主蒸汽壓力自適應AGC負荷控制策略優化

張自貴,邵 毅,佟 強,畢德忠

(1.國能浙江寧海發電有限公司,浙江 寧波 315612;2.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院,遼寧 沈陽 110006)

0 引言

自動發電控制(automatic generation control,AGC)是電網調度自動化系統中的一項重要且基礎的功能,火電廠在投入協調控制時,根據調度中心的機組負荷指令自動調節單元機組出力,使電網頻率和聯絡線凈交換功率維持閉環調節[1-2]。隨著地區新能源裝機容量逐年增加,火電機組AGC調節品質直接影響地區電網電能質量和運行安全[3-4]。本文分析了亞臨界參數火電機組在AGC運行方式下,主蒸汽壓力波動對機組負荷調整的影響,提出了主蒸汽壓力自適應AGC負荷控制優化方法,提高了AGC調節品質。

1 AGC考核指標要求

為保證供電質量,根據電監會《發電廠并網運行管理規定》和《并網發電廠輔助服務管理暫行辦法》,地區電網分別制定了《電力運行管理實施細則》和《電力輔助服務管理實施細則》,按照不同區域電網結構特點規定了發電機組AGC技術指標及考核規定[5]。

AGC技術指標及考核規定分為可用率考核和調節性能考核。AGC可用率是指AGC投入時間占其并網時間的比例,要求AGC月投入率不小于98%,可用率代表AGC功能的良好程度;AGC調節性能指標是指AGC的調節速率、調節精度和響應時間。

2 AGC調節品質降低原因

隨著煤料成本增加,很多火電機組通過摻燒低熱值褐煤增加經濟效益,導致鍋爐燃燒特性發生變化,使機組慣性增大,變負荷能力下降,AGC調節品質降低[6-8]。

a. 一次風機出力增大

直吹式火電機組制粉系統將進入磨煤機的煤研磨成規定細度的煤粉后,由熱一次風將煤粉干燥并輸送至鍋爐內進行燃燒。由于燃料熱值降低,相同鍋爐負荷下所需燃料量增加,一次風機出力隨燃料量增加而增大,很容易達到其設計值上限,導致機組高負荷工況升負荷時一次風機無法提供動態增量,增加了鍋爐慣性時間,主蒸汽壓力、主蒸汽溫度調節受到不同程度影響。

b. 制粉系統調節難度增大

由于燃料熱值降低,機組額定負荷所需燃料量增加,機組單位負荷所對應的燃料量增加,在未做相應改造的前提下,單臺制粉系統調節范圍相對減小。機組變負荷過程中啟停磨煤機的操作增加,對主蒸汽壓力調整造成較大影響[9-10]。

c. 主蒸汽壓力調節難度增大

機組在變負荷過程中,由于啟動磨煤機造成鍋爐燃燒率劇烈波動,導致鍋爐主蒸汽溫度、主蒸汽壓力增大,鍋爐燃燒狀態變化劇烈,導致脫硝控制難度增大[11-12]。鍋爐金屬壁溫也會不同程度增大甚至達到報警值,主蒸汽溫度快速增大導致減溫水大幅波動,對主蒸汽壓力造成很大擾動,進而造成AGC調節品質下降。

3 主蒸汽壓力自適應AGC控制策略優化

3.1 一次風母管壓力設定值調整

原一次風母管壓力設定值由鍋爐主控輸出經函數曲線形成,由于燃料熱值變化使機組額定負荷所需煤量增加,一次風母管壓力提前達到設定值。針對一次風母管壓力在AGC變負荷時無法提供動態增量的問題,將一次風母管壓力設定值修改為由機組負荷指令經函數曲線形成。

一次風母管壓力設定值為

(1)

式中:Ppafs為機組一次風母管壓力設定值;f(load)為機組負荷指令對應一次風母管壓力設定值函數;load為機組實際負荷指令;a為機組實際負荷指令微分系數。一次風母管壓力設定值邏輯如圖1所示。

