廠級(jí)自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

戴錫輝

(廣東紅海灣發(fā)電有限公司，廣東 汕尾 516623)

0 引言

火電機(jī)組的調(diào)度大多采用單機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)直調(diào)方式，即由電力調(diào)度中心AGC主控端將負(fù)荷指令直接發(fā)給每臺(tái)機(jī)組，由調(diào)度端直接控制每臺(tái)機(jī)組負(fù)荷。這種方式缺乏對(duì)各機(jī)組輔機(jī)運(yùn)行方式的優(yōu)化調(diào)節(jié)，不能在發(fā)電廠內(nèi)部實(shí)現(xiàn)各臺(tái)機(jī)組負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配，增加了電廠的整體煤耗，并在一定程度上影響了發(fā)電機(jī)組的使用壽命和檢修成本，不能適應(yīng)當(dāng)前低碳經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排政策的要求。

1 機(jī)組 AGC概況

廣東紅海灣發(fā)電有限公司現(xiàn)有2臺(tái)600 MW超臨界、2臺(tái)660 MW的超超臨界火力發(fā)電機(jī)組，4臺(tái)機(jī)組均采用單機(jī)組AGC直調(diào)方式。遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為雙機(jī)雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，由至廣東省電力調(diào)度中心(以下簡(jiǎn)稱中調(diào))的雙主機(jī)、500 kV測(cè)控系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)測(cè)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器等組成。主機(jī)及各測(cè)控屏間均通過A，B網(wǎng)交換機(jī)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸。

(1)至廣東中調(diào)雙主機(jī)為國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司生產(chǎn)的PSX600U型服務(wù)器，A，B主機(jī)通過交換機(jī)與500 kV測(cè)控系統(tǒng)以及#1～#4機(jī)組測(cè)控屏進(jìn)行通信，采集廣東中調(diào)所需的遙信、遙測(cè)信號(hào)，經(jīng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)將信息傳輸至中調(diào)側(cè)。

(2)#1～#4發(fā)電機(jī)測(cè)控系統(tǒng)為國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司生產(chǎn)的PSR662型測(cè)控裝置，主要采集#1～#4發(fā)電機(jī)的電壓/電流/頻率(含遠(yuǎn)動(dòng)及分散控制系統(tǒng)(DCS))、有/無功(含遠(yuǎn)動(dòng)及DCS)、AGC狀態(tài)、AGC指令返回值、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)狀態(tài)、一次調(diào)頻投退狀態(tài)、自動(dòng)電壓控制(AVC)系統(tǒng)投退狀態(tài)，同時(shí)還采集發(fā)電機(jī)出口開關(guān)、隔離開關(guān)、接地刀閘位置狀態(tài)等遙信、遙測(cè)信號(hào)。中調(diào)側(cè)下發(fā)的#1～#4機(jī)組AGC指令由遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)接收后，遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)將接收到的碼值轉(zhuǎn)發(fā)給發(fā)電機(jī)測(cè)控裝置，并由其轉(zhuǎn)換為4～20 mA直流信號(hào)，再送至機(jī)組DCS進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2 廠級(jí)AGC系統(tǒng)構(gòu)建及整體設(shè)計(jì)

廠級(jí)AGC系統(tǒng)采用高性能工業(yè)可編程邏輯控制器(PLC)進(jìn)行全廠指令的實(shí)時(shí)計(jì)算與分配，同時(shí)設(shè)有主、從計(jì)算站，通過心跳方式進(jìn)行冗余。計(jì)算站與性能服務(wù)器等廠級(jí)AGC系統(tǒng)設(shè)備通過交換機(jī)構(gòu)成具有雙通道的星形網(wǎng)絡(luò)。利用與調(diào)度的現(xiàn)有通信通道及規(guī)約接收有功調(diào)節(jié)指令，通過硬接線與通信方式實(shí)時(shí)采集與AGC控制相關(guān)的開關(guān)量/遙測(cè)量(機(jī)組投退開關(guān)、有功出力等)，對(duì)遙測(cè)量進(jìn)行信號(hào)有效性判斷與平滑濾波。通過主、備PLC完成負(fù)荷優(yōu)化分配計(jì)算，并通過對(duì)應(yīng)的通信方式與通道下發(fā)至廠內(nèi)其他機(jī)組。通過性能計(jì)算服務(wù)器采集廠級(jí)信息監(jiān)控系統(tǒng)(SIS)、煤耗在線系統(tǒng)中機(jī)組相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行耗差分析，計(jì)算各臺(tái)機(jī)組各負(fù)荷段的鍋爐效率、汽機(jī)熱耗、廠用電率、發(fā)電標(biāo)煤耗、供電標(biāo)煤耗(能自動(dòng)剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù))。

