淺談單元機(jī)組AGC系統(tǒng)

【摘 要】文章簡(jiǎn)要闡述了AGC的工作原理和幾種典型的控制系統(tǒng)，介紹了大唐安陽發(fā)電廠投運(yùn)AGC的運(yùn)行狀況，以及在2007年9月參與省際聯(lián)調(diào)時(shí)，進(jìn)行的控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化情況，最后對(duì)投運(yùn)AGC提出了幾點(diǎn)參考建議。

【關(guān)鍵詞】AGC；協(xié)調(diào)控制；調(diào)節(jié)品質(zhì)；前饋

電力系統(tǒng)的頻率是表征發(fā)電和負(fù)荷有功功率平衡的重要指標(biāo)，為了及時(shí)滿足用戶的用電需求，電網(wǎng)要求發(fā)電機(jī)組具有較快的負(fù)荷響應(yīng)速度，同時(shí)電力系統(tǒng)頻率偏離額定值將影響發(fā)電設(shè)備和用戶設(shè)備的效率及正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)茐碾娏ο到y(tǒng)的穩(wěn)定。但由于燃煤發(fā)電機(jī)組固有的特點(diǎn)，其負(fù)荷響應(yīng)速度是不盡人意的，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上用電負(fù)荷變化。AGC（自動(dòng)發(fā)電控制）是維持電力系統(tǒng)發(fā)電和負(fù)荷的實(shí)時(shí)（分鐘級(jí)） 平衡，保證電力系統(tǒng)頻率指標(biāo)和安全運(yùn)行的重要技術(shù)手段。

1.AGC工作原理

1.1 AGC涉及的設(shè)備范圍

AGC涉及到以下設(shè)備：中調(diào)側(cè)指令、電氣側(cè)RTU、鍋爐和汽機(jī)DCS系統(tǒng)。

系統(tǒng)信號(hào)傳遞示意圖：

圖1 AGC信號(hào)構(gòu)成

中調(diào)負(fù)荷指令：由中調(diào)送至電廠CCS，4～20mA模擬量，對(duì)應(yīng)150MW～300MW； 中調(diào)允許投AGC狀態(tài)信號(hào)：由省調(diào)送至電廠，干接點(diǎn)開關(guān)量；電廠回應(yīng)省調(diào)AGC的狀態(tài)信號(hào)：由電廠送至省調(diào)，干接點(diǎn)開關(guān)量； CCS投入AGC狀態(tài)信號(hào)：由電廠CCS送至中調(diào)，干接點(diǎn)開關(guān)量。

1.2單機(jī)組AGC控制模式

單機(jī)組AGC控制模式有兩種：遙控+遙調(diào)模式、單一遙調(diào)模式。

1.2.1遙控+遙調(diào)模式

機(jī)組在這種方式下運(yùn)行，由省調(diào)對(duì)AGC方式下運(yùn)行的機(jī)組實(shí)行遠(yuǎn)方自動(dòng)控制，省調(diào)端通過遙控方式實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組AGC投入和退出運(yùn)行模式的遠(yuǎn)方自動(dòng)控制，通過遙調(diào)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組有功功率的自動(dòng)控制。

1.2.2單一遙調(diào)模式

機(jī)組在這種方式下運(yùn)行，AGC控制方式在當(dāng)?shù)?，AGC的投、退由現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)度人員和省調(diào)值班人員通過調(diào)度通信完成，并由現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員在DCS系統(tǒng)上完成AGC的投退。省調(diào)僅僅下傳一個(gè)4～20mA的AGC功率指令給當(dāng)?shù)氐倪h(yuǎn)動(dòng)裝置RTU，通過遠(yuǎn)動(dòng)裝置RTU的遙調(diào)功能來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的AGC自動(dòng)控制。這種純遙調(diào)調(diào)節(jié)的AGC模式，既有利于現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組的安全運(yùn)行，又能最大限度的滿足電網(wǎng)調(diào)度的需要。

1.3 AGC與協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)關(guān)系

圖2 AGC控制系統(tǒng)構(gòu)成

AGC投運(yùn)的前提條件是機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)正常運(yùn)行。AGC與協(xié)調(diào)控制方式的主要差別在于：負(fù)荷指令給定方式不同。AGC方式：負(fù)荷指令由中調(diào)通過相應(yīng)裝置傳遞到機(jī)組DCS系統(tǒng)。協(xié)調(diào)控制方式：負(fù)荷指令主要由操作員給定。了解了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)工作原理，也就了解了AGC工作原理。

