AGC模式下300 MW火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的問題分析及優(yōu)化

董春雷

（浙江浙能溫州發(fā)電有限公司，浙江溫州325602）

AGC模式下300 MW火電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的問題分析及優(yōu)化

董春雷

（浙江浙能溫州發(fā)電有限公司，浙江溫州325602）

為了保障電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，有必要對(duì)機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)進(jìn)行深入研究及優(yōu)化。針對(duì)AGC考核指標(biāo)，分析了300 MW火電機(jī)組負(fù)荷控制的典型問題，對(duì)控制策略和負(fù)荷設(shè)定值、機(jī)前壓力設(shè)定、鍋爐主控前饋等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，取得了較好的效果。

300 MW；AGC；負(fù)荷控制；協(xié)調(diào)優(yōu)化

溫州發(fā)電廠原有4臺(tái)300 MW亞臨界燃煤機(jī)組，經(jīng)通流改造后都擴(kuò)容為330 MW。機(jī)組配置上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的中間再熱凝汽式汽輪機(jī)，上海鍋爐廠制造的亞臨界壓力一次再熱控制循環(huán)鍋爐，及北京ABB Bailey控制有限公司的SYMPHONY控制系統(tǒng)。

AGC（自動(dòng)發(fā)電控制）是指發(fā)電機(jī)組在規(guī)定的出力調(diào)整范圍內(nèi)，跟蹤電力調(diào)度指令，按照一定調(diào)節(jié)速率實(shí)時(shí)調(diào)整出力，以滿足電力系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡(luò)線功率控制的要求。溫州發(fā)電廠5號(hào)機(jī)組AGC考核結(jié)果一直不理想，因此有必要對(duì)AGC考核規(guī)則和機(jī)組存在問題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的措施。

1 AGC考核指標(biāo)

1.1 機(jī)組AGC平均調(diào)節(jié)速率

在電力調(diào)度交易機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)組AGC平均調(diào)節(jié)速率進(jìn)行實(shí)際抽查測(cè)驗(yàn)中，機(jī)組平均調(diào)節(jié)速率未滿足基本要求時(shí)，考核電量為：

式中：QAGC為考核電量；K2為機(jī)組AGC平均調(diào)節(jié)速率系數(shù)；αAGC為AGC考核系數(shù)，其數(shù)值為1；t考核為2 h；PN為機(jī)組額定容量；K2為機(jī)組AGC平均調(diào)節(jié)速率系數(shù)，計(jì)算見式（2）：

式中：當(dāng)K2大于1時(shí)，則按K2=1處理；V實(shí)測(cè)為機(jī)組實(shí)測(cè)AGC調(diào)節(jié)速率；V基本為機(jī)組基本響應(yīng)速率，直吹式制粉系統(tǒng)機(jī)組為每分鐘1.0%額定功率。

由上可知，發(fā)電廠方面需提高機(jī)組響應(yīng)速度，以滿足AGC調(diào)節(jié)速率要求。

1.2 AGC調(diào)節(jié)精度

AGC指令周期i或者第i分鐘調(diào)節(jié)精度考核電量為：

式中：QAGC，i為AGC指令周期i調(diào)節(jié)精度考核電量；t為機(jī)組AGC指令周期時(shí)間或者1 min；αAGC為考核系數(shù)，其數(shù)值為1；P實(shí)際為機(jī)組實(shí)際出力；P目標(biāo)為機(jī)組目標(biāo)出力。

AGC調(diào)節(jié)精度考核電量為：

式中：QAGC為AGC調(diào)節(jié)精度考核電量；QAGC，i為AGC指令周期i調(diào)節(jié)精度考核電量；n為指令周期個(gè)數(shù)。

提高機(jī)組的AGC調(diào)節(jié)精度，主要以提高機(jī)組負(fù)荷跟隨性能，尤以提高機(jī)組協(xié)調(diào)控制的隨動(dòng)性能最為關(guān)鍵。

1.3 AGC裝置異常

當(dāng)并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組AGC裝置發(fā)生異常而導(dǎo)致AGC無(wú)法正常投入時(shí)，隱瞞不報(bào)或傳送虛假投退信號(hào)的，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，則考核電量為：