廠級(jí)AGC系統(tǒng)根據(jù)SIS獲取的煤耗相關(guān)信息以及DCS上傳的機(jī)組狀態(tài)與操作數(shù)據(jù)，進(jìn)行機(jī)組負(fù)荷分配計(jì)算，計(jì)算完成后，機(jī)組響應(yīng)廠級(jí)AGC指令；同時(shí)，值長(zhǎng)可根據(jù)各機(jī)組當(dāng)前運(yùn)行工況手動(dòng)在廠級(jí)AGC系統(tǒng)上設(shè)置偏置，從而實(shí)現(xiàn)電廠側(cè)機(jī)組負(fù)荷的自主分配。廠級(jí)AGC系統(tǒng)構(gòu)建及整體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 廠級(jí)AGC系統(tǒng)構(gòu)建及整體設(shè)計(jì)

3 廠級(jí)AGC系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)與流程

廠級(jí)AGC系統(tǒng)軟件用C++語言編寫，整體采用模塊化設(shè)計(jì)方式，確保系統(tǒng)隨時(shí)處于正確的狀態(tài)，同時(shí)便于系統(tǒng)后續(xù)的軟件維護(hù)與升級(jí)。軟件整體功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。當(dāng)廠級(jí)AGC無法順利接收廠級(jí)負(fù)荷指令，或小于2臺(tái)機(jī)組處于廠級(jí)AGC模式，導(dǎo)致自動(dòng)分配模式無法繼續(xù)時(shí)，將所有機(jī)組退出廠級(jí)AGC模式至本地方式，待調(diào)度員下發(fā)指令進(jìn)行后續(xù)動(dòng)作，運(yùn)行方式包括以下幾種。

(1)廠級(jí)AGC手動(dòng)控制模式。廠級(jí)AGC方式下各機(jī)組的單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)、廠級(jí)AGC投入，廠級(jí)負(fù)荷指令從廠級(jí)AGC負(fù)荷自動(dòng)分配系統(tǒng)上由值長(zhǎng)手動(dòng)給出，通過優(yōu)化分配算法給出各機(jī)組負(fù)荷指令。需要說明的是，這種值長(zhǎng)手動(dòng)分配方式事實(shí)上就是所謂的手動(dòng)偏置方式，并不推薦在總負(fù)荷指令未發(fā)生改變時(shí)使用，因?yàn)闃O易導(dǎo)致一次調(diào)頻質(zhì)量被考核。

(2)自動(dòng)分配模式。中調(diào)AGC方式下總負(fù)荷指令由中調(diào)能量管理系統(tǒng)(EMS)給出，機(jī)組AGC方式下各機(jī)組CCS，AGC投入，但各機(jī)組負(fù)荷指令由廠級(jí)AGC負(fù)荷自動(dòng)優(yōu)化分配系統(tǒng)給出，無需手動(dòng)干預(yù)。

(3)單機(jī)AGC方式。單機(jī)AGC方式下各機(jī)組CCS，AGC投入，各機(jī)組負(fù)荷指令由中調(diào)EMS給出。

圖2 廠級(jí)AGC系統(tǒng)軟件功能與流程

(4)本地方式。該方式下各機(jī)組CCS，AGC投入，機(jī)組保持當(dāng)前功率。

系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)當(dāng)前全廠負(fù)荷指令與實(shí)發(fā)功率狀態(tài)，根據(jù)機(jī)組狀態(tài)自動(dòng)選擇最佳的分配策略，并平滑、無擾切換。

4 廠級(jí)AGC系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(1)廠級(jí)AGC系統(tǒng)功能主要影響因素。在主要輔機(jī)與協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，全廠變負(fù)荷速率的主要影響因素包括單機(jī)最大變負(fù)荷速率、分配算法以及機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)等。為確保全廠在所有工況下都能滿足對(duì)應(yīng)的變負(fù)荷速率要求，需要考慮底層的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化，高能耗輔機(jī)出力優(yōu)化，全廠運(yùn)行于電網(wǎng)的模式、機(jī)組狀態(tài)辨識(shí)與分配算法設(shè)計(jì)。

