淺談AGC系統(tǒng)在大慶油田熱電廠的應(yīng)用

何德軍

（大慶油田熱電廠，黑龍江 大慶 163000）

AGC(Automation Generator Control)功能，即自動(dòng)發(fā)電功能，通常指的是電網(wǎng)調(diào)度中心直接通過機(jī)組DCS控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增、減機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷指令的功能。合理使用AGC，既能提高了電能質(zhì)量，又能更有效地提高電網(wǎng)及電廠的經(jīng)濟(jì)性。大慶油田熱電廠1-3#機(jī)組DCS采用的是西門子的TELEPERM分散控制系統(tǒng)，為了使機(jī)組的自動(dòng)化水平達(dá)到更高要求，更好地滿足電網(wǎng)要求，實(shí)現(xiàn)省調(diào)的統(tǒng)一調(diào)度，我們分別對#1-3機(jī)組AGC系統(tǒng)的進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)施。

1 AGC控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的組成

AGC控制系統(tǒng)主要由3部分組成 ,即電網(wǎng)調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)(EMS)、電廠端的遠(yuǎn)方終端單元(RTU)和分散控制系統(tǒng)(DCS)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)。RTU與DCS的CCS之間的信息傳遞是由電纜硬接線連接的。整個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視電力系統(tǒng)頻率的波動(dòng)并隨時(shí)調(diào)整發(fā)電機(jī)出力,使系統(tǒng)功率總量始終維持在平衡狀態(tài)。

2 AGC的功能

在互聯(lián)的電力系統(tǒng)中，各區(qū)域承擔(dān)各自的負(fù)荷，與外區(qū)域按合同買賣電力。各區(qū)域的調(diào)度中心要維持電力系統(tǒng)頻率，維持區(qū)域間凈交換功率計(jì)劃值，都希望區(qū)域運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)。AGC是滿足以上要求的閉環(huán)控制系統(tǒng)。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下的基本目標(biāo)是:

2.1 響應(yīng)負(fù)荷和發(fā)電的隨機(jī)變化，維持電力系統(tǒng)頻率為規(guī)定值(50±0.1HZ)。

2.2 在各區(qū)域間分配系統(tǒng)發(fā)電功率，維持區(qū)域間凈交換功率為計(jì)劃值。

2.3 對周期性的負(fù)荷變化按發(fā)電計(jì)劃調(diào)整出力，對偏離預(yù)計(jì)的負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)在線經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配。

3 AGC的一般調(diào)整過程

AGC的一般調(diào)整過程是用AGC的物理調(diào)整過程和AGC功能的整體結(jié)構(gòu)來描述的。

現(xiàn)在電力系統(tǒng)，由數(shù)個(gè)區(qū)域及數(shù)條聯(lián)絡(luò)線組成。 各區(qū)域內(nèi)部有較強(qiáng)的聯(lián)系，各區(qū)域間有較弱的聯(lián)系。正常情況下，各區(qū)域負(fù)責(zé)調(diào)整自己區(qū)域內(nèi)的功率平衡。當(dāng)其中一個(gè)區(qū)域接入一個(gè)新的負(fù)荷時(shí)，起初聯(lián)合電力系統(tǒng)全部汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性提供能量，整個(gè)聯(lián)合電力系統(tǒng)的頻率下降。系統(tǒng)中所有機(jī)組調(diào)節(jié)器動(dòng)作，加大出力，提高頻率到某一水平，這時(shí)整個(gè)電力系統(tǒng)發(fā)電與負(fù)荷達(dá)到新的平衡。一次調(diào)節(jié)留下了頻率偏差Δf和凈交換功率偏差，AGC因此而動(dòng)作。從而提高另一區(qū)域的發(fā)電功率，恢復(fù)頻率到達(dá)正常值(f0)和交換功率到計(jì)劃值，這就是所謂的二次調(diào)節(jié)。此外，AGC將隨時(shí)間調(diào)整機(jī)組出力執(zhí)行發(fā)電計(jì)劃(包括機(jī)組啟、停)，或在非預(yù)計(jì)的負(fù)荷變化積累到一定程度按經(jīng)濟(jì)調(diào)度原則重新分配出力，這就是所謂的三次調(diào)節(jié)。

對AGC來說，一次調(diào)節(jié)是系統(tǒng)的自然特性，希望快速而平；二次調(diào)節(jié)不僅考慮機(jī)組的調(diào)節(jié)特性，還要考慮到安全(備用)和經(jīng)濟(jì)特性；三次調(diào)節(jié)則主要考慮安全和經(jīng)濟(jì)，必要的話甚至可以校驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)潮流的安全性。這些調(diào)節(jié)所設(shè)定的周期隨區(qū)域控制誤差的大小而不同，一般數(shù)據(jù)采集采樣周期1～2s，AGC啟動(dòng)周期為4～8s，經(jīng)濟(jì)調(diào)度的啟動(dòng)周期由幾秒鐘到幾分鐘甚至幾十分鐘。

AGC是通過閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。AGC從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)獲得實(shí)時(shí)測量數(shù)據(jù)，計(jì)算出各電廠或各機(jī)組的功率指令，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)送到各電廠控制器后，再分配到各機(jī)組控制器(CCS)或由計(jì)算機(jī)直接送到各機(jī)組CCS，最終都是由CCS調(diào)節(jié)機(jī)組功率，使之跟蹤AGC的功率指令。AGC是由電網(wǎng)自動(dòng)化能量管理系統(tǒng)(EMS)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的。區(qū)域調(diào)節(jié)控制的目的是使區(qū)域控制誤差(ACE)調(diào)到零，這是AGC的核心，功能是AGC計(jì)算出消除區(qū)域誤差(ACE)各電廠或機(jī)組需增減的調(diào)節(jié)功率，將這一可調(diào)分量加到機(jī)組跟蹤計(jì)劃的基點(diǎn)功率和AGC分配因子之上，得到設(shè)置去電廠或機(jī)組控制環(huán)的發(fā)電值（AGC指令 4～20mA）。

