網(wǎng)源協(xié)調(diào)下的燃氣機組AGC可調(diào)范圍動態(tài)管控研究

侯 倩,金 飛,郝曉光,包建東

(國網(wǎng)河北能源技術(shù)服務(wù)有限公司,河北 石家莊 050021)

0 引言

當(dāng)前,我國用能結(jié)構(gòu)清潔程度低,溫室氣體排放量大、能耗高,用能效率和節(jié)能減排潛力巨大,同時中心城市內(nèi)的燃煤發(fā)電機組逐步關(guān)停。燃氣機組具有發(fā)電技術(shù)效率高、污染少、調(diào)峰靈活等優(yōu)點,在改變電力能源結(jié)構(gòu)、改善環(huán)境質(zhì)量、提高電網(wǎng)調(diào)峰性能進程中得到快速應(yīng)用,是中心城市首選的燃煤發(fā)電機組替代技術(shù)。但國內(nèi)大型電站燃氣輪機技術(shù)應(yīng)用時間短、經(jīng)驗欠豐富,有一系列的控制問題迫切需要解決。燃氣電廠的額定出力是在標(biāo)準(zhǔn)工況下的機組總負荷,然而燃氣輪機自動發(fā)電控制(AGC)可調(diào)范圍受環(huán)境參數(shù)影響較大,機組負荷達不到電網(wǎng)調(diào)度要求,這將帶來非常大的電量考核[1],亟需對燃氣機組AGC可調(diào)范圍的動態(tài)管控以及燃氣電廠網(wǎng)源協(xié)調(diào)控制進行優(yōu)化。

在網(wǎng)源協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)上,通過全面推進信息共享、泛在互聯(lián),促進網(wǎng)源協(xié)調(diào)監(jiān)測評估與電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度控制的深度融合,為電廠的經(jīng)濟運行、電能管理、調(diào)度決策、電網(wǎng)運行監(jiān)督提供科學(xué)高效的支撐[2]。本文通過對燃氣機組動態(tài)AGC可調(diào)范圍與電網(wǎng)實時調(diào)峰經(jīng)濟調(diào)度控制管理的研究,將AGC可調(diào)范圍動態(tài)主要參數(shù)傳輸至電網(wǎng),參與電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度控制,提高燃氣機組AGC精準(zhǔn)管控能力,最大限度地避免了電網(wǎng)調(diào)度部門對機組的考核,實現(xiàn)廠網(wǎng)負荷動態(tài)管理,精準(zhǔn)管控,同時有效支撐新能源的消納。

1 燃氣機組AGC可調(diào)范圍的動態(tài)監(jiān)控

電網(wǎng)的穩(wěn)定需要發(fā)電和用電功率以光速瞬間平衡。AGC控制是指發(fā)電機組接受電網(wǎng)調(diào)度指令,按電網(wǎng)調(diào)度要求調(diào)節(jié)發(fā)電廠有功功率,使其與電力負荷平衡,保證電網(wǎng)頻率質(zhì)量。電網(wǎng)的調(diào)頻和自動發(fā)電控制系統(tǒng)由調(diào)度端控制系統(tǒng)、發(fā)電廠發(fā)電系統(tǒng)和信息傳輸系統(tǒng)三部分組成。通過AGC動態(tài)范圍精準(zhǔn)監(jiān)控,形成有效的決策支持信息,達到電網(wǎng)整體優(yōu)化的目標(biāo)[3-4]。

1.1 AGC動態(tài)核定

燃氣機組出力上限受環(huán)境參數(shù)影響很大,僅在冬季具備帶銘牌負荷的能力,夏季高氣溫、低氣壓、高濕度工況下,機組出力嚴(yán)重受限?？紤]到冬季實行以熱定電,實際運行中機組全年均無法帶銘牌負荷。對于燃氣機組,銘牌負荷為838 MW,夏季實際最大出力為700～780 MW。現(xiàn)行的電網(wǎng)調(diào)度制度主要針對燃煤機組而制定,為了實現(xiàn)動態(tài)精準(zhǔn)管理,需要試驗核定機組不同季節(jié)、不同工況下的AGC可調(diào)范圍。

