摘要：生物質(zhì)發(fā)電目前最常見的方式是生物質(zhì)直接燃燒產(chǎn)生熱量推動(dòng)熱質(zhì)做功的生物質(zhì)能發(fā)電廠。生物質(zhì)發(fā)電的特點(diǎn)是使用可再生的低硫低灰的農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)直接或經(jīng)過(guò)二次處理后進(jìn)行燃燒釋放熱能發(fā)電，產(chǎn)生溫室氣體和有害氣體極少，灰分可以作為高品質(zhì)的鉀肥直接還田。大規(guī)模發(fā)展生物質(zhì)能發(fā)電廠將是我國(guó)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、充分利用可再生生物質(zhì)能、解決環(huán)保問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。大規(guī)模發(fā)展必然要求設(shè)備國(guó)產(chǎn)化以降低成本，作為控制中樞，我國(guó)的生物質(zhì)能發(fā)電有著廣闊的發(fā)展前景。
生物質(zhì)發(fā)電目前最常見的方式是生物質(zhì)直接燃燒產(chǎn)生熱量推動(dòng)熱質(zhì)做功的生物質(zhì)能發(fā)電廠。生物質(zhì)發(fā)電的特點(diǎn)是使用可再生的低硫低灰的農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)直接或經(jīng)過(guò)二次處理后進(jìn)行燃燒釋放熱能發(fā)電，產(chǎn)生溫室氣體和有害氣體極少，灰分可以作為高品質(zhì)的鉀肥直接還田。大規(guī)模發(fā)展生物質(zhì)能發(fā)電廠將是我國(guó)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、充分利用可再生生物質(zhì)能、解決環(huán)保問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。大規(guī)模發(fā)展必然要求設(shè)備國(guó)產(chǎn)化以降低成本，作為控制中樞，我國(guó)的生物質(zhì)能發(fā)電有著廣闊的發(fā)展前景。
透平控制器的特點(diǎn)
透平控制器（Turbine Control Module）是和利時(shí)公司開發(fā)的一種適應(yīng)于小型透平旋轉(zhuǎn)機(jī)械的一體化嵌入式控制設(shè)備。主要用于小型單抽、純凝及背壓式，熱電聯(lián)產(chǎn)或拖動(dòng)型透平機(jī)械的控制。被控參數(shù)主要是機(jī)組轉(zhuǎn)速、功率、壓力等。透平控制器實(shí)時(shí)采集機(jī)組轉(zhuǎn)速等運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)姆答佌{(diào)節(jié)計(jì)算后，通過(guò)模出通道輸出閥位控制信號(hào)，改變調(diào)節(jié)閥開度，最終維持機(jī)組被控參數(shù)在規(guī)定的范圍內(nèi)。
控制對(duì)象
目前透平控制器已在浙江恒鑫熱電有限公司生物發(fā)電機(jī)組青汽C12MW機(jī)組中成功應(yīng)用。因生物質(zhì)能熱值低、供料不穩(wěn)定、主汽壓力、主汽溫度控制較難。控制對(duì)象內(nèi)擾較多，這就要求控制系統(tǒng)具有信號(hào)綜合能力強(qiáng)，能處理復(fù)雜控制策略的優(yōu)點(diǎn)，且動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可靠性高等特點(diǎn)。在協(xié)調(diào)方式的選擇上，采用機(jī)跟爐的方式，保證主汽壓力和主汽溫度的穩(wěn)定。
控制原理
經(jīng)透平控制器計(jì)算出來(lái)的閥位給定值與執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程的反饋值經(jīng)過(guò)快速比較運(yùn)算后，通過(guò)伺服控制輸出通道送到伺服閥去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程，最終使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程定位在閥位給定值規(guī)定的位置上，從改變汽輪機(jī)的蒸汽進(jìn)汽量。其控制原理如下圖。
硬件配置
l 系統(tǒng)組成
1) 操作員站：主要完成的是人機(jī)接口，運(yùn)行人員通過(guò)操作員站完成能夠利用DEH完成的正常操作。
2) 控制器：主要實(shí)現(xiàn)對(duì)所需要的控制信號(hào)的采集轉(zhuǎn)換及控制工作。
3) 電液轉(zhuǎn)換器：是伺服控制里最為重要的環(huán)節(jié)，主要完成的是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為可控制的液壓信號(hào)。
4) 油動(dòng)機(jī)：最終液壓的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通過(guò)機(jī)械杠桿、提板、彈簧等機(jī)械連接實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)的進(jìn)入蒸汽和抽汽等的流量控制。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速、功率、汽壓等最終目標(biāo)的控制。
5) LVDT（位移傳感器）：是油動(dòng)機(jī)行程的實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)，透平控制器通過(guò)它的反饋信號(hào)和給定的指令進(jìn)行比較從而調(diào)整輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)油動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定快速控制。
l 系統(tǒng)配置特點(diǎn)
1) 電液轉(zhuǎn)換器采用直接驅(qū)動(dòng)式電液伺服閥即DDV閥，抗污染能力強(qiáng)、無(wú)卡澀，運(yùn)行穩(wěn)定；
