超超臨界機(jī)組AGC及一次調(diào)頻系統(tǒng)優(yōu)化建模

宜清正

（江蘇國信靖江發(fā)電有限公司，江蘇泰州 214513）

1 超（超）臨界機(jī)組AGC 控制概況

電力系統(tǒng)頻率、電壓和波形質(zhì)量是衡量電力系統(tǒng)性能質(zhì)量的3 個(gè)重要指標(biāo)。系統(tǒng)頻率是系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)工作過程中產(chǎn)生的交流電勢(shì)的頻率，反映了有功功率和發(fā)電負(fù)荷之間的平衡，它是能源系統(tǒng)運(yùn)行的重要調(diào)控指標(biāo)，與能源供應(yīng)設(shè)施、生產(chǎn)設(shè)施和供應(yīng)設(shè)施的安全和效率息息相關(guān)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)的成功運(yùn)行取決于發(fā)電量和負(fù)荷（包括網(wǎng)損）的實(shí)時(shí)平衡，傳統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)方法是根據(jù)調(diào)度員的指令或電網(wǎng)的調(diào)頻保持電力系統(tǒng)的質(zhì)量。此外，供電系統(tǒng)中隨機(jī)發(fā)生的擾動(dòng)也會(huì)影響有功功率與負(fù)荷的平衡。

2 基本原理

自動(dòng)發(fā)電控制（Automatic Generation Control，AGC）是通過自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)程序?qū)︻l率和有功功率進(jìn)行二次設(shè)定來實(shí)現(xiàn)的，通過監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳輸?shù)秸{(diào)度中心，然后由AGC的計(jì)算機(jī)軟件功能形成各電廠（或發(fā)電機(jī)）的AGC 命令，通過下行指令傳輸?shù)礁髡{(diào)頻電廠（或發(fā)電機(jī)）。

3 新形勢(shì)下超（超）臨界機(jī)組的控制要求

3.1 AGC 調(diào)節(jié)性能

伴隨著科學(xué)發(fā)展和社會(huì)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，能源需求也在增加，新能源不斷投入使用，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)已發(fā)生變化，需要及時(shí)改善控制技術(shù)手段，提高輔助控制要求，要求電網(wǎng)可用度指標(biāo)Ka為98%。如果電廠的測(cè)量值低于該指標(biāo)，則不滿足可用性要求。計(jì)算公式：KA=

（1）調(diào)節(jié)率k1j可分為上升率和下降率，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，必須考慮啟動(dòng)過程的影響。vn為機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)控制率，單位為MW/min。

（2）調(diào)整精度k2j是穩(wěn)定運(yùn)行后的系統(tǒng)實(shí)際值與調(diào)整值之間的差。在機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，按照實(shí)際值與目標(biāo)值之差的絕對(duì)值來積分，積分值與積分時(shí)間的比值就是該期間所產(chǎn)生的校正偏差。

（3）根據(jù)調(diào)節(jié)功率的綜合指標(biāo)，可以得到AGC 調(diào)節(jié)性能的指標(biāo)：KP=。式中，KPi表示測(cè)量AGC 機(jī)組在第i 個(gè)調(diào)節(jié)過程中的調(diào)節(jié)性能；在KP性能指標(biāo)公式中，KP反映了一個(gè)月內(nèi)AGC 機(jī)組調(diào)節(jié)N 次時(shí)的性能指標(biāo)平均值。

3.2 一次調(diào)頻響應(yīng)要求

電廠的電網(wǎng)組織可實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)電廠一次頻率控制的開/關(guān)狀態(tài)，電廠無權(quán)處理一次頻率控制，包括速度控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和最大負(fù)載限制，這要求所有生產(chǎn)單位必須按照規(guī)章制度的標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行，一次調(diào)頻功能是所有生產(chǎn)單元系統(tǒng)性運(yùn)行的必要前提。一次調(diào)頻工作100%投運(yùn)（工作率按月計(jì)算），計(jì)算公式如下：

（1）投產(chǎn)要求。一次調(diào)頻條件要求的日發(fā)電量為：PN×1（h）×α一次調(diào)頻。式中，PN為機(jī)組容量（MW）；α一次調(diào)頻為一次調(diào)頻要求系數(shù)，數(shù)值為常數(shù)3。

（2）性能要求。電力電網(wǎng)對(duì)一次調(diào)頻的輸出信號(hào)和不同周期的功率貢獻(xiàn)制定了詳細(xì)的指標(biāo)要求和測(cè)量方法，將電力故障擾動(dòng)分為0.06 Hz 的標(biāo)準(zhǔn)界限劃分，監(jiān)測(cè)計(jì)算聯(lián)網(wǎng)發(fā)電機(jī)容量，發(fā)生重大故障或者當(dāng)故障頻率大于死區(qū)時(shí)，要求各電廠一次調(diào)頻正常運(yùn)行，一次調(diào)頻運(yùn)行的要求是電網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)定的。正確的每月考核電量為：（80%-λ）×PN×2（h）×α一次調(diào)頻。式中λ 為一次調(diào)頻的月正確動(dòng)作率；PN為機(jī)組容量（MW）；α一次調(diào)頻為一次調(diào)頻要求系數(shù)，數(shù)值為常數(shù)3。

