協調控制系統優化與提高AGC調節品質的實踐與研究

京能十堰熱電有限公司李闖郭宏

隨著電力系統自動化水平的不斷發展，電網對于各個發電機組的AGC負荷響應品質提出了更高的要求。電網已全面實施“兩個細則”，從影響電網運行質量的各個方面對網上所有投入AGC模式的機組進行考核，包括一次調頻、自動發電控制（AGC）、調峰、無功調節、自動電壓控制（AVC）等。其中AGC 的負荷響應品質尤為重要，也是決定“兩個細則”考核盈虧的重要指標。某公司一期兩臺600兆瓦機組為亞臨界自然循環汽包爐，在網內大部分為超臨界或超超臨界直流爐的情況下，由于鍋爐自身的大慣性，大延遲特性，在負荷響應方面處于劣勢。本文從AGC 考核性能指標的各方面入手，對機組協調控制系統邏輯和控制策略方面進行分析，進一步挖掘協調控制系統的調節性能，進行提高機組AGC負荷響應品質方面的實踐與探索。

AGC性能指標的定義

AGC調節性能指標主要為Kp值及調節深度指標，Kp值是一個綜合指標，包括三部分內容，分別為響應時間、調節速率、調節精度，用K1、K2、K3表示。調節深度反應了機組響應AGC負荷變化的多少，用D 表示?！皟蓚€細則”的日補償計算以及Kp值、調節深度計算公式如下：

其中，Di為機組第i次的調節深度，V 和Vn 分別為調節速率及其基準值；△P 和Pn 分別為機組調節偏差及其額定容量；△T和Tn分別為實際響應時間及其基準值。

AGC性能指標各因素的分析

Kp 值的三個方面，其中響應時間是最根本的因素，從本質上影響了調節速率及調節精度的優劣。

響應時間的計算是從AGC 指令開始變化到實際負荷變化超過死區范圍的時間，對于600 兆瓦機組來說，死區為6 兆瓦，過完響應時間，才進入有效的調節速率及調節精度計算時間。

AGC 負荷響應中另一個主要指標為調節速率，調節速率品質的優劣決定了機組是否能快速響應AGC負荷指令。

調節精度是指機組響應穩定以后，實際出力和設定值出力之間的差值。指標反映了機組響應AGC 負荷指令的精確性，即機組調整平穩后進入穩態階段機組負荷與AGC指令的靜態偏差大小。

通過協調控制系統優化以提高AGC負荷響應品質的方案探討

減少AGC 負荷響應時間及提高調節精度的協調控制優化思路探討

AGC指令變化后，實際負荷必須按正確方向跨越調節死區，且不能大于規定的門檻時間40秒。但是，如果設定的機組負荷變化率為額定調節速率，響應時間必然大于40秒；而提高機組的負荷變化率，又會影響變負荷過程中的汽壓品質，必須利用協調控制系統的其它方法來減少AGC變化后負荷響應時間。

圖1 AGC指令初期增加負荷變化率曲線

如圖1所示，要在AGC指令變化的初始階段，增大負荷變化率，使機組實際負荷指令快速越過調節死區。第二，優化汽機主控系統的自動調節參數，使機組實際負荷能夠快速響應速率后機組負荷指令的變化，而穩態時，實際負荷能夠以機組負荷指令為中心，在AGC允許的偏差內進行波動，偏差值越小越好。

很明顯，在AGC 負荷指令變化初期，短時增加負荷變化率后，能夠使機組實際負荷指令快速越過允許偏差。

除了初期改變變負荷速率的方法，還可以將機組負荷指令通過函數直接作為前饋信號加至汽機主控PID出口，使機組負荷像一次調頻一樣瞬間快速動作，但幅值不宜過大，以免引起主汽壓力不穩定。

機組的調節精度做為機組響應AGC指令穩態偏差的度量，要減小負荷偏差，提高調節精度，需要在AGC 指令變化后，機組負荷接近負荷指令時避免機主控超調，以減小進入穩態時的負荷振蕩。可在機組負荷接近AGC 指令時切除機主控微分前饋，在提高調節精度的同時，減小主汽壓力的波動幅度。

提高機組AGC負荷響應速率的協調控制優化方法探討

對于機組正常運行情況下采用的爐跟機協調控制方式，爐主控指令由兩大部分構成，分別為基礎值指令（前饋）與PID出口指令。

在理論上，對于大延遲、大慣性的控制對象，前饋是粗調，是根基，而PID調節只是細調，沒有前饋的合適調節，調節系統品質不可能提高。在變負荷工況下，鍋爐主控采用粗調+超調+微調的控制策略。首先鍋爐指令按照與負荷的函數關系快速正確地變化，且其變化的速率要比機組實際變負荷快，進行適度超調，實現機組快速變負荷和主汽壓力盡快恢復的控制目標。當變負荷階段結束逐步轉為穩態工況時，此時機組主汽壓力與設定置的偏差由爐主控的PID 進行微調，最終理想的狀態是使機組負荷和主汽壓力穩定在其設定值上。

