燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制優(yōu)化

王繼強(qiáng)，劉亞峰

（華能太原東山燃機(jī)熱電有限責(zé)任公司，太原 030000）

燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制優(yōu)化

王繼強(qiáng)，劉亞峰

（華能太原東山燃機(jī)熱電有限責(zé)任公司，太原 030000）

華北電網(wǎng)《兩個(gè)細(xì)則》對(duì)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）調(diào)節(jié)性能提出了具體要求。針對(duì)某F級(jí)二拖一燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組AGC負(fù)荷變化速率和負(fù)荷響應(yīng)速度低的問題，在汽輪機(jī)功率控制回路增加變參數(shù)比例－積分－微分（PID）控制并在AGC功率和速率限制回路采用閾值法，提高了汽輪機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)速度和負(fù)荷變化速率。在保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，滿足了電網(wǎng)AGC考核的要求。

燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組；二拖一；自動(dòng)發(fā)電控制；比例－積分－微分；閾值法

0 引言

華北電網(wǎng)《兩個(gè)細(xì)則》對(duì)發(fā)電機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）調(diào)節(jié)性能指標(biāo)提出了具體要求，包括負(fù)荷平均變化速率、負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間、負(fù)荷穩(wěn)態(tài)偏差、負(fù)荷動(dòng)態(tài)過調(diào)量等。燃?xì)鈾C(jī)組具有響應(yīng)速度快、啟停時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，主要用于電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行，但是二拖一機(jī)組采用分軸布置，機(jī)組在進(jìn)行AGC控制方式下的負(fù)荷跟隨試驗(yàn)時(shí)，最大的難題就是快速響應(yīng)的燃?xì)廨啓C(jī)與反應(yīng)遲滯的汽輪機(jī)在變負(fù)荷時(shí)協(xié)調(diào)不同步［1－2］。本文以某二拖一燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)859 MW機(jī)組為例，采用變參數(shù)比例－積分－微分（PID）法和閾值法對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，使二拖一聯(lián)合循環(huán)機(jī)組能夠有效克服汽輪機(jī)負(fù)荷響應(yīng)滯后和跟隨性差的影響，在保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，滿足電網(wǎng)AGC考核時(shí)負(fù)荷變化速率大于4%Pe/min（Pe為額定負(fù)荷）的要求。

1 聯(lián)合循環(huán)機(jī)組AGC存在的主要問題

某二拖一燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)859 MW機(jī)組采用2臺(tái)M701F4型燃?xì)廨啓C(jī)、2臺(tái)余熱鍋爐、1臺(tái)帶SSS離合器的供熱蒸汽輪機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組與蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組為分軸布置。機(jī)組在AGC方式下運(yùn)行，來自中調(diào)的負(fù)荷指令與機(jī)組當(dāng)前總負(fù)荷進(jìn)行PID運(yùn)算，經(jīng)過速率限制后減去汽輪機(jī)當(dāng)前負(fù)荷，得到燃?xì)廨啓C(jī)總負(fù)荷指令，總負(fù)荷根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷偏差進(jìn)行自動(dòng)分配后，得到燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷指令。

在此種控制方式下，通過整定PID參數(shù)，當(dāng)AGC指令變化不大時(shí)，機(jī)組負(fù)荷變化速率基本可以達(dá)到大于4%Pe/min的要求，但是，如果中調(diào)指令由于某種原因持續(xù)變化，尤其是碰到“調(diào)頭指令”時(shí)，機(jī)組負(fù)荷變化速率無法達(dá)到要求。2015－10－07 T 00：40：00，該機(jī)組進(jìn)行AGC考核，機(jī)組負(fù)荷變化速率達(dá)2%Pe/min，負(fù)荷變化響應(yīng)時(shí)間達(dá)89 s，遠(yuǎn)超過電網(wǎng)負(fù)荷實(shí)際變化速率大于4%Pe/min、負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)時(shí)間不大于60 s的要求，機(jī)組跟隨曲線如圖1所示。

