陳 衛(wèi)，陳 波，尹 峰，羅志浩

（浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

自動發(fā)電控制（Automatic Generation Control，簡稱AGC）是并網(wǎng)發(fā)電廠向電網(wǎng)提供的有償輔助服務。在AGC方式下，并網(wǎng)發(fā)電機組在規(guī)定的負荷調節(jié)范圍內(nèi)，跟蹤電力調度中心下發(fā)的指令，按照一定調節(jié)速率實時調整發(fā)電出力，以滿足電力系統(tǒng)頻率和功率控制要求。理論上，發(fā)電機組與網(wǎng)調約定的負荷調節(jié)范圍應該和機組實際能達到的負荷變動范圍一致。目前國內(nèi)大中型火力發(fā)電機組大多采用直吹式制粉系統(tǒng)作為鍋爐燃料的供給系統(tǒng)，相對于中間倉儲式制粉系統(tǒng)而言，直吹式制粉系統(tǒng)磨煤機組（以下簡稱磨組）的運行臺數(shù)和出力需和機組負荷保持同步，根據(jù)負荷的增減及時調整。而磨組啟動需要一定時間，因而造成負荷變化過程中出現(xiàn)斷點。

為了提高浙江電網(wǎng)火電機組的AGC控制水平，擴大機組AGC的調節(jié)范圍，根據(jù)AGC控制方式和機組的控制特點，通過省內(nèi)600MW等級火電機組的AGC調節(jié)范圍擴大化試驗，結合試驗數(shù)據(jù)展開研究，實現(xiàn)磨組啟停時機的智能預判，在磨組自動順控啟停的基礎上實現(xiàn)了火電機組AGC全程自動運行。

1 磨組啟停時機判斷

制粉系統(tǒng)啟停需要相對較長的時間，因此不能至磨組煤量到達上/下限時才啟停磨組，同時由于無法判斷AGC指令的超短期趨勢，采用煤量固定余量作為磨組啟停判斷條件會造成制粉系統(tǒng)不必要的頻繁啟停。因此智能判斷制粉系統(tǒng)的啟停時機是機組側實現(xiàn)AGC過程無斷點的保障，該判斷過程主要采用如下手段：

（1）綜合考慮AGC的指令特點、磨煤機的帶載能力、機組的燃料熱值特性、磨煤機的啟停方式等因素，動態(tài)給出在AGC過程中磨組的最佳啟停時機。

（2）采用基于時間序列數(shù)據(jù)挖掘的機組負荷時間趨勢智能預判算法，綜合考慮機組負荷隨時間變化的趨勢，動態(tài)挖掘負荷變化的相關信息，通過有效數(shù)據(jù)及離群數(shù)據(jù)的處理，得到AGC指令在某時段內(nèi)的短期變化方向。

（3）在磨組啟停過程中采用智能優(yōu)化調整手段，對處于啟停操作過程中的磨組，綜合考慮其汽溫變化趨勢、汽壓響應特性、機組運行磨組布置、磨組運行的切換要求和磨組的檢修或故障等情況，減小磨組啟停過程對系統(tǒng)的沖擊。

對于本項目問題，每次磨組啟停時間和磨組運行臺數(shù)可以被描述為1個二元組（t，o）。其中t為磨組啟停的時間變量，o為磨組數(shù)量變化的方式（o=1，磨組運行數(shù)量增加；o=-1，磨組運行數(shù)量減少）。在此基礎上，磨組啟停時間序列定義如下：磨組啟停時間序列R是1個有限集{（t1，o1），（t2，o2），…，（tn，on）}，滿足ti＜ti+1（i=1，2，3，…，n-1）。項目需要通過數(shù)據(jù)集中時間序列的數(shù)據(jù)變換，挖掘磨組啟停時間序列的相似性，并對該時間序列進行預測。

按照上述方法，對某機組周一至周五的磨組啟停進行統(tǒng)計，磨組啟停時間序列R的二元組映射到平面空間，空間中數(shù)據(jù)點分布如圖1所示。

從圖1可以看出，磨組啟停時間序列R具有較強的空間分布特性，利用特定的知識發(fā)現(xiàn)算法后，可以根據(jù)磨組啟停時間序列R挖掘出負荷變化趨勢和時間的關系，制定動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘體系結構如圖2所示。

