火電機組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 控制與計算機工程學院，河北 保定071003;2．河北邯鄲市熱力公司，河北 邯鄲056002)

0 引言

隨著電網規模的不斷擴大，電能質量和電網安全運行受到很大影響。為解決深層次的電網安全問題，國家電監會于2009 年出臺了“兩個細則”即:《輔助服務補償》和《電廠并網管理細則》。“兩個細則”的實施，加強了對并網機組的考核和補償，促進了電網經營企業和并網發電廠的協調發展。發電負荷調節速率是“兩個細則”衡量并網機組AGC (自動發電控制［4］)性能的一項重要指標。真實準確的調節速率可為公平公正地考核和補償并網發電廠提供依據。

目前計算并網火電機組AGC 速率的方法有很多，常見的有如下幾種:按月計算，記錄一個月內機組的AGC 指令曲線和發電負荷曲線，在月末依據曲線計算AGC 速率;在線計算，根據機組主站AGC 軟件實時記錄的指令跟蹤曲線，選擇有效計算區間在線計算AGC 速率;離線計算，人為手動改變負荷，通過對機組進行離線測試來計算AGC 速率。

結合上述計算方法，現提出一種基于DCS 組態實現并網機組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 機組調節過程中AGC 指令信號與機組負荷信號的變化特征，設計計算AGC 速率的組態方案，并通過實驗證明該方法具有一定的精度，能夠為機組運行及考核提供依據。

1 典型AGC 機組調節過程

AGC 調節過程如圖1 所示。可以這樣描述:T1時刻以前，該機組穩定運行在出力值為P1附近。T0時刻，AGC 控制程序對該機組下發功率為P2的設點命令，機組開始漲出力，到T1時刻可靠跨出P1的調節死區，然后到T2時刻進入啟磨區間，一直到T3時刻，啟磨過程結束，機組繼續漲出力，至T4時刻第一次進入調節死區范圍，然后在P2附近小幅振蕩，并穩定運行于P2附近。至T5時刻，AGC 控制程序對該機組發出新的設定命令，功率值為P3，機組隨后開始降出力的過程，T6時刻可靠跨出調節死區，至T7時刻進入P3的調節死區，并穩定運行于其附近［1］。

調節速率是指機組響應設點指令的速率，可分為上升速率和下降速率。實際調節速率計算公式如下:

圖1 網內某臺機組一次典型的AGC 機組設點控制過程Fig．1 A typical AGC set point control process of a unit

式中:Vi是第i 臺機組的調節速率 (MW/min);PEi是其結束響應過程時的出力(MW);PSi是其開始動作時的出力 (MW);TEi是結束的時刻(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 組態計算

2.1 基本模型

上述典型AGC 機組調節過程進行簡化可得圖2 基本模型。

圖2 基本模型Fig．2 Fundamental model

整個AGC 調節過程可以這樣描述:t1時刻以前，機組以負荷值p1穩定運行。t1時刻，AGC 控制程序對機組下發功率為p2的設點命令，機組以一定的速率開始漲負荷，t2時刻機組負荷值達p2，之后穩定運行于p2。在t3時刻，AGC 控制程序對機組下發功率為p3的設點命令，機組以一定的速率開始降負荷，t4時刻，機組負荷值達p3，之后穩定運行于p3。

AGC 速率:

2.2 計算p(t2)－p(t1)及p(t4)－p(t3)

p(t)是機組在t 時刻的發電負荷值，機組實際的發電負荷值跟隨AGC 指令值而變化。計算p(t2)－p(t1)及p(t4)－p(t3)，需記錄每個調節過程中機組開始響應AGC 指令時的發電負荷值以及結束該響應過程時的發電負荷值。

AGC 指令信號經遲延處理后與原AGC 指令信號相減，當差值超出抗干擾閾值范圍時(抗干擾閾值范圍的設定由機組調節允許偏差量決定， “兩個細則”規定機組調節允許的偏差量為機組額定有功功率的1%)產生一個脈沖信號，即為表征AGC 設點指令到來時刻的脈沖信號。組態如圖3 所示。

圖3 AGC 信號檢測組態圖Fig．3 AGC signal detection configuration diagram

機組結束響應過程時，機組發電負荷值在AGC 設點指令值在調節死區內(調節死區由機組的調節允許偏差量決定， “兩個細則”規定機組調節允許的偏差量為機組額定有功功率的1%)。將AGC 指令信號與機組發電負荷信號相減，當差值由較大值減小到進入調節死區的時刻產生一個脈沖，所得的脈沖信號即為表征機組結束響應過程的脈沖信號。組態圖如圖4 所示。

