孫建明,張　磊,張長(zhǎng)茂,周懷斌,王　杰,丁玉璋,（宏晟電熱公司，甘肅嘉峪關(guān)735100）

2×300 MW機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）功能的研究與應(yīng)用

孫建明,張磊,張長(zhǎng)茂,周懷斌,王杰,丁玉璋,
（宏晟電熱公司，甘肅嘉峪關(guān)735100）

【摘要】在對(duì)嘉峪關(guān)宏晟電熱公司2×300 MW機(jī)組控制策略的優(yōu)化完善基礎(chǔ)上，進(jìn)行了自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）功能靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)測(cè)試，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)做了對(duì)比分析處理，確定了機(jī)組AGC功能的各項(xiàng)指標(biāo)，最終達(dá)到電網(wǎng)要求并正常投入使用，提高了該機(jī)組的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，為隨后新建4×350 MW機(jī)組提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】AGC；協(xié)調(diào)控制；負(fù)荷變動(dòng)

Research and Application of AGC Function in 2×300 MW Power Generating Unit

SunJianming, Zhang Lei, Zhang Changmao, Zhou Huaibin, Wang Jie, Ding Yuzhang,
(Hongsheng Electrothermal Co., Ltd., Jiayuguan, Gansu 735100, China)

【Abstract】On the basis of control strategy optimization of the 2×300 MW generating unit of Jiayuguan Hongsheng Electrothermal Co., Ltd., static and dynamic tests of the function of automatic generation control(AGC) were carried out, then the test data were compared and analyzed and index of the AGC function were determined, which met the requirements of the public power grid. The system has been normally put into operation, which has improved the safety, stability and economy of the generators and provides some reference for construction of new 4×350 MW units.

【Keywords】automatic generation control；coordination control；load variation

1　前言

嘉峪關(guān)宏晟電熱公司2×300 MW機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱宏晟機(jī)組），鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG-1025/17.5-YM24，汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N300-16.7/538/538型，DCS、DEH系統(tǒng)均采用美國(guó)愛默生Ovation 1.8系統(tǒng)。

自動(dòng)發(fā)電控制（Automatic Generation Control）（以下簡(jiǎn)稱AGC）功能試驗(yàn)是在變負(fù)荷試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，由負(fù)荷調(diào)度中心向機(jī)組發(fā)送負(fù)荷指令，以驗(yàn)證在AGC方式下，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)及各子自動(dòng)控制系統(tǒng)響應(yīng)負(fù)荷變動(dòng)的能力，并驗(yàn)證DCS與網(wǎng)調(diào)信號(hào)的傳輸?shù)恼_性和可靠性，為宏晟機(jī)組投入AGC遠(yuǎn)動(dòng)控制提供依據(jù)。

根據(jù)甘肅省電網(wǎng)兩個(gè)細(xì)則的要求，以及宏晟機(jī)組實(shí)際需求，于2014年6月份引入AGC功能。

2　試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)

試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)為《火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程》（DL/T 657-2006）和《甘肅電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）運(yùn)行管理辦法》。

3　控制策略及方法

為使宏晟機(jī)組實(shí)際變負(fù)荷速率能夠滿足甘肅電網(wǎng)要求，對(duì)各主要控制系統(tǒng)的原參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化整定，對(duì)協(xié)調(diào)控制的控制構(gòu)架和控制策略進(jìn)行優(yōu)化、設(shè)計(jì)、組態(tài)修改及參數(shù)整定，對(duì)磨煤機(jī)入口一次風(fēng)壓等測(cè)點(diǎn)安裝位置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，主要包括以下幾方面：

(1)對(duì)爐膛負(fù)壓、給水三沖量、主汽溫、磨煤機(jī)冷風(fēng)和料位各調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化整定；

(2)對(duì)總風(fēng)量調(diào)節(jié)中總風(fēng)量指令信號(hào)來源進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)：將蒸汽量-風(fēng)量曲線修改為煤量（鍋爐主控輸出）-風(fēng)量曲線，并考慮了降負(fù)荷過程中風(fēng)/煤變化先后關(guān)系；對(duì)調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)整定；

(3)對(duì)氧量調(diào)節(jié)回路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)：增加了氧量自動(dòng)投入前的跟蹤功能，并對(duì)氧量修正范圍進(jìn)行了合理限制；對(duì)調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)整定；

(4)對(duì)一次風(fēng)壓調(diào)節(jié)中一次風(fēng)壓指令信號(hào)來源進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)：將一次風(fēng)壓設(shè)定由常數(shù)設(shè)定修改為負(fù)荷指令-一次風(fēng)壓曲線，其曲線范圍考慮了磨煤機(jī)出力情況及機(jī)組結(jié)焦情況；對(duì)調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)整定；

