電站熱工優(yōu)化控制平臺(tái)智能AGC優(yōu)化組件的開發(fā)應(yīng)用

陳衛(wèi)，陳波，尹峰，羅志浩，陳小強(qiáng)

（浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

電站熱工優(yōu)化控制平臺(tái)智能AGC優(yōu)化組件的開發(fā)應(yīng)用

陳衛(wèi)，陳波，尹峰，羅志浩，陳小強(qiáng)

（浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

大型火力發(fā)電機(jī)組鍋爐大多采用直吹式制粉系統(tǒng)，在機(jī)組的AGC運(yùn)行控制中，尚無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)過渡磨煤機(jī)啟/停斷點(diǎn)，給運(yùn)行人員人工預(yù)判和操作帶來了判斷時(shí)機(jī)難、操作壓力大，汽溫、汽壓和負(fù)荷頻繁波動(dòng)等問題。TOP（電站熱工優(yōu)化控制平臺(tái)）系統(tǒng)智能AGC優(yōu)化組件通過磨組實(shí)時(shí)帶載能力監(jiān)控、電網(wǎng)負(fù)荷時(shí)間趨勢(shì)預(yù)判、啟磨窗口自適應(yīng)調(diào)整、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)優(yōu)化控制等技術(shù)，能準(zhǔn)確給出磨組啟停時(shí)機(jī)和磨組啟停順序，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組AGC連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行。

TOP；AGC優(yōu)化；磨組；智能啟停；負(fù)荷斷點(diǎn)

0 引言

并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組與電力調(diào)度中心約定的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍理論上應(yīng)該和機(jī)組實(shí)際能達(dá)到的負(fù)荷變動(dòng)范圍一致。目前大型火力發(fā)電機(jī)組大多采用直吹式制粉系統(tǒng)作為鍋爐燃料的供給系統(tǒng)，相對(duì)于中間倉儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)而言，直吹式制粉系統(tǒng)磨組運(yùn)行的臺(tái)數(shù)和磨組的出力需和機(jī)組的負(fù)荷保持同步，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的增減及時(shí)調(diào)整磨組的出力或啟/停磨組。而磨組的啟動(dòng)需要一定的時(shí)間，這就造成了在負(fù)荷變化的全范圍中存在由于磨組啟動(dòng)帶來的過程斷點(diǎn)。在AGC（自動(dòng)發(fā)電量控制）實(shí)際運(yùn)行控制中，磨煤機(jī)斷點(diǎn)負(fù)荷附近尚無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)過渡，只能靠人工預(yù)判和操作，導(dǎo)致運(yùn)行人員判斷時(shí)機(jī)難以把握且操作壓力較大，出現(xiàn)機(jī)組汽溫、汽壓和負(fù)荷頻繁波動(dòng)等問題。

TOP（Thermal Optimized-controlPlatform，電站熱工優(yōu)化控制平臺(tái)）智能AGC優(yōu)化組件通過磨組實(shí)時(shí)帶載能力的監(jiān)控分析、電網(wǎng)負(fù)荷時(shí)間趨勢(shì)的智能預(yù)判、啟磨窗口的自適應(yīng)調(diào)整、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)化控制等手段，準(zhǔn)確、及時(shí)地給出了磨組啟/停時(shí)機(jī)和磨組啟/停順序，在磨組全程順控啟/停的基礎(chǔ)上使機(jī)組AGC連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行成為可能。

1 TOP系統(tǒng)智能AGC優(yōu)化組件

1.1 組件構(gòu)成

TOP優(yōu)化控制組件共包括了4個(gè)主要的子功能組，分別是：磨組啟/停窗口智能判斷功能組；磨組啟/停趨勢(shì)超短期判斷高級(jí)算法功能組；磨組選擇優(yōu)化判斷功能組；磨組順序控制功能組。TOP系統(tǒng)智能AGC優(yōu)化組件的整體算法邏輯及各主要子功能組結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 磨組啟/停窗口智能判斷功能組

