基于“兩個(gè)細(xì)則”考核AGC響應(yīng)時(shí)間的控制策略優(yōu)化

徐 兵，胡紹宇，張連旭

(遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179)

1 存在問題

隨著我國(guó)電力行業(yè)大力發(fā)展，對(duì)電能的產(chǎn)、供、銷進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化、規(guī)模化是電力發(fā)展的趨勢(shì)。省級(jí)電網(wǎng)調(diào)度中心不僅需要完成省內(nèi)電網(wǎng)的數(shù)據(jù)收集和監(jiān)控，同時(shí)還需要進(jìn)行省內(nèi)負(fù)荷預(yù)測(cè)、制定啟停機(jī)計(jì)劃等。任何局部出現(xiàn)問題都可能影響整個(gè)電網(wǎng)安全，所以保持電網(wǎng)正常運(yùn)行，維持電網(wǎng)安全穩(wěn)定需要發(fā)、供電系統(tǒng)以及電力調(diào)度共同配合，隨用電負(fù)荷變化而協(xié)調(diào)運(yùn)行。

《東北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》和《東北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》規(guī)范了東北區(qū)域電力調(diào)度，保障了東北電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，促進(jìn)電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)企業(yè)和并網(wǎng)發(fā)電廠協(xié)調(diào)發(fā)展[1]。

火電廠需要滿足“兩個(gè)細(xì)則”規(guī)定的各項(xiàng)考核要求，但是自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)的響應(yīng)時(shí)間考核受機(jī)組設(shè)備特性、運(yùn)行工況、執(zhí)行邏輯等綜合因素影響，考核情況不理想，所以需要深入分析AGC響應(yīng)時(shí)間的考核原理與生成條件，制定新的控制策略進(jìn)行優(yōu)化[2]。

2 原因分析

2.1 AGC響應(yīng)時(shí)間的考核指標(biāo)

“兩個(gè)細(xì)則”中對(duì)于AGC響應(yīng)時(shí)間給出明確定義，AGC響應(yīng)時(shí)間為自AGC指令開始變化時(shí)刻起，至機(jī)組實(shí)際負(fù)荷開始變化且變化幅度超過調(diào)節(jié)死區(qū)后并在趨勢(shì)上不再返向的時(shí)刻之間的時(shí)間差。對(duì)該定義進(jìn)行分析，一般對(duì)于調(diào)節(jié)死區(qū)的定義有2種[3]：①調(diào)節(jié)死區(qū)為額定負(fù)荷的1%；②調(diào)節(jié)死區(qū)為定值1 MW。以額定負(fù)荷600 MW機(jī)組為例，按照第1種定義，AGC指令開始變化后，實(shí)際負(fù)荷變化為6 MW；按照第2種定義，實(shí)際負(fù)荷變化為1 MW。實(shí)際運(yùn)行機(jī)組按照第2種定義進(jìn)行AGC響應(yīng)時(shí)間考核更容易實(shí)現(xiàn)。

“兩個(gè)細(xì)則”指出：AGC機(jī)組的響應(yīng)時(shí)間必須達(dá)到規(guī)定要求，達(dá)不到要求的機(jī)組，按照投入運(yùn)行時(shí)段的響應(yīng)時(shí)間月合格率進(jìn)行考核，機(jī)組響應(yīng)時(shí)間月合格率應(yīng)不低于98%，達(dá)不到要求按合格率缺額每個(gè)百分點(diǎn)每月考核額定容量×1分/萬kW[4]。其中AGC機(jī)組響應(yīng)時(shí)間合格率為(該機(jī)組當(dāng)月AGC響應(yīng)時(shí)間合格次數(shù)/該機(jī)組當(dāng)月AGC調(diào)節(jié)總次數(shù))×100%。

最終考核分?jǐn)?shù)可以通過機(jī)組月運(yùn)行系數(shù)進(jìn)行修正，機(jī)組月運(yùn)行系數(shù)為本月機(jī)組實(shí)際運(yùn)行小時(shí)/本月日歷小時(shí)數(shù)。

“兩個(gè)細(xì)則”對(duì)于常見的幾種火電機(jī)組AGC響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行如下要求：①對(duì)于直吹式制粉系統(tǒng)，單次AGC響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不大于60 s；②對(duì)于中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)，單次AGC響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不大于40 s；③對(duì)于循環(huán)流化床機(jī)組和煤矸石機(jī)組，單次AGC響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不大于60 s。

2.2 影響AGC響應(yīng)時(shí)間考核的因素

由AGC響應(yīng)時(shí)間的考核指標(biāo)可知，要想減少AGC響應(yīng)時(shí)間的考核，重點(diǎn)要對(duì)AGC指令動(dòng)作后1 min內(nèi)的實(shí)際負(fù)荷變化速度與幅度進(jìn)行優(yōu)化。主要影響AGC響應(yīng)時(shí)間的因素有如下2點(diǎn)[5-8]。