圖1 AGC優(yōu)化前機(jī)組跟隨曲線

2 聯(lián)合循環(huán)機(jī)組AGC優(yōu)化

為提高汽輪機(jī)的負(fù)荷響應(yīng)速度，克服AGC調(diào)頭指令的影響，在汽輪機(jī)功率控制回路增加變參數(shù)PID控制并在AGC功率和速率限制回路采用閾值法，使汽輪機(jī)組在指令偏差較小時(shí)自動(dòng)采用滑壓方式運(yùn)行，提高機(jī)組效率，偏差較大時(shí)自動(dòng)切至變參數(shù)PID控制回路，提高汽輪機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)速度和負(fù)荷變化速率［3－6］。

2.1 變參數(shù)PID控制

聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)采用預(yù)熱滑壓方式運(yùn)行，即汽輪機(jī)調(diào)門全開，機(jī)組負(fù)荷根據(jù)主蒸汽壓力變化跟隨動(dòng)作。汽輪機(jī)變負(fù)荷是一個(gè)純慣性、大滯后環(huán)節(jié)，為了使汽輪機(jī)負(fù)荷變動(dòng)與燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷變動(dòng)一致，提高汽輪機(jī)負(fù)荷響應(yīng)速度，在汽輪機(jī)功率控制回路中增加變參數(shù)PID控制回路。機(jī)組正常模式下汽輪機(jī)采用滑壓方式運(yùn)行，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷與AGC指令偏差超過10 MW時(shí)，功率控制回路自動(dòng)由滑壓控制方式切換為變參數(shù)PID控制方式，汽輪機(jī)開始提高負(fù)荷響應(yīng)速率。變參數(shù)PID控制中比例、積分時(shí)間與機(jī)組實(shí)際負(fù)荷和AGC指令偏差呈動(dòng)態(tài)函數(shù)關(guān)系，函數(shù)整定值在調(diào)試中獲得。

2.2 閾值法

受大氣環(huán)境溫度及壓力的影響，燃?xì)廨啓C(jī)的額定負(fù)荷只在特定的環(huán)境下才能實(shí)現(xiàn)，在不同的環(huán)境條件下，燃?xì)廨啓C(jī)可帶的最高負(fù)荷不同。根據(jù)M701F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的控制策略，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際負(fù)荷大于可發(fā)負(fù)荷（可發(fā)最大負(fù)荷－可發(fā)最低負(fù)荷）的97%時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)會(huì)自動(dòng)將負(fù)荷變化速率下調(diào)至0.2%Pe/min。為保證聯(lián)合循環(huán)機(jī)組AGC負(fù)荷變動(dòng)范圍滿足電網(wǎng)要求的50%～100%Pe，在AGC功率和速率限制回路采用閾值法。機(jī)組執(zhí)行AGC負(fù)荷分配前，首先根據(jù)環(huán)境溫度和壓力自動(dòng)計(jì)算閾值參數(shù)，引入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒狀態(tài)表征參數(shù)——主燃燒負(fù)荷指令（MFCLCSO）：在總負(fù)荷接近上閾值時(shí)，自動(dòng)降低負(fù)荷變化速率，限制負(fù)荷變化；當(dāng)負(fù)荷接近下閾值時(shí)，提示需要退出AGC跟隨，避免機(jī)組出現(xiàn)自動(dòng)退汽的不安全工況。