利用性能數(shù)據(jù)校驗處理分析平臺,實時采集機組涉網(wǎng)性能參數(shù),采用基于增強激勵算法,通過工業(yè)數(shù)據(jù)全過程自動校驗裝置,對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行清洗提煉,實現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)范化校驗,為機組仿真模型提供穩(wěn)定可靠的在線涉網(wǎng)數(shù)據(jù),在線準(zhǔn)確辨識機組特征,建立了機組增強激勵動態(tài)仿真模型。通過數(shù)據(jù)挖掘,形成動態(tài)核定方法。

對試驗數(shù)據(jù)采用主成分分析法與相關(guān)性分析法,確定影響機組AGC可調(diào)范圍的影響因子,環(huán)境溫度與燃氣機組的可調(diào)范圍高度相關(guān),是影響燃氣機組可調(diào)范圍的主要因素。因此,將實際運行數(shù)據(jù)進行歸一化處理后擬合二者的關(guān)系,再分別研究濾網(wǎng)差壓、進氣壓力、環(huán)境濕度等因素與燃機可調(diào)范圍的相關(guān)性,得到各自對燃氣機組可調(diào)范圍的修正公式,用于監(jiān)測機組可調(diào)狀態(tài)。燃氣機組壓力功率、溫度功率、進汽壓降功率、相對濕度功率對照如圖1-4所示。

圖1 燃氣機組壓力功率對照

圖2 燃氣機組溫度功率對照

圖3 燃氣機組進汽壓降功率對照

圖4 燃氣機組相對濕度功率對照

1.2 機組實時動態(tài)評價

以SV M-ARI MA時間序列模型對海量源網(wǎng)協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)開展數(shù)據(jù)分析挖掘,以可視化的形式向調(diào)度中心實時展示網(wǎng)內(nèi)機組的可供調(diào)度的能力,指標(biāo)為AGC調(diào)節(jié)速率K1、AGC調(diào)節(jié)精度K2、AGC響應(yīng)時間K3,進而分析燃氣機組對電網(wǎng)一次調(diào)頻和二次調(diào)頻的響應(yīng)能力以及容量裕量。

將機組負荷出力動態(tài)核定方法進行組態(tài),實時根據(jù)燃氣機組各個參數(shù)進行機組帶負荷能力計算,對機組狀態(tài)形成評價,準(zhǔn)確地計算機組在當(dāng)前環(huán)境下的動態(tài)AGC可調(diào)范圍。電網(wǎng)調(diào)度通過AGC動態(tài)上下限對機組進行AGC控制時能夠減少燃氣機組的AGC不合格率,從而降低對該機組的考核,提高調(diào)度調(diào)節(jié)的精準(zhǔn)性。

1.3 信息泛在互聯(lián)下的數(shù)據(jù)通信

加強負荷動態(tài)管理,開展數(shù)據(jù)實時通信。通過跨企業(yè)的數(shù)據(jù)集成和共享應(yīng)用,為省級調(diào)度中心對各電廠機組的AGC、一次調(diào)頻考核評估、機組調(diào)峰能力預(yù)測、機組狀態(tài)感知及分級評價等提供有力支撐,縮短生產(chǎn)及管理人員的數(shù)據(jù)統(tǒng)計整理,提高工作效率[5]。動態(tài)AGC可調(diào)范圍和計算所涉及的參數(shù)借助網(wǎng)源信息泛在互聯(lián)通信系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)核對和確認,使電網(wǎng)調(diào)度更加準(zhǔn)確地掌握機組帶負荷能力,實現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟性調(diào)度,提高調(diào)度對燃氣機組的管理能力。

1.4 業(yè)務(wù)流程管理數(shù)據(jù)通信平臺

按照實際需求,分層次進行需求調(diào)研和模塊化設(shè)計,充分利用現(xiàn)有系統(tǒng)進行綜合管理平臺設(shè)計,擬建設(shè)業(yè)務(wù)流程管理數(shù)據(jù)通信平臺,該平臺主要包括電源側(cè)子站/SIS、通信服務(wù)器、調(diào)度側(cè)主站及相關(guān)通信協(xié)議規(guī)約等幾部分,如圖5所示。

