“兩個(gè)細(xì)則”下廣安電廠AGC控制策略優(yōu)化

郭伯春

(四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司，四川廣安 638000)

0 引言

AGC(automatic generation control)即自動(dòng)發(fā)電控制，指發(fā)電機(jī)組在規(guī)定的出力調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，依據(jù)中調(diào)負(fù)荷指令，實(shí)時(shí)調(diào)整負(fù)荷，以滿足不斷變化的電力需求，使電網(wǎng)處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。2011年9月實(shí)施的《華中區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》和《華中區(qū)域發(fā)電廠并購運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》(以下簡稱“兩個(gè)細(xì)則”)，對(duì)本區(qū)域內(nèi)發(fā)電廠投入AGC規(guī)定了具體的指標(biāo)和考核辦法。由于發(fā)電廠之前對(duì)投入AGC的重視程度不夠，直接投入AGC，存在負(fù)荷響應(yīng)速度慢、主蒸汽壓力波動(dòng)大等問題，需要對(duì)原有控制策略修改和完善，對(duì)協(xié)調(diào)控制組態(tài)和方案調(diào)整和優(yōu)化，才能滿足“兩個(gè)細(xì)則”的要求。

1 “兩個(gè)細(xì)則”中AGC指標(biāo)

“兩個(gè)細(xì)則”中，對(duì)火電廠投入AGC的投運(yùn)率、調(diào)節(jié)容量、響應(yīng)速度、調(diào)節(jié)精度等指標(biāo)做了詳細(xì)的規(guī)定［1］，以供本區(qū)域內(nèi)火電廠投入 AGC時(shí)遵照?qǐng)?zhí)行(如下表1)。

2 廣安電廠AGC

廣安電廠600 MW機(jī)組采用中速磨冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，共6臺(tái)中速磨煤機(jī)，燃燒設(shè)計(jì)煤種時(shí)5臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。DCS系統(tǒng)采用愛默生O-vation系統(tǒng)，與AGC相關(guān)的I/0測點(diǎn)，通過電氣RTU與中調(diào)通信，實(shí)現(xiàn)投入AGC的硬件要求。

表1 華中區(qū)域火電機(jī)組AGC調(diào)節(jié)性能要求

圖1 廣安電廠600 MW機(jī)組投入AGC控制原理圖

軟件方面，在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的負(fù)荷設(shè)定回路(如圖1所示)，增加投切AGC的手/自動(dòng)站，在“投自動(dòng)條件”滿足時(shí)投入自動(dòng)，中調(diào)負(fù)荷指令與“一次調(diào)頻補(bǔ)償”相加后，作為負(fù)荷設(shè)定值。其中引入的負(fù)荷上限和下限，在發(fā)生“閉鎖增”或“閉鎖減”時(shí)，起到限制負(fù)荷變化范圍，保證機(jī)組的正常出力的作用;引入“變化率”，防止中調(diào)負(fù)荷指令變化過快，超過機(jī)組響應(yīng)能力，影響機(jī)組安全運(yùn)行。由于中調(diào)負(fù)荷指令存在頻繁且較大變化以及不可預(yù)知的特性，機(jī)組投入AGC會(huì)引起主參數(shù)大幅度波動(dòng)，特別是主蒸汽壓力、燃料量、主蒸汽溫度等受到影響很大，不利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。加之直吹式制粉系統(tǒng)燃料量變化的響應(yīng)速度慢，調(diào)節(jié)滯后導(dǎo)致過熱器超溫，影響機(jī)組安全運(yùn)行。另外，機(jī)組主參數(shù)的波動(dòng)，引起調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁動(dòng)作，磨損嚴(yán)重且故障率高，調(diào)節(jié)精度下降，維護(hù)量和維護(hù)費(fèi)用增加。譬如廣安電廠一次風(fēng)機(jī)出口調(diào)門執(zhí)行器由于長期動(dòng)作頻繁，運(yùn)行中發(fā)生突然關(guān)閉的異?，F(xiàn)象，嚴(yán)重影響投入AGC。