(5)對(duì)磨煤機(jī)熱風(fēng)調(diào)節(jié)中磨煤機(jī)入口一次風(fēng)壓測(cè)點(diǎn)安裝位置進(jìn)行了調(diào)整，一定程度保證容量風(fēng)門的線性關(guān)系；對(duì)調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)整定；

(6)對(duì)磨煤機(jī)旁路風(fēng)門調(diào)節(jié)回路進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，既保證了磨煤機(jī)分離器出口一次風(fēng)壓，防止粉管堵管現(xiàn)象發(fā)生，又保證了磨煤機(jī)出力良好（調(diào)節(jié)磨煤機(jī)入口總一次風(fēng)量）；同時(shí)考慮了煤質(zhì)情況（揮發(fā)份高），對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)范圍進(jìn)行了限定，以保證分離器出口溫度；對(duì)調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)整定；

(7)對(duì)總煤量計(jì)算進(jìn)行了修正，并考慮了啟/停磨過程中的總煤量計(jì)算；

(8)對(duì)燃料主控設(shè)定值邏輯進(jìn)行了優(yōu)化，考慮了升負(fù)荷過程中風(fēng)/煤變化先后關(guān)系；對(duì)燃料主控PID進(jìn)行了變參數(shù)調(diào)節(jié)優(yōu)化；對(duì)燃料主控自動(dòng)投入前跟蹤回路進(jìn)行了優(yōu)化；

(9)對(duì)鍋爐跟隨方式（BF）控制組態(tài)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，將原來的間接能量平衡修改為直接能量平衡控制（DEB）[1]- [4]策略，并增加了DEB動(dòng)態(tài)微分前饋；對(duì)參數(shù)進(jìn)了試驗(yàn)整定；

(10)對(duì)汽機(jī)跟隨方式（TF）控制組態(tài)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并增加了RB工況下汽機(jī)調(diào)壓PID；對(duì)參數(shù)進(jìn)了試驗(yàn)整定；

(11)對(duì)協(xié)調(diào)控制方式的控制架構(gòu)及控制策略進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，將原來的間接能量平衡修改為直接能量平衡控制（DEB）[1]-[4]策略，并在鍋爐主控中增加了DEB動(dòng)態(tài)微分前饋、汽包蓄熱微分前饋、壓力偏差微分前饋、負(fù)荷-煤量主前饋及增/減負(fù)荷動(dòng)態(tài)前饋；

(12)對(duì)協(xié)調(diào)控制方式下的鍋爐主控PID進(jìn)行變參數(shù)設(shè)計(jì)，并應(yīng)用模糊控制[5]-[6]、非線性控制等新技術(shù)，保證機(jī)組壓力在動(dòng)/靜態(tài)過程中均能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)；

(13)增加鍋爐加速信號(hào)，確保機(jī)組壓力及負(fù)荷在變負(fù)荷過程中能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)；

(14)結(jié)合機(jī)組一次調(diào)頻特性，修改滑壓曲線。

4　試驗(yàn)內(nèi)容及試驗(yàn)過程

4.1試驗(yàn)原理

在機(jī)組協(xié)調(diào)控制及各主要自動(dòng)穩(wěn)定投入后，將機(jī)組負(fù)荷變化率分別設(shè)定為3 MW/min、5 MW/min、7 MW/min，分別測(cè)試機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷變化速率，并且機(jī)組的主汽壓力，主汽溫度等主要參數(shù)保持穩(wěn)定；然后機(jī)組投入AGC控制，改由省調(diào)通過遠(yuǎn)傳信號(hào)控制功率，速率設(shè)定為7 MW/min，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，使發(fā)電機(jī)組實(shí)發(fā)功率跟隨調(diào)度指令按要求速率（2%Pe/Min）變化。

4.2主要參數(shù)設(shè)置

試驗(yàn)過程中，負(fù)荷變化率分別設(shè)定為3 MW/min、5 MW/min、7 MW/min，負(fù)荷上限設(shè)為305 MW，下限設(shè)為180 MW，AGC指令量程為180～330 MW。

4.3靜態(tài)試驗(yàn)

本機(jī)組協(xié)調(diào)控制與省調(diào)聯(lián)調(diào)模擬量（AI）：AGC指令（210~300 MW）；開關(guān)量（DO）：AGC允許、AGC投入。省調(diào)下發(fā)負(fù)荷指令，協(xié)調(diào)控制能正確接收；協(xié)調(diào)控制發(fā)給RTU的AGC允許、AGC投入信號(hào)省調(diào)能正確接收，系統(tǒng)具備聯(lián)調(diào)條件。