另外，熱值校正回路是直接的反映煤種發熱量的參數，也直接影響著鍋爐主控調節的準確性，煤的發熱量會根據煤種和氣候等因素不斷變化，這就需要優化熱值校正回路，以適應煤質變化對燃燒的影響。

協調控制優化方案的實現方法

以某電廠一期600 兆瓦亞臨界機組協調控制系統優化方案為例，來探討優化方法的實現策略。

汽機主控的優化策略

在圖2所示中，加入以下控制策略：

1.在以下條件下，將變負荷速率由設定值乘以1.1 的系數，使負荷更快速地響應。條件為：機組負荷指令與當前實際負荷的差值在10～30 兆瓦之間；主汽壓力大于16.5千帕；機組速率后負荷指令在320～570之間。滿足以上條件，說明鍋爐蓄熱量及機主控裕量足以支撐機組更快速地調速負荷。待條件不滿足后，又切回至設定的變負荷速率。

2.在單元負荷指令前饋的基礎上，增加AGC 負荷指令微分前饋，將負荷微分前饋通過函數直接累加到汽機主控的輸出中，讓汽機調門在變負荷前期加大開度，快速的響應負荷變化。

3.對調節精度進行優化，在AGC負荷指令微分基礎上，當機組負荷接近負荷指令時切除此微分前饋，從而在減少響應時間的基礎上提高機組調節精度，減小主蒸汽壓力波動幅度。

4.通過對協調參數的調整，盡量將機組變負荷速率調整到18 兆瓦/分鐘，提高速率指標的同時，提高響應速度減少響應時間。

鍋爐主控及熱值校正回路的優化策略

在圖3 所示邏輯中，加入或改進以下控制策略：

1.鍋爐燃燒中煤種變化頻繁，通過煤種變化后機組穩態時的煤量與機組負荷對應關系，將鍋爐主控的基礎煤量前饋進行修正，使基礎煤量與汽輪機負荷對應完好，以避免在基礎煤量不對應的前提下，負荷改變時鍋爐主控PID 調節過于頻繁，主汽壓力發生較大的波動。對于某電廠一號機組，我們將基礎煤量前饋函數輸出調整為速率后指令百分比數值加上5%的增量，效果較為顯著。

2.對于AGC 指令大幅變動時鍋爐響應慢的弊端，將鍋爐主控的負荷微分前饋進行修改，對微分環節出口系數進行分段控制，用AGC 指令與速率后指令作偏差，當偏差大于6 兆瓦時，系數較大，在6 兆瓦以內時，系數稍小。在變負荷時，實現適度超調，又防止超調過度，維持主汽壓力的穩定。

3.根據煤種的變化，在機組穩態時根據煤量與機主控的數值對比分析，修正熱值校正回路中模擬鍋爐指令對應鍋爐出力的慣性環節，使其與鍋爐實際工況相對應。

通過上述優化方法，某電廠一期機組在DCS 側觀察機組的負荷調整速率可19 兆瓦/分鐘左右，響應時間可在20～24秒之間。Kp值大部分時間都在3以上，調節品質好的時候可達到4 以上，大部分情況下主汽壓力也維持在可控范圍之內。說明通過發掘協調控制系統潛力，優化相關邏輯及參數，是可以大幅提高AGC負荷響應品質的。

結束語

圖2 某電廠一期汽機主控邏輯圖

圖3 某電廠一期鍋爐主控邏輯圖

通過優化機組協調控制系統自動參數，的確可以在機組安全的前提下，大幅提高機組響應AGC 指令的Kp 值，但對于“兩個細則”考核指標來說，Kp值只是一方面，提升空間畢竟是有限的，更重要的是調節深度指標。機組AGC 的投入模式對于兩個細則考核指標來說更為重要，機組投入BLR方式的調節深度是投入BLO方式的十倍以上，因此，機組協調控制得當，響應AGC 負荷指令快速、穩定、準確的前提下，機組投入BLR 模式的時間將會大大增加，這樣在Kp值有保證的基礎上，調節深度又成倍增加。自然對“兩個細則”AGC考核的收益將會非常有利。另外，安全運行是燃煤機組的第一要務，協調控制系統優化也要在保證機組運行安全的前提下進行?！?/p>