大型火電廠輔助調頻控制系統研究與應用

蔣靜江

【摘? 要】大型火電廠的一次調頻和AGC功能一直以來都是電網穩定頻率的重要手段，珠海發電廠2臺機組都為700MW亞臨界機組，DCS系統采用的是三菱DIASYS Netmation系統。目前AGC投運情況較差，無法長期穩定運行。為快速、高效地應對電網AGC調頻服務需求的持續增長，珠海發電廠2臺機組通過增加輔助調頻外掛控制系統，達到優化改善機組調頻性能，改善K值，提升機組調頻競爭優勢。

【Abstract】The primary frequency modulation and AGC functions of large thermal power plants have always been important means to stabilize the frequency of the power grid. The two units in Zhuhai Power Plant are both 700MW subcritical units. The DCS system uses the Mitsubishi DIASYS Netmation System. At present， the operation of AGC is poor， unable to run stably for a long time. In order to quickly and efficiently respond to the continuous growth of the demand for AGC frequency modulation service， two units of Zhuhai Power Plant added auxiliary frequency modulation plug-in control system to optimize and improve the frequency modulation performance of the units， improve the K value and enhance the competitive advantage of the units in frequency modulation.

【關鍵詞】輔助調頻;外掛控制系統;K值

【Keywords】auxiliary frequency modulation; plug-in control system; K value

【中圖分類號】TL503.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）08-0170-02

1 引言

電力系統運行的主要任務之一是對頻率進行監視和控制，而發電機組的一次調頻功能對維持電網頻率的穩定至關重要，為保證電網安全、穩定、經濟運行，根據一次調頻運行管理規定要求，并網發電機組均要求投入一次調頻功能。一次調頻是指當電網頻率偏離額定值時，發電機組調節控制系統自動控制機組有功功率的增加或減少，以使電網頻率迅速回到額定值范圍的特性。

但是，火電機組的生產工藝、控制過程都比其他發電方式復雜，能量轉換的過程中有很大的遲延，如果煤種不符合機組設計煤種，同樣會影響機組性能。目前珠海發電廠2臺機組在投用一次調頻和AGC下，調頻性能較差（即K值），響應時滯長和機組爬坡速率低，主汽壓力、主汽溫、再熱汽溫等主要參數波動大，無法長期穩定運行。為優化調頻性能，解決電網調頻容量不足以及大規模不確定性新能源并網引發的頻率穩定問題，成為目前火電機組需要解決的重要方向。

本文敘述了廣東省能源集團珠海發電廠機組調頻輔助服務控制系統優化技術實施及試驗內容、DCS與外掛先進控制系統通訊接口邏輯、結果等。在不改變DCS系統的原有控制功能的情況下，采用先進的控制技術，優化控制系統的功能，從而AGC綜合調頻性能指標明顯提升，使機組的調頻輔助服務綜合能力排位在同類機組中處于領先水平，為機組儲能調頻獲得競爭優勢打下了良好基礎。

2 硬件配置

廣東省能源集團珠海發電廠1、2號機700MW亞臨界機組，DCS系統采用日本三菱公司提供的DIASYS Netmation分散控制系統，該DCS系統用于1#、2#機組鍋爐、汽機設備的運行監控。系統功能包括模擬量控制系統、鍋爐控制系統、汽機順控系統、汽輪機控制系統、數據采集系統等。

珠海發電廠DCS控制系統采用以PID控制器為基礎的控制方法，這種控制策略屬于反饋控制方法，難以獲得較好的控制效果。機組采用定—滑—定的變壓運行方式。為提高機組的調節性能，對協調、汽溫等控制回路采用先進控制方法。保證系統調試安全與控制策略修改的便利性，將采用外掛控制系統與DCS系統通訊方式實施優化方式。現場使用的主要控制硬件配置如圖1所示。

如圖1所示，采用串口通訊方式將外置的PLC硬件與DCS通訊模塊連接，再從PLC引1根網線到工程師站，連接上位機，完成PLC與DCS的信息交互。

3 外掛控制系統

外掛控制系統是新型的先進控制，以模型預測控制、自抗擾控制（見圖2）和深度內反饋控制（見圖3）為基礎，與常規DCS算法相結合。通過優于DCS系統的計算功能，編制高級功能模塊，實現智能控制，提高機組響應特性，確保機組穩定運行。

DCS系統與PLC接口邏輯在DCS側實現。為保證系統的安全穩定，通訊設計時，除了設計通訊看門狗、通訊信號質量檢測等外，還考慮初始化的問題。DCS系統與PLC接口邏輯包括CCS先控模式、過熱汽溫先控模式、再熱汽溫先控模式3個先控模式和鍋爐主控先控、汽機主控先控、A/B側1/2級減溫噴水先控、燃燒器擺角先控、A/B側再熱汽微量噴水先控等9個先控子回路。

外掛控制系統中主要的控制對象有以下幾個：燃料量、一次風壓、過熱汽溫、再熱汽燃燒器擺角、減溫水門開度、減溫水流量。通過以上控制對象發生擾動時，測定機組負荷、主汽壓力、汽包水位、頂棚過熱汽入口溫度、一級減溫器入口溫度、過熱汽溫、再熱汽溫特性特性、流量特性和被調汽溫及特性，得到對應的控制對象模型。

4 外掛系統投運及試驗

在投運行外掛系統前，按照要求初步設置相關參數，依次投入各個控制模式，觀察各系統在機組AGC變負荷工況下和調頻模式下調節品質，進行優化調整，使控制效果達到預期效果。

機組綜合調頻性能K值計算：k1為調節速率指標;k2為響應時間指標;k3為調節精度指標。

K=0.25×（2×k1+k2+k3）

以機組綜合調頻性能指標K值最大化為優化目標，優化調整先進控制系統的相關參數。

4.1 升負荷結果

圖4中，2020年06月13日13時25分開始，AGC方式下1號機組負荷開始上升，機組負荷從400MW逐次上升到620MW，負荷率為14MW/min。過程中，機組負荷控制平穩，實際負荷與負荷設定值在剛開始變負荷時有一定偏差，這是因為優化變負荷的延時時間造成。負荷設定值在過渡到目標值時，機組實際負荷也能夠同時到達目標值，基本不影響機組的綜合調頻性能K值，有利于減少主汽壓力控制偏差，對主蒸汽溫度的穩定也起到了較大的改善作用。主汽壓力和主汽溫度控制平穩。

4.2 降負荷結果

圖5中，2020年07月14日21時10分開始，機組在AGC方式下開始降負荷，機組負荷從610MW開始，逐次降負荷到400MW，降負荷過程中，負荷率設定為14MW/min。過程中，機組負荷控制非常平穩，跟隨情況良好，最大動態負荷偏差15MW，最大穩態負荷偏差2MW，各次降負荷過程中，實際負荷率基本都達到14MW/min，與設定負荷率一致。主汽壓力和主汽溫度控制平穩。

5 結論

珠海發電廠此次采用外掛先進控制系統實現優化控制策略后，控制性能良好，現場參數可以隨時進行整定，提高了機組實際負荷率和調頻精度，縮短調頻響應延時時間，2臺機組綜合調頻性能K值最高提升到60%左右，顯著提高了機組一次調頻和AGC綜合調頻性能，使得機組在電網市場運營中取得了可觀的經濟效益，達到了此次的項目預期，為機組儲能調頻獲得競爭優勢打下了良好基礎。

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