磨組啟/停窗口應(yīng)根據(jù)磨組所具備的帶載能力范圍、機(jī)組AGC工況下的負(fù)荷變動(dòng)速率和磨組啟動(dòng)所需要的時(shí)間等參數(shù)智能判斷，同時(shí)考慮機(jī)組負(fù)荷趨勢(shì)的預(yù)測(cè)結(jié)果。

TOP系統(tǒng)的智能AGC優(yōu)化控制組件中，磨組啟/停窗口智能判斷功能組使用了5個(gè)高級(jí)算法功能和1個(gè)數(shù)據(jù)挖掘功能。通過計(jì)算當(dāng)前磨組平均煤量和磨組上/下限帶載能力進(jìn)行比較，綜合考慮負(fù)荷隨時(shí)間的變化趨勢(shì)和動(dòng)態(tài)煤量，給出機(jī)組的暖磨要求和啟磨要求，算法編制原則如下：

（1）進(jìn)行磨組啟動(dòng)時(shí)間預(yù)測(cè)時(shí)，需要適當(dāng)考慮暖磨速率的修正。

（2）將負(fù)荷隨時(shí)間變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)為無量綱的因子，該因子反映當(dāng)前時(shí)間內(nèi)機(jī)組負(fù)荷變化趨勢(shì)的可能性。當(dāng)因子正向變大時(shí)，表示機(jī)組可能即將處于負(fù)荷上升期；當(dāng)因子負(fù)向變大時(shí)，表示機(jī)組可能即將處于負(fù)荷下升期。

（3）對(duì)AGC速率下的動(dòng)態(tài)煤量預(yù)估，考慮以10%MCR（機(jī)組最大連續(xù)出力工況）幅度大小的負(fù)荷變動(dòng)為預(yù)估過程。

（4）磨組平均煤量計(jì)算時(shí)，不能單純考慮煤量的算術(shù)平均，還要考慮到運(yùn)行人員所設(shè)定的煤量偏置，除去該煤量偏置后對(duì)可用容量進(jìn)行計(jì)算，從而給出計(jì)算需要的煤量均值。

1.3 磨組啟/停趨勢(shì)超短期判斷高級(jí)算法功能組

當(dāng)機(jī)組把AGC控制方式下的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍擴(kuò)大至覆蓋磨組啟/停斷點(diǎn)后，機(jī)組負(fù)荷的變化趨勢(shì)應(yīng)作為AGC控制方式下磨組啟/停時(shí)機(jī)的重要判斷條件之一。例如，當(dāng)下一時(shí)段的機(jī)組負(fù)荷趨勢(shì)向上時(shí)，應(yīng)提前啟動(dòng)磨組，以適應(yīng)負(fù)荷要求，反之亦然；當(dāng)下一時(shí)段的機(jī)組負(fù)荷趨勢(shì)穩(wěn)定時(shí)，即使運(yùn)行磨組的負(fù)荷已較高也不必急于啟動(dòng)新的磨組，以減少磨組的啟/停次數(shù)。

圖1 TOP系統(tǒng)智能AGC優(yōu)化組件的算法邏輯

機(jī)組負(fù)荷的變化和電網(wǎng)負(fù)荷變化基本相同，負(fù)荷超短期預(yù)測(cè)的要求只是一個(gè)趨勢(shì)的判斷，對(duì)于機(jī)組負(fù)荷時(shí)間趨勢(shì)的預(yù)測(cè)并不需要精確到能夠確定某一時(shí)刻的用電量。只需對(duì)負(fù)荷變化的大趨勢(shì)進(jìn)行判斷，從而給予磨組啟/停判斷輔助性的決策信息。

組件中將采用基于滑動(dòng)窗口時(shí)間序列的數(shù)據(jù)挖掘法對(duì)機(jī)組負(fù)荷時(shí)間趨勢(shì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)。在對(duì)機(jī)組負(fù)荷時(shí)間趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)前，做出如下假設(shè)：機(jī)組所在地的經(jīng)濟(jì)、政治、環(huán)境等因素在一定時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定，或隨時(shí)間的變化緩慢改變，且對(duì)機(jī)組發(fā)電量的影響為主導(dǎo)因素；電網(wǎng)調(diào)頻要求和其他影響因素對(duì)機(jī)組發(fā)電量的改變視為小概率事件。