式中：QAGC為考核電量；PN為機(jī)組額定容量；t考核為10 h；αAGC為AGC考核系數(shù)，其數(shù)值為1。

為保障此項(xiàng)的執(zhí)行，溫州發(fā)電廠制定了嚴(yán)格規(guī)范的AGC投撤規(guī)定和匯報(bào)制度。

2 AGC考核問題分析

以溫州發(fā)電廠5號(hào)機(jī)組為例分析，從歷次結(jié)算信息來看，AGC結(jié)算不理想主要在AGC考核方面，體現(xiàn)于AGC實(shí)時(shí)負(fù)荷控制精度。影響機(jī)組AGC調(diào)節(jié)精度的因素很多，但最主要的是機(jī)組協(xié)調(diào)控制性能，尤其是機(jī)組協(xié)調(diào)控制的隨動(dòng)性能，直接影響AGC調(diào)節(jié)精度的提高。

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要由鍋爐主控、汽機(jī)主控組成。前者產(chǎn)生燃燒率指令以控制燃燒，后者建立汽機(jī)閥位指令，各自功能如下。

（1）協(xié)調(diào)方式：鍋爐控制汽機(jī)入口蒸汽壓力，汽機(jī)控制功率，并加有壓力偏差和負(fù)荷指令前饋回路。

（2）汽機(jī)跟蹤方式：鍋爐主控在手動(dòng)，汽機(jī)主控在自動(dòng)。汽機(jī)主控用來控制機(jī)前壓力，由機(jī)前壓力偏差的比例積分作用來實(shí)現(xiàn)，輸出信號(hào)被機(jī)前壓力設(shè)定值除以額定機(jī)前壓力的比值進(jìn)行修正。機(jī)組指令跟蹤實(shí)發(fā)功率。

（3）鍋爐跟蹤方式：鍋爐主控在自動(dòng)，汽機(jī)主控在手動(dòng)，操作者在汽機(jī)主控器上設(shè)置汽機(jī)閥位指令，鍋爐主控的任務(wù)是維持主汽壓力。

（4）基本方式：這時(shí)鍋爐和汽機(jī)的功能獨(dú)立，鍋爐主控和汽機(jī)主控均為手動(dòng)，可分別改變鍋爐和汽機(jī)的負(fù)荷。

（5）機(jī)前壓力設(shè)定值的形成：定壓方式時(shí)，機(jī)前壓力設(shè)定值由操作員在操作臺(tái)上用TPSP（主壓力設(shè)定值）給定器設(shè)定；滑壓方式時(shí)設(shè)定汽壓為ULD（負(fù)荷指令）的f（x）函數(shù)，函數(shù)關(guān)系參見汽機(jī)廠提供的熱力系統(tǒng)平衡圖，其變化率受限。從TPSP給定器送出的信號(hào)經(jīng)高低限幅及限速后作為最終機(jī)前壓力設(shè)定值。

機(jī)組在電網(wǎng)AGC時(shí)，鍋爐、汽機(jī)主控均處于協(xié)調(diào)方式，而由于鍋爐慣性環(huán)節(jié)主壓力與電網(wǎng)AGC步調(diào)難以一致（如圖1所示），因此主要分析協(xié)調(diào)方式下的鍋爐、汽機(jī)主控。

圖1 機(jī)組主壓力與負(fù)荷控制趨勢(shì)的比較

3 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的問題分析

3.1 汽機(jī)主控問題

機(jī)組投入AGC后處于協(xié)調(diào)方式，滑壓運(yùn)行，汽機(jī)控制功率，并加有壓力偏差和ULD前饋回路，如圖2所示。

出于對(duì)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)平穩(wěn)性的考慮，此種控制方式要求汽機(jī)主控在“機(jī)前壓力”控制于一定范圍內(nèi)時(shí)才對(duì)“機(jī)組負(fù)荷”進(jìn)行控制。如：當(dāng)機(jī)組接收到AGC要求“增加負(fù)荷”的指令后，汽機(jī)主控將等待鍋爐主控一定時(shí)間，即等待鍋爐能量增加后，“機(jī)前壓力”上升到指令對(duì)應(yīng)值的一定范圍內(nèi)才通過汽機(jī)主控增加機(jī)組負(fù)荷。由于AGC指令基本以短時(shí)間上下波動(dòng)的方式給出，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)AGC要求“減少負(fù)荷”的指令，從而使得機(jī)組協(xié)調(diào)控制滯后。

3.2 鍋爐主控問題

機(jī)組投入AGC后處于協(xié)調(diào)方式，滑壓運(yùn)行，鍋爐主控以控制汽機(jī)入口蒸汽壓力為主。此時(shí)鍋爐主控根據(jù)AGC指令來定位汽機(jī)入口蒸汽壓力的設(shè)定值，以此作為燃料、風(fēng)量的基礎(chǔ)值，并根據(jù)偏差來動(dòng)態(tài)修正控制量，如圖3所示。