1.4 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)工作基本原理

大型單元機(jī)組在生產(chǎn)工藝流程上是個(gè)密切聯(lián)系的整體，是個(gè)多輸入多輸出的系統(tǒng)，對(duì)象特性極其復(fù)雜。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是：汽機(jī)調(diào)節(jié)器和鍋爐調(diào)節(jié)器同時(shí)承擔(dān)功率和機(jī)前壓力調(diào)節(jié)任務(wù)，而且它們協(xié)調(diào)工作，故稱為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。按經(jīng)典控制理論，其主要輸入信號(hào)為汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開度和燃燒率M，輸出信號(hào)為機(jī)前壓力和發(fā)電機(jī)實(shí)發(fā)功率。

燃煤和其配風(fēng)合稱為燃燒率，汽機(jī)的機(jī)械能無法直接測(cè)量，一般用發(fā)電量表示汽輪發(fā)電機(jī)的輸出。機(jī)組的電負(fù)荷可由汽機(jī)調(diào)門控制，汽機(jī)調(diào)門開度增大，蒸汽量增加，電負(fù)荷增加，同時(shí)過熱蒸汽的壓加降低；汽機(jī)調(diào)門開度減小，蒸汽量減少，電負(fù)荷減少，同時(shí)過熱蒸汽的壓加升高。

負(fù)荷調(diào)整過程說明：當(dāng)要求負(fù)荷增加時(shí)，功率定值大于實(shí)發(fā)功率，出現(xiàn)正的功率偏差信號(hào)，此信號(hào)送到汽機(jī)調(diào)節(jié)器開大調(diào)節(jié)閥，增加實(shí)發(fā)功率。同時(shí)這個(gè)信號(hào)作為前饋信號(hào)按正方向作用到鍋爐調(diào)節(jié)器，增加燃燒率，提高蒸發(fā)量，滿足外界負(fù)荷要求。當(dāng)汽機(jī)調(diào)節(jié)閥開大時(shí)，會(huì)引起機(jī)前壓力下降，雖然這時(shí)前饋信號(hào)已通過鍋爐調(diào)節(jié)器增加燃燒率，但由于燃燒率到機(jī)前壓力通道有一定慣性，所產(chǎn)生的蒸氣量不會(huì)滿足外界負(fù)荷要求，機(jī)前壓力仍會(huì)低于壓力定值，這時(shí)正的壓力偏差信號(hào)會(huì)按正方向作用于鍋爐調(diào)節(jié)器，繼續(xù)增加燃燒率，同時(shí)反方向作用于汽機(jī)調(diào)節(jié)器，力圖關(guān)小調(diào)節(jié)閥，使壓力恢復(fù)到定值。

協(xié)調(diào)主要分四種方式（四種方式的區(qū)別在于對(duì)功率和主汽壓力的控制處理）：

汽機(jī)為基礎(chǔ)，鍋爐跟隨的負(fù)荷控制方式，簡(jiǎn)稱爐跟機(jī)方式。

鍋爐為基礎(chǔ)，汽機(jī)跟隨的負(fù)荷控制方式，簡(jiǎn)稱機(jī)跟爐方式。

機(jī)跟爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式。

爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)系統(tǒng)又分為：間接能量平衡系統(tǒng)（DIB）、直接能量平衡系統(tǒng)（DEB）。

間接能量平衡法：

通過中間參數(shù)——主蒸汽壓力，來協(xié)調(diào)機(jī)爐維持能量平衡，通過機(jī)組指令回路來補(bǔ)償汽機(jī)回路與鍋爐回路的特性差異，汽機(jī)和鍋爐分別控制，通過汽壓校正作用間接地平衡機(jī)-爐的能量供需。

圖3 間接能量平衡控制原理圖

直接能量平衡法：

汽機(jī)需求和鍋爐輸入直接相平衡，汽壓不參與協(xié)調(diào)，將機(jī)-爐作為一個(gè)整體來控制，將汽機(jī)能量需求直接和鍋爐能量輸出平衡，利用機(jī)爐的物理特性實(shí)現(xiàn)單向解耦。

圖4 直接能量平衡協(xié)調(diào)控制原理圖

2.大唐安陽發(fā)電廠AGC系統(tǒng)在省際聯(lián)調(diào)前的狀況和試驗(yàn)準(zhǔn)備工作

2.1 AGC參加省際聯(lián)調(diào)前的狀況

目標(biāo)負(fù)荷變化率為10MW/min時(shí)，實(shí)際負(fù)荷變化率達(dá)到6MW/min～7MW/min；目標(biāo)負(fù)荷變化率為5MW/min時(shí)，實(shí)際負(fù)荷變化率達(dá)到3MW/min左右。目標(biāo)負(fù)荷變化1MW時(shí)，汽機(jī)主控輸出在82%～93%之間變化；目標(biāo)負(fù)荷變化1MW時(shí)，鍋爐主控輸出在30%～48%之間變化。負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間在20S～30S之間。負(fù)荷在150MW～180MW之間，機(jī)組未能投AGC控制方式。

