“兩個細則”下廣安電廠AGC控制策略優化

郭伯春

(四川廣安發電有限責任公司，四川廣安 638000)

0 引言

AGC(automatic generation control)即自動發電控制，指發電機組在規定的出力調節范圍內，依據中調負荷指令，實時調整負荷，以滿足不斷變化的電力需求，使電網處于經濟運行狀態。2011年9月實施的《華中區域并網發電廠輔助服務管理實施細則》和《華中區域發電廠并購運行管理實施細則》(以下簡稱“兩個細則”)，對本區域內發電廠投入AGC規定了具體的指標和考核辦法。由于發電廠之前對投入AGC的重視程度不夠，直接投入AGC，存在負荷響應速度慢、主蒸汽壓力波動大等問題，需要對原有控制策略修改和完善，對協調控制組態和方案調整和優化，才能滿足“兩個細則”的要求。

1 “兩個細則”中AGC指標

“兩個細則”中，對火電廠投入AGC的投運率、調節容量、響應速度、調節精度等指標做了詳細的規定［1］，以供本區域內火電廠投入 AGC時遵照執行(如下表1)。

2 廣安電廠AGC

廣安電廠600 MW機組采用中速磨冷一次風機正壓直吹式制粉系統，共6臺中速磨煤機，燃燒設計煤種時5臺運行，1臺備用。DCS系統采用愛默生O-vation系統，與AGC相關的I/0測點，通過電氣RTU與中調通信，實現投入AGC的硬件要求。

表1 華中區域火電機組AGC調節性能要求

圖1 廣安電廠600 MW機組投入AGC控制原理圖

軟件方面，在協調控制系統的負荷設定回路(如圖1所示)，增加投切AGC的手/自動站，在“投自動條件”滿足時投入自動，中調負荷指令與“一次調頻補償”相加后，作為負荷設定值。其中引入的負荷上限和下限，在發生“閉鎖增”或“閉鎖減”時，起到限制負荷變化范圍，保證機組的正常出力的作用;引入“變化率”，防止中調負荷指令變化過快，超過機組響應能力，影響機組安全運行。由于中調負荷指令存在頻繁且較大變化以及不可預知的特性，機組投入AGC會引起主參數大幅度波動，特別是主蒸汽壓力、燃料量、主蒸汽溫度等受到影響很大，不利于機組的穩定運行。加之直吹式制粉系統燃料量變化的響應速度慢，調節滯后導致過熱器超溫，影響機組安全運行。另外，機組主參數的波動，引起調節系統的執行機構頻繁動作，磨損嚴重且故障率高，調節精度下降，維護量和維護費用增加。譬如廣安電廠一次風機出口調門執行器由于長期動作頻繁，運行中發生突然關閉的異?，F象，嚴重影響投入AGC。

3 AGC控制策略優化

投入AGC后，受中調負荷指令特性的影響，要求機組自動控制能力更高，需要協調控制系統具有更高的調節水平。針對廣安電廠600 MW直吹式制粉系統機組的實際情況，主要通過以下4個方面對AGC控制策略完善和優化，來滿足AGC指標。

3.1 保證AGC投運率

從AGC投運的條件來看(如圖1所示)，需要滿足“中調指令無異常、中調允許AGC、協調控制方式、RunDown”4個條件。當前通過電氣RTU與中調通信，基本解決了DCS與中調的接口問題，運行機組未發生“送風出力已最大仍小于設定值100”、“引風出力已最大仍小于設定值200”、“給水出力已最大仍小于設定值120”等極端異常工況時，其中3個條件都能滿足，只有“協調控制方式”需要重視。對于火電廠來說，機組長期穩定地投入協調控制方式，是件復雜而繁重的工作，特別是機組長時間運行或大小修后，與協調控制系統相關的測量系統和執行機構特性參數會發生改變，控制參數不匹配，應調整有關參數，包括靜態參數和動態參數，并進行必要的擾動試驗，特別是負荷擾動試驗，使協調控制系統能滿足大幅度負荷變動的要求。

為保證AGC投運率，應選擇合理的協調控制策略。協調控制系統中，以鍋爐跟蹤為基礎的協調控制方式(簡稱CCBF方式)，由鍋爐和汽輪機共同完成主蒸汽壓力和機組功率的調節任務，鍋爐側重于主蒸汽壓力控制，汽輪機側重于機組功率控制，在負荷變動過程中，能有效地利用鍋爐蓄熱，快速適應機組負荷指令的要求，同時主蒸汽力壓的偏差也不大，可保障機組穩定運行;加之中調負荷指令特性的影響，投入AGC時應考慮減少主蒸汽壓力的波動，同時減小其他參數的波動，為更有效地減小主蒸汽壓力的動態偏差，廣安電廠采用“直接能量平衡的CCBF方式”投入AGC的控制策略。

3.2 完善調節容量

機組投入AGC后，其調節容量與當前運行的主要設備狀況有關(如圖1所示)，出現負荷閉鎖增或閉鎖減時，將無法滿足額定容量的55% ～100%調節范圍要求。為了避免負荷閉鎖增和閉鎖減發生，對一、二次風量測點、爐膛壓力測點等，進行定期檢查和取樣管路吹掃，對一、二次風量取樣還加裝了在線連續吹掃裝置，從而保證長期測量的準確性和可靠性;提高入爐煤的質量，從燃料上滿足負荷的需求;把電動給水泵長期投入備用，備用時其液力偶合器的開度跟蹤最大出力的給水泵，單臺給水泵跳閘后電動給水泵立即投入運行，減小對給水量的擾動;出現高壓加熱器解列、煤質差等情況時，應適當更改AGC的手動輸入上限值。

