優化協調控制系統提高機組AGC響應速率

趙 雷

（大唐黃島發電有限公司，山東 黃島 266000）

優化協調控制系統提高機組AGC響應速率

趙 雷

（大唐黃島發電有限公司，山東 黃島 266000）

對火力發電廠自動發電控制系統（AGC）的結構和機理進行了簡單分析，根據大唐黃島電廠三期2臺超臨界機組的AGC的投運情況和控制對象的特點，提出了對協調控制系統進行優化改進，分別從改變燃料量負荷前饋、預加減燃料克服主蒸汽壓力慣性、增加機組對煤質變化的適應能力、對汽輪機調門特性流量曲線整定等幾個方面進行優化處理，優化后機組對AGC指令的響應速率有了顯著的提高。

協調控制；優化；AGC

目前高容量的電網運行情況對發電機組的AGC投運提出了更高的要求，而發電機組的AGC投運情況的優劣取決于機組的協調控制系統的控制品質。本文結合大唐黃島電廠三期2臺超臨界670 MW火電機組AGC的投入運行情況，提出了對機組協調控制系統進行優化，進而提高機組AGC的響應速率。

1 AGC系統概述

火電機組AGC系統主要由機組控制系統、遠程終端控制系統（RTU）、傳輸通道和電網調度實時控制系統組成。火電機組將電廠的運行情況傳輸到電網調度中心，電網調度系統進行數據分析，對火電機組的負荷進行分配，發出AGC指令傳輸到電廠的RTU裝置。信息傳輸過程如圖1所示［1］。

圖1 電網調度與電廠的信息傳輸過程

AGC指令是根據當前負荷需求和電網頻率的穩定要求，每幾秒鐘運算1次機組的設定負荷，由此產生指令信號，AGC指令是由基本負荷分量和調節分量組成。基本負荷分量是在短期的預測中制定的日負荷發電量；調節分量是負荷預測系統在根據當前幾分鐘內負荷的變化情況預測得出下一個時間段負荷的調節量［2］。

火電機組通過分散控制系統（DCS）中的機爐協調控制系統（CCS）完成對AGC指令的響應和調節，CCS又包括鍋爐跟隨、汽機跟隨、機爐協調多種控制方式。不管機組CCS采用哪種控制方式，其最終的目的都是通過協調機組的燃燒和調門的開度，盡可能快速響應AGC指令和運行人員的操作指令［1－2］。

2 控制對象的特點

大唐黃島電廠三期2臺機組協調控制系統在投入運行后基本可滿足電網調度中心AGC的指令要求，但是機組在負荷升降和燃料擾動等情況下，主蒸汽壓力和溫度波動幅度較大；且在負荷命令變化后機組系統響應慢，難以滿足電網調度中心對AGC投運的要求。調度中心對AGC的投運要求為機組出力調整遲延時間小于30 s，機組負荷調節速率不小于機組額定出力的1.2%［3］。

在機組協調控制系統的設計中應盡量克服純時延、大滯后環節對控制系統穩定性的影響，盡可能加快鍋爐側的動態響應；并且要保持燃料率與給水量之間的平衡等。在鍋爐跟隨的協調方式下，鍋爐主控維持機前壓力、汽機主控控制機組負荷，這種控制方式下系統具有較高的控制精度且機組負荷響應速度較快。因此采用鍋爐跟隨的控制方式，機組最適合投入AGC運行，本文也是在此基礎上進行機組協調控制系統的優化。

黃島電廠2臺機組鍋爐采用直流式鍋爐，在鍋爐蓄熱能力方面表現較差，并且在不同的負荷段鍋爐的蓄熱能力也有較大差別，鍋爐的給水流量對機組的穩定性和相關參數也有明顯的影響。由于機組鍋爐蓄熱能力較差，且具有較強的遲延性和耦合性，機組在正常運行時，不利于機組負荷變化，對機組的安全穩定性能有一定影響［4］。機組在負荷變化過程中初始階段響應較慢，如果只是加大燃料前饋，可能使負荷變化超調，相關的主要參數不穩定，鑒于以上情況在機組協調控制系統的設計和參數調整中，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系。總之在使協調控制系統滿足機組安全穩定運行的同時，還要滿足能夠快速跟蹤AGC指令的變化。