圖4 機組負荷穩定檢測檢測組態圖Fig．4 Steady load detection of a unit configuration diagram

在基本模型中，p(t1)和p(t3)是AGC 控制程序對機組下發設點指令的時刻所對應的機組發電負荷值，記錄p(t1)和p(t3)可用表征AGC設點指令到來時刻的脈沖信號觸發鎖存機組發電負荷信號。p(t2)和p(t4)是機組結束響應設點指令時的發電負荷值，記錄p(t2)和p(t4)可用表征機組結束響應設點指令時刻的脈沖信號觸發鎖存機組發電負荷信號。將鎖存得到的p(t1)、p(t3)和p(t2)、p(t4)對應相減即可。組態圖如圖5 所示。

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

2.3 計算t2 －t1 及t4 －t3

t1，t3是機組開始響應AGC 設點指令的時刻;t2，t4是機組結束響應AGC 設點指令的時刻。t2－t1和t4－t3是機組響應AGC 設點指令過程的調節時間。

機組實際的發電負荷值跟隨AGC 指令的變化。在調節過程中，調節時間是機組從開始響應AGC 設點指令到機組發電負荷值進入到AGC 設點指令調節死區內的時間。將AGC 指令信號與機組發電負荷信號相減，用積分作用計算差值超出AGC 指令調節死區內的時間，所得結果是機組各個調節過程調節時間的總和。組態圖如圖6所示。

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

用表征AGC 設點指令到來時刻的脈沖信號和表征機組結束響應過程的脈沖信號分別觸發鎖存上述調節時間總和信號，將所得信號相減即可得到t2－t1和t4－t3。組態圖如圖7 所示。

圖7 時間組態圖Fig．7 Time configuration diagram

2.4 計算AGC 速率

根據AGC 速率計算公式，進行除法運算即可得v1和v2。組態圖如圖8 所示。

2.5 顯示AGC 速率

機組響應每一個AGC 設點指令結束時顯示該過程的調節速率。用表征機組結束響應設點指令時刻的脈沖信號來觸發鎖存上述AGC 速率信號，輸出v2;用表征機組結束響應設點指令時刻的脈沖信號來觸發鎖存經過遲延處理的v2信號，輸出即為v1。組態圖如圖9 所示。

圖9 顯示速率組態圖Fig．9 Show rates configuration diagram

3 實驗數據

利用上文提出的火電機組AGC 速率在線計算的方法，進行下列兩組實驗。實驗1:選取理想狀態下機組響應AGC 指令曲線，如圖10，計算機組響應AGC 指令的速率;實驗2:選取網內某臺具備AGC 功能的火電機組的部分運行曲線，如圖11，計算機組響應AGC 指令的速率。

圖10 理想狀態下機組響應AGC 指令曲線Fig．10 Unit ideal response to an AGC instruction configuration diagram

圖11 某臺AGC 機組實際運行曲線Fig．11 Actual operation curve of an AGC unit

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

表1 實驗數據Tab．1 Experimental datas

分析實驗結果，用上文提出的在線計算AGC速率的方法得到的結果與理論值相比，最大的誤差為0.023 4 MW/min，最高精度可達1.25%。由此方法得到的計算結果在一定誤差范圍內與理論值相吻合。同時，由于此方法設計了顯示速率的組態模塊，所以能夠實現調節速率的實時顯示，即在每次機組響應AGC 設點指令結束時刻顯示該響應過程的調節速率。

上述AGC 調節速率在線計算的方法不僅具有一定的準確性，而且具有較好的實時性。能為“兩個細則”合理、公正的考核并網發電機組提供一定的數據依據，也為電廠建立公平的獎懲考評機制提供依據。在火電機組AGC 速率在線計算的方法中，調節死區范圍和抗干擾閾值范圍的設定與機組有關，不同機組對應的調節死區范圍和抗干擾閾值范圍不同。所以在實際系統應用中應注意:組態模塊中設定調節死區范圍值和抗干擾閾值范圍值之前，要根據實際機組的容量和運行指標計算出調節死區范圍和抗干擾閾值范圍。

4 結論

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

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