰和調(diào)頻的要求，發(fā)出質(zhì)高價低的電力，在充滿競爭的電力市場中占據(jù)優(yōu)勢。通過降低機(jī)組的過調(diào)，可以大大減少設(shè)備的磨損，降低運(yùn)行和維護(hù)成本。通過對機(jī)組的各工況平穩(wěn)控制，減少運(yùn)行人員干預(yù)和設(shè)備狀態(tài)變化次數(shù)，延長機(jī)組使用壽命，提高電廠的使用效率。根據(jù)使用的不同情況，可以提高機(jī)組效率。