王海峰

(武漢大學土木工程學院，湖北 武漢 332500)

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廠級AGC系統(tǒng)技術(shù)應用策略探討

王海峰

(武漢大學土木工程學院，湖北 武漢 332500)

為了響應國家對電網(wǎng)節(jié)能調(diào)度的新要求，各大電網(wǎng)都在進行各種方式的節(jié)能調(diào)度研究，火電廠廠級AGC系統(tǒng)是其中重要的研究方向之一。結(jié)合神華國華九江電廠廠級AGC系統(tǒng)，雙機雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，配合綜合煤耗優(yōu)化和比例分配等控制策略研究，通過有效設(shè)置5種調(diào)整模式，成功實現(xiàn)全自動調(diào)整方式，有效實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，確保電廠的安全經(jīng)濟運行。

節(jié)能調(diào)度；廠級AGC；雙機雙網(wǎng)；煤耗優(yōu)化；比例分配

神華國華九江發(fā)電有限責任公司總裝機規(guī)模為4×1 000 MW，分二期建成，本期為一期工程，裝機容量為2×1 000 MW，計劃于2017年雙投。電廠本期500 kV出線2回，暫按接至石鐘山500 kV變電站考慮，其中1、2號機組分散控制系統(tǒng)(DCS)，遠動通信系統(tǒng)(RTU)及廠級AGC系統(tǒng)為上?；莅蚕到y(tǒng)控制有限公司GR90系統(tǒng)。

發(fā)電機組AGC的投入對電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行起到積極有效的促進作用，但目前單機AGC負荷調(diào)度方式不能在發(fā)電廠內(nèi)部實現(xiàn)各臺機組的最佳經(jīng)濟負荷分配，在一定程度上影響發(fā)電機組的使用壽命和檢修成本，從滿足低碳經(jīng)濟和節(jié)能減排政策要求的角度來看，廠級AGC系統(tǒng)的研究和實施將成為未來的發(fā)展趨勢[1-2]。廠級AGC系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度“統(tǒng)一調(diào)度、分級管理”的基本原則，在確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定的前提下，通過對全廠負荷實施優(yōu)化分配，兼顧電廠運行的安全性和經(jīng)濟性，實現(xiàn)電網(wǎng)、電廠的雙贏。

1 概述

AGC系統(tǒng)是建立在電網(wǎng) EMS系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，目前主要存在于2種控制形式，一種為廠對網(wǎng)，另一種為單機對網(wǎng)。目前華中電網(wǎng)管轄區(qū)域2種方式并存，網(wǎng)調(diào)統(tǒng)調(diào)電廠多以網(wǎng)對廠的形式存在，并在大面積改造中。近年來，廠級AGC被全網(wǎng)認定為科學調(diào)度方式和可靠的節(jié)能管理手段被廣泛推廣，廠級AGC系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)點網(wǎng)對機直控的調(diào)度方式，調(diào)度EMS系統(tǒng)將全廠全部的負荷指令統(tǒng)一下達，到電廠端對負荷通過后臺優(yōu)化的設(shè)計方案自動、合理進行分配、組合，有效降低成本，提高機組的等效利用小時數(shù)，避免了機組的頻繁調(diào)節(jié)，實現(xiàn)機組的長周期運行；對于電網(wǎng)減少調(diào)度員的操作，在一定程度上增強了電廠的自主性和協(xié)調(diào)性[3-4]。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

九江電廠廠級AGC系統(tǒng)采用雙機雙網(wǎng)配置，系統(tǒng)包括雙控制器、雙服務器、雙交換機、雙光纖網(wǎng)、雙電源和雙操作員站。廠級AGC系統(tǒng)通過在原遠動GR90系統(tǒng)進行軟硬件升級實現(xiàn)。除了新增廠級AGC控制軟件外，在2套原D200 RTU裝置中各增加1塊SBC板用于優(yōu)化計算，組成冗余結(jié)構(gòu)，互為熱備用。另外增加了人機接口系統(tǒng)。廠級AGC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓樸如圖1所示。

圖1 廠級AGC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓樸圖

正常情況下2臺服務器一主一備同時經(jīng)A網(wǎng)與主控制器(D200)通信獲取數(shù)據(jù)，操作員站通過A網(wǎng)從主服務器中獲取數(shù)據(jù)，控制命令也經(jīng)A網(wǎng)通過主服務器轉(zhuǎn)發(fā)到主控制器。當A網(wǎng)出現(xiàn)問題時，系統(tǒng)切換到B網(wǎng)進行通信；而當主服務器出現(xiàn)故障時，將備用服務器切為主服務器。同時在2臺電子設(shè)備間之間敷設(shè)1條光纜，當某1臺電子設(shè)備間到遠動的光纜被切斷時，可以通過新增光纜并借用另1臺電子設(shè)備間到遠動的光纜進行通信。另外遠動機房內(nèi)所有設(shè)備配備了雙電源，從而在硬件結(jié)構(gòu)上確保了系統(tǒng)可靠性。