省調(diào)AGC指令同電廠接受指令開環(huán)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1　AGC靜態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.4動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

4.4.1試驗(yàn)條件

(1)以下控制系統(tǒng)能夠穩(wěn)定投入：協(xié)調(diào)控制、給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)、總風(fēng)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氧量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、一次風(fēng)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)、磨煤機(jī)料位調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)經(jīng)過負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)檢驗(yàn)，滿足AGC試驗(yàn)要求。

(2)試驗(yàn)記錄：采用DCS歷史記錄站進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集、追憶與曲線的打印。

(3)試驗(yàn)方案或措施經(jīng)電廠同意并向省調(diào)申請(qǐng)，確定試驗(yàn)時(shí)間。

4.4.2試驗(yàn)過程

按甘肅電網(wǎng)要求，在AGC控制方式下，負(fù)荷跟隨試驗(yàn)在60%～100%MCR負(fù)荷范圍內(nèi)負(fù)荷指令以不低于2%Pe/min的變化率，連續(xù)增、減（或減、增）各一次的雙向變動(dòng)試驗(yàn)。

4.4.3負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)過程

AGC負(fù)荷聯(lián)調(diào)試驗(yàn)前，先進(jìn)行了3 MW/min、5 MW/min、7 MW/min設(shè)定速率下的負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)，負(fù)荷變化范圍為180～300 MW，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2　負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

(1) 3 MW/min速率負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)

按試驗(yàn)要求，機(jī)組協(xié)調(diào)控制投入、滑壓控制方式下，負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)在240～300 MW負(fù)荷范圍內(nèi)負(fù)荷指令以3 MW/min的變化率，連續(xù)增、減（或減、增）各一次的雙向擾動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中送風(fēng)自動(dòng)投入、引風(fēng)自動(dòng)投入、給水自動(dòng)投入及磨煤機(jī)料位自動(dòng)投入。

(2) 5 MW/min速率負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)

按試驗(yàn)要求，機(jī)組協(xié)調(diào)控制投入、滑壓控制方式下，負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)在180～300 MW負(fù)荷范圍內(nèi)負(fù)荷指令以5 MW/min的變化率，連續(xù)增、減（或減、增）各一次的雙向擾動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中送風(fēng)自動(dòng)投入、引風(fēng)自動(dòng)投入、給水自動(dòng)投入及磨煤機(jī)料位自動(dòng)投入。

(3) 7 MW/min速率負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)

按試驗(yàn)要求，機(jī)組協(xié)調(diào)控制投入、滑壓控制方式下，負(fù)荷擾動(dòng)試驗(yàn)在200～300 MW負(fù)荷范圍內(nèi)負(fù)荷指令以7 MW/min的變化率，連續(xù)增、減（或減、增）各一次的雙向擾動(dòng)試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中送風(fēng)自動(dòng)投入、引風(fēng)自動(dòng)投入、給水自動(dòng)投入及磨煤機(jī)料位自動(dòng)投入。

由于負(fù)荷變化幅度小，實(shí)際負(fù)荷變化有一定的遲滯特性，導(dǎo)致小負(fù)荷變化時(shí)速率偏低。

4.4.4 AGC聯(lián)調(diào)試驗(yàn)

2014年6月27日13:46:11，試驗(yàn)人員配合甘肅省調(diào)自動(dòng)化處對(duì)機(jī)組的AGC跟隨能力進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中，機(jī)組投協(xié)調(diào)控制模式和AGC模式，A、B、C磨煤機(jī)容量風(fēng)門投自動(dòng)模式，機(jī)組負(fù)荷速度變化率設(shè)定為7.5 MW/min，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3　AGC聯(lián)調(diào)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由于負(fù)荷變化幅度小，實(shí)際負(fù)荷變化有一定遲滯特性，導(dǎo)致小負(fù)荷變化時(shí)速率偏低。

5　試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及處理

5.1根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，負(fù)荷變化速率設(shè)定為3 MW/min，實(shí)際負(fù)荷變化速率最大為2.74 MW/min，最小為2.68 MW/min，平均為2.72 MW/min。試驗(yàn)過程中，機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)保持穩(wěn)定；

5.2根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，負(fù)荷變化速率設(shè)定為5 MW/min，實(shí)際負(fù)荷變化速率最大為4.82 MW/min，最小為4.45 MW/min，平均為4.69 MW/min。試驗(yàn)過程中，機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)保持穩(wěn)定；

5.3根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，負(fù)荷變化速率設(shè)定為7 MW/min，實(shí)際負(fù)荷變化速率最大為6.52 MW/min，舍棄兩段5 MW小幅度負(fù)荷變化，最小為6.31 MW/min，平均為6.37 MW/min。試驗(yàn)過程中，機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)保持穩(wěn)定；

