優(yōu)化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)提高機(jī)組AGC響應(yīng)速率

趙 雷

（大唐黃島發(fā)電有限公司，山東 黃島 266000）

優(yōu)化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)提高機(jī)組AGC響應(yīng)速率

趙 雷

（大唐黃島發(fā)電有限公司，山東 黃島 266000）

對(duì)火力發(fā)電廠自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC）的結(jié)構(gòu)和機(jī)理進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，根據(jù)大唐黃島電廠三期2臺(tái)超臨界機(jī)組的AGC的投運(yùn)情況和控制對(duì)象的特點(diǎn)，提出了對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，分別從改變?nèi)剂狭控?fù)荷前饋、預(yù)加減燃料克服主蒸汽壓力慣性、增加機(jī)組對(duì)煤質(zhì)變化的適應(yīng)能力、對(duì)汽輪機(jī)調(diào)門特性流量曲線整定等幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化處理，優(yōu)化后機(jī)組對(duì)AGC指令的響應(yīng)速率有了顯著的提高。

協(xié)調(diào)控制；優(yōu)化；AGC

目前高容量的電網(wǎng)運(yùn)行情況對(duì)發(fā)電機(jī)組的AGC投運(yùn)提出了更高的要求，而發(fā)電機(jī)組的AGC投運(yùn)情況的優(yōu)劣取決于機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。本文結(jié)合大唐黃島電廠三期2臺(tái)超臨界670 MW火電機(jī)組AGC的投入運(yùn)行情況，提出了對(duì)機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而提高機(jī)組AGC的響應(yīng)速率。

1 AGC系統(tǒng)概述

火電機(jī)組AGC系統(tǒng)主要由機(jī)組控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)（RTU）、傳輸通道和電網(wǎng)調(diào)度實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)組成?；痣姍C(jī)組將電廠的運(yùn)行情況傳輸?shù)诫娋W(wǎng)調(diào)度中心，電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)火電機(jī)組的負(fù)荷進(jìn)行分配，發(fā)出AGC指令傳輸?shù)诫姀S的RTU裝置。信息傳輸過程如圖1所示［1］。

圖1 電網(wǎng)調(diào)度與電廠的信息傳輸過程

AGC指令是根據(jù)當(dāng)前負(fù)荷需求和電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定要求，每幾秒鐘運(yùn)算1次機(jī)組的設(shè)定負(fù)荷，由此產(chǎn)生指令信號(hào)，AGC指令是由基本負(fù)荷分量和調(diào)節(jié)分量組成。基本負(fù)荷分量是在短期的預(yù)測(cè)中制定的日負(fù)荷發(fā)電量；調(diào)節(jié)分量是負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)在根據(jù)當(dāng)前幾分鐘內(nèi)負(fù)荷的變化情況預(yù)測(cè)得出下一個(gè)時(shí)間段負(fù)荷的調(diào)節(jié)量［2］。

火電機(jī)組通過分散控制系統(tǒng)（DCS）中的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）完成對(duì)AGC指令的響應(yīng)和調(diào)節(jié)，CCS又包括鍋爐跟隨、汽機(jī)跟隨、機(jī)爐協(xié)調(diào)多種控制方式。不管機(jī)組CCS采用哪種控制方式，其最終的目的都是通過協(xié)調(diào)機(jī)組的燃燒和調(diào)門的開度，盡可能快速響應(yīng)AGC指令和運(yùn)行人員的操作指令［1－2］。

2 控制對(duì)象的特點(diǎn)

大唐黃島電廠三期2臺(tái)機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在投入運(yùn)行后基本可滿足電網(wǎng)調(diào)度中心AGC的指令要求，但是機(jī)組在負(fù)荷升降和燃料擾動(dòng)等情況下，主蒸汽壓力和溫度波動(dòng)幅度較大；且在負(fù)荷命令變化后機(jī)組系統(tǒng)響應(yīng)慢，難以滿足電網(wǎng)調(diào)度中心對(duì)AGC投運(yùn)的要求。調(diào)度中心對(duì)AGC的投運(yùn)要求為機(jī)組出力調(diào)整遲延時(shí)間小于30 s，機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)速率不小于機(jī)組額定出力的1.2%［3］。