3 AGC控制策略優(yōu)化

投入AGC后，受中調(diào)負(fù)荷指令特性的影響，要求機(jī)組自動(dòng)控制能力更高，需要協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)具有更高的調(diào)節(jié)水平。針對(duì)廣安電廠600 MW直吹式制粉系統(tǒng)機(jī)組的實(shí)際情況，主要通過以下4個(gè)方面對(duì)AGC控制策略完善和優(yōu)化，來滿足AGC指標(biāo)。

3.1 保證AGC投運(yùn)率

從AGC投運(yùn)的條件來看(如圖1所示)，需要滿足“中調(diào)指令無異常、中調(diào)允許AGC、協(xié)調(diào)控制方式、RunDown”4個(gè)條件。當(dāng)前通過電氣RTU與中調(diào)通信，基本解決了DCS與中調(diào)的接口問題，運(yùn)行機(jī)組未發(fā)生“送風(fēng)出力已最大仍小于設(shè)定值100”、“引風(fēng)出力已最大仍小于設(shè)定值200”、“給水出力已最大仍小于設(shè)定值120”等極端異常工況時(shí)，其中3個(gè)條件都能滿足，只有“協(xié)調(diào)控制方式”需要重視。對(duì)于火電廠來說，機(jī)組長期穩(wěn)定地投入?yún)f(xié)調(diào)控制方式，是件復(fù)雜而繁重的工作，特別是機(jī)組長時(shí)間運(yùn)行或大小修后，與協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)相關(guān)的測量系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)特性參數(shù)會(huì)發(fā)生改變，控制參數(shù)不匹配，應(yīng)調(diào)整有關(guān)參數(shù)，包括靜態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)，并進(jìn)行必要的擾動(dòng)試驗(yàn)，特別是負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)，使協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能滿足大幅度負(fù)荷變動(dòng)的要求。

為保證AGC投運(yùn)率，應(yīng)選擇合理的協(xié)調(diào)控制策略。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，以鍋爐跟蹤為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式(簡稱CCBF方式)，由鍋爐和汽輪機(jī)共同完成主蒸汽壓力和機(jī)組功率的調(diào)節(jié)任務(wù)，鍋爐側(cè)重于主蒸汽壓力控制，汽輪機(jī)側(cè)重于機(jī)組功率控制，在負(fù)荷變動(dòng)過程中，能有效地利用鍋爐蓄熱，快速適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷指令的要求，同時(shí)主蒸汽力壓的偏差也不大，可保障機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行;加之中調(diào)負(fù)荷指令特性的影響，投入AGC時(shí)應(yīng)考慮減少主蒸汽壓力的波動(dòng)，同時(shí)減小其他參數(shù)的波動(dòng)，為更有效地減小主蒸汽壓力的動(dòng)態(tài)偏差，廣安電廠采用“直接能量平衡的CCBF方式”投入AGC的控制策略。

3.2 完善調(diào)節(jié)容量

機(jī)組投入AGC后，其調(diào)節(jié)容量與當(dāng)前運(yùn)行的主要設(shè)備狀況有關(guān)(如圖1所示)，出現(xiàn)負(fù)荷閉鎖增或閉鎖減時(shí)，將無法滿足額定容量的55% ～100%調(diào)節(jié)范圍要求。為了避免負(fù)荷閉鎖增和閉鎖減發(fā)生，對(duì)一、二次風(fēng)量測點(diǎn)、爐膛壓力測點(diǎn)等，進(jìn)行定期檢查和取樣管路吹掃，對(duì)一、二次風(fēng)量取樣還加裝了在線連續(xù)吹掃裝置，從而保證長期測量的準(zhǔn)確性和可靠性;提高入爐煤的質(zhì)量，從燃料上滿足負(fù)荷的需求;把電動(dòng)給水泵長期投入備用，備用時(shí)其液力偶合器的開度跟蹤最大出力的給水泵，單臺(tái)給水泵跳閘后電動(dòng)給水泵立即投入運(yùn)行，減小對(duì)給水量的擾動(dòng);出現(xiàn)高壓加熱器解列、煤質(zhì)差等情況時(shí)，應(yīng)適當(dāng)更改AGC的手動(dòng)輸入上限值。

