超超臨界燃煤機組AGC及一次調頻優化

王 禮，劉國華，揭其良

專論

超超臨界燃煤機組AGC及一次調頻優化

王 禮，劉國華，揭其良

（華電電力科學研究院，浙江 杭州 310030）

針對某電廠超超臨界燃煤機組AGC及一次調頻控制系統存在的問題給出優化方案。增加前饋和解耦邏輯，協調機、爐動態特性之間的差異。試驗證明，該方案提高了電網運行的穩定性，減少了電網頻率的波動，增強了電網的抗事故能力。

超超臨界燃煤機組；AGC；一次調頻；優化

隨著國民經濟和電力事業的快速發展，電網的容量越來越大，因電網用電結構和電源構成變化引起的負荷峰谷差逐步加大，電網的協調控制越來越復雜，一次調頻和AGC（自動發電控制）已經成為現代電網控制的基本和重要功能［1］。

電網頻率是電力系統運行的重要控制參數，直接影響到電網的安全穩定運行及用電設備的使用壽命和安全［2］。為了提高電網運行的穩定性，減少電網頻率的波動，增強電網抗事故能力，各發電機組必須具備一次調頻和AGC的能力，也就是發電機組能夠根據電網頻差和電網調度中心的負荷需求進行調頻、調峰，并且滿足電網公司要求的技術指標和行業標準，為此，各個省、網公司也提出了相關規定［3-5］。

1 概述

某電廠2臺600 MW超超臨界燃煤機組，鍋爐選用的是哈爾濱鍋爐集團股份有限公司引進日本三菱技術制造的超超臨界參數變壓運行直流爐，為單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、墻式切圓燃燒、半露天結構、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型布置；汽輪機選用的是哈爾濱汽輪機有限公司生產的超超臨界、一次中間再熱、單軸、兩缸兩排汽、單背壓、凝汽式、八級非調整回熱抽汽汽輪機。

單元機組控制采用西屋公司的OVATION分散控制系統，設計包含DAS、BMS、MCS、SCS和DEH等系統。

機組投運以來AGC和一次調頻運行品質一直不佳，負荷跟隨性較差，過熱度等主要被控參數易出現較大幅度的波動，一次調頻各項技術指標均不能滿足電網要求。經分析，機組原協調控制系統及閉環控制子系統、一次調頻邏輯存在方案設計不合理、控制參數整定不佳等問題。根據實際運行觀察及控制邏輯研究分析，制定了AGC及一次調頻優化方案，并修改了原有AGC及一次調頻控制邏輯，針對部分閉環控制子系統由于設備及控制策略原因而控制品質不佳的問題提出了解決方案。經過現場調試及試驗，優化后協調控制系統及各閉環控制子系統已投入運行，并經過變負荷、AGC及一次調頻聯調試驗，機組在AGC方式下的運行品質和一次調頻能力顯著提高。

2 AGC和一次調頻存在的問題

2.1 AGC存在的問題

機組原協調控制系統在投入AGC運行時負荷跟隨情況具有局限性，在變負荷過程中由于煤、水比控制不佳使得過熱度波動幅度較大，易超溫。經分析，原協調控制系統主要存在如下問題。

a.協調方式下汽輪機、鍋爐通過2個單回路PID同時調節功率和主汽壓力，未采取有效手段解耦，在兼顧壓力平穩的同時難于達到較高的變負荷速率。

b.中間點過熱度控制只能校正機組運行時工況與設計工況的偏差，不能校正由于煤質、運行方式改變而引起的長期偏移，在不同負荷下的參數適應性較差。

c.由于煤質的問題，在機組處于高負荷運行時經常使制粉系統負荷達上限，對機組協調控制性能造成影響。

d.機組所配備的送、引風機偏小，在煤質較差時快速升負荷易使風機容量達上限，影響控制品質。

2.2 一次調頻存在的問題

機組原協調控制系統在一次調頻動作后，機組煤量、水量波動較大，進一步影響汽溫汽壓的波動。一次調頻指令的處理方式沒有考慮其特殊性，機組一次調頻功能在協調方式下投入時易使鍋爐側調節出現大幅波動，影響機組穩定，參數設置也不合理，造成一次調頻基本不起作用。經分析，原協調控制系統主要存在如下問題。

