自動(dòng)發(fā)電控制在燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)電廠中的應(yīng)用

徐振華

(中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司，北京　100160)

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自動(dòng)發(fā)電控制在燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)電廠中的應(yīng)用

徐振華

(中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司，北京100160)

摘要:隨著電力事業(yè)的快速發(fā)展，自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)已成為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要一步。針對(duì)馬來(lái)西亞某2拖1燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)電廠的實(shí)際運(yùn)行工況，進(jìn)行了AGC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，介紹了AGC系統(tǒng)控制方式、負(fù)荷限值、負(fù)荷變化速率及AGC操作流程的設(shè)計(jì)內(nèi)容。實(shí)際應(yīng)用表明，AGC系統(tǒng)的應(yīng)用效果良好，滿(mǎn)足了電力調(diào)度中心的技術(shù)要求。

關(guān)鍵詞:燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)電廠;自動(dòng)發(fā)電控制;負(fù)荷

1　工程概況

沙巴州(Sabah)是馬來(lái)西亞的第二大州，位于東馬，在婆羅洲的北部，自然資源豐富。近些年來(lái)，隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力短缺情況日益突出。為緩解電力短缺的矛盾，Ranhill PowertronⅡ(RPⅡ)有限公司通過(guò)競(jìng)標(biāo)取得獨(dú)立發(fā)電商(IPP)資格，與Sabah供電局(SESB)簽訂賣(mài)電協(xié)議(PPA)，投資建設(shè)190 MW聯(lián)合循環(huán)電站并運(yùn)營(yíng)25年。

本工程系新建工程，位于馬來(lái)西亞沙巴州亞庇市(Kota Kinabalu)工業(yè)園內(nèi)，當(dāng)?shù)貧夂驅(qū)贌釒夂?，常年炎熱而多雨。工程建設(shè)規(guī)模為1套190 MW級(jí)6FA系列燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)2拖1機(jī)組。本套機(jī)組包括2臺(tái)PG6111FA型燃?xì)廨啓C(jī)，2臺(tái)雙壓、自除氧、自然循環(huán)臥式余熱鍋爐和相關(guān)的輔助設(shè)備，1臺(tái)約75 MW雙壓、空冷式蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組和相關(guān)的輔助設(shè)備，組成2 +2 +1聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，機(jī)組凈出力為190 MW。2臺(tái)PG6111FA型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組布置在室外，主燃料為天然氣，備用燃料為輕柴油; 2臺(tái)余熱鍋爐為露天布置;汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組為室內(nèi)布置。

根據(jù)EPC合同要求，SESB需要在電力負(fù)荷調(diào)度中心對(duì)本工程機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)，故本工程設(shè)置了AGC系統(tǒng)，并取得了良好效果。

2　機(jī)組運(yùn)行方式分析

2.1機(jī)組運(yùn)行工況

本工程機(jī)組采用“2拖1”的燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)方式，即2臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)的排氣分別進(jìn)入相應(yīng)的2臺(tái)余熱鍋爐，2臺(tái)余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽合并后進(jìn)入1臺(tái)汽輪機(jī)，且每臺(tái)余熱鍋爐均設(shè)置旁路煙囪。工程熱力系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1　熱力系統(tǒng)示意

根據(jù)合同要求，機(jī)組應(yīng)實(shí)現(xiàn)9種運(yùn)行工況，包括任意一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的單循環(huán)、單臺(tái)機(jī)組的聯(lián)合循環(huán)和2臺(tái)機(jī)組的聯(lián)合循環(huán)等，機(jī)組運(yùn)行工況見(jiàn)表1。

2.2機(jī)組控制系統(tǒng)配置

本工程機(jī)組控制系統(tǒng)由1套ABB公司的800XA分散控制系統(tǒng)(DCS)和2套GE公司的MARK VI控制系統(tǒng)組成。其中:燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組及其輔助系統(tǒng)主要由MARK VI控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，并將主要控制功能(如機(jī)組啟動(dòng)、停止，負(fù)荷調(diào)節(jié)，頻率調(diào)節(jié)等)集成到DCS中;余熱鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及相關(guān)輔機(jī)納入DCS進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)DCS實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)整個(gè)聯(lián)合循環(huán)電廠的集中監(jiān)控［1］。