圖3 鍋爐主控

由于AGC給出的負(fù)荷指令變化頻繁，基本以短時(shí)間上下波動(dòng)的方式給出。如：當(dāng)5號(hào)機(jī)組接收到要求“增加負(fù)荷”的指令后，鍋爐主控將相應(yīng)給出煤量和風(fēng)量增加的基礎(chǔ)量，并根據(jù)此時(shí)機(jī)組指令對(duì)應(yīng)的機(jī)前壓力要求來動(dòng)態(tài)修正煤量和風(fēng)量指令。由于鍋爐燃燒慣性所致，煤量和風(fēng)量增加后需要經(jīng)過一定時(shí)間機(jī)前壓力才會(huì)上升，所以動(dòng)態(tài)修正功能將繼續(xù)增加煤量和風(fēng)量指令，而AGC指令周期較短且波動(dòng)給出，往往發(fā)出“減少負(fù)荷”的指令。此時(shí)動(dòng)態(tài)修正增加的煤量和風(fēng)量使得機(jī)前壓力還在上升，所以使得機(jī)前壓力過調(diào)，并導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷隨動(dòng)不佳。

4 優(yōu)化措施

4.1 優(yōu)化控制策略

針對(duì)以上情況，制定了設(shè)置靜態(tài)解耦環(huán)節(jié)、改善負(fù)荷指令前饋環(huán)節(jié)、增加控制器在線滑參數(shù)環(huán)節(jié)等方法。優(yōu)化后的控制策略：當(dāng)AGC指令變化時(shí)，在鍋爐主控變化的同時(shí)汽機(jī)主控將隨機(jī)組負(fù)荷指令變化，而機(jī)前壓力設(shè)定值在負(fù)荷指令變化到位前將反向變化。

4.2 負(fù)荷設(shè)定值

采用變遲延時(shí)間的方案，靈活等待煤量風(fēng)量燃燒傳動(dòng)。負(fù)荷設(shè)定值的改變?cè)谄麢C(jī)側(cè)作用明顯，會(huì)快于鍋爐側(cè)，所以汽機(jī)側(cè)控制一般會(huì)設(shè)定一個(gè)等待時(shí)間，以便與鍋爐側(cè)能量同步響應(yīng)。變遲延時(shí)間即根據(jù)不同負(fù)荷指令變化量，產(chǎn)生不同等待時(shí)間。

4.3 機(jī)前壓力設(shè)定值

在負(fù)荷變動(dòng)起始階段，將壓力設(shè)定值反向變動(dòng)，并做高低限值。若處于AGC加負(fù)荷階段，主汽壓力設(shè)定值會(huì)隨負(fù)荷指令上升而上升，由于汽機(jī)側(cè)開大調(diào)門，實(shí)際主汽壓力將下降，其與主汽壓力設(shè)定值偏差變大，從而限制了負(fù)荷變化；反之亦然。優(yōu)化后在主汽壓力設(shè)定值上增加反向偏置，并根據(jù)負(fù)荷及主汽壓力偏差情況進(jìn)行調(diào)整，如圖4所示。

4.4 鍋爐主控前饋

采用實(shí)際設(shè)定值加上動(dòng)態(tài)前饋，動(dòng)態(tài)前饋采用基于時(shí)間的高斯函數(shù)。在負(fù)荷指令變化時(shí)，高斯函數(shù)開始起作用，隨著時(shí)間的變化，高斯函數(shù)最終消失，可以用來調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)煤量的幅值和時(shí)間量，使負(fù)荷和壓力滿足控制品質(zhì)要求，如圖5所示。

圖5 鍋爐主控前饋優(yōu)化

4.5 靜態(tài)解耦系數(shù)及PID參數(shù)調(diào)整

采用變解耦系數(shù)，在實(shí)際中根據(jù)控制品質(zhì)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，動(dòng)態(tài)過程中調(diào)門控制壓力為主，穩(wěn)態(tài)調(diào)門控制負(fù)荷為主。當(dāng)大負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，主汽壓力偏差大，鍋爐需要長(zhǎng)時(shí)間蓄能，此時(shí)鍋爐、汽機(jī)主控均偏重于主汽壓力控制；當(dāng)小負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，主汽壓力偏差小，鍋爐留有蓄熱，此時(shí)鍋爐、汽機(jī)主控均偏重于負(fù)荷控制。并根據(jù)不同負(fù)荷段及負(fù)荷指令的變化量來生成不同比例、積分等參數(shù)，以適配器的形式適配至PID功能模塊，通過對(duì)鍋爐主控和汽機(jī)主控PID參數(shù)的細(xì)調(diào)修正，來保證機(jī)組穩(wěn)態(tài)控制品質(zhì)。