在機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量克服純時(shí)延、大滯后環(huán)節(jié)對(duì)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，盡可能加快鍋爐側(cè)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；并且要保持燃料率與給水量之間的平衡等。在鍋爐跟隨的協(xié)調(diào)方式下，鍋爐主控維持機(jī)前壓力、汽機(jī)主控控制機(jī)組負(fù)荷，這種控制方式下系統(tǒng)具有較高的控制精度且機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)速度較快。因此采用鍋爐跟隨的控制方式，機(jī)組最適合投入AGC運(yùn)行，本文也是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化。

黃島電廠2臺(tái)機(jī)組鍋爐采用直流式鍋爐，在鍋爐蓄熱能力方面表現(xiàn)較差，并且在不同的負(fù)荷段鍋爐的蓄熱能力也有較大差別，鍋爐的給水流量對(duì)機(jī)組的穩(wěn)定性和相關(guān)參數(shù)也有明顯的影響。由于機(jī)組鍋爐蓄熱能力較差，且具有較強(qiáng)的遲延性和耦合性，機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)，不利于機(jī)組負(fù)荷變化，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定性能有一定影響［4］。機(jī)組在負(fù)荷變化過程中初始階段響應(yīng)較慢，如果只是加大燃料前饋，可能使負(fù)荷變化超調(diào)，相關(guān)的主要參數(shù)不穩(wěn)定，鑒于以上情況在機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整中，還需要考慮燃料和給水量的比例，保證燃料和給水量的平衡關(guān)系?？傊谑箙f(xié)調(diào)控制系統(tǒng)滿足機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，還要滿足能夠快速跟蹤AGC指令的變化。

3 對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化處理

為使系統(tǒng)較好地跟隨電網(wǎng)調(diào)度中心的AGC指令，并結(jié)合機(jī)組在調(diào)試期間出現(xiàn)的問題，工程人員對(duì)機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)了優(yōu)化處理?；痣姍C(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)包含多輸入、多輸出的復(fù)雜系統(tǒng)，針對(duì)調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，對(duì)系統(tǒng)增加非線性函數(shù)和變參數(shù)設(shè)置，可適當(dāng)提高機(jī)組對(duì)諸如煤種變化、負(fù)荷變化等外界干擾的適應(yīng)能力［5］。

3.1 改變?nèi)剂狭控?fù)荷前饋

大唐黃島電廠三期超臨界機(jī)組在升負(fù)荷過程中，發(fā)現(xiàn)鍋爐的蓄熱能力有下降趨勢(shì)。針對(duì)此種情況，在系統(tǒng)中增加變負(fù)荷指令前饋；對(duì)虛假煤位使燃燒調(diào)節(jié)滯后，在系統(tǒng)中增加給煤量前饋。通過記錄不同負(fù)荷下的燃料量，就可得到鍋爐的靜態(tài)前饋參數(shù)［6］。在機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)的AGC調(diào)試試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)單一的f（x）函數(shù)難以滿足機(jī)組變負(fù)荷時(shí)對(duì)系統(tǒng)的需求，因此根據(jù)負(fù)荷偏差變化的特點(diǎn)對(duì)燃料量前饋增加動(dòng)態(tài)可變前饋回路，如圖2所示。圖中RL為速率限制器，T為切換控制器。

圖2 優(yōu)化后的燃料主控前饋

在負(fù)荷AGC指令與實(shí)際負(fù)荷偏差較大情況下，機(jī)組增負(fù)荷時(shí)通過f（x）對(duì)燃料主控前饋進(jìn)行修正調(diào)整，增加鍋爐燃料量；機(jī)組減負(fù)荷時(shí)通過f（x）對(duì)燃料主控前饋進(jìn)行修正調(diào)整，減少燃料量。機(jī)組在穩(wěn)定工況下，沒有變化時(shí)此回路失效；在壓力閉鎖情況下，此回路作用也會(huì)失效，此時(shí)由原CCS控制回路自身進(jìn)行閉鎖和調(diào)節(jié)［7］。優(yōu)化后的燃料和給水前饋曲線如圖3所示。

3.2 預(yù)加減燃料

通過預(yù)加減可克服主蒸汽壓力慣性，在蒸汽壓力回路中增加一路預(yù)加減燃料前饋，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際負(fù)荷的需要對(duì)燃料量做相應(yīng)的增減。此回路在系統(tǒng)中的主要作用是在負(fù)荷變化開始時(shí)，增加主蒸汽壓力的變化力度，克服主蒸汽壓力的慣性，從而達(dá)到加快負(fù)荷變化速率的目的［8］。

