火電機(jī)組AGC 速率的在線計算方法研究

劉 芳，田 亮，申克峰

(1．華北電力大學(xué) 控制與計算機(jī)工程學(xué)院，河北 保定071003;2．河北邯鄲市熱力公司，河北 邯鄲056002)

0 引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電能質(zhì)量和電網(wǎng)安全運(yùn)行受到很大影響。為解決深層次的電網(wǎng)安全問題，國家電監(jiān)會于2009 年出臺了“兩個細(xì)則”即:《輔助服務(wù)補(bǔ)償》和《電廠并網(wǎng)管理細(xì)則》?！皟蓚€細(xì)則”的實施，加強(qiáng)了對并網(wǎng)機(jī)組的考核和補(bǔ)償，促進(jìn)了電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)和并網(wǎng)發(fā)電廠的協(xié)調(diào)發(fā)展。發(fā)電負(fù)荷調(diào)節(jié)速率是“兩個細(xì)則”衡量并網(wǎng)機(jī)組AGC (自動發(fā)電控制［4］)性能的一項重要指標(biāo)。真實準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)速率可為公平公正地考核和補(bǔ)償并網(wǎng)發(fā)電廠提供依據(jù)。

目前計算并網(wǎng)火電機(jī)組AGC 速率的方法有很多，常見的有如下幾種:按月計算，記錄一個月內(nèi)機(jī)組的AGC 指令曲線和發(fā)電負(fù)荷曲線，在月末依據(jù)曲線計算AGC 速率;在線計算，根據(jù)機(jī)組主站AGC 軟件實時記錄的指令跟蹤曲線，選擇有效計算區(qū)間在線計算AGC 速率;離線計算，人為手動改變負(fù)荷，通過對機(jī)組進(jìn)行離線測試來計算AGC 速率。

結(jié)合上述計算方法，現(xiàn)提出一種基于DCS 組態(tài)實現(xiàn)并網(wǎng)機(jī)組AGC 速率在線計算的方法。以下將以新華XDPS 6.0 為例，分析典型AGC 機(jī)組調(diào)節(jié)過程中AGC 指令信號與機(jī)組負(fù)荷信號的變化特征，設(shè)計計算AGC 速率的組態(tài)方案，并通過實驗證明該方法具有一定的精度，能夠為機(jī)組運(yùn)行及考核提供依據(jù)。

1 典型AGC 機(jī)組調(diào)節(jié)過程

AGC 調(diào)節(jié)過程如圖1 所示?？梢赃@樣描述:T1時刻以前，該機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行在出力值為P1附近。T0時刻，AGC 控制程序?qū)υ摍C(jī)組下發(fā)功率為P2的設(shè)點命令，機(jī)組開始漲出力，到T1時刻可靠跨出P1的調(diào)節(jié)死區(qū)，然后到T2時刻進(jìn)入啟磨區(qū)間，一直到T3時刻，啟磨過程結(jié)束，機(jī)組繼續(xù)漲出力，至T4時刻第一次進(jìn)入調(diào)節(jié)死區(qū)范圍，然后在P2附近小幅振蕩，并穩(wěn)定運(yùn)行于P2附近。至T5時刻，AGC 控制程序?qū)υ摍C(jī)組發(fā)出新的設(shè)定命令，功率值為P3，機(jī)組隨后開始降出力的過程，T6時刻可靠跨出調(diào)節(jié)死區(qū)，至T7時刻進(jìn)入P3的調(diào)節(jié)死區(qū)，并穩(wěn)定運(yùn)行于其附近［1］。

調(diào)節(jié)速率是指機(jī)組響應(yīng)設(shè)點指令的速率，可分為上升速率和下降速率。實際調(diào)節(jié)速率計算公式如下:

圖1 網(wǎng)內(nèi)某臺機(jī)組一次典型的AGC 機(jī)組設(shè)點控制過程Fig．1 A typical AGC set point control process of a unit

式中:Vi是第i 臺機(jī)組的調(diào)節(jié)速率 (MW/min);PEi是其結(jié)束響應(yīng)過程時的出力(MW);PSi是其開始動作時的出力 (MW);TEi是結(jié)束的時刻(min);TSi是開始的時刻(min);Pdi是其啟停磨臨界點的功率(MW);Tdi是啟停磨實際消耗的時間(min)。