廣安電廠600 MW直吹式制粉系統機組AGC負荷在55%～100%全范圍變化時，需要在動態過程中啟停磨煤機，因此會引起煤量和爐膛壓力較大的擾動，需優化燃料量主控調節參數，去掉不必要的遲延時間，使其能夠在盡量短的時間內響應因啟停磨煤機而引起的煤量變化，來減小擾動。另外，還需要優化各個主系統和子系統與負荷變化的函數關系，達到投入AGC后協調控制良好，不影響負荷調節容量指標。

3.3 提高響應速度

3.3.1 提高燃料響應速度

廣安電廠600 MW直吹式制粉系統，從煤量指令上升到給煤機轉速變化，到磨煤機一次風量變化，再到入爐煤粉變化，最后燃燒產生熱量變化，這個過程需要約160 s左右，嚴重影響AGC負荷擾動時燃料響應速度。因此，其控制策略完善如下。

利用負荷指令的前饋［2］，迅速改變給煤量，使鍋爐的燃燒率發生變化，以適應負荷變化的需要。在煤量指令變化的同時，提前改變一次風量，充分利用磨煤機存在大量余粉，提高燃料響應速度。一次風量主要受冷、熱風調門開度和一次風壓的影響，在磨煤機熱風調門控制回路中引入了給煤量作為前饋，根據給煤量變化來提前調整調門開度，同時用一次風量的測量值進行修正，從而使入爐燃料能快速響應負荷變化;對于調節一次風壓的一次風機出口調門開度，按照負荷與一次風壓的對應關系優化其控制參數，從而提高不同負荷下一次風壓的響應速度。

3.3.2 采用“定－滑－定”的聯合滑壓方式

為了在低負荷下具有快速的負荷響應速度，又有較好的經濟性，廣安電廠600 MW機組在投入AGC時，采用“定－滑－定”的聯合滑壓方式。即根據滑壓運行方式下負荷變動過程中主汽壓力的變化規律，在滑壓函數曲線后經過一個兩階慣性環節后形成主蒸汽壓力設定值，使主蒸汽壓力設定值變化速率特性為拋物線，變負荷初期，主蒸汽壓力設定值緩慢變化近似定壓運行，利用鍋爐蓄熱使機組獲得快速的變負荷速度;在中后期隨著預加前饋的反應，鍋爐熱量的變化使主蒸汽壓力逐漸變化，此時壓力設定值也迅速變化;負荷穩定后，主蒸汽壓力設定值緩慢接近滑壓曲線壓力點，這樣既能滿足快速變負荷的要求，又能在穩態時保證滑壓運行要求。

3.4 優化調節精度

3.4.1 校準熱量信號

對于廣安電廠采用的“直接能量平衡的CCBF方式”投入AGC的控制策略，鍋爐的熱量釋放與機組的能量需求，有如下關系式。

式中，Ps為機前壓力定值;為汽輪機調節級壓力與機前壓力之比，代表汽輪機調門的有效閥位;為能量平衡信號，表征不同工況下汽輪機的能量輸入;Ck為鍋爐的蓄熱系數;Pb為汽包壓力;p1+Ck×為熱量信號，間接表示進入鍋爐的燃料量和相應風量，作為燃料主控調節器的測量值，其計算是否準確直接影響AGC的調節精度。

廣安電廠的控制策略中，熱量信號作為燃料的測量值應主要反映燃料的變化，而在調門開度的擾動下，應調整P1的變化使之與的作用基本相等、方向相反，從而排除調門開度的干擾。但在實際運行過程中，隨著調門的開大熱量信號也在同步上升，廣安電廠600 MW直吹式制粉系統，從煤量上升到產生熱量變化需要約160 s左右，在此時間段內熱量信號是不應該產生明顯變化。因此，需校正Pb的微分參數，使之輸出與P1變化相等，可以通過固定給煤量，然后改變調門開度，使P1發生階躍變化，對應改變Pb的微分參數使熱量信號保持不變。

3.4.2 調整機前壓力偏差負荷修正作用

汽輪機主控中，功率控制回路采用單回路調節，外加機前壓力偏差負荷修正回路，其作用為抑制在大負荷變動過程中，壓力偏差不至于過大，導致系統發散，這是以犧牲負荷為代價換取壓力的穩定。此壓力偏差負荷修正回路是包含死區的機前壓力變化對實際負荷造成變化的動態試驗函數關系，若修正偏大，有利于壓力的穩定，但不利于負荷的響應，造成負荷波動大;修正偏小，利于負荷的穩定，但不利于壓力的穩定，原因為壓力變化造成的負荷變化對調門的反向動作會讓壓力更加劇烈的波動。因此，調整機前壓力偏差負荷修正作用，使其既負荷的響應，有利于壓力的穩定，來滿足AGC的調節精度指標。

4 結語

廣安電廠600 MW直吹式制粉系統機組通過對AGC控制策略優化和完善后，經過CCS負荷變動試驗和AGC負荷跟隨試驗，試驗結果證明，能夠滿足“兩個細則”對火電廠投入AGC的調節性能要求。機組投入AGC后，優化前暴露的問題得到了有效的處理和解決。為了深入優化機組自動調節能力，適應投入AGC的需要，2011年廣安電廠利用機組大修機會，對其一次風機和引風機電機進行了高壓變頻改造，利用高壓變頻自動控制，一次風壓和爐膛壓力調節的線性度和快速性得到了很大的提高，既有利于投入AGC，又節能降耗顯著。

［1]國家電力監管委員會華中監管局.華中區域并網發電廠輔助管理實施細則［Z］.2011.

［2]畢貞福主編.火力發電廠熱工自動控制實用技術［M］.北京:中國電力出版社，2008.