數(shù)據(jù)挖掘是知識(shí)發(fā)現(xiàn)過程中的一個(gè)步驟，它利用特定的知識(shí)發(fā)現(xiàn)算法，在一定的算法效率的限制下，從數(shù)據(jù)中挖掘有用的知識(shí)。如果挖掘的數(shù)據(jù)之間存在時(shí)間關(guān)系，則這類數(shù)據(jù)被稱為時(shí)間序列。在數(shù)據(jù)的挖掘研究領(lǐng)域，時(shí)間序列數(shù)據(jù)挖掘主要集中于時(shí)序數(shù)據(jù)相似性的挖掘，關(guān)鍵是找到合適的特征變量來表征機(jī)組的負(fù)荷時(shí)間趨勢(shì)。

1.4 磨組選擇優(yōu)化判斷功能組

在得到磨組啟/停窗口給出的磨組順控指令后，機(jī)組將根據(jù)磨組選擇優(yōu)化判斷功能組的計(jì)算結(jié)果，對(duì)優(yōu)選后的磨組進(jìn)行操作。主要綜合考慮機(jī)組的汽溫變化趨勢(shì)、機(jī)組運(yùn)行磨組布置、磨組運(yùn)行的切換要求和磨組的檢修或故障等情況，并使用了4個(gè)高級(jí)算法功能。

通過統(tǒng)計(jì)當(dāng)前機(jī)組汽溫情況預(yù)測(cè)溫度變化趨勢(shì)，然后綜合考慮磨組布置、運(yùn)行的切換要求和檢修或故障等情況，根據(jù)磨組啟/停窗口給出的磨組順控指令對(duì)磨組進(jìn)行實(shí)際操作。

1.5 磨組順控功能組

磨組順控功能組為幾個(gè)功能組中較為獨(dú)立的1個(gè)功能組，在得到順控操作指令后，該功能組進(jìn)行計(jì)算，將上游功能組的計(jì)算結(jié)果傳遞給合適的磨組，完成啟/停過程。

對(duì)磨組自動(dòng)啟/停操作的同時(shí)，應(yīng)兼顧磨煤機(jī)、給煤機(jī)等重要設(shè)備的自身安全運(yùn)行及煤粉在爐膛內(nèi)的穩(wěn)定燃燒，防止爆燃。因此在啟/停過程中首先應(yīng)確保一次風(fēng)壓穩(wěn)定不越限，這樣才能保證磨煤機(jī)進(jìn)口的一次風(fēng)有足夠高的靜壓以克服磨煤機(jī)及粉管的阻力，維持正常的一次風(fēng)量和出口溫度；同時(shí)協(xié)調(diào)暖磨、步煤及正?？刂聘鱾€(gè)階段磨煤機(jī)通風(fēng)量和風(fēng)溫之間的關(guān)系。按照規(guī)程及運(yùn)行人員的實(shí)際操作進(jìn)行順序模擬邏輯編程，經(jīng)組態(tài)由DCS（分散控制系統(tǒng)）控制各種設(shè)備，進(jìn)行自動(dòng)操作和調(diào)整。在完成磨組順序控制功能組的算法編制時(shí)遵循以下原則：

（1）根據(jù)前期試驗(yàn)參數(shù)，吹掃時(shí)對(duì)應(yīng)冷風(fēng)擋板開度大概在50%左右，此時(shí)所維持的冷一次風(fēng)量為80 t/h（保證大于設(shè)計(jì)吹掃風(fēng)量65 t/h）；同時(shí)可根據(jù)制粉系統(tǒng)冷/熱態(tài)情況設(shè)置吹掃時(shí)間。

