劉 芳，田 亮，申克峰

(1．華北電力大學(xué) 控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，河北 保定071003;2．河北邯鄲市熱力公司，河北 邯鄲056002)

0 引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電能質(zhì)量和電網(wǎng)安全運(yùn)行受到很大影響。為解決深層次的電網(wǎng)安全問(wèn)題，國(guó)家電監(jiān)會(huì)于2009 年出臺(tái)了“兩個(gè)細(xì)則”即:《輔助服務(wù)補(bǔ)償》和《電廠并網(wǎng)管理細(xì)則》?！皟蓚€(gè)細(xì)則”的實(shí)施，加強(qiáng)了對(duì)并網(wǎng)機(jī)組的考核和補(bǔ)償，促進(jìn)了電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)企業(yè)和并網(wǎng)發(fā)電廠的協(xié)調(diào)發(fā)展。發(fā)電負(fù)荷調(diào)節(jié)速率是“兩個(gè)細(xì)則”衡量并網(wǎng)機(jī)組AGC (自動(dòng)發(fā)電控制［4］)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。真實(shí)準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)速率可為公平公正地考核和補(bǔ)償并網(wǎng)發(fā)電廠提供依據(jù)。

目前計(jì)算并網(wǎng)火電機(jī)組AGC 速率的方法有很多，常見(jiàn)的有如下幾種:按月計(jì)算，記錄一個(gè)月內(nèi)機(jī)組的AGC 指令曲線和發(fā)電負(fù)荷曲線，在月末依據(jù)曲線計(jì)算AGC 速率;在線計(jì)算，根據(jù)機(jī)組主站AGC 軟件實(shí)時(shí)記錄的指令跟蹤曲線，選擇有效計(jì)算區(qū)間在線計(jì)算AGC 速率;離線計(jì)算，人為手動(dòng)改變負(fù)荷，通過(guò)對(duì)機(jī)組進(jìn)行離線測(cè)試來(lái)計(jì)算AGC 速率。

結(jié)合上述計(jì)算方法，現(xiàn)提出一種基于DCS 組態(tài)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)機(jī)組AGC 速率在線計(jì)算的方法。以下將以新華XDPS 6.0 為例，分析典型AGC 機(jī)組調(diào)節(jié)過(guò)程中AGC 指令信號(hào)與機(jī)組負(fù)荷信號(hào)的變化特征，設(shè)計(jì)計(jì)算AGC 速率的組態(tài)方案，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明該方法具有一定的精度，能夠?yàn)闄C(jī)組運(yùn)行及考核提供依據(jù)。

1 典型AGC 機(jī)組調(diào)節(jié)過(guò)程

AGC 調(diào)節(jié)過(guò)程如圖1 所示?？梢赃@樣描述:T1時(shí)刻以前，該機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行在出力值為P1附近。T0時(shí)刻，AGC 控制程序?qū)υ摍C(jī)組下發(fā)功率為P2的設(shè)點(diǎn)命令，機(jī)組開(kāi)始漲出力，到T1時(shí)刻可靠跨出P1的調(diào)節(jié)死區(qū)，然后到T2時(shí)刻進(jìn)入啟磨區(qū)間，一直到T3時(shí)刻，啟磨過(guò)程結(jié)束，機(jī)組繼續(xù)漲出力，至T4時(shí)刻第一次進(jìn)入調(diào)節(jié)死區(qū)范圍，然后在P2附近小幅振蕩，并穩(wěn)定運(yùn)行于P2附近。至T5時(shí)刻，AGC 控制程序?qū)υ摍C(jī)組發(fā)出新的設(shè)定命令，功率值為P3，機(jī)組隨后開(kāi)始降出力的過(guò)程，T6時(shí)刻可靠跨出調(diào)節(jié)死區(qū)，至T7時(shí)刻進(jìn)入P3的調(diào)節(jié)死區(qū)，并穩(wěn)定運(yùn)行于其附近［1］。