2.3機(jī)組負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方式

每臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組都有單循環(huán)和聯(lián)合循環(huán)兩種運(yùn)行工況。

(1)單循環(huán)運(yùn)行工況時(shí)，僅燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組根據(jù)電網(wǎng)需要響應(yīng)負(fù)荷調(diào)節(jié)。

表1　機(jī)組運(yùn)行工況

(2)聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行工況時(shí)，考慮到燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的特點(diǎn)，負(fù)荷協(xié)調(diào)控制采用燃?xì)廨啓C(jī)響應(yīng)負(fù)荷變化，汽輪機(jī)跟隨的方式，汽輪機(jī)運(yùn)行于主蒸汽壓力控制方式下，其負(fù)荷不參與控制，僅跟隨燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷變化而變化。當(dāng)需要增加機(jī)組負(fù)荷時(shí)候，首先快速增加燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷，汽輪機(jī)負(fù)荷隨燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷緩慢增加，負(fù)荷增加期間不斷根據(jù)機(jī)組總實(shí)際負(fù)荷對(duì)每臺(tái)機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷指令進(jìn)行閉環(huán)控制，直至機(jī)組總的實(shí)際負(fù)荷與負(fù)荷指令相同;當(dāng)需要減小機(jī)組負(fù)荷時(shí)候，首先快速減少燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷，汽輪機(jī)負(fù)荷隨燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷緩慢減小，負(fù)荷減小期間不斷根據(jù)機(jī)組總的實(shí)際負(fù)荷對(duì)每臺(tái)機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷指令進(jìn)行閉環(huán)控制，直至機(jī)組總的實(shí)際負(fù)荷與負(fù)荷指令相同［2－5］。

燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)工況時(shí)，2臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際負(fù)荷指令分配方式如下:

式中: PGT1A為燃?xì)廨啓C(jī)1A實(shí)際負(fù)荷指令; PGT1B為燃?xì)廨啓C(jī)1B實(shí)際負(fù)荷指令; PST為汽輪機(jī)實(shí)際負(fù)荷; P為機(jī)組負(fù)荷指令; K為2臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷分配系數(shù)，取值為0～1，例如K =0.5，則2臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷均分。

機(jī)組負(fù)荷協(xié)調(diào)控制過(guò)程中，燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際負(fù)荷指令根據(jù)實(shí)時(shí)的汽輪機(jī)實(shí)際負(fù)荷進(jìn)行不斷調(diào)整，最終達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際負(fù)荷與汽輪機(jī)實(shí)際負(fù)荷之和等于機(jī)組負(fù)荷指令的目的。

3　AGC設(shè)計(jì)方案

本工程AGC設(shè)計(jì)方案如圖2所示。電廠DCS通過(guò)硬接線(xiàn)方式將各機(jī)組的狀態(tài)信號(hào)送到設(shè)置在電廠內(nèi)的AGC遠(yuǎn)動(dòng)終端裝置(RTU)系統(tǒng)，AGC RTU系統(tǒng)以通信的方式將各機(jī)組的狀態(tài)信號(hào)送到SESB的電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，而SESB的負(fù)荷調(diào)度中心(LDC)可通過(guò)電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷協(xié)調(diào)控制［6］。

圖2　AGC系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1AGC控制方式設(shè)計(jì)

因本工程機(jī)組存在多種運(yùn)行工況，AGC的控制方式需要根據(jù)機(jī)組不同的運(yùn)行工況進(jìn)行逐一分析。

(1)停機(jī)狀態(tài)。不需要考慮AGC控制，對(duì)應(yīng)于工況1。

(2)單臺(tái)機(jī)組單循環(huán)狀態(tài)。因僅1臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，其他設(shè)備均處于停機(jī)狀態(tài)，則AGC可只控制此燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷即可達(dá)到對(duì)電廠負(fù)荷協(xié)調(diào)控制的目的，對(duì)應(yīng)于工況2和工況8。