2) 測(cè)速信號(hào)采用三選二冗余方式；
3) LVDT采用雙冗余低選；
4) 控制部分電源模塊采用冗余配置；
5) 透平控制器為通用化設(shè)計(jì)。
主要功能
l 自動(dòng)升速控制
控制機(jī)組按經(jīng)驗(yàn)曲線完成升速率設(shè)置、暖機(jī)、過(guò)臨界轉(zhuǎn)速區(qū)，直到3000r/min定速。操作員可通過(guò)修改目標(biāo)轉(zhuǎn)速、升速率或按轉(zhuǎn)速保持按鈕，對(duì)升速過(guò)程進(jìn)行控制。
l 自動(dòng)同期并網(wǎng)
可與自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置配合， 將機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)整到電網(wǎng)同步轉(zhuǎn)速，以便迅速完成并網(wǎng)操作。并網(wǎng)時(shí)，自動(dòng)使發(fā)電機(jī)帶上初負(fù)荷。
l 功率控制
在閥控方式下，司機(jī)通過(guò)主控畫面可按增、減按鈕改變總閥位給定值，來(lái)調(diào)整機(jī)組負(fù)荷。
在功控方式下，司機(jī)通過(guò)主控畫面可設(shè)置目標(biāo)功率和負(fù)荷率，由PID調(diào)節(jié)器自動(dòng)控制機(jī)組負(fù)荷。
l 一次調(diào)頻
機(jī)組轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速的偏離值，去修正DEH閥位給定值，以減小轉(zhuǎn)速偏差。不調(diào)頻死區(qū)在0~30r/min內(nèi)連續(xù)可調(diào),初值為2r/min。不等率在3%~6%內(nèi)連續(xù)可調(diào)，初值為5%。
l 抽汽控制
在中抽閥控方式下，司機(jī)通過(guò)主控畫面可按增、減按鈕改變中壓調(diào)節(jié)閥閥位指令，來(lái)調(diào)整中壓抽汽壓力。在中抽壓控方式下，司機(jī)通過(guò)主控畫面可設(shè)置目標(biāo)壓力和壓變率，由抽汽壓反饋有差調(diào)節(jié)器自動(dòng)控制中壓抽汽壓力。
l 超速限制
在油開關(guān)跳閘期間，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)3090r/min時(shí)，快關(guān)所有調(diào)節(jié)閥。當(dāng)轉(zhuǎn)速小于3060r/min時(shí)，控制系統(tǒng)恢復(fù)到轉(zhuǎn)速控制方式運(yùn)行，調(diào)門開度受轉(zhuǎn)速PID控制。在負(fù)荷大于10%期間，發(fā)生油開關(guān)跳閘時(shí)，控制系統(tǒng)切換到轉(zhuǎn)速PID方式，目標(biāo)給定等于3000r/min，調(diào)門立即關(guān)閉2秒后控制恢復(fù)到轉(zhuǎn)速PID方式，將機(jī)組轉(zhuǎn)速維持到3000r/min。
l 高負(fù)荷限制
實(shí)際負(fù)荷大于限制值時(shí)，高負(fù)荷限制動(dòng)作。若高負(fù)荷限制動(dòng)作，則退出功控方式，且汽機(jī)總閥位給定以一定的速率下降，直到實(shí)際負(fù)荷小于限制值。
l 主汽壓力低限制
主汽壓力限制功能投入下，當(dāng)主汽壓力低于主汽壓力限制值時(shí)，主汽壓力低限制動(dòng)作。若主汽壓力低限制動(dòng)作，汽機(jī)總閥位給定以一定的速率下降，直到實(shí)際主汽壓力高于限制值。
l 低真空限制
當(dāng)?shù)驼婵障拗仆度耄婵諏?duì)應(yīng)的負(fù)荷限制值小于實(shí)際負(fù)荷時(shí)，真空低限制動(dòng)作。若真空低限制動(dòng)作，則退出功控方式，且總閥位給定以一定的速率下降，直到真空低限制動(dòng)作消失。
l 試驗(yàn)系統(tǒng)功能
1) 103%超速限制試驗(yàn)：用于檢驗(yàn)103%超速限制的動(dòng)作轉(zhuǎn)速。
2) 超速保護(hù)試驗(yàn)：用于檢驗(yàn)各超速保護(hù)的動(dòng)作轉(zhuǎn)速。
3) 主汽門嚴(yán)密性試驗(yàn)：檢查主汽門嚴(yán)密性。
4) 高壓調(diào)節(jié)閥嚴(yán)密性試驗(yàn)：檢查調(diào)門嚴(yán)密性。
l 閥門維修
閥門維修方式用于伺服系統(tǒng)調(diào)試。機(jī)組在停機(jī)狀態(tài)下，操作員可設(shè)置閥位給定值和給定速率，以便調(diào)整反饋零位幅值以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。要求油動(dòng)機(jī)控制平穩(wěn)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速。
l 仿真試驗(yàn)
在機(jī)組已跳閘時(shí)，可進(jìn)入仿真方式。在仿真方式下，算法組態(tài)中的仿真程序可根據(jù)控制系統(tǒng)來(lái)的調(diào)門開度信號(hào)及操作員設(shè)置的初始條件，計(jì)算出相關(guān)的轉(zhuǎn)速、功率、壓力等信號(hào)，因此可仿真模擬完成上述調(diào)節(jié)、保護(hù)、試驗(yàn)等大部分功能。利用此功能，可方便地調(diào)試組態(tài)軟件、培訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)人員。
小結(jié)
透平控制器已在浙江恒鑫熱電有限公司生物發(fā)電機(jī)組C12MW機(jī)組、尋甸龍蟒磷化工有限責(zé)任公司B6MW機(jī)組、五蓮縣陽(yáng)光熱電有限公司C25MW機(jī)組等多個(gè)項(xiàng)目上成功應(yīng)用。透平控制器除了在生物質(zhì)發(fā)電廠的應(yīng)用外，在石油化工行業(yè)、鋼鐵冶金行業(yè)等的余熱發(fā)電機(jī)組控制，在建材行業(yè)的水泥余熱、玻璃余熱等發(fā)電機(jī)組的控制都有著廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
