趙 雷

（大唐黃島發(fā)電有限公司，山東 黃島 266000）

優(yōu)化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)提高機組AGC響應速率

趙 雷

（大唐黃島發(fā)電有限公司，山東 黃島 266000）

對火力發(fā)電廠自動發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC）的結(jié)構(gòu)和機理進行了簡單分析，根據(jù)大唐黃島電廠三期2臺超臨界機組的AGC的投運情況和控制對象的特點，提出了對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行優(yōu)化改進，分別從改變?nèi)剂狭控摵汕梆?、預加減燃料克服主蒸汽壓力慣性、增加機組對煤質(zhì)變化的適應能力、對汽輪機調(diào)門特性流量曲線整定等幾個方面進行優(yōu)化處理，優(yōu)化后機組對AGC指令的響應速率有了顯著的提高。

協(xié)調(diào)控制；優(yōu)化；AGC

目前高容量的電網(wǎng)運行情況對發(fā)電機組的AGC投運提出了更高的要求，而發(fā)電機組的AGC投運情況的優(yōu)劣取決于機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。本文結(jié)合大唐黃島電廠三期2臺超臨界670 MW火電機組AGC的投入運行情況，提出了對機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，進而提高機組AGC的響應速率。

1 AGC系統(tǒng)概述

火電機組AGC系統(tǒng)主要由機組控制系統(tǒng)、遠程終端控制系統(tǒng)（RTU）、傳輸通道和電網(wǎng)調(diào)度實時控制系統(tǒng)組成?；痣姍C組將電廠的運行情況傳輸?shù)诫娋W(wǎng)調(diào)度中心，電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析，對火電機組的負荷進行分配，發(fā)出AGC指令傳輸?shù)诫姀S的RTU裝置。信息傳輸過程如圖1所示［1］。

圖1 電網(wǎng)調(diào)度與電廠的信息傳輸過程

AGC指令是根據(jù)當前負荷需求和電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定要求，每幾秒鐘運算1次機組的設定負荷，由此產(chǎn)生指令信號，AGC指令是由基本負荷分量和調(diào)節(jié)分量組成?；矩摵煞至渴窃诙唐诘念A測中制定的日負荷發(fā)電量；調(diào)節(jié)分量是負荷預測系統(tǒng)在根據(jù)當前幾分鐘內(nèi)負荷的變化情況預測得出下一個時間段負荷的調(diào)節(jié)量［2］。

火電機組通過分散控制系統(tǒng)（DCS）中的機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）完成對AGC指令的響應和調(diào)節(jié)，CCS又包括鍋爐跟隨、汽機跟隨、機爐協(xié)調(diào)多種控制方式。不管機組CCS采用哪種控制方式，其最終的目的都是通過協(xié)調(diào)機組的燃燒和調(diào)門的開度，盡可能快速響應AGC指令和運行人員的操作指令［1－2］。

2 控制對象的特點

大唐黃島電廠三期2臺機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在投入運行后基本可滿足電網(wǎng)調(diào)度中心AGC的指令要求，但是機組在負荷升降和燃料擾動等情況下，主蒸汽壓力和溫度波動幅度較大；且在負荷命令變化后機組系統(tǒng)響應慢，難以滿足電網(wǎng)調(diào)度中心對AGC投運的要求。調(diào)度中心對AGC的投運要求為機組出力調(diào)整遲延時間小于30 s，機組負荷調(diào)節(jié)速率不小于機組額定出力的1.2%［3］。

在機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設計中應盡量克服純時延、大滯后環(huán)節(jié)對控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，盡可能加快鍋爐側(cè)的動態(tài)響應；并且要保持燃料率與給水量之間的平衡等。在鍋爐跟隨的協(xié)調(diào)方式下，鍋爐主控維持機前壓力、汽機主控控制機組負荷，這種控制方式下系統(tǒng)具有較高的控制精度且機組負荷響應速度較快。因此采用鍋爐跟隨的控制方式，機組最適合投入AGC運行，本文也是在此基礎上進行機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化。

黃島電廠2臺機組鍋爐采用直流式鍋爐，在鍋爐蓄熱能力方面表現(xiàn)較差，并且在不同的負荷段鍋爐的蓄熱能力也有較大差別，鍋爐的給水流量對機組的穩(wěn)定性和相關(guān)參數(shù)也有明顯的影響。由于機組鍋爐蓄熱能力較差，且具有較強的遲延性和耦合性，機組在正常運行時，不利于機組負荷變化，對機組的安全穩(wěn)定性能有一定影響［4］。機組在負荷變化過程中初始階段響應較慢，如果只是加大燃料前饋，可能使負荷變化超調(diào)，相關(guān)的主要參數(shù)不穩(wěn)定，鑒于以上情況在機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的設計和參數(shù)調(diào)整中，還需要考慮燃料和給水量的比例，保證燃料和給水量的平衡關(guān)系?？傊谑箙f(xié)調(diào)控制系統(tǒng)滿足機組安全穩(wěn)定運行的同時，還要滿足能夠快速跟蹤AGC指令的變化。

3 對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化處理

為使系統(tǒng)較好地跟隨電網(wǎng)調(diào)度中心的AGC指令，并結(jié)合機組在調(diào)試期間出現(xiàn)的問題，工程人員對機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行了相應了優(yōu)化處理。火電機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)包含多輸入、多輸出的復雜系統(tǒng)，針對調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，對系統(tǒng)增加非線性函數(shù)和變參數(shù)設置，可適當提高機組對諸如煤種變化、負荷變化等外界干擾的適應能力［5］。