(3) 2臺(tái)機(jī)組均處于單循環(huán)狀態(tài)。因2臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)均處于單循環(huán)狀態(tài)，要實(shí)現(xiàn)AGC對(duì)電廠負(fù)荷進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的目的，需對(duì)2臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)總負(fù)荷進(jìn)行控制，所以，AGC控制只對(duì)全廠總負(fù)荷進(jìn)行控制，不能對(duì)單臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷進(jìn)行控制，對(duì)應(yīng)于工況9。

(4)聯(lián)合循環(huán)狀態(tài)。無(wú)論是單臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)處于聯(lián)合循環(huán)狀態(tài)還是2臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)處于聯(lián)合循環(huán)狀態(tài)，要實(shí)現(xiàn)AGC對(duì)電廠負(fù)荷進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的目的，需對(duì)所有機(jī)組(燃?xì)廨啓C(jī)及汽輪機(jī))的總負(fù)荷進(jìn)行控制，所以，AGC控制只對(duì)全廠總負(fù)荷進(jìn)行控制，對(duì)應(yīng)于工況3，4，5，6，7。

因此，AGC的負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方式有2種，即對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷協(xié)調(diào)控制和對(duì)全廠總負(fù)荷協(xié)調(diào)控制，見(jiàn)表2。

根據(jù)上述AGC控制方式的設(shè)置，本工程共設(shè)計(jì)3種AGC控制方式，即GT1A AGC控制、GT1B AGC控制和全廠AGC控制。

3.2負(fù)荷高、低限值設(shè)計(jì)

對(duì)于聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，AGC指令變化需要在一定負(fù)荷范圍內(nèi)。根據(jù)本工程AGC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制方式，當(dāng)單臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組處于AGC控制時(shí)，AGC指令變化僅需要考慮燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組自身穩(wěn)定運(yùn)行的負(fù)荷范圍即可，故AGC負(fù)荷指令的高、低限值根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組特性進(jìn)行設(shè)置;當(dāng)采用全廠AGC控制方式時(shí)，AGC指令變化需要考慮2臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組均需處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的負(fù)荷范圍，所以，AGC負(fù)荷指令高、低限值根據(jù)全廠各機(jī)組綜合運(yùn)行特性設(shè)置，需保證每臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

根據(jù)上述分析和機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況，本工程將AGC指令變化的負(fù)荷高限值設(shè)置為每種工況的100％負(fù)荷，低限值設(shè)置為每種工況的50％負(fù)荷，在此區(qū)間內(nèi)負(fù)荷變化比較規(guī)律，有利于AGC的負(fù)荷協(xié)調(diào)控制。

3.3負(fù)荷變化速率設(shè)計(jì)

對(duì)于燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，負(fù)荷變化速率與機(jī)組的運(yùn)行方式有關(guān)，當(dāng)機(jī)組處于單循環(huán)狀態(tài)時(shí)，機(jī)組負(fù)荷僅為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷，并且燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組對(duì)負(fù)荷指令的響應(yīng)速率較快，所以，AGC控制負(fù)荷升、降速率可根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組自身特性進(jìn)行設(shè)置，并且可以快速響應(yīng)AGC指令。

當(dāng)機(jī)組處于聯(lián)合循環(huán)狀態(tài)時(shí)，機(jī)組負(fù)荷為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷之和，機(jī)組負(fù)荷變化首先引起燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷變化，而后引起余熱鍋爐熱負(fù)荷變化，進(jìn)而引起汽輪機(jī)負(fù)荷變化，這個(gè)變化過(guò)程有較大的延遲，所以，機(jī)組負(fù)荷變化速率主要由燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷變化速率決定，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷變化速率影響較小。

根據(jù)上述分析及本工程機(jī)組特點(diǎn)，理論上無(wú)論是哪種工況，機(jī)組的升降負(fù)荷速率均可達(dá)到10 MW/min，可以快速響應(yīng)AGC指令的變化。為保證當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)負(fù)荷協(xié)調(diào)控制的穩(wěn)定和安全，根據(jù)PPA技術(shù)要求和LDC的控制要求，對(duì)本工程機(jī)組的升、降負(fù)荷速率進(jìn)行了一定的限制:單循環(huán)時(shí)AGC指令變化的升、降負(fù)荷速率設(shè)定為4.88 MW/min;聯(lián)合循環(huán)時(shí)AGC指令變化的升、降負(fù)荷速率設(shè)定為2.8 MW/min。

