2×300 MW機組自動發電控制（AGC）功能的研究與應用

孫建明,張　磊,張長茂,周懷斌,王　杰,丁玉璋,（宏晟電熱公司，甘肅嘉峪關735100）

2×300 MW機組自動發電控制（AGC）功能的研究與應用

孫建明,張磊,張長茂,周懷斌,王杰,丁玉璋,
（宏晟電熱公司，甘肅嘉峪關735100）

【摘要】在對嘉峪關宏晟電熱公司2×300 MW機組控制策略的優化完善基礎上，進行了自動發電控制（AGC）功能靜態和動態試驗測試，并對試驗數據做了對比分析處理，確定了機組AGC功能的各項指標，最終達到電網要求并正常投入使用，提高了該機組的安全性、穩定性和經濟性，為隨后新建4×350 MW機組提供參考依據。

【關鍵詞】AGC；協調控制；負荷變動

Research and Application of AGC Function in 2×300 MW Power Generating Unit

SunJianming, Zhang Lei, Zhang Changmao, Zhou Huaibin, Wang Jie, Ding Yuzhang,
(Hongsheng Electrothermal Co., Ltd., Jiayuguan, Gansu 735100, China)

【Abstract】On the basis of control strategy optimization of the 2×300 MW generating unit of Jiayuguan Hongsheng Electrothermal Co., Ltd., static and dynamic tests of the function of automatic generation control(AGC) were carried out, then the test data were compared and analyzed and index of the AGC function were determined, which met the requirements of the public power grid. The system has been normally put into operation, which has improved the safety, stability and economy of the generators and provides some reference for construction of new 4×350 MW units.

【Keywords】automatic generation control；coordination control；load variation

1　前言

嘉峪關宏晟電熱公司2×300 MW機組（以下簡稱宏晟機組），鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的HG-1025/17.5-YM24，汽輪機為哈爾濱汽輪機廠生產的N300-16.7/538/538型，DCS、DEH系統均采用美國愛默生Ovation 1.8系統。

自動發電控制（Automatic Generation Control）（以下簡稱AGC）功能試驗是在變負荷試驗的基礎上，由負荷調度中心向機組發送負荷指令，以驗證在AGC方式下，協調控制系統及各子自動控制系統響應負荷變動的能力，并驗證DCS與網調信號的傳輸的正確性和可靠性，為宏晟機組投入AGC遠動控制提供依據。

根據甘肅省電網兩個細則的要求，以及宏晟機組實際需求，于2014年6月份引入AGC功能。

2　試驗參照標準

試驗參照標準為《火力發電廠模擬量控制系統驗收測試規程》（DL/T 657-2006）和《甘肅電網自動發電控制（AGC）運行管理辦法》。

3　控制策略及方法

為使宏晟機組實際變負荷速率能夠滿足甘肅電網要求，對各主要控制系統的原參數進行優化整定，對協調控制的控制構架和控制策略進行優化、設計、組態修改及參數整定，對磨煤機入口一次風壓等測點安裝位置進行優化調整，主要包括以下幾方面：

(1)對爐膛負壓、給水三沖量、主汽溫、磨煤機冷風和料位各調節參數進行了優化整定；

(2)對總風量調節中總風量指令信號來源進行優化設計：將蒸汽量-風量曲線修改為煤量（鍋爐主控輸出）-風量曲線，并考慮了降負荷過程中風/煤變化先后關系；對調節參數進行了試驗整定；

(3)對氧量調節回路進行優化設計：增加了氧量自動投入前的跟蹤功能，并對氧量修正范圍進行了合理限制；對調節參數進行了試驗整定；

(4)對一次風壓調節中一次風壓指令信號來源進行優化設計：將一次風壓設定由常數設定修改為負荷指令-一次風壓曲線，其曲線范圍考慮了磨煤機出力情況及機組結焦情況；對調節參數進行了試驗整定；

(5)對磨煤機熱風調節中磨煤機入口一次風壓測點安裝位置進行了調整，一定程度保證容量風門的線性關系；對調節參數進行了試驗整定；

(6)對磨煤機旁路風門調節回路進行了優化設計，既保證了磨煤機分離器出口一次風壓，防止粉管堵管現象發生，又保證了磨煤機出力良好（調節磨煤機入口總一次風量）；同時考慮了煤質情況（揮發份高），對自動調節范圍進行了限定，以保證分離器出口溫度；對調節參數進行了試驗整定；

