隨著設備的老化和當時技術水平的局限，我國在20世紀80年代投產的火力發電機組逐漸進入擴建改造期。豐城發電有限公司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汽包爐。機組的自動控制系統存在諸多問題，對其實施了分散控制系統(distribute control system，DCS)改造，將控制系統改為北京國電智深控制技術有限公司自主研發的EDPF-NT+ DCS。改造后的控制系統包括：數據采集系統( data acquisition system，DAS)、模擬量控制系統(modulating control system，MCS)、順序控制系統(sequence control system，SCS)、鍋爐爐膛安全監視及燃燒器管理系統(furnacesafety supervisory system，FSSS)、汽輪機數字式電液控制系統(digital electro-hydraulic control system，DEHCS)，汽動給水泵控制系統（micro-electro-hydraulic control system,MEHCS）等。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，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優化設計
1.1 網絡配置
2臺機組之間不設置公用網絡。吹灰和汽機監視儀表（turbine supervisory instruments，TSI）采用串口服務器連入DCS主網。并在DCS側通過互鎖邏輯，實現同一時間內只能有1個吹灰器在運行。TSI采用解包算法把模擬量解為開關量，提供狀態信息。
1.2冗余配置
考慮到DCS的特點，為了降低系統的危險性，在硬件配置上DCS充分運用設備冗余技術，使網絡、控制器，電源模件等都實現了冗余配置。控制器分配是控制系統設計最關鍵的環節。
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合功能的方式，在工藝流程基礎上按照MCS、燃燒管理系統(boiler manager system，BMS)、SCS、DAS和DEHCS進行了合理的分配，5臺磨煤機和BMS公用邏輯分配到3對控制器中實現，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節和聯鎖保護的可靠性。系統控制器柜和擴展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)重要的同類設備分配到不同控制器。
(2)參與調節和保護的同一信號有多個測點的，應分到不同的分支卡件上。
(3)同類型模擬量輸出信號(如送風機動葉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)對于相互備用的設備（如交直流潤滑油泵）在同一控制器的，輸入狀態點和輸出指令應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，重要的參與保護的信號采用硬接線。
2、CCS控制策略
鍋爐一汽機協調控制系統（fumace-turbinecoordinated control system，FT℃CS）的任務是協調鍋爐和汽輪機的工藝系統，使機組在即時能力下，能最大限度地滿足電網要求的發電數量（功率）和質量（頻率）。快速、準確和穩定地響應自動發電控制(automaticgeneration control，AGC)或電廠運行員的負荷指令。
協調控制系統由3部分組成，即機組主控（機組負荷指令和壓力指令）、汽機主控和鍋爐主控。機組主控系統有協調、汽機跟隨、鍋爐跟隨、機爐手動等4種運行方式，在協調控制方式下，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代表主汽壓設定值。以能量平衡的觀點來設計CCS系統，機、爐控制器通過能量平衡信號快速響應電網負荷要求，又能維持參數穩定。直接能量平衡系統中汽機控制器對負荷指令和實發功率的偏差進行調節。
能量需求信號為( Pl/P,r) Ps，以主汽壓力設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熱量，其值既能反映燃料量的改變，也能反映燃料成分或發熱量的改變，并且不受汽機側擾動的影響，正確表述了鍋爐供應的能量。
3、控制邏輯優化
(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，給運行人員監控提供了可靠的判斷依據。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
(2)當機組負荷變化時，鍋爐側的純遲延和大滯后是影響機組動態響應的關鍵因素。為此，根據機組負荷主指令（unit load demand，ULD）信號生成l組動態前饋信號，即鍋爐動態加速信號( boiler inputrate，BIR)，作用到送風、燃料等系統，加速鍋爐對負荷指令的響應速度，起到先動作、早控制的作用。豐城300 MW機組采用的動態前饋邏輯如圖3所示，其中：壓力設定、DEB、負荷等信號的前饋作用可以根據具體的情況用增益來適當的加強或減弱。
機組投運后，一次調頻試驗結果如表l。當機組有9.5的負向頻差時，實際負荷由當前的穩態值開始下降，當頻差消除后，實際負荷從新回到一個穩態值。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。這說明一次調頻投入后，機組的主汽壓和主汽溫都能維持較好的穩定性，此次改造采用的控制邏輯達到了很好的控制效果。
4、結語
豐城3.4機組節能擴容改造后，發電功率300 MW提高到340 MW，增加了40 MW電網調峰能力和電廠發電容量，且控制系統運行情況良好，沒有出現過保護誤動和拒動，并實現了AGC和一次調頻控制，其控制器設計、控制策略和連鎖保護優化值得同類工程借鑒。