2.2 AGC聯(lián)調(diào)目標(biāo)

優(yōu)化AGC系統(tǒng)的參數(shù)，改善調(diào)節(jié)品質(zhì)；進(jìn)一步擴(kuò)大AGC調(diào)節(jié)容量，達(dá)到50%額定容量；提高機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性；具體目標(biāo)如下：①180MW以上負(fù)荷AGC調(diào)節(jié)速率達(dá)到5～7MW/min，調(diào)節(jié)精度滿足省調(diào)要求；②150～180MW負(fù)荷下能夠投入AGC，調(diào)節(jié)速率達(dá)到3～5MW/min。

2.3 AGC聯(lián)調(diào)前的準(zhǔn)備工作

AGC聯(lián)調(diào)前要對(duì)煤質(zhì)情況進(jìn)行檢查，滿足試驗(yàn)的需要。AGC聯(lián)調(diào)前要對(duì)機(jī)組運(yùn)行情況進(jìn)行檢查，機(jī)組各系統(tǒng)、各主要輔機(jī)正常，具備試驗(yàn)的條件。向省調(diào)匯報(bào)，要求進(jìn)行#10機(jī)組低負(fù)荷CCS系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化。

2.4 AGC系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化注意事項(xiàng)

動(dòng)態(tài)調(diào)試前運(yùn)行人員應(yīng)對(duì)各個(gè)運(yùn)行方式下的操作心中有數(shù)，處理異常情況迅速、正確。動(dòng)態(tài)調(diào)試時(shí)加強(qiáng)各方聯(lián)系，調(diào)整參數(shù)時(shí)一定要和運(yùn)行人員保持聯(lián)系，經(jīng)運(yùn)行人員同意后進(jìn)行參數(shù)修改。修改參數(shù)時(shí)一定要循序漸進(jìn)，防止因改動(dòng)參數(shù)造成大的擾動(dòng)。在低負(fù)荷區(qū)（150MW～180MW）投運(yùn)AGC時(shí)，檢查火焰強(qiáng)制情況、火焰強(qiáng)度及穩(wěn)定性，合理調(diào)整燃燒系統(tǒng)的方式和參數(shù)，試燃燒情況可投油穩(wěn)燃。運(yùn)行人員在參數(shù)調(diào)試時(shí)注意監(jiān)盤，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)超出正常范圍時(shí)立即退出自動(dòng)，結(jié)束試驗(yàn)，等參數(shù)恢復(fù)正常后再進(jìn)行試驗(yàn)。

2.5為保證機(jī)組運(yùn)行安全，采用分段控制負(fù)荷變化率

機(jī)組負(fù)荷280MW以上時(shí)，負(fù)荷變化率設(shè)定為5MW/min；機(jī)組負(fù)荷220MW～280MW，負(fù)荷變化率設(shè)定為6～7MW/min；機(jī)組負(fù)荷180MW～220MW，負(fù)荷變化率為設(shè)定5～6MW/min；機(jī)組負(fù)荷150MW～180MW，負(fù)荷變化率為設(shè)定4～5MW/min。

2.6規(guī)定了退出AGC的條件

鍋爐主控調(diào)整幅度或變化率過大，爐膛負(fù)壓波動(dòng)劇烈；風(fēng)量調(diào)整跟蹤遲緩或過調(diào)，氧量大于6且手動(dòng)干預(yù)未果，燃燒惡化，給粉機(jī)跳閘；給粉機(jī)來粉不正常，風(fēng)粉在線中一次風(fēng)濃度頻繁報(bào)警，多根風(fēng)管需要吹掃；汽包水位調(diào)整異常，給水自動(dòng)故障，機(jī)組AGC指令變化頻繁，幅度較大；機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，鍋爐主控輸出減至低限，燃燒不穩(wěn)，給粉機(jī)頻繁跳閘；機(jī)組負(fù)荷加滿，給粉機(jī)煤粉自流，主汽壓異常升高，機(jī)組AGC指令下調(diào)幅度較大； RTU通道故障，尤其是重啟RTU時(shí)必須先退出AGC運(yùn)行。當(dāng)一個(gè)角的給粉機(jī)有兩個(gè)及以上來粉大，需同時(shí)停運(yùn)吹管時(shí)，可投油助燃，以保證鍋爐燃燒穩(wěn)定。當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)及以上給粉機(jī)自流，壓力迅速上漲超過17.5MPa時(shí)，應(yīng)退出機(jī)組AGC運(yùn)行方式，將各層給粉機(jī)層操器切為手動(dòng)控制，并減少其轉(zhuǎn)速，停運(yùn)來粉大的給粉機(jī)進(jìn)行吹管，必要時(shí)停運(yùn)E層給粉機(jī)，視情況投油穩(wěn)燃。

