電站熱工優化控制平臺智能AGC優化組件的開發應用

陳衛，陳波，尹峰，羅志浩，陳小強

（浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

電站熱工優化控制平臺智能AGC優化組件的開發應用

陳衛，陳波，尹峰，羅志浩，陳小強

（浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014）

大型火力發電機組鍋爐大多采用直吹式制粉系統，在機組的AGC運行控制中，尚無法實現自動過渡磨煤機啟/停斷點，給運行人員人工預判和操作帶來了判斷時機難、操作壓力大，汽溫、汽壓和負荷頻繁波動等問題。TOP（電站熱工優化控制平臺）系統智能AGC優化組件通過磨組實時帶載能力監控、電網負荷時間趨勢預判、啟磨窗口自適應調整、機組運行狀態優化控制等技術，能準確給出磨組啟停時機和磨組啟停順序，實現了機組AGC連續自動運行。

TOP；AGC優化；磨組；智能啟停；負荷斷點

0 引言

并網發電機組與電力調度中心約定的負荷調節范圍理論上應該和機組實際能達到的負荷變動范圍一致。目前大型火力發電機組大多采用直吹式制粉系統作為鍋爐燃料的供給系統，相對于中間倉儲式制粉系統而言，直吹式制粉系統磨組運行的臺數和磨組的出力需和機組的負荷保持同步，應根據負荷的增減及時調整磨組的出力或啟/停磨組。而磨組的啟動需要一定的時間，這就造成了在負荷變化的全范圍中存在由于磨組啟動帶來的過程斷點。在AGC（自動發電量控制）實際運行控制中，磨煤機斷點負荷附近尚無法實現自動過渡，只能靠人工預判和操作，導致運行人員判斷時機難以把握且操作壓力較大，出現機組汽溫、汽壓和負荷頻繁波動等問題。

TOP（Thermal Optimized-controlPlatform，電站熱工優化控制平臺）智能AGC優化組件通過磨組實時帶載能力的監控分析、電網負荷時間趨勢的智能預判、啟磨窗口的自適應調整、機組運行狀態的優化控制等手段，準確、及時地給出了磨組啟/停時機和磨組啟/停順序，在磨組全程順控啟/停的基礎上使機組AGC連續自動運行成為可能。

1 TOP系統智能AGC優化組件

1.1 組件構成

TOP優化控制組件共包括了4個主要的子功能組，分別是：磨組啟/停窗口智能判斷功能組；磨組啟/停趨勢超短期判斷高級算法功能組；磨組選擇優化判斷功能組；磨組順序控制功能組。TOP系統智能AGC優化組件的整體算法邏輯及各主要子功能組結構如圖1所示。

1.2 磨組啟/停窗口智能判斷功能組

磨組啟/停窗口應根據磨組所具備的帶載能力范圍、機組AGC工況下的負荷變動速率和磨組啟動所需要的時間等參數智能判斷，同時考慮機組負荷趨勢的預測結果。

TOP系統的智能AGC優化控制組件中，磨組啟/停窗口智能判斷功能組使用了5個高級算法功能和1個數據挖掘功能。通過計算當前磨組平均煤量和磨組上/下限帶載能力進行比較，綜合考慮負荷隨時間的變化趨勢和動態煤量，給出機組的暖磨要求和啟磨要求，算法編制原則如下：

（1）進行磨組啟動時間預測時，需要適當考慮暖磨速率的修正。

（2）將負荷隨時間變化趨勢的預測結果轉為無量綱的因子，該因子反映當前時間內機組負荷變化趨勢的可能性。當因子正向變大時，表示機組可能即將處于負荷上升期；當因子負向變大時，表示機組可能即將處于負荷下升期。

（3）對AGC速率下的動態煤量預估，考慮以10%MCR（機組最大連續出力工況）幅度大小的負荷變動為預估過程。

（4）磨組平均煤量計算時，不能單純考慮煤量的算術平均，還要考慮到運行人員所設定的煤量偏置，除去該煤量偏置后對可用容量進行計算，從而給出計算需要的煤量均值。

1.3 磨組啟/停趨勢超短期判斷高級算法功能組

當機組把AGC控制方式下的負荷調節范圍擴大至覆蓋磨組啟/停斷點后，機組負荷的變化趨勢應作為AGC控制方式下磨組啟/停時機的重要判斷條件之一。例如，當下一時段的機組負荷趨勢向上時，應提前啟動磨組，以適應負荷要求，反之亦然；當下一時段的機組負荷趨勢穩定時，即使運行磨組的負荷已較高也不必急于啟動新的磨組，以減少磨組的啟/停次數。