3 控制模式

廠級AGC系統(tǒng)接收中調(diào)實時發(fā)送的全廠負荷指令，同時在線采集2臺機組實時運行數(shù)據(jù)，在滿足負荷響應快速性要求的同時實現(xiàn)機組間負荷的經(jīng)濟最優(yōu)分配；并將優(yōu)化分配結(jié)果直接送至2臺機組DCS系統(tǒng)，實現(xiàn)機組負荷的自動增減。九江電廠廠級AGC系統(tǒng)共有5種控制模式：機組基本模式(不投AGC)、機組控制模式、電廠控制模式和調(diào)度控制模式等4種廠級AGC方式以及單機AGC方式。遠動通信系統(tǒng)(RTU)及廠級AGC系統(tǒng)控制原理如圖2所示。

圖2 廠級AGC系統(tǒng)原理框圖

模式1：機組基本模式。機組基本模式是一種非AGC模式，各機組負荷由機組操作員控制。機組可運行在BASE、TF或CCS方式。

模式2：機組控制模式。機組控制模式下各機組CCS投入AGC，但各機組負荷指令由操作員通過操作站手動給出。

模式3：電廠控制模式。電廠控制模式下各機組CCS投入AGC，廠級負荷指令由操作員通過操作站手動給出，通過負荷優(yōu)化分配計算給出各機組負荷指令。電廠控制模式下要求至少有1臺機組不處在機組控制模式。

模式4：調(diào)度控制模式。調(diào)度控制模式下總負荷指令由中調(diào)EMS系統(tǒng)給出，通過負荷優(yōu)化分配計算給出各機組負荷指令。

模式5：單機AGC方式。為目前常用的控制方式，各機組負荷指令由中調(diào)EMS系統(tǒng)直接給出。

以上幾種模式的投入順序：機組控制→電廠控制→調(diào)度控制，解除順序可越級或逐級解除。

4 負荷分配策略

4.1 約束條件

在滿足電網(wǎng)有功調(diào)節(jié)速率和安全性的前提下，以保持電廠的運行成本(如煤耗)最低為目標。故在計算及控制的過程中，考慮以下約束條件。

a.分配策略：具有按煤耗綜合優(yōu)化、按調(diào)節(jié)速率、按機組容量及按用戶指定的比例系數(shù)等多種分配策略。

b.負荷轉(zhuǎn)移：當某臺參與廠級AGC控制的機組由于某種原因不能再承擔其應有的出力(如機組跳閘等)，其負荷應迅速轉(zhuǎn)移到其它機組，以減小對電網(wǎng)的影響。

c.調(diào)節(jié)速率約束條件：調(diào)度對電廠的調(diào)節(jié)速率作為優(yōu)化模型的約束條件，以保證有功調(diào)節(jié)的快速性。

d.最少臺數(shù)約束條件：在滿足調(diào)度速率的前提下，在每輪有功調(diào)節(jié)過程中，盡量采用最少數(shù)量的機組臺數(shù)來滿足調(diào)度的變負荷要求。為避免少數(shù)機組的有功出力迅速達到其限值范圍內(nèi)，機組應輪流參與到有功調(diào)節(jié)的過程中。

e.臨界負荷范圍：為避免頻繁啟停輔機，軟件可根據(jù)值長設(shè)定的臨界負荷范圍，保證分配出機組有功目標不在臨界負荷范圍之內(nèi)。而且可以根據(jù)全廠負荷曲線的調(diào)節(jié)趨勢，判斷是否應該跨越臨界負荷范圍。

f.備用裕度：可根據(jù)預設(shè)的調(diào)節(jié)范圍，為所有機組保留一定比例的有功備用裕度。在保證經(jīng)濟性的同時，滿足對電網(wǎng)安全性的要求。該部分調(diào)節(jié)能力只有在全部機組都已達到備用裕度值或調(diào)節(jié)速度達不到調(diào)度要求時，被逐步釋放出來，以保證電廠在更大調(diào)節(jié)范圍內(nèi)具備更高調(diào)節(jié)速度。

g.備用分配策略：為提高控制系統(tǒng)的可靠性，可在優(yōu)化算法不收斂等異常情況下提供次優(yōu)的備用有功調(diào)節(jié)分配策略，包括按調(diào)節(jié)速率、按機組容量及按用戶指定的系數(shù)等，保證控制系統(tǒng)的實時性。

h.最大偏差功能：為避免過度優(yōu)化影響全廠調(diào)節(jié)速率，保證機組間的負荷差在一定范圍內(nèi)，本軟件可設(shè)置最大偏差，保持電廠機組間的負荷差在最大偏差范圍內(nèi)。

