關(guān)于AGC系統(tǒng)的控制優(yōu)化研究

摘 要：近年來，我國電網(wǎng)建設(shè)加快，對(duì)于發(fā)電廠生產(chǎn)運(yùn)營提出了更高的要求。自動(dòng)控制發(fā)電系統(tǒng)AGC是電廠重要的項(xiàng)目系統(tǒng)，為了滿足電網(wǎng)調(diào)度對(duì)AGC系統(tǒng)變負(fù)荷速率要求，要積極調(diào)整和改進(jìn)AGC系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制功能，提高AGC系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。本文分析了AGC系統(tǒng)控制原理，闡述了關(guān)于AGC系統(tǒng)的控制優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：AGC系統(tǒng)；控制優(yōu)化；控制原理

隨著我國電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，AGC系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用在發(fā)電廠，極大地提高了發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化水平。AGC系統(tǒng)通過發(fā)送AGC指令自動(dòng)控制電力機(jī)組的發(fā)電負(fù)荷，根據(jù)實(shí)際的電網(wǎng)頻率和用電情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組的發(fā)電量，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的發(fā)電和供電平衡，因此AGC系統(tǒng)的控制優(yōu)化對(duì)于減小發(fā)電機(jī)組汽溫和汽壓波動(dòng)有著積極的現(xiàn)實(shí)意義。

1 AGC系統(tǒng)控制原理

由于電力系統(tǒng)的負(fù)荷時(shí)刻都在發(fā)生變化，其變動(dòng)負(fù)荷主要包括以下幾種：其一，頻率波動(dòng)幅值低于0.025Hz，頻率波動(dòng)周期小于10s，這種負(fù)荷周期短、幅值小，具有較大的偶然性，發(fā)電機(jī)組可通過一次調(diào)頻系統(tǒng)來控制該負(fù)荷；其二，頻率波動(dòng)幅值在0.05～0.5Hz，波動(dòng)周期在10s～120s，該頻率波動(dòng)多是由氣候變化、生活或者生產(chǎn)引起，可通過超短期負(fù)荷預(yù)測軟件的能量管理系統(tǒng)來控制和調(diào)節(jié)這類頻率波動(dòng)[1]。AGC系統(tǒng)主要是為了實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)供需平衡，保持電力系統(tǒng)的用電負(fù)荷和發(fā)電負(fù)荷平衡，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。AGC系統(tǒng)的控制功能主要包括以下幾個(gè)方面：第一，確保電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，將對(duì)外靜交換功率和電網(wǎng)頻率控制在電力系統(tǒng)運(yùn)行要求范圍內(nèi)，協(xié)調(diào)各個(gè)發(fā)電廠的出力，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)分配；其二，合理分配各區(qū)域的發(fā)電功率，按計(jì)劃值運(yùn)行區(qū)域間的凈交換功率；其三，控制發(fā)電機(jī)組，在規(guī)定的電力系統(tǒng)頻率范圍內(nèi)，跟蹤電力系統(tǒng)的負(fù)荷變化，將電力頻率偏移導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)鐘和電鐘間的時(shí)差控制在標(biāo)準(zhǔn)限值內(nèi)。

AGC系統(tǒng)主要包括三種控制方式：功率頻率聯(lián)絡(luò)線偏差控制、定交換功率控制和定頻率控制。ACE表達(dá)式為：ACE=-10B×+，其中，是頻率偏差，Hz；是聯(lián)絡(luò)線功率偏差，MW；B是頻率響應(yīng)系統(tǒng)MW/0.1Hz。根據(jù)該公式，AGC控制模式設(shè)置為功率頻率偏差控制模式[2]。

2 關(guān)于AGC系統(tǒng)的控制優(yōu)化策略

2.1 實(shí)時(shí)校正系統(tǒng)運(yùn)行特性參數(shù)

傳統(tǒng)的DCS控制回路的運(yùn)行參數(shù)經(jīng)過整定之后難以改變，當(dāng)發(fā)電機(jī)組工況發(fā)生變化后，控制效果較差。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法和AGC系統(tǒng)的運(yùn)行要求，實(shí)時(shí)校正發(fā)電機(jī)組的各種特性參數(shù)，包括制粉系統(tǒng)慣性時(shí)間、中間點(diǎn)溫度設(shè)定曲線、機(jī)組滑壓曲線、汽耗率、燃料熱值等，并且根據(jù)AGC系統(tǒng)的特性參數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算AGC系統(tǒng)反饋和前饋回路中的控制參數(shù)，使AGC系統(tǒng)保持在在線學(xué)習(xí)狀態(tài)，不斷逼近最優(yōu)的控制目標(biāo)。