2 基于新華XDPS 6.0 組態(tài)計算

2.1 基本模型

上述典型AGC 機(jī)組調(diào)節(jié)過程進(jìn)行簡化可得圖2 基本模型。

圖2 基本模型Fig．2 Fundamental model

整個AGC 調(diào)節(jié)過程可以這樣描述:t1時刻以前，機(jī)組以負(fù)荷值p1穩(wěn)定運(yùn)行。t1時刻，AGC 控制程序?qū)C(jī)組下發(fā)功率為p2的設(shè)點命令，機(jī)組以一定的速率開始漲負(fù)荷，t2時刻機(jī)組負(fù)荷值達(dá)p2，之后穩(wěn)定運(yùn)行于p2。在t3時刻，AGC 控制程序?qū)C(jī)組下發(fā)功率為p3的設(shè)點命令，機(jī)組以一定的速率開始降負(fù)荷，t4時刻，機(jī)組負(fù)荷值達(dá)p3，之后穩(wěn)定運(yùn)行于p3。

AGC 速率:

2.2 計算p(t2)－p(t1)及p(t4)－p(t3)

p(t)是機(jī)組在t 時刻的發(fā)電負(fù)荷值，機(jī)組實際的發(fā)電負(fù)荷值跟隨AGC 指令值而變化。計算p(t2)－p(t1)及p(t4)－p(t3)，需記錄每個調(diào)節(jié)過程中機(jī)組開始響應(yīng)AGC 指令時的發(fā)電負(fù)荷值以及結(jié)束該響應(yīng)過程時的發(fā)電負(fù)荷值。

AGC 指令信號經(jīng)遲延處理后與原AGC 指令信號相減，當(dāng)差值超出抗干擾閾值范圍時(抗干擾閾值范圍的設(shè)定由機(jī)組調(diào)節(jié)允許偏差量決定， “兩個細(xì)則”規(guī)定機(jī)組調(diào)節(jié)允許的偏差量為機(jī)組額定有功功率的1%)產(chǎn)生一個脈沖信號，即為表征AGC 設(shè)點指令到來時刻的脈沖信號。組態(tài)如圖3 所示。

圖3 AGC 信號檢測組態(tài)圖Fig．3 AGC signal detection configuration diagram

機(jī)組結(jié)束響應(yīng)過程時，機(jī)組發(fā)電負(fù)荷值在AGC 設(shè)點指令值在調(diào)節(jié)死區(qū)內(nèi)(調(diào)節(jié)死區(qū)由機(jī)組的調(diào)節(jié)允許偏差量決定， “兩個細(xì)則”規(guī)定機(jī)組調(diào)節(jié)允許的偏差量為機(jī)組額定有功功率的1%)。將AGC 指令信號與機(jī)組發(fā)電負(fù)荷信號相減，當(dāng)差值由較大值減小到進(jìn)入調(diào)節(jié)死區(qū)的時刻產(chǎn)生一個脈沖，所得的脈沖信號即為表征機(jī)組結(jié)束響應(yīng)過程的脈沖信號。組態(tài)圖如圖4 所示。

圖4 機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定檢測檢測組態(tài)圖Fig．4 Steady load detection of a unit configuration diagram

在基本模型中，p(t1)和p(t3)是AGC 控制程序?qū)C(jī)組下發(fā)設(shè)點指令的時刻所對應(yīng)的機(jī)組發(fā)電負(fù)荷值，記錄p(t1)和p(t3)可用表征AGC設(shè)點指令到來時刻的脈沖信號觸發(fā)鎖存機(jī)組發(fā)電負(fù)荷信號。p(t2)和p(t4)是機(jī)組結(jié)束響應(yīng)設(shè)點指令時的發(fā)電負(fù)荷值，記錄p(t2)和p(t4)可用表征機(jī)組結(jié)束響應(yīng)設(shè)點指令時刻的脈沖信號觸發(fā)鎖存機(jī)組發(fā)電負(fù)荷信號。將鎖存得到的p(t1)、p(t3)和p(t2)、p(t4)對應(yīng)相減即可。組態(tài)圖如圖5 所示。

圖5 p(t2)－p(t1)及p(t4)－p(t3)組態(tài)圖Fig．5 p(t2)－p(t1)and p(t4)－p(t3)configuration diagram

2.3 計算t2 －t1 及t4 －t3

t1，t3是機(jī)組開始響應(yīng)AGC 設(shè)點指令的時刻;t2，t4是機(jī)組結(jié)束響應(yīng)AGC 設(shè)點指令的時刻。t2－t1和t4－t3是機(jī)組響應(yīng)AGC 設(shè)點指令過程的調(diào)節(jié)時間。

機(jī)組實際的發(fā)電負(fù)荷值跟隨AGC 指令的變化。在調(diào)節(jié)過程中，調(diào)節(jié)時間是機(jī)組從開始響應(yīng)AGC 設(shè)點指令到機(jī)組發(fā)電負(fù)荷值進(jìn)入到AGC 設(shè)點指令調(diào)節(jié)死區(qū)內(nèi)的時間。將AGC 指令信號與機(jī)組發(fā)電負(fù)荷信號相減，用積分作用計算差值超出AGC 指令調(diào)節(jié)死區(qū)內(nèi)的時間，所得結(jié)果是機(jī)組各個調(diào)節(jié)過程調(diào)節(jié)時間的總和。組態(tài)圖如圖6所示。