圖1 TOP系統智能AGC優化組件的算法邏輯

機組負荷的變化和電網負荷變化基本相同，負荷超短期預測的要求只是一個趨勢的判斷，對于機組負荷時間趨勢的預測并不需要精確到能夠確定某一時刻的用電量。只需對負荷變化的大趨勢進行判斷，從而給予磨組啟/停判斷輔助性的決策信息。

組件中將采用基于滑動窗口時間序列的數據挖掘法對機組負荷時間趨勢進行統計預測。在對機組負荷時間趨勢進行預測前，做出如下假設：機組所在地的經濟、政治、環境等因素在一定時間內穩定，或隨時間的變化緩慢改變，且對機組發電量的影響為主導因素；電網調頻要求和其他影響因素對機組發電量的改變視為小概率事件。

數據挖掘是知識發現過程中的一個步驟，它利用特定的知識發現算法，在一定的算法效率的限制下，從數據中挖掘有用的知識。如果挖掘的數據之間存在時間關系，則這類數據被稱為時間序列。在數據的挖掘研究領域，時間序列數據挖掘主要集中于時序數據相似性的挖掘，關鍵是找到合適的特征變量來表征機組的負荷時間趨勢。

1.4 磨組選擇優化判斷功能組

在得到磨組啟/停窗口給出的磨組順控指令后，機組將根據磨組選擇優化判斷功能組的計算結果，對優選后的磨組進行操作。主要綜合考慮機組的汽溫變化趨勢、機組運行磨組布置、磨組運行的切換要求和磨組的檢修或故障等情況，并使用了4個高級算法功能。

通過統計當前機組汽溫情況預測溫度變化趨勢，然后綜合考慮磨組布置、運行的切換要求和檢修或故障等情況，根據磨組啟/停窗口給出的磨組順控指令對磨組進行實際操作。

1.5 磨組順控功能組

磨組順控功能組為幾個功能組中較為獨立的1個功能組，在得到順控操作指令后，該功能組進行計算，將上游功能組的計算結果傳遞給合適的磨組，完成啟/停過程。

對磨組自動啟/停操作的同時，應兼顧磨煤機、給煤機等重要設備的自身安全運行及煤粉在爐膛內的穩定燃燒，防止爆燃。因此在啟/停過程中首先應確保一次風壓穩定不越限，這樣才能保證磨煤機進口的一次風有足夠高的靜壓以克服磨煤機及粉管的阻力，維持正常的一次風量和出口溫度；同時協調暖磨、步煤及正常控制各個階段磨煤機通風量和風溫之間的關系。按照規程及運行人員的實際操作進行順序模擬邏輯編程，經組態由DCS（分散控制系統）控制各種設備，進行自動操作和調整。在完成磨組順序控制功能組的算法編制時遵循以下原則：

（1）根據前期試驗參數，吹掃時對應冷風擋板開度大概在50%左右，此時所維持的冷一次風量為80 t/h（保證大于設計吹掃風量65 t/h）；同時可根據制粉系統冷/熱態情況設置吹掃時間。

（2）在熱風擋板投入閉環后開始暖磨，熱風擋板控制的設定值為當前風量；此時冷風調節擋板以5%/min的速率至40%/min，降低實際進磨風量會導致熱風調節回路開大，從而加速磨內升溫。在此環節中冷風門的動作幅度應盡量平緩保證風量調節不發生劇烈擾動，冷風門的開度目標值根據前期試驗確定，設定依據為：保證溫升率低于3℃/min，邏輯中設置溫升率保護回路：根據不同的溫升率，適量增減熱風調節設定值；另外在暖磨過程中還設定了超溫保護，一旦出口溫度高于80℃發出脈沖指令瞬間關閉熱風調整門。

（3）當磨煤機出口溫度升至設計暖磨溫度70℃時，投入冷風調節擋板閉環控制，設定為當前值。在冷/熱風自動控制穩定一段時間后（邏輯設為3 min），以風溫/風量為判斷依據，滿足暖磨設計要求后視為暖磨結束。

（4）暖磨結束后，程控啟動給煤機，給煤機指令以一定速率升至30 t/h，同時等待磨煤機的電流大于啟動電流后視為咬煤成功，該步驟完成后，給煤指令再次降到最小設定給煤量，完成整個步煤工作，以備投入燃料主控。