(7)對總煤量計算進行了修正，并考慮了啟/停磨過程中的總煤量計算；

(8)對燃料主控設定值邏輯進行了優化，考慮了升負荷過程中風/煤變化先后關系；對燃料主控PID進行了變參數調節優化；對燃料主控自動投入前跟蹤回路進行了優化；

(9)對鍋爐跟隨方式（BF）控制組態進行了優化設計，將原來的間接能量平衡修改為直接能量平衡控制（DEB）[1]- [4]策略，并增加了DEB動態微分前饋；對參數進了試驗整定；

(10)對汽機跟隨方式（TF）控制組態進行了優化設計，并增加了RB工況下汽機調壓PID；對參數進了試驗整定；

(11)對協調控制方式的控制架構及控制策略進行了重新設計，將原來的間接能量平衡修改為直接能量平衡控制（DEB）[1]-[4]策略，并在鍋爐主控中增加了DEB動態微分前饋、汽包蓄熱微分前饋、壓力偏差微分前饋、負荷-煤量主前饋及增/減負荷動態前饋；

(12)對協調控制方式下的鍋爐主控PID進行變參數設計，并應用模糊控制[5]-[6]、非線性控制等新技術，保證機組壓力在動/靜態過程中均能夠滿足標準；

(13)增加鍋爐加速信號，確保機組壓力及負荷在變負荷過程中能夠滿足標準；

(14)結合機組一次調頻特性，修改滑壓曲線。

4　試驗內容及試驗過程

4.1試驗原理

在機組協調控制及各主要自動穩定投入后，將機組負荷變化率分別設定為3 MW/min、5 MW/min、7 MW/min，分別測試機組的實際負荷變化速率，并且機組的主汽壓力，主汽溫度等主要參數保持穩定；然后機組投入AGC控制，改由省調通過遠傳信號控制功率，速率設定為7 MW/min，通過自動調節功能，使發電機組實發功率跟隨調度指令按要求速率（2%Pe/Min）變化。

4.2主要參數設置

試驗過程中，負荷變化率分別設定為3 MW/min、5 MW/min、7 MW/min，負荷上限設為305 MW，下限設為180 MW，AGC指令量程為180～330 MW。

4.3靜態試驗

本機組協調控制與省調聯調模擬量（AI）：AGC指令（210~300 MW）；開關量（DO）：AGC允許、AGC投入。省調下發負荷指令，協調控制能正確接收；協調控制發給RTU的AGC允許、AGC投入信號省調能正確接收，系統具備聯調條件。

省調AGC指令同電廠接受指令開環試驗數據見表1。

表1　AGC靜態試驗數據

4.4動態試驗

4.4.1試驗條件

(1)以下控制系統能夠穩定投入：協調控制、給水調節系統、總風量調節系統、氧量調節系統、一次風壓調節系統、爐膛負壓調節系統、汽溫調節系統、磨煤機料位調節系統等。這些系統經過負荷變動試驗檢驗，滿足AGC試驗要求。

(2)試驗記錄：采用DCS歷史記錄站進行數據的收集、追憶與曲線的打印。

(3)試驗方案或措施經電廠同意并向省調申請，確定試驗時間。

4.4.2試驗過程

按甘肅電網要求，在AGC控制方式下，負荷跟隨試驗在60%～100%MCR負荷范圍內負荷指令以不低于2%Pe/min的變化率，連續增、減（或減、增）各一次的雙向變動試驗。

4.4.3負荷擾動試驗過程

AGC負荷聯調試驗前，先進行了3 MW/min、5 MW/min、7 MW/min設定速率下的負荷變動試驗，負荷變化范圍為180～300 MW，具體試驗數據如表2所示。

表2　負荷變動試驗數據

(1) 3 MW/min速率負荷變動試驗

按試驗要求，機組協調控制投入、滑壓控制方式下，負荷擾動試驗在240～300 MW負荷范圍內負荷指令以3 MW/min的變化率，連續增、減（或減、增）各一次的雙向擾動試驗。試驗過程中送風自動投入、引風自動投入、給水自動投入及磨煤機料位自動投入。

(2) 5 MW/min速率負荷變動試驗

按試驗要求，機組協調控制投入、滑壓控制方式下，負荷擾動試驗在180～300 MW負荷范圍內負荷指令以5 MW/min的變化率，連續增、減（或減、增）各一次的雙向擾動試驗。試驗過程中送風自動投入、引風自動投入、給水自動投入及磨煤機料位自動投入。