（2）在熱風(fēng)擋板投入閉環(huán)后開始暖磨，熱風(fēng)擋板控制的設(shè)定值為當(dāng)前風(fēng)量；此時(shí)冷風(fēng)調(diào)節(jié)擋板以5%/min的速率至40%/min，降低實(shí)際進(jìn)磨風(fēng)量會(huì)導(dǎo)致熱風(fēng)調(diào)節(jié)回路開大，從而加速磨內(nèi)升溫。在此環(huán)節(jié)中冷風(fēng)門的動(dòng)作幅度應(yīng)盡量平緩保證風(fēng)量調(diào)節(jié)不發(fā)生劇烈擾動(dòng)，冷風(fēng)門的開度目標(biāo)值根據(jù)前期試驗(yàn)確定，設(shè)定依據(jù)為：保證溫升率低于3℃/min，邏輯中設(shè)置溫升率保護(hù)回路：根據(jù)不同的溫升率，適量增減熱風(fēng)調(diào)節(jié)設(shè)定值；另外在暖磨過程中還設(shè)定了超溫保護(hù)，一旦出口溫度高于80℃發(fā)出脈沖指令瞬間關(guān)閉熱風(fēng)調(diào)整門。

（3）當(dāng)磨煤機(jī)出口溫度升至設(shè)計(jì)暖磨溫度70℃時(shí)，投入冷風(fēng)調(diào)節(jié)擋板閉環(huán)控制，設(shè)定為當(dāng)前值。在冷/熱風(fēng)自動(dòng)控制穩(wěn)定一段時(shí)間后（邏輯設(shè)為3 min），以風(fēng)溫/風(fēng)量為判斷依據(jù)，滿足暖磨設(shè)計(jì)要求后視為暖磨結(jié)束。

（4）暖磨結(jié)束后，程控啟動(dòng)給煤機(jī)，給煤機(jī)指令以一定速率升至30 t/h，同時(shí)等待磨煤機(jī)的電流大于啟動(dòng)電流后視為咬煤成功，該步驟完成后，給煤指令再次降到最小設(shè)定給煤量，完成整個(gè)步煤工作，以備投入燃料主控。

2 TOP系統(tǒng)智能AGC優(yōu)化組件的工作

TOP系統(tǒng)智能AGC優(yōu)化組件各子功能部分的工作邏輯包括：TOP系統(tǒng)平臺(tái)投切邏輯；TOP系統(tǒng)無斷點(diǎn)優(yōu)化組件投切邏輯；安全層級(jí)定義邏輯；設(shè)備選擇TOP系統(tǒng)側(cè)安全措施邏輯；設(shè)備選擇DCS側(cè)安全措施邏輯；優(yōu)化算法關(guān)鍵邏輯。該組件在TOP系統(tǒng)的作用結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 TOP系統(tǒng)智能AGC優(yōu)化組件邏輯

在AGC過程中磨組啟/停時(shí)機(jī)的判斷需要綜合考慮AGC的特點(diǎn)、磨煤機(jī)的帶載能力、機(jī)組的燃料熱值特性、磨煤機(jī)的啟/停方式等因素。智能AGC優(yōu)化組件可以根據(jù)上述因素綜合、動(dòng)態(tài)給出在AGC過程中磨煤機(jī)的最佳啟/停時(shí)機(jī)。即：模塊通過學(xué)習(xí)歷史數(shù)據(jù)掌握機(jī)組的磨組啟/停時(shí)機(jī)和負(fù)荷變化趨勢(shì)之間的關(guān)系，并通過實(shí)時(shí)分析磨組帶載情況完成磨組啟/停時(shí)機(jī)的判斷。

在綜合考慮上述因素后，TOP系統(tǒng)給出了AGC過程中磨組的上限燃料余量和下限燃料余量。當(dāng)上限燃料余量超越磨組啟動(dòng)窗口邊界時(shí)，經(jīng)過延時(shí)驗(yàn)證觸發(fā)磨組啟動(dòng)提示；當(dāng)下限燃料余量超越磨組停止窗口邊界時(shí)，經(jīng)過延時(shí)驗(yàn)證觸發(fā)磨組停止提示。優(yōu)化組件給出的磨組啟/停判斷和運(yùn)行過程中實(shí)際的負(fù)荷需要一致。