2.7確立了CCS控制系統(tǒng)的模式

圖5是“爐跟機(jī)”為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，在這種方式下，負(fù)荷指令變化時(shí)，它通過負(fù)荷指令的前饋?zhàn)饔?，使鍋爐指令超調(diào)變化，汽機(jī)指令快速調(diào)節(jié)電負(fù)荷，但當(dāng)主蒸汽壓力有較大變化時(shí)，要求汽機(jī)指令協(xié)助調(diào)節(jié)主蒸汽壓力，防止主蒸汽壓力變化過大，影響機(jī)組的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

圖5 爐跟機(jī)為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制方式（CCBF）

3.AGC系統(tǒng)優(yōu)化試驗(yàn)的結(jié)果

AGC控制系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化，主要進(jìn)行了以下的工作：加強(qiáng)了汽機(jī)PID中的機(jī)組負(fù)荷前饋的作用，提高機(jī)組調(diào)門的響應(yīng)速度，減少響應(yīng)時(shí)間；加強(qiáng)了鍋爐主控PID中燃料前饋信號(hào)的作用，改善了鍋爐燃料量的調(diào)整性能；調(diào)整鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)參數(shù)，消弱了鍋爐虛假水位的現(xiàn)象，改善給水調(diào)節(jié)品質(zhì)。

在CCS控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化的過程中，結(jié)合機(jī)組的實(shí)際情況（高負(fù)荷時(shí)#9鍋爐給粉機(jī)易發(fā)生煤粉自流而超壓），將#9機(jī)組的滑壓參數(shù)進(jìn)行了修改：

此外，修改了機(jī)組負(fù)荷變化率產(chǎn)生通道中的K值，上升通道中K1值為1.1，下降通道中K2值為0.9，使得機(jī)組在升、減負(fù)荷時(shí)，其負(fù)荷變化率不同，其目的有二：1、在高負(fù)荷區(qū)，避免AGC指令下調(diào)后，因機(jī)側(cè)調(diào)門快速響應(yīng)關(guān)小，鍋爐壓力升高超限；2、在低負(fù)荷區(qū)，避免AGC指令下調(diào)后，鍋爐主控輸出減少過多，風(fēng)量多大，燃燒惡化，給粉機(jī)跳閘。

例如：LDC畫面中負(fù)荷變化率設(shè)定值為5MW/min，在負(fù)荷上升階段，實(shí)際負(fù)荷變化率為5*K1（1.1）=5.5MW/min，下降通道，實(shí)際負(fù)荷變化率為5*K2（0.9）=4.5MW/min。在LDC畫面中，可以根據(jù)實(shí)際情況改變負(fù)荷變化率設(shè)定值。

另外，為了保證機(jī)組的安全，AGC負(fù)荷指令設(shè)置了高、低限幅（148MW～302MW）（從內(nèi)部邏輯上進(jìn)行修改），CCS負(fù)荷指令設(shè)置了高、低限幅（148MW～310MW）（其高、低限值為一區(qū)域，可從LDC畫面上進(jìn)行調(diào)整），使機(jī)組在允許的負(fù)荷變化范圍運(yùn)行；同時(shí)，設(shè)置了鍋爐主控輸出的上、下限為58%和24%，A、B、C層給粉機(jī)的指令設(shè)置了下限分別為15%、10%、5%。

經(jīng)過上述AGC系統(tǒng)優(yōu)化，基本上達(dá)到了進(jìn)行AGC系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)的目的。

4.AGC系統(tǒng)投運(yùn)的反思

AGC系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化后，還存在一下問題：低負(fù)荷時(shí)，若煤質(zhì)不好，鍋爐的穩(wěn)燃性和負(fù)荷變化率難以同時(shí)保證；煤質(zhì)差時(shí)，負(fù)荷大幅度變化時(shí)鍋爐爐膛負(fù)壓和汽包水位的調(diào)節(jié)性能也會(huì)惡化。