調(diào)節(jié)速率是指機(jī)組響應(yīng)設(shè)點(diǎn)指令的速率，可分為上升速率和下降速率。實(shí)際調(diào)節(jié)速率計(jì)算公式如下:

圖1 網(wǎng)內(nèi)某臺(tái)機(jī)組一次典型的AGC 機(jī)組設(shè)點(diǎn)控制過(guò)程Fig．1 A typical AGC set point control process of a unit

式中:Vi是第i 臺(tái)機(jī)組的調(diào)節(jié)速率 (MW/min);PEi是其結(jié)束響應(yīng)過(guò)程時(shí)的出力(MW);PSi是其開(kāi)始動(dòng)作時(shí)的出力 (MW);TEi是結(jié)束的時(shí)刻(min);TSi是開(kāi)始的時(shí)刻(min);Pdi是其啟停磨臨界點(diǎn)的功率(MW);Tdi是啟停磨實(shí)際消耗的時(shí)間(min)。

2 基于新華XDPS 6.0 組態(tài)計(jì)算

2.1 基本模型

上述典型AGC 機(jī)組調(diào)節(jié)過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化可得圖2 基本模型。

圖2 基本模型Fig．2 Fundamental model

整個(gè)AGC 調(diào)節(jié)過(guò)程可以這樣描述:t1時(shí)刻以前，機(jī)組以負(fù)荷值p1穩(wěn)定運(yùn)行。t1時(shí)刻，AGC 控制程序?qū)C(jī)組下發(fā)功率為p2的設(shè)點(diǎn)命令，機(jī)組以一定的速率開(kāi)始漲負(fù)荷，t2時(shí)刻機(jī)組負(fù)荷值達(dá)p2，之后穩(wěn)定運(yùn)行于p2。在t3時(shí)刻，AGC 控制程序?qū)C(jī)組下發(fā)功率為p3的設(shè)點(diǎn)命令，機(jī)組以一定的速率開(kāi)始降負(fù)荷，t4時(shí)刻，機(jī)組負(fù)荷值達(dá)p3，之后穩(wěn)定運(yùn)行于p3。

AGC 速率:

2.2 計(jì)算p(t2)－p(t1)及p(t4)－p(t3)

p(t)是機(jī)組在t 時(shí)刻的發(fā)電負(fù)荷值，機(jī)組實(shí)際的發(fā)電負(fù)荷值跟隨AGC 指令值而變化。計(jì)算p(t2)－p(t1)及p(t4)－p(t3)，需記錄每個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程中機(jī)組開(kāi)始響應(yīng)AGC 指令時(shí)的發(fā)電負(fù)荷值以及結(jié)束該響應(yīng)過(guò)程時(shí)的發(fā)電負(fù)荷值。

AGC 指令信號(hào)經(jīng)遲延處理后與原AGC 指令信號(hào)相減，當(dāng)差值超出抗干擾閾值范圍時(shí)(抗干擾閾值范圍的設(shè)定由機(jī)組調(diào)節(jié)允許偏差量決定， “兩個(gè)細(xì)則”規(guī)定機(jī)組調(diào)節(jié)允許的偏差量為機(jī)組額定有功功率的1%)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，即為表征AGC 設(shè)點(diǎn)指令到來(lái)時(shí)刻的脈沖信號(hào)。組態(tài)如圖3 所示。

圖3 AGC 信號(hào)檢測(cè)組態(tài)圖Fig．3 AGC signal detection configuration diagram

機(jī)組結(jié)束響應(yīng)過(guò)程時(shí)，機(jī)組發(fā)電負(fù)荷值在AGC 設(shè)點(diǎn)指令值在調(diào)節(jié)死區(qū)內(nèi)(調(diào)節(jié)死區(qū)由機(jī)組的調(diào)節(jié)允許偏差量決定， “兩個(gè)細(xì)則”規(guī)定機(jī)組調(diào)節(jié)允許的偏差量為機(jī)組額定有功功率的1%)。將AGC 指令信號(hào)與機(jī)組發(fā)電負(fù)荷信號(hào)相減，當(dāng)差值由較大值減小到進(jìn)入調(diào)節(jié)死區(qū)的時(shí)刻產(chǎn)生一個(gè)脈沖，所得的脈沖信號(hào)即為表征機(jī)組結(jié)束響應(yīng)過(guò)程的脈沖信號(hào)。組態(tài)圖如圖4 所示。