3.4AGC操作流程設(shè)計(jì)

因本工程是當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)第1次采用AGC控制的項(xiàng)目，考慮到操作人員以往的負(fù)荷調(diào)度操作習(xí)慣和AGC系統(tǒng)負(fù)荷協(xié)調(diào)控制的安全性，應(yīng)電力調(diào)度管理部門(mén)和操作人員的要求，AGC系統(tǒng)的投入和切除均需要雙方通過(guò)系統(tǒng)通信進(jìn)行語(yǔ)音確認(rèn)，由電廠方操作人員手動(dòng)操作投入和切除，并且設(shè)置了多個(gè)AGC故障保護(hù)報(bào)警功能，提示電廠操作人員進(jìn)行人工干預(yù)處理，充分保障了電廠AGC的安全性。

4　AGC實(shí)際應(yīng)用效果

表2　機(jī)組AGC控制方式

根據(jù)本工程AGC設(shè)計(jì)，分別對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組單循環(huán)AGC控制和燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)AGC控制2種控制方式進(jìn)行調(diào)試，由電力調(diào)度中心發(fā)出AGC負(fù)荷指令，機(jī)組根據(jù)AGC負(fù)荷指令調(diào)節(jié)實(shí)際發(fā)電量，試驗(yàn)曲線(xiàn)如圖3～6所示。從圖3～6可以看出，機(jī)組AGC控制實(shí)際負(fù)荷曲線(xiàn)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模擬負(fù)荷曲線(xiàn)基本一致，滿(mǎn)足AGC的控制要求;另外，機(jī)組實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間與AGC控制指令存在一定延時(shí)，通過(guò)在電力調(diào)度中心的AGC系統(tǒng)設(shè)置一定的時(shí)間常數(shù)和補(bǔ)償系數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組單循環(huán)AGC控制延時(shí)約30 s，機(jī)組聯(lián)合循環(huán)AGC控制延時(shí)約20 s，滿(mǎn)足電力調(diào)度中心的技術(shù)要求。

圖3　燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組單循環(huán)AGC降負(fù)荷曲線(xiàn)

圖4　燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組單循環(huán)AGC升負(fù)荷曲線(xiàn)

圖5　燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)AGC降負(fù)荷曲線(xiàn)

圖6　燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)AGC升負(fù)荷曲線(xiàn)

5　結(jié)束語(yǔ)

本工程采用AGC控制，有效提高了當(dāng)?shù)仉娏φ{(diào)度的自動(dòng)化水平，保證了當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。本工程AGC控制系統(tǒng)的成功實(shí)施，可為類(lèi)似工程的AGC系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

因本工程AGC控制的負(fù)荷變化速率根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了適當(dāng)限制，并未完全發(fā)揮出燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組快速負(fù)荷響應(yīng)的能力，僅能滿(mǎn)足當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的基本負(fù)荷協(xié)調(diào)控制要求。若要充分發(fā)揮燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組快速負(fù)荷響應(yīng)的能力，需要與電網(wǎng)調(diào)度中心協(xié)調(diào)一致，共同完成系統(tǒng)功能的升級(jí)改造，將大大提高當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)負(fù)荷協(xié)調(diào)控制的自動(dòng)化水平及電網(wǎng)的穩(wěn)定性。在類(lèi)似工程的AGC設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以將AGC控制的負(fù)荷變化速率大大提高，將有更好的電網(wǎng)負(fù)荷協(xié)調(diào)控制效果，并且具有很好的電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻功能。

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(本文責(zé)編:劉芳)

徐振華(1982—)，男，吉林長(zhǎng)春人，助理工程師，從事火力發(fā)電廠熱控專(zhuān)業(yè)電力設(shè)計(jì)及技術(shù)管理工作(E-mail: xuzhenhua@ chec.com.cn )。

作者簡(jiǎn)介:

收稿日期:2015－08－21;修回日期:2015－12－24

中圖分類(lèi)號(hào):TM 76; TM 611.31

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1674－1951(2016)01－0009－04