(3) 7 MW/min速率負荷變動試驗

按試驗要求，機組協調控制投入、滑壓控制方式下，負荷擾動試驗在200～300 MW負荷范圍內負荷指令以7 MW/min的變化率，連續增、減（或減、增）各一次的雙向擾動試驗。試驗過程中送風自動投入、引風自動投入、給水自動投入及磨煤機料位自動投入。

由于負荷變化幅度小，實際負荷變化有一定的遲滯特性，導致小負荷變化時速率偏低。

4.4.4 AGC聯調試驗

2014年6月27日13:46:11，試驗人員配合甘肅省調自動化處對機組的AGC跟隨能力進行實際驗證試驗，試驗過程中，機組投協調控制模式和AGC模式，A、B、C磨煤機容量風門投自動模式，機組負荷速度變化率設定為7.5 MW/min，試驗數據如表3所示。

表3　AGC聯調試驗數據

由于負荷變化幅度小，實際負荷變化有一定遲滯特性，導致小負荷變化時速率偏低。

5　試驗數據分析及處理

5.1根據試驗數據分析，負荷變化速率設定為3 MW/min，實際負荷變化速率最大為2.74 MW/min，最小為2.68 MW/min，平均為2.72 MW/min。試驗過程中，機組各項參數保持穩定；

5.2根據試驗數據分析，負荷變化速率設定為5 MW/min，實際負荷變化速率最大為4.82 MW/min，最小為4.45 MW/min，平均為4.69 MW/min。試驗過程中，機組各項參數保持穩定；

5.3根據試驗數據分析，負荷變化速率設定為7 MW/min，實際負荷變化速率最大為6.52 MW/min，舍棄兩段5 MW小幅度負荷變化，最小為6.31 MW/min，平均為6.37 MW/min。試驗過程中，機組各項參數保持穩定；

5.4根據試驗數據分析，AGC跟隨試驗過程中，負荷變化速率設定為7.5 MW/min，實際負荷變動速率最大為7.07 MW/min，舍棄由于小負荷幅度變化影響速率情況，最小為6.15 MW/min，平均為6.61 MW/min。試驗過程中，機組各項參數保持穩定。

6　試驗數據對機組運行調整影響

根據負荷變動試驗及AGC跟隨試驗過程分析，機組一次風壓力對負荷響應速率影響較大。建議機組正常運行時，應保持一次風壓力在合理范圍內；由于磨煤機料位測點影響，在容量風門變化幅度較大時，容易發生滿磨現象，建議機組正常運行尤其在變負荷過程中，密切關注磨煤機料位變化情況，以防止協調控制及AGC功能解列；

現階段，A/B兩側送風機動葉反饋偏差在16%左右，為避免自動模式下兩側送風機發生搶風現象，建議在機組停運或滿足檢修條件時消除兩側偏差；

AGC功能投入后，應加強爐膛負壓、總風量、一次風壓、汽包水位、磨煤機料位、給煤機瞬時煤量等測點以及送風機動葉、引風機動葉、一次風機變頻、磨煤機容量風、冷熱風門、給煤機變頻等執行機構的日常維護及檢修工作。

7　結論

根據優化后的控制策略及方法對宏晟組進行AGC功能試驗后的數據處理分析可以得出以下結論：

(1)機組協調控制與中調模擬量與開關量信號傳輸正確可靠，精度符合甘肅電網要求；

(2)機組負荷正常調整范圍為180~300 MW （60%～100%MCR），滿足甘肅電網要求；

(3)負荷變化速率設定為7.5 MW/min，實際負荷變化速率最大為7.07 MW/min，最小為6.15 MW/min，滿足甘肅電網大于2%Pe/Min的指標要求；

(4) DCS接收到AGC指令變化到機組負荷開始響應時間小于30 s，滿足甘肅電網指標要求；

(5)當一次調頻動作轉速偏差超過±5 r/min（此轉速偏差大于正常網頻波動范圍），暫時屏蔽AGC負荷指令動作，滿足甘肅電網要求。

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供排水

作者簡介：孫建明（1976-），男，2000年畢業于鞍山鋼鐵學院（現遼寧科技大學）工業自動化專業，大學本科，工學學士學位，工程師現從事電廠的熱工自動化及熱工儀表研究工作。

收稿日期：2015- 01- 08

【中圖分類號】TM31

【文獻標識碼】B

【文章編號】1006-6764（2015）04-0042-04