圖4 機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定檢測(cè)檢測(cè)組態(tài)圖Fig．4 Steady load detection of a unit configuration diagram

在基本模型中，p(t1)和p(t3)是AGC 控制程序?qū)C(jī)組下發(fā)設(shè)點(diǎn)指令的時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的機(jī)組發(fā)電負(fù)荷值，記錄p(t1)和p(t3)可用表征AGC設(shè)點(diǎn)指令到來(lái)時(shí)刻的脈沖信號(hào)觸發(fā)鎖存機(jī)組發(fā)電負(fù)荷信號(hào)。p(t2)和p(t4)是機(jī)組結(jié)束響應(yīng)設(shè)點(diǎn)指令時(shí)的發(fā)電負(fù)荷值，記錄p(t2)和p(t4)可用表征機(jī)組結(jié)束響應(yīng)設(shè)點(diǎn)指令時(shí)刻的脈沖信號(hào)觸發(fā)鎖存機(jī)組發(fā)電負(fù)荷信號(hào)。將鎖存得到的p(t1)、p(t3)和p(t2)、p(t4)對(duì)應(yīng)相減即可。組態(tài)圖如圖5 所示。

圖5 p(t2)－p(t1)及p(t4)－p(t3)組態(tài)圖Fig．5 p(t2)－p(t1)and p(t4)－p(t3)configuration diagram

2.3 計(jì)算t2 －t1 及t4 －t3

t1，t3是機(jī)組開(kāi)始響應(yīng)AGC 設(shè)點(diǎn)指令的時(shí)刻;t2，t4是機(jī)組結(jié)束響應(yīng)AGC 設(shè)點(diǎn)指令的時(shí)刻。t2－t1和t4－t3是機(jī)組響應(yīng)AGC 設(shè)點(diǎn)指令過(guò)程的調(diào)節(jié)時(shí)間。

機(jī)組實(shí)際的發(fā)電負(fù)荷值跟隨AGC 指令的變化。在調(diào)節(jié)過(guò)程中，調(diào)節(jié)時(shí)間是機(jī)組從開(kāi)始響應(yīng)AGC 設(shè)點(diǎn)指令到機(jī)組發(fā)電負(fù)荷值進(jìn)入到AGC 設(shè)點(diǎn)指令調(diào)節(jié)死區(qū)內(nèi)的時(shí)間。將AGC 指令信號(hào)與機(jī)組發(fā)電負(fù)荷信號(hào)相減，用積分作用計(jì)算差值超出AGC 指令調(diào)節(jié)死區(qū)內(nèi)的時(shí)間，所得結(jié)果是機(jī)組各個(gè)調(diào)節(jié)過(guò)程調(diào)節(jié)時(shí)間的總和。組態(tài)圖如圖6所示。

圖6 積分求取時(shí)間組態(tài)圖Fig．6 Using integration to calculate time configuration diagram

用表征AGC 設(shè)點(diǎn)指令到來(lái)時(shí)刻的脈沖信號(hào)和表征機(jī)組結(jié)束響應(yīng)過(guò)程的脈沖信號(hào)分別觸發(fā)鎖存上述調(diào)節(jié)時(shí)間總和信號(hào)，將所得信號(hào)相減即可得到t2－t1和t4－t3。組態(tài)圖如圖7 所示。