a.壓力拉回的影響

壓力拉回的影響主要體現(xiàn)在機(jī)組進(jìn)行大幅度負(fù)荷變化過程中，AGC指令呈階梯狀態(tài)連續(xù)上升或下降，由于受到煤量、一次風(fēng)量等參數(shù)影響，主蒸汽壓力會(huì)偏離壓力設(shè)定值。此時(shí)為保證鍋爐側(cè)設(shè)備安全，汽輪機(jī)主控會(huì)有1路壓力偏差對(duì)應(yīng)的負(fù)荷指令增量，抑制負(fù)荷持續(xù)變化以造成壓力偏差繼續(xù)增大，該負(fù)荷指令增量會(huì)抵消掉一部分AGC負(fù)荷指令，導(dǎo)致汽輪機(jī)主控實(shí)際接收到的負(fù)荷指令與預(yù)期的AGC負(fù)荷指令存在偏差，進(jìn)而導(dǎo)致實(shí)際負(fù)荷變化的幅度在1 min內(nèi)無法超過AGC響應(yīng)時(shí)間的調(diào)節(jié)死區(qū)，最終造成AGC響應(yīng)時(shí)間的考核。

b.一次調(diào)頻的影響

一次調(diào)頻對(duì)AGC響應(yīng)時(shí)間的影響主要體現(xiàn)在一次調(diào)頻優(yōu)先級(jí)要高于AGC。當(dāng)一次調(diào)頻與AGC指令同時(shí)動(dòng)作時(shí)，機(jī)組優(yōu)先響應(yīng)一次調(diào)頻的指令；當(dāng)AGC指令與一次調(diào)頻動(dòng)作方向相反時(shí)，實(shí)際負(fù)荷動(dòng)作方向跟隨一次調(diào)頻動(dòng)作方向，進(jìn)而造成AGC響應(yīng)時(shí)間的考核。

3 解決方案

a.壓力拉回優(yōu)化

要解決壓力偏差大導(dǎo)致壓力拉回的問題，需要對(duì)壓力設(shè)定值進(jìn)行優(yōu)化。常見機(jī)組的壓力設(shè)定值一般采用“定-滑-定”的生成方式，即當(dāng)機(jī)組負(fù)荷較低時(shí)，壓力設(shè)定值為定值，此時(shí)機(jī)組處于定壓運(yùn)行方式；隨著機(jī)組負(fù)荷升高，壓力設(shè)定值隨負(fù)荷升高，機(jī)組變?yōu)榛瑝哼\(yùn)行方式；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷接近90%額定負(fù)荷時(shí)，壓力設(shè)定值達(dá)到額定壓力，負(fù)荷繼續(xù)增加，壓力設(shè)定值保持不變，重新回到定壓運(yùn)行方式。機(jī)組常規(guī)運(yùn)行的負(fù)荷區(qū)間一般處于滑壓運(yùn)行方式負(fù)荷區(qū)間，一般邏輯為AGC指令經(jīng)上下限幅、速率限制后得到實(shí)際負(fù)荷指令，該指令經(jīng)函數(shù)轉(zhuǎn)換成壓力設(shè)定值,壓力設(shè)定值經(jīng)速率限制，以固定速率進(jìn)行變化。優(yōu)化方案為將壓力偏差納入速率判斷中，即隨著壓力偏差越來越大，壓力設(shè)定值變化速度隨之下降；當(dāng)壓力偏差大于某一定值時(shí)，壓力設(shè)定值速率降為零，壓力設(shè)定值保持不變，等待壓力偏差減小時(shí)，壓力設(shè)定值才繼續(xù)動(dòng)作。

b.一次調(diào)頻優(yōu)化

由于一次調(diào)頻的優(yōu)先級(jí)高于AGC，所以一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，盡可能滿足一次調(diào)頻動(dòng)作。優(yōu)化方案為一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)間超過1 min后，此時(shí)一次調(diào)頻即使仍在動(dòng)作，但此時(shí)電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)需要AGC介入進(jìn)行調(diào)整。在此過程中，根據(jù)AGC響應(yīng)時(shí)間考核邏輯，通過短暫脈沖信號(hào)進(jìn)行AGC指令的修正增量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻與AGC指令的解耦。以升負(fù)荷為例，用實(shí)發(fā)功率與其45 s前的值進(jìn)行比較，判斷45 s內(nèi)實(shí)際負(fù)荷上升變化是否超過1 MW，同時(shí)確定機(jī)組處于升負(fù)荷工況，且持續(xù)時(shí)間已經(jīng)超過50 s。這種情況下可以判斷，本次AGC動(dòng)作幅度小于響應(yīng)時(shí)間的調(diào)節(jié)死區(qū)，所以通過脈沖信號(hào)發(fā)出10 s脈沖指令，在汽輪機(jī)主控的負(fù)荷指令上增加10 s的1 MW響應(yīng)時(shí)間負(fù)荷增量。降負(fù)荷工況與升負(fù)荷工況類似。具體邏輯如圖1所示。

圖1 響應(yīng)時(shí)間負(fù)荷增量邏輯

4 結(jié)語

本文基于火電機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)，針對(duì)《東北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》和《東北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》規(guī)定的關(guān)于火電機(jī)組AGC響應(yīng)時(shí)間的考核要求，通過分析影響AGC響應(yīng)時(shí)間的影響因素，提出了優(yōu)化主蒸汽壓力設(shè)定值變化速率的控制策略，解決了壓力拉回影響AGC響應(yīng)時(shí)間的問題；通過增加響應(yīng)時(shí)間負(fù)荷增量邏輯，解決了一次調(diào)頻動(dòng)作后，實(shí)際負(fù)荷動(dòng)作幅度在1 min內(nèi)無法超過AGC響應(yīng)時(shí)間的調(diào)節(jié)死區(qū)問題。采用新的控制策略，提高了鍋爐響應(yīng)速度，解除了影響機(jī)組安全運(yùn)行的隱患。新的控制策略理念成熟，功能可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能減排效果明顯。