5.4根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，AGC跟隨試驗(yàn)過程中，負(fù)荷變化速率設(shè)定為7.5 MW/min，實(shí)際負(fù)荷變動(dòng)速率最大為7.07 MW/min，舍棄由于小負(fù)荷幅度變化影響速率情況，最小為6.15 MW/min，平均為6.61 MW/min。試驗(yàn)過程中，機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)保持穩(wěn)定。

6　試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)組運(yùn)行調(diào)整影響

根據(jù)負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)及AGC跟隨試驗(yàn)過程分析，機(jī)組一次風(fēng)壓力對(duì)負(fù)荷響應(yīng)速率影響較大。建議機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保持一次風(fēng)壓力在合理范圍內(nèi)；由于磨煤機(jī)料位測(cè)點(diǎn)影響，在容量風(fēng)門變化幅度較大時(shí)，容易發(fā)生滿磨現(xiàn)象，建議機(jī)組正常運(yùn)行尤其在變負(fù)荷過程中，密切關(guān)注磨煤機(jī)料位變化情況，以防止協(xié)調(diào)控制及AGC功能解列；

現(xiàn)階段，A/B兩側(cè)送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉反饋偏差在16%左右，為避免自動(dòng)模式下兩側(cè)送風(fēng)機(jī)發(fā)生搶風(fēng)現(xiàn)象，建議在機(jī)組停運(yùn)或滿足檢修條件時(shí)消除兩側(cè)偏差；

AGC功能投入后，應(yīng)加強(qiáng)爐膛負(fù)壓、總風(fēng)量、一次風(fēng)壓、汽包水位、磨煤機(jī)料位、給煤機(jī)瞬時(shí)煤量等測(cè)點(diǎn)以及送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉、引風(fēng)機(jī)動(dòng)葉、一次風(fēng)機(jī)變頻、磨煤機(jī)容量風(fēng)、冷熱風(fēng)門、給煤機(jī)變頻等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的日常維護(hù)及檢修工作。

7　結(jié)論

根據(jù)優(yōu)化后的控制策略及方法對(duì)宏晟組進(jìn)行AGC功能試驗(yàn)后的數(shù)據(jù)處理分析可以得出以下結(jié)論：

(1)機(jī)組協(xié)調(diào)控制與中調(diào)模擬量與開關(guān)量信號(hào)傳輸正確可靠，精度符合甘肅電網(wǎng)要求；

(2)機(jī)組負(fù)荷正常調(diào)整范圍為180~300 MW （60%～100%MCR），滿足甘肅電網(wǎng)要求；

(3)負(fù)荷變化速率設(shè)定為7.5 MW/min，實(shí)際負(fù)荷變化速率最大為7.07 MW/min，最小為6.15 MW/min，滿足甘肅電網(wǎng)大于2%Pe/Min的指標(biāo)要求；

(4) DCS接收到AGC指令變化到機(jī)組負(fù)荷開始響應(yīng)時(shí)間小于30 s，滿足甘肅電網(wǎng)指標(biāo)要求；

(5)當(dāng)一次調(diào)頻動(dòng)作轉(zhuǎn)速偏差超過±5 r/min（此轉(zhuǎn)速偏差大于正常網(wǎng)頻波動(dòng)范圍），暫時(shí)屏蔽AGC負(fù)荷指令動(dòng)作，滿足甘肅電網(wǎng)要求。

[參考文獻(xiàn)]

[1]易克難，趙文杰.DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的分析與優(yōu)化[J].儀器儀表用戶.2012，19(1)：67-70.

[2]李希武.直接能量平衡法(DEB)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)分析[J].中國(guó)電力，2000，6(33)：65-69.

[3]侯小強(qiáng).DEB直接能量平衡控制策略與應(yīng)用[J].能源與節(jié)能.2013，(10)：25-26.

[4]何同祥.300MW機(jī)組AGC-DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化[J].電站系統(tǒng)工程.2006，22(3)：51-53.

[5]羅如山.基于模糊控制技術(shù)的有源濾波器的研究[C].廣州：華南理工大學(xué)，2005.

[6]諸靜.模糊控制原理與應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2001：4-8.

供排水

作者簡(jiǎn)介：孫建明（1976-），男，2000年畢業(yè)于鞍山鋼鐵學(xué)院（現(xiàn)遼寧科技大學(xué)）工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)，大學(xué)本科，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，工程師現(xiàn)從事電廠的熱工自動(dòng)化及熱工儀表研究工作。

收稿日期：2015- 01- 08

【中圖分類號(hào)】TM31

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1006-6764（2015）04-0042-04