圖5 業(yè)務(wù)流程管理

DCS1、DCS2、DCS3代表同一個電廠不同機組所對應(yīng)的DCS。

電源側(cè)子站配置在電廠工程師站或者電子間,具有多協(xié)議通信能力,既可以通過MODBUS、OPC等協(xié)議與DCS通信,又可以與通信服務(wù)器通過IEC 61850協(xié)議通信,子站與DCS之間配置單向隔離裝置,保證數(shù)據(jù)及機組安全。

通信服務(wù)器將主站上應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至調(diào)度側(cè)主站。

2 實施效果

2.1 促進燃氣機組AGC動態(tài)范圍的高效管理

通過基于網(wǎng)源協(xié)調(diào)信息共享的燃氣機組AGC可調(diào)范圍的動態(tài)管理系統(tǒng),提高了數(shù)據(jù)感知能力及數(shù)據(jù)資源的共享和利用程度。創(chuàng)造一個通用的、統(tǒng)一的良好數(shù)據(jù)環(huán)境,提升平臺數(shù)據(jù)交互感知能力。同時完善了網(wǎng)源協(xié)調(diào)平臺通信系統(tǒng),使主子站間數(shù)據(jù)傳輸速度達到1幀/s,數(shù)據(jù)丟失及錯誤率降低至1%以下,提升網(wǎng)側(cè)與源側(cè)的信息交互感知能力。

2.2 實現(xiàn)機組涉網(wǎng)主要參數(shù)通信

業(yè)務(wù)流程管理數(shù)據(jù)通信平臺實現(xiàn)了信息泛在互聯(lián)下的實時數(shù)據(jù)通信。機組運行參數(shù)實時進行狀態(tài)評價形成結(jié)果,準(zhǔn)確地得出機組在當(dāng)前環(huán)境下的動態(tài)AGC可調(diào)范圍,通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可使電網(wǎng)調(diào)度實時掌握機組AGC動態(tài)可調(diào)范圍,提高調(diào)度調(diào)節(jié)的精準(zhǔn)性。

2.3 提升燃氣機組經(jīng)濟效益

通過基于網(wǎng)源協(xié)調(diào)信息共享的燃氣機組AGC可調(diào)范圍的動態(tài)管理系統(tǒng),得到燃氣機組AGC負荷動態(tài)上下限,數(shù)據(jù)實時共享至省級調(diào)度中心,使調(diào)度更加準(zhǔn)確掌握機組帶負荷能力,實現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟性調(diào)度。在兩個細則AGC調(diào)節(jié)性能考核指標(biāo)中比燃煤機組更具備競爭能力,以某熱電廠燃機為例,AGC負荷上限為425 MW,采用動態(tài)AGC負荷出力上限調(diào)度后,上限最大可增加30 MW,冬季可多盈利5%的電量,同時實現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟性調(diào)度。

3 結(jié)束語

電力系統(tǒng)的主要特點是發(fā)電和用電同步完成,因此為了向用戶連續(xù)提供質(zhì)量合格的電能,必須保證發(fā)電機組出力隨時與外界用電負荷保持平衡,這就需要發(fā)電機組的負荷控制系統(tǒng)具備快速準(zhǔn)確響應(yīng)外界負荷變化的能力,同時也需要電力調(diào)度控制中心對機組負荷可調(diào)范圍的精準(zhǔn)掌控,從而實現(xiàn)電能的最優(yōu)化管理。

本文在網(wǎng)源協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)上,通過信息共享、泛在互聯(lián)及網(wǎng)源協(xié)調(diào)監(jiān)測評估與電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度控制的深度融合,研究燃氣機組動態(tài)AGC可調(diào)范圍動態(tài)核定及管控,將AGC可調(diào)范圍動態(tài)參數(shù)實時傳輸至電網(wǎng)參與電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度控制,提高燃氣機組AGC管理能力,為電廠的經(jīng)濟運行、電能的管理提供決策依據(jù),最大限度地避免了電網(wǎng)調(diào)度部門對機組的考核,實現(xiàn)廠網(wǎng)負荷動態(tài)管理,精準(zhǔn)管控。