2 制粉系統(tǒng)柔性順控啟停

圖1 某機組磨組啟停時序點分布

圖2 動態(tài)數(shù)據(jù)挖掘體系結構

制粉系統(tǒng)順控啟停是實現(xiàn)AGC無縫運行控制的首要問題。在傳統(tǒng)的DCS控制中一般都含有磨組的順控邏輯，但由于相關輔機不能滿足自動控制要求，時常出現(xiàn)如閘板門卡澀、調節(jié)閥漏風、電機設備啟動失敗等異常工況，導致磨組順控邏輯執(zhí)行不連續(xù)，適應性較差。

本研究首次提出制粉系統(tǒng)柔性順控的概念，利用等效分析的手段作為設備狀態(tài)或實際工況的輔助判據(jù)，有效提高了系統(tǒng)的容錯性；并通過解析運行經(jīng)驗、按照運行人員操作習慣人性化模擬故障處理過程，減少過程中斷，實現(xiàn)了真正意義上的磨組順控自啟停，其主要研究內(nèi)容包括：

（1）分級控制：磨組順序控制的控制級別分為子回路控制級、設備驅動級和系統(tǒng)控制級。其中子回路控制級將復雜的生產(chǎn)過程按控制功能分解成許多局部的獨立過程進行控制。設備驅動級又稱執(zhí)行控制級，是分級控制的基礎，作為最底層的控制，將直接控制各個被控對象。系統(tǒng)控制級則通過分析與判斷發(fā)出各種控制命令，控制子回路控制級的動作，制粉自動啟?？刂艫PS的系統(tǒng)主要接口信號包括：FSSS的制粉系統(tǒng)啟動/停止允許條件、制粉系統(tǒng)保護啟/停要求、CCS的制粉系統(tǒng)加/減煤量要求、RB/FCB的制粉系統(tǒng)跳閘請求、冷/熱態(tài)工況下暖磨時間及升溫速率的外部設定請求等。

（2）基于等效判斷的柔性順控：柔性順控是通過對已經(jīng)獲取的信號進行等效分析從而準確捕獲目標信息，作為設備反饋或實際工況的輔助判據(jù)，規(guī)避參數(shù)或設備故障引起的程控斷點。例如磨組正常投運過程中，經(jīng)常發(fā)生出口擋板卡澀或位置反饋不到位的情況，傳統(tǒng)的磨組順控邏輯會在該步序故障停步，而柔性順控則通過對出口風溫、風量的辨識處理，以及與歷史運行數(shù)據(jù)的比對校正，推斷出口擋板實際可能的狀態(tài)，只要當前工況的表征參數(shù)滿足啟動要求，在提示報警后程控即可繼續(xù)下行。

（3）基于專家系統(tǒng)的故障處理單元：在發(fā)生工況異常或設備故障需要人為處理時，通過模擬運行人員操作習慣，開放控制斷點的故障處理時間，并利用專家系統(tǒng)作出故障提示，將異常工況的處理模式化。

（4）離散控制原則：離散順序控制系統(tǒng)實現(xiàn)制粉系統(tǒng)所屬設備按規(guī)定步序正確啟停，規(guī)劃合理的主線邏輯，在特定工況下提供程控斷點。

（5）連續(xù)控制要求：連續(xù)控制系統(tǒng)實現(xiàn)冷/熱風調節(jié)擋板在暖磨、布煤及正常工作階段對風量/風溫的合理匹配，啟動過程中溫度、風量提升平穩(wěn)。保證暖磨過程中升溫率滿足設計規(guī)定，布煤階段風溫和風量變化平緩，制粉系統(tǒng)正常投運時控制及時、準確。

3 現(xiàn)場試驗及數(shù)據(jù)分析

3.1 試驗過程

系統(tǒng)在某電廠1號機組（600MW汽包爐）離線投運的近半年期間內(nèi)，不間斷地對DCS的相關數(shù)據(jù)進行讀取和記錄，并根據(jù)所獲取的數(shù)據(jù)實時進行了計算和專家數(shù)據(jù)庫的整合。