a.簡單一次調頻指令與機組實際負荷指令簡單相加，作用在鍋爐主控時，一次調頻的頻繁動作造成機組煤量、水量波動較大；作用在汽輪機主控時，滯后環節使一次調頻的響應時間太慢，造成一次調頻基本不起作用。

b.一次調頻的前饋作用不足，進一步造成一次調頻的作用太弱，甚至不起作用。

3 AGC優化方案

3.1 協調控制系統

增加前饋和解耦邏輯，在機、爐協調控制方案中采用前饋和解耦方法協調機、爐動態特性之間的差異，該方案的特點在于，穩態時具有很好的穩定性和抗干擾能力，在動態變負荷時通過負荷指令、壓力定值信號的綜合前饋信號很好補償了鍋爐側的大滯后特性，使得機組在快速變負荷的同時也能保證主要被控參數的穩定性。鍋爐主控和汽輪機主控邏輯修改如圖1和圖2所示。

圖1 鍋爐主控

圖2 汽輪機主控

3.2 給水控制系統

超超臨界機組的給水控制系統不像汽包爐那樣獨立于協調控制之外［6-8］，必須與協調控制系統緊密聯系設計，考慮與燃料控制的協調性。采用適當手段協調在增減負荷時燃料、給水相互匹配的問題，使機組在變負荷及穩態下受擾動時均具有良好的調節品質。主要涉及修改內容如下。

在升、降負荷時，煤、水會有一定的超調量，同時根據煤、水系統特性的不同協調二者的動作次序。

3.3 燃料控制系統

超超臨界機組的煤水比率是否合適直接關系到機組汽溫的穩定及整個協調控制系統的運行情況［9-10］，因此，必須與協調控制系統緊密聯系設計。在煤水比控制上設計可對全負荷工況進行整體校正的過熱度校正回路，并采用適當手段協調在增減負荷時燃料、給水相互匹配的問題，使機組在變負荷及穩態下受擾動時均具有良好的調節品質。主要修改內容如下。

原燃料控制系統的主要問題是，因為煤質變化較大，風／煤交叉限制回路、水／煤交叉限制回路經常動作，產生煤水比控制系統的積分飽和，使得煤水比控制系統在煤質變化時的適應性較差。因此增加消除控制中產生積分飽和的邏輯，這樣可保證控制邏輯中各項前饋系數及PID參數與煤質變化相適應，消除由于燃料量熱值變化對控制系統造成的影響。

3.4 AGC優化試驗與結論

AGC方式下負荷由降轉升考核試驗。機組以8 MW／min速率從425 MW降至330 MW再升至375 MW。該階段變負荷試驗的主要參數變化情況如表1所示。

表1 變負荷試驗參數變化

該階段變負荷試驗的負荷、壓力、煤水比變化曲線如圖3所示。

試驗結果分析：負荷及主汽壓力、主汽溫度均控制良好，機組運行穩定。

4 一次調頻優化方案

圖3 變負荷試驗曲線

機組額定出力為600 MW，機組的2套控制系統（DCS及DEH系統）均設計有一次調頻功能，一次調頻死區為±0.033 Hz（2 r／min），最大調頻負荷為±6%額定負荷，即±36 MW。

將一次調頻指令分離出來單獨處理。使其作用在鍋爐主控時不參與超調和PID調節，只作為前饋，從而避免機組煤量、水量的大幅度波動；作用在汽輪機主控時，直接作用到PID調節器，加快一次調頻響應時間。

一次調頻實際考核曲線如圖4所示，當電網頻率發生變化時，機組負荷響應迅速，遲延時間為1～2 s，并且滿足電網發電機組一次調頻運行管理規定的各項指標要求，一次調頻性能指標明顯提高。