3 應(yīng)用效果

某660 MW超臨界機(jī)組TOP系統(tǒng)智能AGC優(yōu)化組件進(jìn)行了多種運(yùn)行方式的試驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行，運(yùn)行方式包括指導(dǎo)模式、順控操作模式和自動(dòng)運(yùn)行模式。通過對(duì)磨組啟/停時(shí)機(jī)的學(xué)習(xí)和判斷、制粉系統(tǒng)的啟/停過程的優(yōu)化修改、運(yùn)行操作習(xí)慣的模擬等工作，使優(yōu)化組件具備了自動(dòng)判斷磨組啟/停時(shí)機(jī)、磨組啟/停順控進(jìn)行和全程AGC過程中自動(dòng)跨越磨煤機(jī)啟/停斷點(diǎn)的功能。

從圖3中可以看出，TOP系統(tǒng)給出的磨組啟動(dòng)時(shí)機(jī)稍晚于磨組實(shí)際啟動(dòng)時(shí)間，考慮到處于早高峰升負(fù)荷階段運(yùn)行啟動(dòng)磨煤機(jī)較早，可以看出該判斷基本合適。從圖4中可以看出TOP系統(tǒng)給出的磨組停止時(shí)機(jī)和磨組實(shí)際停止時(shí)間基本一致。

圖3 AGC升負(fù)荷過程中磨組啟動(dòng)時(shí)機(jī)判斷

圖4 AGC降負(fù)荷過程中磨組停止時(shí)機(jī)判斷

4 結(jié)語

TOP系統(tǒng)的AGC智能優(yōu)化組件設(shè)計(jì)了運(yùn)行指導(dǎo)模式、順控操作模式和自動(dòng)運(yùn)行模式等運(yùn)行方式，通過對(duì)磨組啟/停時(shí)機(jī)的學(xué)習(xí)和判斷、制粉系統(tǒng)啟/停過程的優(yōu)化調(diào)整、運(yùn)行操作習(xí)慣的模仿應(yīng)用等技術(shù)，使該優(yōu)化組件具備了自動(dòng)判斷磨組啟/停時(shí)機(jī)、磨組啟/停順控運(yùn)行和全程AGC過程中自動(dòng)跨越磨煤機(jī)啟/停斷點(diǎn)的自動(dòng)控制功能，達(dá)到了預(yù)期的應(yīng)用效果。

[1]張永軍，陳波．浙江電網(wǎng)火電機(jī)組AGC運(yùn)行狀況及性能考核分析[J]．浙江電力，2010，29（3）∶35－39．

[2]蘇燁，張鵬，卓魯鋒，等．AGC模式下超臨界機(jī)組協(xié)調(diào)控制策略的完善及應(yīng)用[J]．浙江電力，2010，29（2）∶26－29．

（本文編輯：陸瑩）

Development and Application of Intelligent AGC Optimization Module on Power Plant Thermal Optimized-control Platform

CHEN Wei，CHEN Bo，YIN Feng，LUO Zhi-hao，CHEN Xiao-qiang
（Z（P）EPC Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

At present，most of boilers of the domestic large thermal power generating units use direct-fired pulverizing system．In operating control of AGC of units，automatic transition to startup or shutdown breakpoint can not be implemented yet，which brings problems such as difficult in determination，big operating pressure，frequent fluctuations of steam temperature，steam pressure and load to manual determination and operation of the operators．By monitoring on real-time load capacity of pulverizer group，judgment ofgrid load time trend，self-adjustment of pulverizer startup hatch and optimized control of unit operating status，the intelligent AGC optimization module on power plant thermal optimized-control platform can accurately display the startup/shutdown time and the sequence of pulverizer group，enabling continuous automatic operation of AGC on thermalpower plant．

TOP；AGC optimization；pulverizergroup；intelligentstartup/shutdown；load breakpoint

TK232∶TP273

：A

：1007－1881（2013）03－0054－04

2013-01-28

陳衛(wèi)（1980-），男，江蘇南通人，碩士，高級(jí)工程師，從事發(fā)電廠熱工自動(dòng)化應(yīng)用和研究。