透平控制器在浙江恒鑫热电生物质发电的应用
供稿：和利时集团
- 摘要：生物质发电目前最常见的方式是生物质直接燃烧产生热量推动热质做功的生物质能发电厂。生物质发电的特点是使用可再生的低硫低灰的农林废弃物等生物质直接或经过二次处理后进行燃烧释放热能发电，产生温室气体和有害气体极少，灰分可以作为高品质的钾肥直接还田。大规模发展生物质能发电厂将是我国调整能源结构、充分利用可再生生物质能、解决环保问题、实现经济可持续发展的重要手段。大规模发展必然要求设备国产化以降低成本，作为控制中枢，我国的生物质能发电有着广阔的发展前景。
生物质发电目前最常见的方式是生物质直接燃烧产生热量推动热质做功的生物质能发电厂。生物质发电的特点是使用可再生的低硫低灰的农林废弃物等生物质直接或经过二次处理后进行燃烧释放热能发电，产生温室气体和有害气体极少，灰分可以作为高品质的钾肥直接还田。大规模发展生物质能发电厂将是我国调整能源结构、充分利用可再生生物质能、解决环保问题、实现经济可持续发展的重要手段。大规模发展必然要求设备国产化以降低成本，作为控制中枢，我国的生物质能发电有着广阔的发展前景。
透平控制器的特点
透平控制器（Turbine Control Module）是和利时公司开发的一种适应于小型透平旋转机械的一体化嵌入式控制设备。主要用于小型单抽、纯凝及背压式，热电联产或拖动型透平机械的控制。被控参数主要是机组转速、功率、压力等。透平控制器实时采集机组转速等运行的相关参数，经过适当的反馈调节计算后，通过模出通道输出阀位控制信号，改变调节阀开度，最终维持机组被控参数在规定的范围内。
控制对象
目前透平控制器已在浙江恒鑫热电有限公司生物发电机组青汽C12MW机组中成功应用。因生物质能热值低、供料不稳定、主汽压力、主汽温度控制较难。控制对象内扰较多，这就要求控制系统具有信号综合能力强，能处理复杂控制策略的优点，且动态响应快，可靠性高等特点。在协调方式的选择上，采用机跟炉的方式，保证主汽压力和主汽温度的稳定。
控制原理
经透平控制器计算出来的阀位给定值与执行机构行程的反馈值经过快速比较运算后，通过伺服控制输出通道送到伺服阀去控制执行机构的行程，最终使执行机构的行程定位在阀位给定值规定的位置上，从改变汽轮机的蒸汽进汽量。其控制原理如下图。
硬件配置
l 系统组成
1) 操作员站：主要完成的是人机接口，运行人员通过操作员站完成能够利用DEH完成的正常操作。
2) 控制器：主要实现对所需要的控制信号的采集转换及控制工作。
3) 电液转换器：是伺服控制里最为重要的环节，主要完成的是将电信号转换为可控制的液压信号。
4) 油动机：最终液压的执行机构。通过机械杠杆、提板、弹簧等机械连接实现对汽轮机的进入蒸汽和抽汽等的流量控制。从而实现对汽轮机的转速、功率、汽压等最终目标的控制。
5) LVDT（位移传感器）：是油动机行程的实时反馈系统，透平控制器通过它的反馈信号和给定的指令进行比较从而调整输出信号，实现对油动机的稳定快速控制。
l 系统配置特点
1) 电液转换器采用直接驱动式电液伺服阀即DDV阀，抗污染能力强、无卡涩，运行稳定；
2) 测速信号采用三选二冗余方式；
3) LVDT采用双冗余低选；
4) 控制部分电源模块采用冗余配置；
5) 透平控制器为通用化设计。
主要功能
控制机组按经验曲线完成升速率设置、暖机、过临界转速区，直到3000r/min定速。操作员可通过修改目标转速、升速率或按转速保持按钮，对升速过程进行控制。
可与自动准同期装置配合， 将机组转速调整到电网同步转速，以便迅速完成并网操作。并网时，自动使发电机带上初负荷。
l 功率控制
在阀控方式下，司机通过主控画面可按增、减按钮改变总阀位给定值，来调整机组负荷。
在功控方式下，司机通过主控画面可设置目标功率和负荷率，由PID调节器自动控制机组负荷。
机组转速与给定转速的偏离值，去修正DEH阀位给定值，以减小转速偏差。不调频死区在0~30r/min内连续可调,初值为2r/min。不等率在3%~6%内连续可调，初值为5%。
在中抽阀控方式下，司机通过主控画面可按增、减按钮改变中压调节阀阀位指令，来调整中压抽汽压力。在中抽压控方式下，司机通过主控画面可设置目标压力和压变率，由抽汽压反馈有差调节器自动控制中压抽汽压力。
在油开关跳闸期间，当转速超过3090r/min时，快关所有调节阀。当转速小于3060r/min时，控制系统恢复到转速控制方式运行，调门开度受转速PID控制。在负荷大于10%期间，发生油开关跳闸时，控制系统切换到转速PID方式，目标给定等于3000r/min，调门立即关闭2秒后控制恢复到转速PID方式，将机组转速维持到3000r/min。
实际负荷大于限制值时，高负荷限制动作。若高负荷限制动作，则退出功控方式，且汽机总阀位给定以一定的速率下降，直到实际负荷小于限制值。
主汽压力限制功能投入下，当主汽压力低于主汽压力限制值时，主汽压力低限制动作。若主汽压力低限制动作，汽机总阀位给定以一定的速率下降，直到实际主汽压力高于限制值。
当低真空限制投入，真空对应的负荷限制值小于实际负荷时，真空低限制动作。若真空低限制动作，则退出功控方式，且总阀位给定以一定的速率下降，直到真空低限制动作消失。
1) 103%超速限制试验：用于检验103%超速限制的动作转速。
阀门维修方式用于伺服系统调试。机组在停机状态下，操作员可设置阀位给定值和给定速率，以便调整反馈零位幅值以及动态响应特性。要求油动机控制平稳，动态响应迅速。
在机组已跳闸时，可进入仿真方式。在仿真方式下，算法组态中的仿真程序可根据控制系统来的调门开度信号及操作员设置的初始条件，计算出相关的转速、功率、压力等信号，因此可仿真模拟完成上述调节、保护、试验等大部分功能。利用此功能，可方便地调试组态软件、培训现场人员。
小结
透平控制器已在浙江恒鑫热电有限公司生物发电机组C12MW机组、寻甸龙蟒磷化工有限责任公司B6MW机组、五莲县阳光热电有限公司C25MW机组等多个项目上成功应用。透平控制器除了在生物质发电厂的应用外，在石油化工行业、钢铁冶金行业等的余热发电机组控制，在建材行业的水泥余热、玻璃余热等发电机组的控制都有着广阔的市场应用前景。