4.2 綜合煤耗優(yōu)化分配模型

廠級AGC系統(tǒng)可依據(jù)多點煤耗擬合出機組的特性曲線，考慮各種條件，得出不同經(jīng)濟負荷分配方案。

對于大型火電廠，機組煤耗量與負荷存在函數(shù)關(guān)系。優(yōu)化策略為滿足總煤耗量最小。

受限有：

c.受限機組速率

d.受限臨界負荷

e.受限機組差異

其中受限臨界負荷可以由值班員根據(jù)輔助系統(tǒng)啟停手動輸入，受限機組速率可以轉(zhuǎn)化為受限機組上/下限。在數(shù)學上，負荷優(yōu)化分配問題是一個高維、非線性、多約束的規(guī)劃問題，其計算方法復雜、計算量大。廠級AGC系統(tǒng)采用了計算速度快、收斂性好、結(jié)果優(yōu)的算法，非常適合在線計算。

4.3 調(diào)節(jié)速率保障策略

為確保廠級AGC系統(tǒng)負荷調(diào)節(jié)速率滿足調(diào)度要求，負荷分配時考慮以下約束條件。

a.煤耗優(yōu)化方式下，必須確?？傌摵蓪嶋H變化率不低于中調(diào)考核值1%PeMW/min，2臺機組均投入運行時為45 MW/min。根據(jù)實際情況每臺機組設(shè)定變負荷率為5 MW/min，可根據(jù)實際調(diào)整，如新下發(fā)指令引起的總負荷變化為ΔPt，2臺機參與調(diào)節(jié)，若要滿足調(diào)節(jié)速率的要求，調(diào)節(jié)時間必須小于或等于ΔPt/18，因此每臺機組的負荷變化ΔPi不能大于ΔPt。由此根據(jù)機組目前所承擔的負荷就可以對機組的負荷上限或下限進行修正。

b.新指令下發(fā)后調(diào)節(jié)過程中不允許有反調(diào)節(jié)機組。

c.當負荷分配策略在自動時，每天在上午7:00—9:00以及中午11:30—13:30調(diào)峰時段，自動選擇按比例分配，默認方式為按機組可調(diào)容量比例進行分配，操作員也可以手動調(diào)整，確保負荷變化率最大。

d.可根據(jù)預設(shè)的調(diào)節(jié)范圍，為所有機組保留一定比例的有功備用裕度。在保證經(jīng)濟性的同時，滿足對電網(wǎng)對負荷調(diào)節(jié)速率的要求。

4.4 安全性保障策略

保留了原有單機AGC方式調(diào)度功能，并隨時可實現(xiàn)與廠級AGC方式無擾切換。切換方式有3種，包括操作站軟手操作、硬手操作以及中調(diào)調(diào)度員遠方搖控操作。當與中調(diào)通信故障或調(diào)度指令故障時，調(diào)度控制模式將自動解到電廠控制模式，并保持當前負荷指令。當全廠負荷指令(包括電廠控制模式和調(diào)度控制模式下)超廠級上下限負荷設(shè)定值，采用廠級上下限設(shè)定值;對重要的測量采用雙量測。當檢測到某臺機組負荷信號故障，系統(tǒng)自動將2臺機組解到機組控制模式，并保持當前負荷指令。當某臺機組負荷指令與返回負荷指令超出2 MW，該機組解到機組控制模式，并保持當前負荷指令。

當某臺機組AGC退出，該機組自動解到機組控制模式，負荷由機組操作員控制。當2臺機組AGC都退出，2臺機組解到機組控制模式，同時廠級AGC方式自動退出，控制模式轉(zhuǎn)為機組基本模式，負荷由機組操作員控制。調(diào)節(jié)過程中需考慮機組備用裕度，機組在調(diào)節(jié)過程中當總負荷接近負荷上/下限時，各臺機組需按相同比例進行調(diào)節(jié)，以確保各臺機組保留有相近的備用容量15 MW。