廣安電廠600 MW直吹式制粉系統(tǒng)機(jī)組AGC負(fù)荷在55%～100%全范圍變化時(shí)，需要在動(dòng)態(tài)過程中啟停磨煤機(jī)，因此會(huì)引起煤量和爐膛壓力較大的擾動(dòng)，需優(yōu)化燃料量主控調(diào)節(jié)參數(shù)，去掉不必要的遲延時(shí)間，使其能夠在盡量短的時(shí)間內(nèi)響應(yīng)因啟停磨煤機(jī)而引起的煤量變化，來減小擾動(dòng)。另外，還需要優(yōu)化各個(gè)主系統(tǒng)和子系統(tǒng)與負(fù)荷變化的函數(shù)關(guān)系，達(dá)到投入AGC后協(xié)調(diào)控制良好，不影響負(fù)荷調(diào)節(jié)容量指標(biāo)。

3.3 提高響應(yīng)速度

3.3.1 提高燃料響應(yīng)速度

廣安電廠600 MW直吹式制粉系統(tǒng)，從煤量指令上升到給煤機(jī)轉(zhuǎn)速變化，到磨煤機(jī)一次風(fēng)量變化，再到入爐煤粉變化，最后燃燒產(chǎn)生熱量變化，這個(gè)過程需要約160 s左右，嚴(yán)重影響AGC負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)燃料響應(yīng)速度。因此，其控制策略完善如下。

利用負(fù)荷指令的前饋［2］，迅速改變給煤量，使鍋爐的燃燒率發(fā)生變化，以適應(yīng)負(fù)荷變化的需要。在煤量指令變化的同時(shí)，提前改變一次風(fēng)量，充分利用磨煤機(jī)存在大量余粉，提高燃料響應(yīng)速度。一次風(fēng)量主要受冷、熱風(fēng)調(diào)門開度和一次風(fēng)壓的影響，在磨煤機(jī)熱風(fēng)調(diào)門控制回路中引入了給煤量作為前饋，根據(jù)給煤量變化來提前調(diào)整調(diào)門開度，同時(shí)用一次風(fēng)量的測量值進(jìn)行修正，從而使入爐燃料能快速響應(yīng)負(fù)荷變化;對(duì)于調(diào)節(jié)一次風(fēng)壓的一次風(fēng)機(jī)出口調(diào)門開度，按照負(fù)荷與一次風(fēng)壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系優(yōu)化其控制參數(shù)，從而提高不同負(fù)荷下一次風(fēng)壓的響應(yīng)速度。

3.3.2 采用“定－滑－定”的聯(lián)合滑壓方式

為了在低負(fù)荷下具有快速的負(fù)荷響應(yīng)速度，又有較好的經(jīng)濟(jì)性，廣安電廠600 MW機(jī)組在投入AGC時(shí)，采用“定－滑－定”的聯(lián)合滑壓方式。即根據(jù)滑壓運(yùn)行方式下負(fù)荷變動(dòng)過程中主汽壓力的變化規(guī)律，在滑壓函數(shù)曲線后經(jīng)過一個(gè)兩階慣性環(huán)節(jié)后形成主蒸汽壓力設(shè)定值，使主蒸汽壓力設(shè)定值變化速率特性為拋物線，變負(fù)荷初期，主蒸汽壓力設(shè)定值緩慢變化近似定壓運(yùn)行，利用鍋爐蓄熱使機(jī)組獲得快速的變負(fù)荷速度;在中后期隨著預(yù)加前饋的反應(yīng)，鍋爐熱量的變化使主蒸汽壓力逐漸變化，此時(shí)壓力設(shè)定值也迅速變化;負(fù)荷穩(wěn)定后，主蒸汽壓力設(shè)定值緩慢接近滑壓曲線壓力點(diǎn)，這樣既能滿足快速變負(fù)荷的要求，又能在穩(wěn)態(tài)時(shí)保證滑壓運(yùn)行要求。

3.4 優(yōu)化調(diào)節(jié)精度

3.4.1 校準(zhǔn)熱量信號(hào)