圖6 積分求取時間組態(tài)圖Fig．6 Using integration to calculate time configuration diagram

用表征AGC 設(shè)點指令到來時刻的脈沖信號和表征機(jī)組結(jié)束響應(yīng)過程的脈沖信號分別觸發(fā)鎖存上述調(diào)節(jié)時間總和信號，將所得信號相減即可得到t2－t1和t4－t3。組態(tài)圖如圖7 所示。

圖7 時間組態(tài)圖Fig．7 Time configuration diagram

2.4 計算AGC 速率

根據(jù)AGC 速率計算公式，進(jìn)行除法運(yùn)算即可得v1和v2。組態(tài)圖如圖8 所示。

2.5 顯示AGC 速率

機(jī)組響應(yīng)每一個AGC 設(shè)點指令結(jié)束時顯示該過程的調(diào)節(jié)速率。用表征機(jī)組結(jié)束響應(yīng)設(shè)點指令時刻的脈沖信號來觸發(fā)鎖存上述AGC 速率信號，輸出v2;用表征機(jī)組結(jié)束響應(yīng)設(shè)點指令時刻的脈沖信號來觸發(fā)鎖存經(jīng)過遲延處理的v2信號，輸出即為v1。組態(tài)圖如圖9 所示。

圖9 顯示速率組態(tài)圖Fig．9 Show rates configuration diagram

3 實驗數(shù)據(jù)

利用上文提出的火電機(jī)組AGC 速率在線計算的方法，進(jìn)行下列兩組實驗。實驗1:選取理想狀態(tài)下機(jī)組響應(yīng)AGC 指令曲線，如圖10，計算機(jī)組響應(yīng)AGC 指令的速率;實驗2:選取網(wǎng)內(nèi)某臺具備AGC 功能的火電機(jī)組的部分運(yùn)行曲線，如圖11，計算機(jī)組響應(yīng)AGC 指令的速率。

圖10 理想狀態(tài)下機(jī)組響應(yīng)AGC 指令曲線Fig．10 Unit ideal response to an AGC instruction configuration diagram

圖11 某臺AGC 機(jī)組實際運(yùn)行曲線Fig．11 Actual operation curve of an AGC unit

表1 給出在兩組實驗條件下，利用火電機(jī)組AGC 速率在線計算的方法求取的AGC 速率值，以及相應(yīng)的AGC 速率理論值和誤差。

表1 實驗數(shù)據(jù)Tab．1 Experimental datas

分析實驗結(jié)果，用上文提出的在線計算AGC速率的方法得到的結(jié)果與理論值相比，最大的誤差為0.023 4 MW/min，最高精度可達(dá)1.25%。由此方法得到的計算結(jié)果在一定誤差范圍內(nèi)與理論值相吻合。同時，由于此方法設(shè)計了顯示速率的組態(tài)模塊，所以能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)速率的實時顯示，即在每次機(jī)組響應(yīng)AGC 設(shè)點指令結(jié)束時刻顯示該響應(yīng)過程的調(diào)節(jié)速率。

上述AGC 調(diào)節(jié)速率在線計算的方法不僅具有一定的準(zhǔn)確性，而且具有較好的實時性。能為“兩個細(xì)則”合理、公正的考核并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組提供一定的數(shù)據(jù)依據(jù)，也為電廠建立公平的獎懲考評機(jī)制提供依據(jù)。在火電機(jī)組AGC 速率在線計算的方法中，調(diào)節(jié)死區(qū)范圍和抗干擾閾值范圍的設(shè)定與機(jī)組有關(guān)，不同機(jī)組對應(yīng)的調(diào)節(jié)死區(qū)范圍和抗干擾閾值范圍不同。所以在實際系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)注意:組態(tài)模塊中設(shè)定調(diào)節(jié)死區(qū)范圍值和抗干擾閾值范圍值之前，要根據(jù)實際機(jī)組的容量和運(yùn)行指標(biāo)計算出調(diào)節(jié)死區(qū)范圍和抗干擾閾值范圍。

4 結(jié)論

本文對火電機(jī)組AGC 速率在線計算的方法進(jìn)行了研究，從DCS 組態(tài)角度提出實現(xiàn)AGC 速率在線計算的方法。通過兩組實驗進(jìn)行測試，證明本文提出的計算方法是正確有效的，所得結(jié)果具有一定的精度，能夠為機(jī)組運(yùn)行及考核提供支持。

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