4 大慶油田熱電廠AGC系統(tǒng)工作狀態(tài)下協(xié)調(diào)工作方式

在正常情況下，機(jī)組處于協(xié)調(diào)方式運(yùn)行，負(fù)荷指令由省調(diào)自動(dòng)設(shè)定或由操作員手動(dòng)設(shè)定。給定的負(fù)荷指令經(jīng)機(jī)組的最大、最小允許負(fù)荷限制，并且經(jīng)負(fù)荷指令變化率的限制，形成最終的單元負(fù)荷指令。單元機(jī)組負(fù)荷指令，包括有目標(biāo)負(fù)荷指令和實(shí)際負(fù)荷指令。目標(biāo)負(fù)荷指令是電網(wǎng)調(diào)度中心或者是機(jī)組運(yùn)行人員給出的期望機(jī)組的增、減負(fù)荷指令數(shù)值。目標(biāo)負(fù)荷指令的設(shè)定，可以是電網(wǎng)調(diào)度中心AGC設(shè)定(AGC功能投入后)，也可以是運(yùn)行人員通過操作員站畫面手動(dòng)設(shè)定。目標(biāo)負(fù)荷的指令發(fā)送到機(jī)組DCS的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的負(fù)荷控制回路，經(jīng)過負(fù)荷控制回路的一系列邏輯判斷和限幅、限速，形成機(jī)組實(shí)際運(yùn)行能夠承受的負(fù)荷指令，也就是實(shí)際負(fù)荷指令。這種邏輯判斷和處理主要依據(jù)以下幾種情況:

4.1 判斷機(jī)組是否處于負(fù)荷閉鎖增、閉鎖減狀態(tài)，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷處于閉鎖增、閉鎖減狀態(tài)時(shí)，目標(biāo)負(fù)荷的增、減指令信號(hào)將被閉鎖。

4.2 判斷機(jī)組是否處于負(fù)荷跟蹤(TRACKING)、快速減負(fù)荷(RUNBACK)。

4.3 對機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷指令的幅值及變化速率再處理

4.3.1 目標(biāo)負(fù)荷指令信號(hào)幅值限制：通過設(shè)置實(shí)際最大可能出力信號(hào)和實(shí)際最小可能出力信號(hào)，限制目標(biāo)負(fù)荷指令在設(shè)定值范圍內(nèi)。

4.3.2 目標(biāo)負(fù)荷指令信號(hào)變化速率限制：該限制速率主要來自兩方面：由汽機(jī)限制回路產(chǎn)生和由操作員手動(dòng)設(shè)定。

5 大慶油田熱電廠AGC控制系統(tǒng)的投入步驟

AGC控制系統(tǒng)的投入在現(xiàn)場具備條件時(shí)，由機(jī)組運(yùn)行人員發(fā)出AGC允許信號(hào)，請求省調(diào)控制。省調(diào)收到AGC允許信號(hào)后，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行需要，由調(diào)度員通過電話向值長下令機(jī)組投入AGC控制,運(yùn)行人員將AGC信號(hào)投入并將該信號(hào)反饋給省調(diào)。在省調(diào)收到遙信信號(hào)，“AGC允許”和“AGC投入”的情況下，根據(jù)電廠上傳的遙測信息：“最大允許負(fù)荷”、“最小允許負(fù)荷”、“允許負(fù)荷變化率”及其他條件，下達(dá)AGC指令功率，進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)。

6 AGC投運(yùn)后的注意事項(xiàng)

6.1 限制AGC自動(dòng)升降負(fù)荷率不大于8MW／min。

6.2 出現(xiàn)下列情況，應(yīng)相應(yīng)更改AGC上限

6.2.1 高壓加熱器系統(tǒng)檢修，計(jì)劃退出運(yùn)行

6.2.2 低壓加熱器系統(tǒng)檢修，計(jì)劃退出運(yùn)行

6.2.3 給煤系統(tǒng)檢修，計(jì)劃退出運(yùn)行

6.2.4 熱網(wǎng)系統(tǒng)投運(yùn)

6.3 下列情況下應(yīng)申請退出AGC自動(dòng)運(yùn)行

6.3.1 原煤供應(yīng)不穩(wěn)定，煤質(zhì)變動(dòng)太大。

6.3.2 鍋爐指令與機(jī)組負(fù)荷指令偏差大于10%，主汽壓力實(shí)際值與主汽壓力自動(dòng)設(shè)定值偏差大于2%時(shí)。

6.3.3 給水泵切換等需要機(jī)組負(fù)荷相對穩(wěn)定的情況下，連續(xù)升降負(fù)荷有可能危及機(jī)組運(yùn)行安全的情況下。鍋爐蒸汽溫度，各部受熱面金屬溫度偏離運(yùn)行規(guī)定值，短時(shí)無法恢復(fù)正常時(shí)。

7 AGC性能評(píng)價(jià)

通過AGC功能改進(jìn)后，大慶油田熱電廠#2、#3機(jī)組已通過AGC方式省調(diào)驗(yàn)收，從AGC方式投入運(yùn)行情況來看，各負(fù)荷段升，降負(fù)荷運(yùn)行正常，各種控制性能良好，機(jī)組能正確進(jìn)行各方式之間的無擾切換，不但減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且機(jī)組的安全性得到了提高。

[1]牛玉廣.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及其在火電廠中的應(yīng)用.90-117.

[2]西門子公司.WIN-OS使用手冊.2-2-2-10.