對(duì)于廣安電廠采用的“直接能量平衡的CCBF方式”投入AGC的控制策略，鍋爐的熱量釋放與機(jī)組的能量需求，有如下關(guān)系式。

式中，Ps為機(jī)前壓力定值;為汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力與機(jī)前壓力之比，代表汽輪機(jī)調(diào)門的有效閥位;為能量平衡信號(hào)，表征不同工況下汽輪機(jī)的能量輸入;Ck為鍋爐的蓄熱系數(shù);Pb為汽包壓力;p1+Ck×為熱量信號(hào)，間接表示進(jìn)入鍋爐的燃料量和相應(yīng)風(fēng)量，作為燃料主控調(diào)節(jié)器的測量值，其計(jì)算是否準(zhǔn)確直接影響AGC的調(diào)節(jié)精度。

廣安電廠的控制策略中，熱量信號(hào)作為燃料的測量值應(yīng)主要反映燃料的變化，而在調(diào)門開度的擾動(dòng)下，應(yīng)調(diào)整P1的變化使之與的作用基本相等、方向相反，從而排除調(diào)門開度的干擾。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，隨著調(diào)門的開大熱量信號(hào)也在同步上升，廣安電廠600 MW直吹式制粉系統(tǒng)，從煤量上升到產(chǎn)生熱量變化需要約160 s左右，在此時(shí)間段內(nèi)熱量信號(hào)是不應(yīng)該產(chǎn)生明顯變化。因此，需校正Pb的微分參數(shù)，使之輸出與P1變化相等，可以通過固定給煤量，然后改變調(diào)門開度，使P1發(fā)生階躍變化，對(duì)應(yīng)改變Pb的微分參數(shù)使熱量信號(hào)保持不變。

3.4.2 調(diào)整機(jī)前壓力偏差負(fù)荷修正作用

汽輪機(jī)主控中，功率控制回路采用單回路調(diào)節(jié)，外加機(jī)前壓力偏差負(fù)荷修正回路，其作用為抑制在大負(fù)荷變動(dòng)過程中，壓力偏差不至于過大，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)散，這是以犧牲負(fù)荷為代價(jià)換取壓力的穩(wěn)定。此壓力偏差負(fù)荷修正回路是包含死區(qū)的機(jī)前壓力變化對(duì)實(shí)際負(fù)荷造成變化的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)函數(shù)關(guān)系，若修正偏大，有利于壓力的穩(wěn)定，但不利于負(fù)荷的響應(yīng)，造成負(fù)荷波動(dòng)大;修正偏小，利于負(fù)荷的穩(wěn)定，但不利于壓力的穩(wěn)定，原因?yàn)閴毫ψ兓斐傻呢?fù)荷變化對(duì)調(diào)門的反向動(dòng)作會(huì)讓壓力更加劇烈的波動(dòng)。因此，調(diào)整機(jī)前壓力偏差負(fù)荷修正作用，使其既負(fù)荷的響應(yīng)，有利于壓力的穩(wěn)定，來滿足AGC的調(diào)節(jié)精度指標(biāo)。

4 結(jié)語

廣安電廠600 MW直吹式制粉系統(tǒng)機(jī)組通過對(duì)AGC控制策略優(yōu)化和完善后，經(jīng)過CCS負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)和AGC負(fù)荷跟隨試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明，能夠滿足“兩個(gè)細(xì)則”對(duì)火電廠投入AGC的調(diào)節(jié)性能要求。機(jī)組投入AGC后，優(yōu)化前暴露的問題得到了有效的處理和解決。為了深入優(yōu)化機(jī)組自動(dòng)調(diào)節(jié)能力，適應(yīng)投入AGC的需要，2011年廣安電廠利用機(jī)組大修機(jī)會(huì)，對(duì)其一次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行了高壓變頻改造，利用高壓變頻自動(dòng)控制，一次風(fēng)壓和爐膛壓力調(diào)節(jié)的線性度和快速性得到了很大的提高，既有利于投入AGC，又節(jié)能降耗顯著。

［1]國家電力監(jiān)管委員會(huì)華中監(jiān)管局.華中區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助管理實(shí)施細(xì)則［Z］.2011.

［2]畢貞福主編.火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)控制實(shí)用技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2008.