2.2 優(yōu)化AGC系統(tǒng)運(yùn)行模式

傳統(tǒng)的DCS控制系統(tǒng)不區(qū)分發(fā)電機(jī)組的AGC和CCS運(yùn)行方式，通過利用自動(dòng)化控制技術(shù)，優(yōu)化AGC系統(tǒng)的運(yùn)行模式，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和智能預(yù)測算法，一方面，根據(jù)發(fā)電機(jī)組實(shí)際的電網(wǎng)頻率、實(shí)發(fā)功率、AGC指令等運(yùn)行參數(shù)，實(shí)時(shí)預(yù)測AGC指令和EMS系統(tǒng)在未來一段時(shí)間內(nèi)的變化趨勢；另一方面，根據(jù)發(fā)電機(jī)組的給水流量、風(fēng)量、燃料量等參數(shù)，科學(xué)預(yù)測未來一段時(shí)間內(nèi)的鍋爐熱功率信號(hào)，根據(jù)AGC系統(tǒng)和鍋爐熱功率信號(hào)的匹配度，合理調(diào)整AGC系統(tǒng)指令變化量。通過優(yōu)化AGC系統(tǒng)運(yùn)行模式，在確保AGC負(fù)荷正常響應(yīng)條件下，減小發(fā)電機(jī)組的減溫水流量、給水流量、風(fēng)量、燃料量的波動(dòng)幅度，延長發(fā)電機(jī)組的使用壽命，避免爆管事故。

2.3 優(yōu)化AGC系統(tǒng)的軟件和硬件平臺(tái)

（1）硬件平臺(tái)。AGC系統(tǒng)的硬件可采用SiemensS7型號(hào)的PLC平臺(tái)，配置“modbus+CPU模塊+雙冗余電源”硬件。

（2）軟件系統(tǒng)?；赟iemens Step7系統(tǒng)平臺(tái)，使用STL、SCL語言開發(fā)AGC系統(tǒng)的高級(jí)算法模塊，采用面向?qū)ο蟮姆庋b技術(shù)，構(gòu)建AGC系統(tǒng)完整的組態(tài)函數(shù)庫，構(gòu)建AGC系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)組的優(yōu)化模塊。

（3）AGC系統(tǒng)和DCS接口。發(fā)電機(jī)組和AGC系統(tǒng)通過modulus通訊軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將AGC系統(tǒng)和DCS控制回路融為一體，在AGC系統(tǒng)中擴(kuò)展一個(gè)分散處理模塊DPU，實(shí)現(xiàn)AGC系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。利用多種先進(jìn)技術(shù)，保持正常的數(shù)據(jù)通訊，使AGC系統(tǒng)保持協(xié)調(diào)運(yùn)行狀態(tài)，主要包括：其一，以AGC系統(tǒng)的心跳波代表發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，一旦AGC系統(tǒng)檢測到心跳波，及時(shí)向發(fā)電機(jī)組發(fā)送AGC指令；其二，AGC系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測DCS系統(tǒng)接收的特性參數(shù)的正確性，包括變化率、上限和下限，一旦發(fā)現(xiàn)特性參數(shù)超過標(biāo)準(zhǔn)值，恢復(fù)輸出控制指令，如汽機(jī)調(diào)門指令、給水指令、燃料指令等，立即切回AGC控制系統(tǒng)；其三，DCS側(cè)接收AGC系統(tǒng)的控制指令，根據(jù)當(dāng)前發(fā)電機(jī)組的電力負(fù)荷，約束負(fù)荷波動(dòng)上、下限，例如燃料量的最大波動(dòng)上限為20t/h[3]，避免AGC系統(tǒng)故障導(dǎo)致控制指令發(fā)生大幅度變化。

2.4 優(yōu)化前饋方案，提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)速率

基于AGC系統(tǒng)的指令手動(dòng)模式，DCS系統(tǒng)可獲得實(shí)時(shí)的負(fù)荷變化量，根據(jù)指令偏差，獲得發(fā)電機(jī)組指令前饋信息，從而改變鍋爐燃料量。對(duì)于大慣性、大滯后的控制對(duì)象，利用PD調(diào)節(jié)器進(jìn)行細(xì)調(diào)，用前饋回路進(jìn)行粗調(diào)，盡量完善前饋信號(hào)，一方面，根據(jù)發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷指令變化，適當(dāng)調(diào)節(jié)燃料調(diào)節(jié)器，當(dāng)額定調(diào)節(jié)速率大于AGC指令平均速率時(shí)，根據(jù)前饋信息及時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)；另一方面，當(dāng)額定調(diào)節(jié)速率小于AGC指令平均速率時(shí)，適當(dāng)增大前饋，提前恢復(fù)或者改變?nèi)剂狭俊?/p>

3 結(jié)束語

AGC系統(tǒng)對(duì)于發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)有著直接的影響，根據(jù)電網(wǎng)的供電需求，要積極采取先進(jìn)的技術(shù)手段，優(yōu)化AGC系統(tǒng)運(yùn)行，完善系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)，使AGC系統(tǒng)發(fā)揮更重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳冠宇.新自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)模型及其控制方法研究[D].華北電力大學(xué)，2012.

[2]付鵬武.基于模型預(yù)測控制的電網(wǎng)AGC系統(tǒng)研究[D].重慶大學(xué)，2013.

[3]趙瑞鋒.互聯(lián)電網(wǎng)AGC的動(dòng)態(tài)優(yōu)化策略及其在線計(jì)算平臺(tái)研究[D].重慶大學(xué)，2013.

作者簡介：彭坤（1985—），男，貴州貴陽人，本科，研究方向：工程管理。