圖4 一次調頻考核曲線

5 建議

a.由于所在電網風電較多，電網頻率頻繁波動，使得機組一次調頻頻繁動作，在AGC方式下機組指令也呈無規則的鋸齒波狀變化，這給機組造成很大擾動，為了保證機組的安全穩定運行，必須注意適時進行啟、停磨的操作，同時注意各給煤機的偏置設置，以保證整個燃料系統和每臺制粉系統的調節裕量。

b.為了滿足電網對機組負荷變化率的要求，在快速變負荷時汽輪機調門會適當提前動作一定負荷以利用鍋爐蓄熱，同時爐側的給水量和燃料量會有一定超調，此時會使水冷壁出口的過熱度出現一定程度的波動，特別是在指令的方向不斷變化時，過熱度的波動也會較大，這是正常調節過程，不必頻繁修改水冷壁出口過熱度設定值。

c.在AGC方式下，頻繁啟、停磨不但增加運行人員的操作難度，而且還會對水冷壁出口的過熱度造成很大影響，因此，在啟、停磨過程中須采取措施盡量減少這種影響。

d.機組實際運行曲線如圖5所示，機組AGC跟蹤曲線如圖6所示。在機組穩態運行和進行大幅度變負荷時，實際功率跟隨情況良好，各主要被控參數波動幅度在允許范圍內，滿足投入AGC情況下的穩定運行。

圖5 機組實際運行曲線

圖6 機組AGC跟蹤曲線

6 結束語

機組一次調頻性能試驗結果滿足電網的要求，當電網頻率發生波動時，調節系統能快速動作使機組負荷響應迅速變化，同時，機組主要參數的波動幅度很小，不影響運行穩定，延長了機組設備的壽命，提高了電網運行的穩定性。

［1］ 朱北恒.火電廠熱工自動化系統試驗［M］.北京：中國電力出版社，2006.

［2］ 陳小強，項 謹，魏路平，等.1 000 MW機組一次調頻性能優化［J］.中國電力，2010，43（4）：63-66.

［3］ 吳 朋.大型超臨界機組先進控制策略研究［D］.重慶：重慶大學，2006.

［4］ 張 斌.直流鍋爐機組一次調頻功能控制策略分析［J］.江蘇電機工程，2003，22（l）：21-22.

［5］ 金 豐，陳建國.火電機組一次調頻和AGC性能優化分析［J］.東北電力技術，2014，35（5）：7-10.

［6］ 王家興，白 焰，董 玲，等.超臨界600MW機組直流爐協調控制系統及AGC策略的改進與應用［J］.熱力發電，2008，37（12）：85-89.

［7］ 蘇 燁，張 鵬，卓魯鋒，等.AGC模式下超臨界機組協調控制策略的完善及應用［J］.浙江電力，2010，29（2）：26-29.

［8］ 姚 遠，潘秀秦，揭其良，等.火電機組汽動引風機改造控制策略研究［J］.東北電力技術.2014，35（4）：24-26.

［9］ 胡振鳳，閆 江.哈三電廠600 MW機組AGC全范圍自動控制分析［J］.電站系統工程，2010，26（2）：92-92.

［10］ 李建軍，王 禮，王英薈.超（超）臨界燃煤機組一、二次調頻研究與應用［J］.東北電力技術，2012，33（8）：13-16.

Optimization of Primary Frequency Regulation and AGC for Ultra-Supercritical Coal Fired Units

WANG Li，LIU Guo?hua，JIEQi?liang
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou，Zhejiang 310030，China）

According to the problems in the primary frequency regulation and AGC control system，the optimal solution for an ultra?su?percritical coal fired units in given substation is proposed.The feed?forward and decoupling logic are added to coordinate the difference of dynamic characteristics between boiler and turbine.The results show that this project can improve the stability of the grid，reduce the grid frequency fluctuation and enhance the ability of the grid to against accidents.This project can be used widely.

Ultra?supercritical coal fired units；AGC；Primary frequency regulation；Optimization

TK621.6

A

1004-7913（2015）07-0001-04

王 禮（1980—），男，高級工程師，主要從事熱工自動控制技術研究。

2015-03-17）