(2)關(guān)鍵輔機(jī)控制系統(tǒng)與運(yùn)行優(yōu)化。對(duì)磨煤機(jī)等關(guān)鍵輔機(jī)的運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化，確保關(guān)鍵輔機(jī)的運(yùn)行方式、控制邏輯適應(yīng)快速變負(fù)荷要求，進(jìn)一步提升機(jī)組變負(fù)荷能力；同時(shí)，針對(duì)關(guān)鍵輔機(jī)啟停，設(shè)計(jì)合理的全廠統(tǒng)籌策略，降低輔機(jī)能耗。

(3)全廠運(yùn)行于電網(wǎng)的模式及機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)辨識(shí)。針對(duì)全廠當(dāng)前運(yùn)行于電網(wǎng)的具體模式(如承擔(dān)基本負(fù)荷方式、大范圍調(diào)峰模式、小出力高頻度AGC調(diào)頻方式)，確定對(duì)應(yīng)的限制條件，綜合全廠狀態(tài)選取合適的分配算法。

(4)一次調(diào)頻影響。根據(jù)全廠目前所處的電網(wǎng)運(yùn)行模式，分析當(dāng)前分配方式下機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作量與裕度對(duì)分配算法的影響，確定分配算法對(duì)一次調(diào)頻的處理策略。機(jī)組負(fù)荷處于[40%Pe，100%Pe](Pe為額定負(fù)荷)區(qū)間時(shí)，考慮偏置設(shè)定對(duì)一次調(diào)頻的影響；機(jī)組負(fù)荷處于上述區(qū)間外時(shí)，平行分配機(jī)組間負(fù)荷。

(5)臨界負(fù)荷區(qū)。該系統(tǒng)將主要輔機(jī)啟停的負(fù)荷區(qū)間段，即臨界負(fù)荷區(qū)，作為算法的約束條件加入計(jì)算過程，統(tǒng)籌解決臨界負(fù)荷區(qū)問題，并根據(jù)96點(diǎn)曲線趨勢(shì)做出優(yōu)先判斷，確保磨煤機(jī)等設(shè)備的順利啟停。

(6)廠級(jí)AGC系統(tǒng)故障。廠級(jí)AGC系統(tǒng)與RTU發(fā)生通信故障時(shí)，保持最后一個(gè)有效廠級(jí)負(fù)荷指令，并維持當(dāng)前分配目標(biāo)，直到系統(tǒng)恢復(fù)正常或調(diào)度同意強(qiáng)制退出廠級(jí)AGC方式。當(dāng)廠級(jí)AGC系統(tǒng)無法正常工作時(shí)，所有機(jī)組自動(dòng)切出廠級(jí)AGC方式至本地方式，等待調(diào)度員的進(jìn)一步指令。

(7)機(jī)組DCS故障。機(jī)組DCS與廠級(jí)AGC系統(tǒng)發(fā)生通信故障時(shí)，保持最后一個(gè)有效負(fù)荷指令，切出廠級(jí)AGC方式至本地方式。

(8)投、退權(quán)限控制。按照技術(shù)要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為調(diào)度側(cè)與電廠側(cè)雙向控制，即調(diào)度側(cè)與電廠側(cè)同時(shí)允許投入時(shí)方可投入廠級(jí)AGC方式，任何一方退出都將退出廠級(jí)AGC方式。

(9)事件與報(bào)警記錄。系統(tǒng)操作過程觸發(fā)的事件與報(bào)警記錄，按照時(shí)間順序記錄在對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于追溯。系統(tǒng)計(jì)算數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中，并提供2年的有效記錄期。

(10)煤耗曲線擬合。利用從機(jī)組SIS所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)組煤耗曲線擬合，所獲得的煤耗曲線作為分配的基礎(chǔ)。

(11)機(jī)組能耗動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與狀態(tài)評(píng)估。利用在SIS中獲取的機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)機(jī)組全工況段能耗，分析能耗畸變點(diǎn)，作為分配策略的參考。

5 結(jié)束語

經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試試驗(yàn)，廣東紅海灣發(fā)電有限公司廠級(jí)AGC項(xiàng)目成功投入運(yùn)行，各通道精度、負(fù)荷指令分配、變負(fù)荷速率以及一次調(diào)頻響應(yīng)均滿足電網(wǎng)要求，并使電廠側(cè)獲得了每臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷分配權(quán)。