3.3 質(zhì)量控制要求（表1）

表1 機(jī)組主要參數(shù)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)定質(zhì)量指標(biāo)

3.3.1 蒸汽溫度指標(biāo)

（1）穩(wěn)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)。過熱汽溫靜態(tài)偏差≤±3 ℃，再熱蒸汽溫度靜態(tài)偏差≤±4 ℃，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不應(yīng)頻繁動(dòng)作。

（2）定值擾動(dòng)品質(zhì)指標(biāo)。主汽溫和再熱汽溫給定值改變±5 ℃時(shí)，過渡過程衰減率Ψ=0.75～1，穩(wěn)定時(shí)間＜20 min。

（3）AGC 負(fù)荷跟隨動(dòng)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)。主蒸汽溫度動(dòng)態(tài)偏差控制在±8 ℃，再熱蒸汽溫度動(dòng)態(tài)偏差控制在±10 ℃。

3.3.2 蒸汽壓力品質(zhì)指標(biāo)

（1）穩(wěn)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)。主汽壓力靜態(tài)偏差≤±2%P0。

（2）AGC 負(fù)荷跟隨動(dòng)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)。主汽壓力動(dòng)態(tài)偏差控制在±2%P0。

4 超（超）臨界機(jī)組控制策略

4.1 控制模式

控制可分為3 種模式：機(jī)組控制（CCS），鍋爐控制（BF），汽輪機(jī)順序控制（TF）。當(dāng)鍋爐控制和汽輪機(jī)控制進(jìn)入自動(dòng)模式時(shí)，裝置已啟動(dòng)CCS 模式，而300 MW 機(jī)組的控制可分為3 種不同的形式：

（1）CTF 方式。目前鍋爐控制和汽輪機(jī)控制自動(dòng)啟動(dòng)，汽輪機(jī)控制主蒸汽壓力，鍋爐控制機(jī)組負(fù)荷。

（2）CBF 方式。主要涉及調(diào)節(jié)水控制和汽輪機(jī)的自動(dòng)控制，而鍋爐控制主壓力。

（3）CC 協(xié)調(diào)方式。目前鍋爐控制和汽輪機(jī)控制進(jìn)入自動(dòng)模式，鍋爐調(diào)節(jié)主蒸汽壓力，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)鍋爐的部分負(fù)荷和給水速度。

4.2 一次調(diào)頻改進(jìn)策略

根據(jù)機(jī)組的實(shí)際情況和電網(wǎng)需求，設(shè)置調(diào)頻參數(shù)特別重要，應(yīng)采取以下優(yōu)化措施：①優(yōu)化低負(fù)荷段DEH 側(cè)調(diào)頻動(dòng)作電路，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)頻閥幅的相應(yīng)頻差；②CCS 側(cè)和DEH 側(cè)的調(diào)頻、DEH 和CCS同步問題采用相同的轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)，可保證DEH、CCS 一次主頻率調(diào)制同步，而機(jī)組可根據(jù)頻率波動(dòng)迅速作出響應(yīng)；③對(duì)壓力邏輯進(jìn)行了優(yōu)化，增加調(diào)頻操作時(shí)提高輸出自保持功能，當(dāng)壓力偏差較長時(shí)，會(huì)自動(dòng)恢復(fù)壓力提取功能，以保護(hù)驅(qū)動(dòng)器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 應(yīng)用測(cè)試

通過對(duì)一次調(diào)頻進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，分別進(jìn)行±4 r/min、±6 r/min轉(zhuǎn)差調(diào)頻試驗(yàn)，采取強(qiáng)制信號(hào)“汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速”數(shù)值的方式進(jìn)行，以檢查機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)頻的實(shí)際能力（圖1）。

根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度對(duì)機(jī)組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻的要求，為檢驗(yàn)超（超）臨街機(jī)組參與電網(wǎng)的一次調(diào)頻特性。通過機(jī)組的調(diào)頻試驗(yàn)檢驗(yàn)DEH 及CCS控制系統(tǒng)實(shí)際調(diào)頻能力，實(shí)際速度變動(dòng)率、響應(yīng)時(shí)間等相關(guān)指標(biāo)是否滿足要求（表2）。

圖1 優(yōu)化后的一次調(diào)頻效果分析

表2 一次調(diào)頻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

分析以上數(shù)據(jù)得出結(jié)論：通過改進(jìn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在模擬控制系統(tǒng)的功能正常且參數(shù)控制在允許范圍內(nèi)的情況下，該裝置能夠滿足AGC 電網(wǎng)和一次調(diào)頻的要求，提高機(jī)組的控制能力。

6 結(jié)語

隨著中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展和電網(wǎng)建設(shè)的不斷完善，再加上國家電網(wǎng)技術(shù)要求日益嚴(yán)格，發(fā)電成本和環(huán)境污染對(duì)供熱生產(chǎn)的安全性、節(jié)能性和環(huán)保性提出了更高的要求，提高電廠運(yùn)行可靠性是熱電廠未來發(fā)展的主要任務(wù)。