3 優(yōu)化的AGC控制在實(shí)際中的應(yīng)用

2015－10－15 T 14：50：00，某燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)859 MW機(jī)組在二拖一模式下進(jìn)行AGC閉環(huán)控制測(cè)試，機(jī)組在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）模式下運(yùn)行，設(shè)定機(jī)組負(fù)荷變化速率為40 MW/min，優(yōu)于電網(wǎng)要求的4%Pe/min（34 MW/min），可調(diào)負(fù)荷范圍為50%～100%Pe（430～860MW）。電網(wǎng)調(diào)度中心改變負(fù)荷指令，使機(jī)組負(fù)荷在當(dāng)前出力附近調(diào)整。負(fù)荷變動(dòng)過程為：（1）機(jī)組以4%Pe/min的速率，從50%Pe升負(fù)荷至100%Pe，預(yù)計(jì)變負(fù)荷過程持續(xù)13 min；（2）穩(wěn)定10 min后，機(jī)組以4%Pe/min的速率，從100%Pe降負(fù)荷至50%Pe，預(yù)計(jì)變負(fù)荷過程持續(xù)13 min；（3）穩(wěn)定10 min后，機(jī)組以4%Pe/min的速率、20%Pe的階躍，從50%Pe升負(fù)荷至100%Pe，每個(gè)階躍變化之間穩(wěn)定5 min，預(yù)計(jì)變負(fù)荷過程持續(xù)30 min；（4）穩(wěn)定10 min后，機(jī)組以4%Pe/min的速率、20%Pe的階躍，從100%Pe降負(fù)荷至50%Pe，每個(gè)階躍變化之間穩(wěn)定5 min，預(yù)計(jì)變負(fù)荷過程持續(xù)30 min。

圖2為AGC優(yōu)化后的機(jī)組跟隨曲線。由圖2可知，AGC負(fù)荷試驗(yàn)中負(fù)荷動(dòng)態(tài)最大偏差為－7.0 MW，負(fù)荷變化速率達(dá)39.93 MW/min，負(fù)荷變動(dòng)響應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng)為41 s，遠(yuǎn)超電網(wǎng)AGC考核要求；同時(shí)，在閾值法計(jì)算的作用下，當(dāng)前環(huán)境溫度和大氣壓力下，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)MFCLCSO≥97%時(shí)，機(jī)組最高負(fù)荷為755.3 MW，導(dǎo)致靜態(tài)負(fù)荷最大偏差達(dá)－107.1 MW，AGC跟隨退出報(bào)警。具體控制參數(shù)見表1。

圖2 AGC優(yōu)化后機(jī)組跟隨曲線

表1 機(jī)組優(yōu)化AGC控制后的主要參數(shù)MW

4 結(jié)束語

本文按照華北電網(wǎng)《兩個(gè)細(xì)則》對(duì)發(fā)電機(jī)組AGC指標(biāo)的要求，結(jié)合某二拖一燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，分析了AGC方式下存在的問題，采用變參數(shù)PID法和閾值法對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，使二拖一聯(lián)合循環(huán)機(jī)組能夠有效克服汽輪機(jī)負(fù)荷響應(yīng)滯后和跟隨性差的影響，在保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，滿足電網(wǎng)AGC考核時(shí)負(fù)荷變化速率大于4%Pe/min的要求。

［1］柳紅軍.9F級(jí)燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組參與電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制的思考［J］.電力設(shè)備，2008，9（9）：68－70.

［2］彭顯剛，張聰慧，王星華，等.LNG調(diào)峰電廠負(fù)荷優(yōu)化分配的應(yīng)用探討［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（14）：84－87.

［3］王緒論.火力發(fā)電廠AGC協(xié)調(diào)控制優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［D］.南京：東南大學(xué)，2008.

［4］陳永剛.適應(yīng)AGC功能的聯(lián)合循環(huán)電廠負(fù)荷優(yōu)化控制［D］.上海：上海交通大學(xué)，2010.

［5］王焰.電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）技術(shù)應(yīng)用探討［J］.工業(yè)計(jì)量，2010，20（3）：17－20.

［6］顏偉，趙瑞鋒，趙霞，等.自動(dòng)發(fā)電控制中控制策略的研究發(fā)展綜述［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，41（8）：149－155.

（本文責(zé)編：劉芳）

TM 611.31

B

1674－1951（2016）10－0020－02

王繼強(qiáng)（1982—），男，山東冠縣人，工程師，從事電廠熱控檢修管理工作（E-mail：wangjiqiang＠126.com）。

2016－07－26；

2016－08－18

劉亞峰（1988—），男，山西臨汾人，工程師，工學(xué)碩士，從事電廠熱控檢修管理工作（E-mail：watch186＠163.com）。