2 TOP系統智能AGC優化組件的工作

TOP系統智能AGC優化組件各子功能部分的工作邏輯包括：TOP系統平臺投切邏輯；TOP系統無斷點優化組件投切邏輯；安全層級定義邏輯；設備選擇TOP系統側安全措施邏輯；設備選擇DCS側安全措施邏輯；優化算法關鍵邏輯。該組件在TOP系統的作用結構如圖2所示。

圖2 TOP系統智能AGC優化組件邏輯

在AGC過程中磨組啟/停時機的判斷需要綜合考慮AGC的特點、磨煤機的帶載能力、機組的燃料熱值特性、磨煤機的啟/停方式等因素。智能AGC優化組件可以根據上述因素綜合、動態給出在AGC過程中磨煤機的最佳啟/停時機。即：模塊通過學習歷史數據掌握機組的磨組啟/停時機和負荷變化趨勢之間的關系，并通過實時分析磨組帶載情況完成磨組啟/停時機的判斷。

在綜合考慮上述因素后，TOP系統給出了AGC過程中磨組的上限燃料余量和下限燃料余量。當上限燃料余量超越磨組啟動窗口邊界時，經過延時驗證觸發磨組啟動提示；當下限燃料余量超越磨組停止窗口邊界時，經過延時驗證觸發磨組停止提示。優化組件給出的磨組啟/停判斷和運行過程中實際的負荷需要一致。

3 應用效果

某660 MW超臨界機組TOP系統智能AGC優化組件進行了多種運行方式的試驗和實際運行，運行方式包括指導模式、順控操作模式和自動運行模式。通過對磨組啟/停時機的學習和判斷、制粉系統的啟/停過程的優化修改、運行操作習慣的模擬等工作，使優化組件具備了自動判斷磨組啟/停時機、磨組啟/停順控進行和全程AGC過程中自動跨越磨煤機啟/停斷點的功能。

從圖3中可以看出，TOP系統給出的磨組啟動時機稍晚于磨組實際啟動時間，考慮到處于早高峰升負荷階段運行啟動磨煤機較早，可以看出該判斷基本合適。從圖4中可以看出TOP系統給出的磨組停止時機和磨組實際停止時間基本一致。

圖3 AGC升負荷過程中磨組啟動時機判斷

圖4 AGC降負荷過程中磨組停止時機判斷

4 結語

TOP系統的AGC智能優化組件設計了運行指導模式、順控操作模式和自動運行模式等運行方式，通過對磨組啟/停時機的學習和判斷、制粉系統啟/停過程的優化調整、運行操作習慣的模仿應用等技術，使該優化組件具備了自動判斷磨組啟/停時機、磨組啟/停順控運行和全程AGC過程中自動跨越磨煤機啟/停斷點的自動控制功能，達到了預期的應用效果。

[1]張永軍，陳波．浙江電網火電機組AGC運行狀況及性能考核分析[J]．浙江電力，2010，29（3）∶35－39．

[2]蘇燁，張鵬，卓魯鋒，等．AGC模式下超臨界機組協調控制策略的完善及應用[J]．浙江電力，2010，29（2）∶26－29．

（本文編輯：陸瑩）

Development and Application of Intelligent AGC Optimization Module on Power Plant Thermal Optimized-control Platform

CHEN Wei，CHEN Bo，YIN Feng，LUO Zhi-hao，CHEN Xiao-qiang
（Z（P）EPC Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

At present，most of boilers of the domestic large thermal power generating units use direct-fired pulverizing system．In operating control of AGC of units，automatic transition to startup or shutdown breakpoint can not be implemented yet，which brings problems such as difficult in determination，big operating pressure，frequent fluctuations of steam temperature，steam pressure and load to manual determination and operation of the operators．By monitoring on real-time load capacity of pulverizer group，judgment ofgrid load time trend，self-adjustment of pulverizer startup hatch and optimized control of unit operating status，the intelligent AGC optimization module on power plant thermal optimized-control platform can accurately display the startup/shutdown time and the sequence of pulverizer group，enabling continuous automatic operation of AGC on thermalpower plant．

TOP；AGC optimization；pulverizergroup；intelligentstartup/shutdown；load breakpoint

TK232∶TP273

：A

：1007－1881（2013）03－0054－04

2013-01-28

陳衛（1980-），男，江蘇南通人，碩士，高級工程師，從事發電廠熱工自動化應用和研究。