3.3 增加機(jī)組對(duì)煤質(zhì)變化的適應(yīng)能力

目前燃煤鍋爐的煤質(zhì)得不到保障，機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和AGC投入的品質(zhì)很大程度上也受到煤質(zhì)變化的影響。機(jī)組在負(fù)荷變化較大時(shí)，系統(tǒng)為提高機(jī)組的快速響應(yīng)能力，會(huì)采用較強(qiáng)的前饋?zhàn)饔茫诖俗饔孟聶C(jī)組負(fù)荷就會(huì)出現(xiàn)較大程度的超調(diào)。因此在燃料量發(fā)生較大變化時(shí)，系統(tǒng)對(duì)前饋環(huán)節(jié)作出相應(yīng)的修正，可在一定程度上減小超調(diào)程度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性能和對(duì)負(fù)荷變化的響應(yīng)速率［9］。3.4 對(duì)汽輪機(jī)調(diào)門特性流量曲線整定

圖3 優(yōu)化后的燃料和給水前饋曲線（a）——燃料負(fù)荷前饋函數(shù)；（b）——給水燃料前饋函數(shù)；（c）——優(yōu)化后的燃料和給水前饋函數(shù)

根據(jù)高調(diào)門的實(shí)際流量特性曲線和重疊度數(shù)據(jù)，優(yōu)化DEH系統(tǒng)高調(diào)門單閥和順序閥流量曲線，使流量趨于線性化。整定后機(jī)組可較準(zhǔn)確和快速的響應(yīng)中調(diào)指令，保障和提高了AGC投入品質(zhì)［10］。

4 系統(tǒng)優(yōu)化后AGC的投入情況

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化后，分別對(duì)黃島電廠三期2臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了相應(yīng)的AGC系統(tǒng)性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明系統(tǒng)具有較好的負(fù)荷響應(yīng)性能，機(jī)組升負(fù)荷和降負(fù)荷的實(shí)際速率都大于12 MW／min，滿足電網(wǎng)調(diào)度中心對(duì)機(jī)組跟蹤AGC指令的要求，且機(jī)組在投運(yùn)AGC后運(yùn)行穩(wěn)定，各模擬量控制子系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效果良好。機(jī)組在升負(fù)荷時(shí)各項(xiàng)相應(yīng)參數(shù)如圖4所示。機(jī)組在降負(fù)荷時(shí)各項(xiàng)相應(yīng)參數(shù)如圖5所示。

圖4 機(jī)組升負(fù)荷時(shí)AGC指令、實(shí)際功率、主蒸汽壓力、煤量關(guān)系曲線

圖5 機(jī)組降負(fù)荷時(shí)AGC指令、實(shí)際功率、主蒸汽壓力、煤量關(guān)系曲線

由圖4和圖5可見在機(jī)組升負(fù)荷和降負(fù)荷的過程中，機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷值與AGC的指令值最大偏差為4 MW，主蒸汽壓力最大偏差為0.6 MPa，給水量也根據(jù)負(fù)荷的變化而變化，其他參數(shù)也基本穩(wěn)定，機(jī)組運(yùn)行滿足電網(wǎng)AGC及機(jī)組安全運(yùn)行的要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

黃島電廠三期2臺(tái)超臨界670 MW機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，且根據(jù)機(jī)組特點(diǎn)對(duì)其協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)做了相應(yīng)的優(yōu)化，采取了適應(yīng)機(jī)組特點(diǎn)的控制策略，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化后機(jī)組的AGC投運(yùn)可較好滿足電網(wǎng)調(diào)度中心的要求，達(dá)到了預(yù)期的效果。

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Optimization Coordinated Control System to Improve the Response Rate of Unit AGC

ZHAO Lei
（Datang Huangdao Power Generation Co.，Ltd.，Huangdao，Shandong 266000，China）

This paper makes a simple analysis on thermal power plant automatic generation control（AGC）system structure and mechanism.According to operation status of AGC and control object characteristics of Datang Huangdo Power Plant PhaseⅢtwo su?percritical units，it proposes optimization and improvement on coordinated control system，which includes the front to change the a?mount of fuel load feeder，pre?subtractin fuel，overcoming the inertia of the main steam pressure，increasing the units ability to adapt to coal quality changes，and the tone of the turbine flow characteristic for the tone curve setting.After the optimization unit response rate to AGC is significantly improved.

Coordinated control；Optimization；AGC

TM621.6；TM76

A

1004－7913（2015）04－0030－03

趙 雷（1972—），男，大專，中級(jí)技師，主要從事電廠熱工控制工作。

2015－01－29）