3 對協調控制系統的優化處理

為使系統較好地跟隨電網調度中心的AGC指令，并結合機組在調試期間出現的問題，工程人員對機組的協調控制系統進行了相應了優化處理。火電機組的協調控制系統包含多輸入、多輸出的復雜系統，針對調試過程中出現的問題，對系統增加非線性函數和變參數設置，可適當提高機組對諸如煤種變化、負荷變化等外界干擾的適應能力［5］。

3.1 改變燃料量負荷前饋

大唐黃島電廠三期超臨界機組在升負荷過程中，發現鍋爐的蓄熱能力有下降趨勢。針對此種情況，在系統中增加變負荷指令前饋；對虛假煤位使燃燒調節滯后，在系統中增加給煤量前饋。通過記錄不同負荷下的燃料量，就可得到鍋爐的靜態前饋參數［6］。在機組負荷變動的AGC調試試驗中發現單一的f（x）函數難以滿足機組變負荷時對系統的需求，因此根據負荷偏差變化的特點對燃料量前饋增加動態可變前饋回路，如圖2所示。圖中RL為速率限制器，T為切換控制器。

圖2 優化后的燃料主控前饋

在負荷AGC指令與實際負荷偏差較大情況下，機組增負荷時通過f（x）對燃料主控前饋進行修正調整，增加鍋爐燃料量；機組減負荷時通過f（x）對燃料主控前饋進行修正調整，減少燃料量。機組在穩定工況下，沒有變化時此回路失效；在壓力閉鎖情況下，此回路作用也會失效，此時由原CCS控制回路自身進行閉鎖和調節［7］。優化后的燃料和給水前饋曲線如圖3所示。

3.2 預加減燃料

通過預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加減燃料前饋，可實現系統根據實際負荷的需要對燃料量做相應的增減。此回路在系統中的主要作用是在負荷變化開始時，增加主蒸汽壓力的變化力度，克服主蒸汽壓力的慣性，從而達到加快負荷變化速率的目的［8］。

3.3 增加機組對煤質變化的適應能力

目前燃煤鍋爐的煤質得不到保障，機組的協調控制系統的穩定性和AGC投入的品質很大程度上也受到煤質變化的影響。機組在負荷變化較大時，系統為提高機組的快速響應能力，會采用較強的前饋作用，在此作用下機組負荷就會出現較大程度的超調。因此在燃料量發生較大變化時，系統對前饋環節作出相應的修正，可在一定程度上減小超調程度，提高系統的穩定性能和對負荷變化的響應速率［9］。3.4 對汽輪機調門特性流量曲線整定

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

根據高調門的實際流量特性曲線和重疊度數據，優化DEH系統高調門單閥和順序閥流量曲線，使流量趨于線性化。整定后機組可較準確和快速的響應中調指令，保障和提高了AGC投入品質［10］。

4 系統優化后AGC的投入情況

協調控制系統優化后，分別對黃島電廠三期2臺機組進行了相應的AGC系統性能測試，測試結果表明系統具有較好的負荷響應性能，機組升負荷和降負荷的實際速率都大于12 MW／min，滿足電網調度中心對機組跟蹤AGC指令的要求，且機組在投運AGC后運行穩定，各模擬量控制子系統的調節效果良好。機組在升負荷時各項相應參數如圖4所示。機組在降負荷時各項相應參數如圖5所示。

圖4 機組升負荷時AGC指令、實際功率、主蒸汽壓力、煤量關系曲線

圖5 機組降負荷時AGC指令、實際功率、主蒸汽壓力、煤量關系曲線

由圖4和圖5可見在機組升負荷和降負荷的過程中，機組的實際負荷值與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，給水量也根據負荷的變化而變化，其他參數也基本穩定，機組運行滿足電網AGC及機組安全運行的要求。

5 結束語

黃島電廠三期2臺超臨界670 MW機組控制系統設計合理，且根據機組特點對其協調控制系統做了相應的優化，采取了適應機組特點的控制策略，協調控制系統優化后機組的AGC投運可較好滿足電網調度中心的要求，達到了預期的效果。

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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，中級技師，主要從事電廠熱工控制工作。

2015－01－29）