圖1 一次風母管壓力設定值邏輯

3.2 磨煤機啟停給煤量控制

機組在啟停磨煤機時,對主蒸汽壓力產生較大影響,增大了主蒸汽壓力調節難度。在AGC變負荷過程中,機組負荷指令隨著網頻變化不停加減,常出現前一時刻機組負荷指令正在增加,后一時刻立刻減負荷的情況,此情況如正好發生在機組啟停磨煤機的負荷段,會出現剛啟動磨煤機就需要降負荷,或剛停止磨煤機就需要加負荷,造成機組跟隨AGC指令時調節品質變差。機組在額定壓力運行時,有超壓風險,對機組主蒸汽溫度、鍋爐金屬壁溫均造成很大影響[13-14]。針對啟停磨煤機對機組主蒸汽壓力擾動情況設計燃料控制策略如下。

啟動磨煤機時機組調整給煤量ΔCst為

(2)

停止磨煤機時機組調整給煤量ΔCsd為

(3)

式中:Cst為啟動磨煤機的給煤量;Csd為停止磨煤機的給煤量;C為總給煤量;p為主蒸汽壓力實際值;ps為主蒸汽壓力設定值。

由式(2)、式(3)可知,啟動磨煤機時實際主蒸汽壓力小于主蒸汽壓力設定值越多,ΔCst越小;停止磨煤機時實際主蒸汽壓力大于主蒸汽壓力設定值越多,ΔCsd越小。

3.3 協調控制系統

火電機組滑壓運行時,主蒸汽壓力設定值設計為機組負荷指令經函數形成,滑壓曲線采用定-滑-定的折線方式。當機組在滑壓段變負荷時,主蒸汽壓力設定值隨機組負荷指令變化而改變,由于鍋爐慣性實際主蒸汽壓力變化趨勢與機組變負荷趨勢相反,如果此時主蒸汽壓力設定值跟隨機組負荷指令開始變化,則增加了主蒸汽壓力偏差,當偏差超過一定閾值時汽輪機調節系統會增加調節主蒸汽壓力權值,造成機組負荷無法很好跟蹤AGC指令。

調整機組變負荷時主蒸汽壓力滑壓設定值控制策略,將機組變負荷過程中鍋爐慣性時間引入滑壓設定值變化控制中。當機組升負荷時主蒸汽壓力初期為下降趨勢,此時滑壓設定值不變,當鍋爐燃燒率變化實際主蒸汽壓力升高時,滑壓設定值開始變化;降負荷初期主蒸汽壓力為上升趨勢,此時滑壓設定值不變,當實際主蒸汽壓力下降時,滑壓設定值開始變化。

機組升負荷時主蒸汽壓力設定值變化判斷算法為

(4)

機組降負荷時主蒸汽壓力設定值變化判斷算法為

(5)

式中:α為主蒸汽壓力變化閾值;β為機組實際負荷指令閾值;γ為主蒸汽壓力設定值與實際值的偏差閾值。當以上條件有1條滿足時,主蒸汽壓力設定值可隨目標值變化,否則主蒸汽壓力設定值保持不變。主蒸汽滑壓設定值優化邏輯原理如圖2所示。

圖2 主蒸汽壓力滑壓設定值優化邏輯原理

4 優化效果

將控制邏輯優化策略應用到機組控制系統中,在機組啟動后進行AGC跟隨試驗,在AGC變負荷過程中,主蒸汽壓力偏差小于±0.6 MPa,機組負荷調節精度小于1%額定負荷,機組負荷調節速率大于1%額定負荷,機組負荷響應時間小于60 s。機組控制策略優化前后AGC變負荷曲線如圖3、圖4所示。

圖3 控制策略優化前機組AGC變負荷曲線

圖4 控制策略優化后機組AGC變負荷曲線

圖3、圖4中,1為機組實發功率;2為速率限制后負荷指令;3為AGC負荷指令;4為主蒸汽壓力設定值;5為主蒸汽壓力實際值;6為總給煤量;7為鍋爐給煤指令。

5 結語

主蒸汽壓力自適應AGC控制策略優化方法,綜合考慮了機組一次風母管壓力、制粉系統啟停和變負荷過程中主蒸汽壓力設定值變化情況。該優化方法減小了火電機組在啟停磨煤機過程中主蒸汽壓力和主蒸汽溫度的波動,保證了亞臨界參數火電機組AGC調節品質。實際應用效果表明,該優化方法適用于摻燒褐煤或燃料熱值較低的火電機組。