3.1 改變?nèi)剂狭控摵汕梆?/p>

大唐黃島電廠三期超臨界機組在升負荷過程中，發(fā)現(xiàn)鍋爐的蓄熱能力有下降趨勢。針對此種情況，在系統(tǒng)中增加變負荷指令前饋；對虛假煤位使燃燒調(diào)節(jié)滯后，在系統(tǒng)中增加給煤量前饋。通過記錄不同負荷下的燃料量，就可得到鍋爐的靜態(tài)前饋參數(shù)［6］。在機組負荷變動的AGC調(diào)試試驗中發(fā)現(xiàn)單一的f（x）函數(shù)難以滿足機組變負荷時對系統(tǒng)的需求，因此根據(jù)負荷偏差變化的特點對燃料量前饋增加動態(tài)可變前饋回路，如圖2所示。圖中RL為速率限制器，T為切換控制器。

圖2 優(yōu)化后的燃料主控前饋

在負荷AGC指令與實際負荷偏差較大情況下，機組增負荷時通過f（x）對燃料主控前饋進行修正調(diào)整，增加鍋爐燃料量；機組減負荷時通過f（x）對燃料主控前饋進行修正調(diào)整，減少燃料量。機組在穩(wěn)定工況下，沒有變化時此回路失效；在壓力閉鎖情況下，此回路作用也會失效，此時由原CCS控制回路自身進行閉鎖和調(diào)節(jié)［7］。優(yōu)化后的燃料和給水前饋曲線如圖3所示。

3.2 預加減燃料

通過預加減可克服主蒸汽壓力慣性，在蒸汽壓力回路中增加一路預加減燃料前饋，可實現(xiàn)系統(tǒng)根據(jù)實際負荷的需要對燃料量做相應的增減。此回路在系統(tǒng)中的主要作用是在負荷變化開始時，增加主蒸汽壓力的變化力度，克服主蒸汽壓力的慣性，從而達到加快負荷變化速率的目的［8］。

3.3 增加機組對煤質(zhì)變化的適應能力

目前燃煤鍋爐的煤質(zhì)得不到保障，機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和AGC投入的品質(zhì)很大程度上也受到煤質(zhì)變化的影響。機組在負荷變化較大時，系統(tǒng)為提高機組的快速響應能力，會采用較強的前饋作用，在此作用下機組負荷就會出現(xiàn)較大程度的超調(diào)。因此在燃料量發(fā)生較大變化時，系統(tǒng)對前饋環(huán)節(jié)作出相應的修正，可在一定程度上減小超調(diào)程度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性能和對負荷變化的響應速率［9］。3.4 對汽輪機調(diào)門特性流量曲線整定

圖3 優(yōu)化后的燃料和給水前饋曲線（a）——燃料負荷前饋函數(shù)；（b）——給水燃料前饋函數(shù)；（c）——優(yōu)化后的燃料和給水前饋函數(shù)

根據(jù)高調(diào)門的實際流量特性曲線和重疊度數(shù)據(jù)，優(yōu)化DEH系統(tǒng)高調(diào)門單閥和順序閥流量曲線，使流量趨于線性化。整定后機組可較準確和快速的響應中調(diào)指令，保障和提高了AGC投入品質(zhì)［10］。

4 系統(tǒng)優(yōu)化后AGC的投入情況

協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化后，分別對黃島電廠三期2臺機組進行了相應的AGC系統(tǒng)性能測試，測試結(jié)果表明系統(tǒng)具有較好的負荷響應性能，機組升負荷和降負荷的實際速率都大于12 MW／min，滿足電網(wǎng)調(diào)度中心對機組跟蹤AGC指令的要求，且機組在投運AGC后運行穩(wěn)定，各模擬量控制子系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效果良好。機組在升負荷時各項相應參數(shù)如圖4所示。機組在降負荷時各項相應參數(shù)如圖5所示。

圖4 機組升負荷時AGC指令、實際功率、主蒸汽壓力、煤量關(guān)系曲線

圖5 機組降負荷時AGC指令、實際功率、主蒸汽壓力、煤量關(guān)系曲線

由圖4和圖5可見在機組升負荷和降負荷的過程中，機組的實際負荷值與AGC的指令值最大偏差為4 MW，主蒸汽壓力最大偏差為0.6 MPa，給水量也根據(jù)負荷的變化而變化，其他參數(shù)也基本穩(wěn)定，機組運行滿足電網(wǎng)AGC及機組安全運行的要求。

5 結(jié)束語

黃島電廠三期2臺超臨界670 MW機組控制系統(tǒng)設計合理，且根據(jù)機組特點對其協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)做了相應的優(yōu)化，采取了適應機組特點的控制策略，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化后機組的AGC投運可較好滿足電網(wǎng)調(diào)度中心的要求，達到了預期的效果。

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Optimization Coordinated Control System to Improve the Response Rate of Unit AGC

ZHAO Lei
（Datang Huangdao Power Generation Co.，Ltd.，Huangdao，Shandong 266000，China）

This paper makes a simple analysis on thermal power plant automatic generation control（AGC）system structure and mechanism.According to operation status of AGC and control object characteristics of Datang Huangdo Power Plant PhaseⅢtwo su?percritical units，it proposes optimization and improvement on coordinated control system，which includes the front to change the a?mount of fuel load feeder，pre?subtractin fuel，overcoming the inertia of the main steam pressure，increasing the units ability to adapt to coal quality changes，and the tone of the turbine flow characteristic for the tone curve setting.After the optimization unit response rate to AGC is significantly improved.

Coordinated control；Optimization；AGC

TM621.6；TM76

A

1004－7913（2015）04－0030－03

趙 雷（1972—），男，大專，中級技師，主要從事電廠熱工控制工作。

2015－01－29）