同時(shí)，電力市場(chǎng)調(diào)度信息中，#10機(jī)組AGC在投的狀態(tài)未能正確顯示，正在聯(lián)系省調(diào)度自動(dòng)化科加緊處理。

另外，AGC投運(yùn)對(duì)機(jī)組壽命有一定的影響：由于電網(wǎng)負(fù)荷頻繁變化，使投入AGC的機(jī)組始終處于變化狀態(tài)，機(jī)組的煤、風(fēng)、水頻繁變化，蒸汽壓力和溫度大幅度頻繁波動(dòng)，對(duì)機(jī)組的壽命有較大負(fù)面影響。另外輔機(jī)、閥門、擋板等設(shè)備頻繁動(dòng)作，降低了這些設(shè)備的使用壽命；AGC對(duì)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響：目前的AGC沒有考慮經(jīng)濟(jì)分配負(fù)荷，盡管調(diào)度的AGC有經(jīng)濟(jì)分配功能，但由于機(jī)組給調(diào)度的信息不夠，在調(diào)度側(cè)不可能做到各臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配。在廠網(wǎng)分開后，全網(wǎng)負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配變成一個(gè)發(fā)電經(jīng)濟(jì)實(shí)體的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配，所以調(diào)度更不可能實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配。AGC對(duì)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性的影響：按調(diào)節(jié)原理，上一級(jí)（電網(wǎng)AGC）調(diào)節(jié)系統(tǒng)的頻率應(yīng)比下一級(jí)（機(jī)組CCS）調(diào)節(jié)系統(tǒng)低，機(jī)組CCS才能達(dá)到穩(wěn)定，但由于電網(wǎng)負(fù)荷變化比較頻繁，實(shí)際AGC負(fù)荷指令變化頻率經(jīng)常會(huì)超過機(jī)組CCS調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)系統(tǒng)始終處于頻繁的調(diào)節(jié)狀態(tài)，機(jī)組不能穩(wěn)定運(yùn)行，主蒸汽壓力和溫度，再熱溫度大幅度頻繁變化，對(duì)鍋爐燃燒的穩(wěn)定性和機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性構(gòu)成一定的威脅。

為此，應(yīng)考慮建立、健全全廠負(fù)荷的優(yōu)化分配，尤其我廠明年有兩臺(tái)機(jī)組要投運(yùn)，通過全廠負(fù)荷優(yōu)化控制系統(tǒng)合理分配全廠機(jī)組的負(fù)荷，使全廠綜合運(yùn)行成本最低，它應(yīng)充分考慮機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、機(jī)組壽命的損耗、機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)余量等因素，另外它還應(yīng)顧及全廠的負(fù)荷調(diào)節(jié)性能。

提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命。調(diào)度的AGC指令有很大一部分是頻繁小幅度的變化，如果這種負(fù)荷指令直接作用于某一臺(tái)機(jī)組，則機(jī)組不能穩(wěn)定運(yùn)行。全廠負(fù)荷控制系統(tǒng)可以采用輪流調(diào)節(jié)的方法，以投入最少機(jī)組來完成負(fù)荷調(diào)節(jié)任務(wù)為原則來分配機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)任務(wù)，最大程度地減少機(jī)組變負(fù)荷的頻度。另外在選擇機(jī)組加或減負(fù)荷時(shí)，避免機(jī)組在短時(shí)間內(nèi)反向變負(fù)荷，即機(jī)組完成一次加負(fù)荷任務(wù)后，讓其穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后再去承擔(dān)減負(fù)荷任務(wù)，這樣能防止機(jī)組熱負(fù)荷上下波動(dòng)產(chǎn)生的疲勞損耗，另外短時(shí)間內(nèi)反向變負(fù)荷時(shí)，由于機(jī)組的熱負(fù)荷有較大的慣性，機(jī)組負(fù)荷的調(diào)節(jié)性能也比較差。通過這些措施能有效地延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命和檢修周期。

全廠負(fù)荷控制功能要求全廠負(fù)荷快速跟隨調(diào)度全廠負(fù)荷指令，它是一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，其負(fù)荷控制方式好比把全廠作為一個(gè)單元機(jī)組，其總體的負(fù)荷調(diào)節(jié)品質(zhì)應(yīng)和單機(jī)負(fù)荷控制相當(dāng)。全廠負(fù)荷控制功應(yīng)有更高的智能化要求，應(yīng)在確保機(jī)組安全的前提下，根據(jù)全廠負(fù)荷優(yōu)化分配的結(jié)果，選擇最有利的機(jī)組承擔(dān)電網(wǎng)的變負(fù)荷任務(wù)。