負荷轉(zhuǎn)移功能，當某臺機組由“廠級控制”解到“機組控制”時，單臺機組不再接受調(diào)度下發(fā)的指令，如調(diào)度下達目標沒有完成，將自動轉(zhuǎn)移到“廠級控制”的機組；當通過操作站改變機組負荷，負荷指令與實際負荷超出死區(qū)(目前為12 MW)，多出的將由參與的機組分配,以保持全廠負荷，減小對電網(wǎng)的影響。負荷轉(zhuǎn)移功能適用于機組啟停、輔機故障、機組跳閘、機組AGC解除等異常工況。

機組檢修時屏蔽功能，當機組狀態(tài)轉(zhuǎn)成檢修，送中調(diào)EMS有關(guān)的AGC信號自動保持在停機的默認狀態(tài)。軟光字牌聲光報警功能，當重要事件發(fā)生時，通過后臺光字牌聲光報警提醒操作員。

5 結(jié)論

a.我國各大電網(wǎng)AGC運行時間不長，認識不足；但節(jié)能調(diào)度的要求提高，各大電網(wǎng)都已經(jīng)在進行節(jié)能調(diào)度研究,廠級AGC就是重要一環(huán)。

b.各火電站廠級AGC系統(tǒng)設(shè)計沒有充分考慮電網(wǎng)調(diào)度需要，片面追求電廠利益的最大化，導致電網(wǎng)不認可；本文在設(shè)計廠級AGC系統(tǒng)時從調(diào)節(jié)速率限制到保留調(diào)節(jié)容量，分時段調(diào)節(jié)方式自動切換，機組間負荷最大和最小限制等策略確保了電網(wǎng)調(diào)度需求；在設(shè)計階段和系統(tǒng)模擬運行階段召開了控制策略專家評審會，相關(guān)策略和模擬運行效果得到了電力專家們的認可。

c.本文廠級AGC系統(tǒng)在原遠動通信系統(tǒng)(RTU)的基礎(chǔ)上通過軟硬件升級實現(xiàn)，不改變原有與調(diào)度EMS相關(guān)通信方式，保留原有單機AGC調(diào)度功能，并且繼承了原有裝置穩(wěn)定、安全、可靠的優(yōu)點；系統(tǒng)采用雙機雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)各項性能指標均得以保證。

d.廠級AGC系統(tǒng)功能可能過于復雜導致實用性不強，或操作界面不友好。本文廠級AGC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單清晰，操作簡單。

e.廠級AGC系統(tǒng)成敗取決于系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)、安裝、調(diào)試等環(huán)節(jié)，但真的要在運行中發(fā)揮其應有的作用，一方面對機組煤耗曲線的精準度提出了較高的要求，從電廠來說需根據(jù)在線性能計算結(jié)果定期修正煤耗曲線；另一方面要求參與廠級AGC的機組調(diào)節(jié)性能優(yōu)良，生產(chǎn)中要不斷完善優(yōu)化機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

[1] 金 豐,陳建國.火電機組一次調(diào)頻和AGC性能優(yōu)化分析[J].東北電力技術(shù),2015,36(5):7-10.

[2] 武亞光，張 銳，金鐘鶴.自動發(fā)電控制(AGC)系統(tǒng)運用控制方式與措施探討[J]. 東北電力技術(shù),2001，22(10):1-3,11.

[3] 韓 璞，王建國.自動化專業(yè)概論[M].北京：中國電力出版社.2011.

[4] 沈叢奇，歸一數(shù)，方 炯.火電廠全廠負荷優(yōu)化分配及其控制方式的研究[J].華東電力，2005,35(5):18-22.

Discussion of Plant-level AGC System Technology Application Strategy

WANG Haifeng

(College of Civil Engineering，Wuhan University，Wuhan，Hubei 332500,China)

In response to meet the new requirements of state grid energy-saving schedule,every power grid works hard for energy-saving schedule in various ways.Coal-fired power plants plant-level AGC system is one of the important research direction.With the plant-level for Shenhua Guohua Jiujiang power plant AGC system,double machine double network structure,it matches up with comprehensive coal consumption optimization and proportional distribution control strategy research.Through effectively setting up five adjust mode,it achieves automatic adjustment way.It realizes the aim of saving energy and reducing consumption effectively.It ensures the safe and economic operation of power plant.

energy-saving schedule;plant-level AGC;double machine double network;coal consumption optimization;proportional allocation

TG334.9

A

1004-7913(2017)04-0042-04

王海鋒(1982)，男，學士，工程師，從事電廠生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

2017-01-04)