5 優(yōu)化后的效果

以上措施的實(shí)施取得較好效果。如機(jī)組負(fù)荷需從300 MW減至200 MW時(shí)，當(dāng)發(fā)出200 MW指令后，鍋爐與汽機(jī)主控同時(shí)減小，由于鍋爐主控減小后反映出的效果較慢，所以隨著汽機(jī)主控的減小，實(shí)際負(fù)荷下降、機(jī)前壓力上升或保持，優(yōu)化后的機(jī)前壓力設(shè)定值再上升，以保證汽機(jī)主控不反彈。而后，減小的鍋爐主控使得實(shí)際機(jī)前壓力下降，由于調(diào)門已關(guān)小，并在AGC負(fù)荷指令變化到200 MW后再緩慢回彈，所以會(huì)出現(xiàn)機(jī)前壓力長(zhǎng)時(shí)間下不來的現(xiàn)象；此時(shí)機(jī)前壓力設(shè)定值才會(huì)減小，隨著機(jī)組負(fù)荷的到位，汽機(jī)主控的緩慢回升，實(shí)際機(jī)前壓力會(huì)貼向設(shè)定值。同理，在加負(fù)荷時(shí)，機(jī)前壓力也不會(huì)馬上升高，會(huì)在較低值運(yùn)行一段時(shí)間后再上升，但負(fù)荷會(huì)隨指令而波動(dòng)。

當(dāng)AGC指令變化幅度在一定范圍時(shí)，屏蔽鍋爐主控的動(dòng)態(tài)修正，即鍋爐主控只隨AGC負(fù)荷指令給出的基礎(chǔ)量進(jìn)行定位，從而減小煤量、風(fēng)量過調(diào)的現(xiàn)象。

溫州發(fā)電廠5號(hào)機(jī)組協(xié)調(diào)控制優(yōu)化后，隨著AGC指令的變化，壓力定值通過修正隨滑壓曲線緩慢變化，使汽機(jī)調(diào)門在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)上增加了快速性，有效提高了機(jī)組的熱效率，并且使得AGC調(diào)節(jié)段各項(xiàng)參數(shù)平滑過渡，提高了大、小負(fù)荷跨度的AGC連續(xù)調(diào)節(jié)性能。其中某日AGC模式下的機(jī)組負(fù)荷控制趨勢(shì)如圖6所示。

圖6 AGC大跨度模式負(fù)荷控制趨勢(shì)

6 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)5號(hào)機(jī)組協(xié)調(diào)系統(tǒng)的深入分析，對(duì)機(jī)組AGC響應(yīng)有了更深入透徹的理解，經(jīng)過協(xié)調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化后，溫州發(fā)電廠5號(hào)機(jī)組AGC調(diào)節(jié)精度在原基礎(chǔ)上提高了20%左右。同時(shí)，也注意到控制邏輯優(yōu)化后一些需進(jìn)一步改善的方面，如連續(xù)階躍式增或減負(fù)荷時(shí)機(jī)前壓力會(huì)出現(xiàn)連續(xù)偏差并進(jìn)入偏差保護(hù)的情況。在確保機(jī)組安全性的基礎(chǔ)上提高機(jī)組AGC性能是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作，還有許多值得探索的問題和提升的空間。

[1]張秋生．提高機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)AGC響應(yīng)速率的方法[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（18）∶49－52．

[2]管志敏，林永君，王兵樹．自抗擾控制器在火電廠主蒸汽溫度控制中的仿真研究[J]．熱力發(fā)電，2009，38（4）∶26－30．

（本文編輯：陸瑩）

Problem Analysis and Optimization of Coordinated Control System for 300 MW Thermal Power Units under AGC Mode

DONG Chunlei
（Zhejiang Zheneng Wenzhou Power Generation Co.，Ltd.，Wenzhou Zhejiang 325602，China）

It is necessary to investigate and optimize load control system of units to guarantee the safe and economical operation of power system.Aiming at AGC evaluation criteria，the paper analyzes typical problems of 300 MW thermal power units in load control.The control strategy and parameters such as load setting value，throttle pressure setting and main control system of boiler are optimized，which achieved favorable effect.

300 MW；AGC；load control；coordinative optimization

TK323

：B

：1007-1881（2014）07-0045-04

2014-06-03

董春雷（1976-），男，浙江溫州人，工程師，從事發(fā)電廠熱工自動(dòng)控制及熱工監(jiān)督工作。