圖7 時(shí)間組態(tài)圖Fig．7 Time configuration diagram

2.4 計(jì)算AGC 速率

根據(jù)AGC 速率計(jì)算公式，進(jìn)行除法運(yùn)算即可得v1和v2。組態(tài)圖如圖8 所示。

2.5 顯示AGC 速率

機(jī)組響應(yīng)每一個(gè)AGC 設(shè)點(diǎn)指令結(jié)束時(shí)顯示該過(guò)程的調(diào)節(jié)速率。用表征機(jī)組結(jié)束響應(yīng)設(shè)點(diǎn)指令時(shí)刻的脈沖信號(hào)來(lái)觸發(fā)鎖存上述AGC 速率信號(hào)，輸出v2;用表征機(jī)組結(jié)束響應(yīng)設(shè)點(diǎn)指令時(shí)刻的脈沖信號(hào)來(lái)觸發(fā)鎖存經(jīng)過(guò)遲延處理的v2信號(hào)，輸出即為v1。組態(tài)圖如圖9 所示。

圖9 顯示速率組態(tài)圖Fig．9 Show rates configuration diagram

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

利用上文提出的火電機(jī)組AGC 速率在線計(jì)算的方法，進(jìn)行下列兩組實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)1:選取理想狀態(tài)下機(jī)組響應(yīng)AGC 指令曲線，如圖10，計(jì)算機(jī)組響應(yīng)AGC 指令的速率;實(shí)驗(yàn)2:選取網(wǎng)內(nèi)某臺(tái)具備AGC 功能的火電機(jī)組的部分運(yùn)行曲線，如圖11，計(jì)算機(jī)組響應(yīng)AGC 指令的速率。

圖10 理想狀態(tài)下機(jī)組響應(yīng)AGC 指令曲線Fig．10 Unit ideal response to an AGC instruction configuration diagram

圖11 某臺(tái)AGC 機(jī)組實(shí)際運(yùn)行曲線Fig．11 Actual operation curve of an AGC unit

表1 給出在兩組實(shí)驗(yàn)條件下，利用火電機(jī)組AGC 速率在線計(jì)算的方法求取的AGC 速率值，以及相應(yīng)的AGC 速率理論值和誤差。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab．1 Experimental datas

分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，用上文提出的在線計(jì)算AGC速率的方法得到的結(jié)果與理論值相比，最大的誤差為0.023 4 MW/min，最高精度可達(dá)1.25%。由此方法得到的計(jì)算結(jié)果在一定誤差范圍內(nèi)與理論值相吻合。同時(shí)，由于此方法設(shè)計(jì)了顯示速率的組態(tài)模塊，所以能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)速率的實(shí)時(shí)顯示，即在每次機(jī)組響應(yīng)AGC 設(shè)點(diǎn)指令結(jié)束時(shí)刻顯示該響應(yīng)過(guò)程的調(diào)節(jié)速率。

上述AGC 調(diào)節(jié)速率在線計(jì)算的方法不僅具有一定的準(zhǔn)確性，而且具有較好的實(shí)時(shí)性。能為“兩個(gè)細(xì)則”合理、公正的考核并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組提供一定的數(shù)據(jù)依據(jù)，也為電廠建立公平的獎(jiǎng)懲考評(píng)機(jī)制提供依據(jù)。在火電機(jī)組AGC 速率在線計(jì)算的方法中，調(diào)節(jié)死區(qū)范圍和抗干擾閾值范圍的設(shè)定與機(jī)組有關(guān)，不同機(jī)組對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)死區(qū)范圍和抗干擾閾值范圍不同。所以在實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)注意:組態(tài)模塊中設(shè)定調(diào)節(jié)死區(qū)范圍值和抗干擾閾值范圍值之前，要根據(jù)實(shí)際機(jī)組的容量和運(yùn)行指標(biāo)計(jì)算出調(diào)節(jié)死區(qū)范圍和抗干擾閾值范圍。

4 結(jié)論

本文對(duì)火電機(jī)組AGC 速率在線計(jì)算的方法進(jìn)行了研究，從DCS 組態(tài)角度提出實(shí)現(xiàn)AGC 速率在線計(jì)算的方法。通過(guò)兩組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試，證明本文提出的計(jì)算方法是正確有效的，所得結(jié)果具有一定的精度，能夠?yàn)闄C(jī)組運(yùn)行及考核提供支持。

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