試驗前，機組負荷穩(wěn)定于400 MW，運行參數(shù)平穩(wěn)。并投入火電機組全程AGC運行智能控制系統(tǒng)。當負荷升至系統(tǒng)定義的啟動時機時，智能控制系統(tǒng)向DCS發(fā)出磨組E順控啟動指令。順控啟動過程如下：啟動磨煤機E電機潤滑油泵→啟動磨煤機E潤滑油泵→開磨煤機E出口門→開磨煤機E冷風隔絕門→開磨煤機E密封風門→啟動磨煤機E→啟動動態(tài)旋粉分離器（運行手動配合完成）→開磨煤機E熱風隔絕門→啟動暖磨程序→啟動給煤機E布煤→置給煤機E自動位→置給煤機E給煤指令偏置為零，并入燃料主控完成磨組E啟動全過程。

制粉系統(tǒng)智能停運的過程與此相逆，當負荷降至停磨時機時，智能控制系統(tǒng)向DCS發(fā)出磨組順控停止指令，啟動自動停磨程序，停運相關設備，吹掃降溫，系統(tǒng)復歸。

3.2 試驗結果及分析

制粉系統(tǒng)的自動啟停應同時兼顧磨煤機、給煤機等重要設備的自身運行安全及煤粉在爐膛內(nèi)的穩(wěn)定燃燒，防止爆燃。因此在啟停過程中首先應確保一次風壓穩(wěn)定不越限，這樣才能保證磨煤機進口的一次風有足夠高的靜壓頭，以克服磨煤機及粉管的阻力，維持正常的一次風量和出口溫度；同時協(xié)調暖磨、布煤及正?？刂聘麟A段磨煤機通風量和風溫的關系。系統(tǒng)按照規(guī)程并模擬運行人員的實際操作習慣進行邏輯編程，組態(tài)后由DCS進行自動操作和調整。圖3為制粉系統(tǒng)智能程控啟動控制框圖。

圖3 制粉系統(tǒng)智能程控啟動控制

根據(jù)歷史運行數(shù)據(jù)，啟動吹掃時對應的冷風擋板開度約為30%，此時所維持的冷一次風量為110t/h（保證大于設計吹掃風量）。吹掃完成后，冷/熱風門投入閉環(huán)后開始暖磨，熱風門控制的設定風量為當前吹掃風量；冷風門控制磨煤機出口溫度，設定值由當前的實際溫度通過自加速回路以6℃/min的升溫率趨近65℃。在此環(huán)節(jié)中冷/熱風門的動作幅度盡量平緩以保證風量調節(jié)不發(fā)生劇烈擾動。在暖磨后期，出口溫度接近設定值時，應盡量縮短冷/熱風門的調節(jié)穩(wěn)定時間，以風溫、風量為判斷依據(jù)，滿足暖磨設計要求后視為暖磨結束，立即加速布煤，利用咬煤過程防止后期溫度竄高。

暖磨結束后，程控啟動給煤機，一旦磨煤機的電流大于啟動電流后即視為咬煤成功，該步驟完成后給煤指令偏置自動置零，降至最小給煤量，完成整個布煤工作，并準備投入燃料主控。根據(jù)試驗分析，該過程時間（即給煤指令置最小）不宜過長，條件一旦滿足即復位并入燃料主控，因為給煤機長時間處于低位運行容易造成煤量測量信號不穩(wěn)定。

制粉系統(tǒng)自動停運試驗過程相對簡單。由智能控制系統(tǒng)發(fā)出停磨指令后，自動將給煤指令降至最小并撤出自動，冷風門至預置位（50%）后進行吹掃降溫；熱風門全關；磨煤機停運、密封風門全關后停運過程即結束。

4 結論

基于制粉系統(tǒng)全程順控啟停的火電機組AGC全范圍無斷點運行控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)，不僅可以滿足網(wǎng)調側擴大調節(jié)范圍和提高AGC控制品質的要求，同時在機組側有效減輕了運行人員工作強度與操作風險，有助于提高機組的制粉系統(tǒng)控制水平，為實現(xiàn)全程AGC的自動無斷點運行打下基礎。電力系統(tǒng)輔助服務細則修訂后，對機組AGC里程補償?shù)姆扔兴岣?，增加機組AGC申報范圍，將大大提高機組輔助服務補償量，同時使電網(wǎng)AGC的調度能力得到顯著提高，在提高機組輔助服務能力與改善電網(wǎng)電能質量方面將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟和社會效益。

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