京能十堰熱電有限公司李闖郭宏

隨著電力系統(tǒng)自動化水平的不斷發(fā)展，電網(wǎng)對于各個發(fā)電機組的AGC負荷響應品質(zhì)提出了更高的要求。電網(wǎng)已全面實施“兩個細則”，從影響電網(wǎng)運行質(zhì)量的各個方面對網(wǎng)上所有投入AGC模式的機組進行考核，包括一次調(diào)頻、自動發(fā)電控制（AGC）、調(diào)峰、無功調(diào)節(jié)、自動電壓控制（AVC）等。其中AGC 的負荷響應品質(zhì)尤為重要，也是決定“兩個細則”考核盈虧的重要指標。某公司一期兩臺600兆瓦機組為亞臨界自然循環(huán)汽包爐，在網(wǎng)內(nèi)大部分為超臨界或超超臨界直流爐的情況下，由于鍋爐自身的大慣性，大延遲特性，在負荷響應方面處于劣勢。本文從AGC 考核性能指標的各方面入手，對機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)邏輯和控制策略方面進行分析，進一步挖掘協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能，進行提高機組AGC負荷響應品質(zhì)方面的實踐與探索。

AGC性能指標的定義

AGC調(diào)節(jié)性能指標主要為Kp值及調(diào)節(jié)深度指標，Kp值是一個綜合指標，包括三部分內(nèi)容，分別為響應時間、調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)精度，用K1、K2、K3表示。調(diào)節(jié)深度反應了機組響應AGC負荷變化的多少，用D 表示?！皟蓚€細則”的日補償計算以及Kp值、調(diào)節(jié)深度計算公式如下：

其中，Di為機組第i次的調(diào)節(jié)深度，V 和Vn 分別為調(diào)節(jié)速率及其基準值；△P 和Pn 分別為機組調(diào)節(jié)偏差及其額定容量；△T和Tn分別為實際響應時間及其基準值。

AGC性能指標各因素的分析

Kp 值的三個方面，其中響應時間是最根本的因素，從本質(zhì)上影響了調(diào)節(jié)速率及調(diào)節(jié)精度的優(yōu)劣。

響應時間的計算是從AGC 指令開始變化到實際負荷變化超過死區(qū)范圍的時間，對于600 兆瓦機組來說，死區(qū)為6 兆瓦，過完響應時間，才進入有效的調(diào)節(jié)速率及調(diào)節(jié)精度計算時間。

AGC 負荷響應中另一個主要指標為調(diào)節(jié)速率，調(diào)節(jié)速率品質(zhì)的優(yōu)劣決定了機組是否能快速響應AGC負荷指令。

調(diào)節(jié)精度是指機組響應穩(wěn)定以后，實際出力和設定值出力之間的差值。指標反映了機組響應AGC 負荷指令的精確性，即機組調(diào)整平穩(wěn)后進入穩(wěn)態(tài)階段機組負荷與AGC指令的靜態(tài)偏差大小。

通過協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化以提高AGC負荷響應品質(zhì)的方案探討

減少AGC 負荷響應時間及提高調(diào)節(jié)精度的協(xié)調(diào)控制優(yōu)化思路探討

AGC指令變化后，實際負荷必須按正確方向跨越調(diào)節(jié)死區(qū)，且不能大于規(guī)定的門檻時間40秒。但是，如果設定的機組負荷變化率為額定調(diào)節(jié)速率，響應時間必然大于40秒；而提高機組的負荷變化率，又會影響變負荷過程中的汽壓品質(zhì)，必須利用協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的其它方法來減少AGC變化后負荷響應時間。

圖1 AGC指令初期增加負荷變化率曲線

如圖1所示，要在AGC指令變化的初始階段，增大負荷變化率，使機組實際負荷指令快速越過調(diào)節(jié)死區(qū)。第二，優(yōu)化汽機主控系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)參數(shù)，使機組實際負荷能夠快速響應速率后機組負荷指令的變化，而穩(wěn)態(tài)時，實際負荷能夠以機組負荷指令為中心，在AGC允許的偏差內(nèi)進行波動，偏差值越小越好。

很明顯，在AGC 負荷指令變化初期，短時增加負荷變化率后，能夠使機組實際負荷指令快速越過允許偏差。

除了初期改變變負荷速率的方法，還可以將機組負荷指令通過函數(shù)直接作為前饋信號加至汽機主控PID出口，使機組負荷像一次調(diào)頻一樣瞬間快速動作，但幅值不宜過大，以免引起主汽壓力不穩(wěn)定。

機組的調(diào)節(jié)精度做為機組響應AGC指令穩(wěn)態(tài)偏差的度量，要減小負荷偏差，提高調(diào)節(jié)精度，需要在AGC 指令變化后，機組負荷接近負荷指令時避免機主控超調(diào)，以減小進入穩(wěn)態(tài)時的負荷振蕩?？稍跈C組負荷接近AGC 指令時切除機主控微分前饋，在提高調(diào)節(jié)精度的同時，減小主汽壓力的波動幅度。

提高機組AGC負荷響應速率的協(xié)調(diào)控制優(yōu)化方法探討

對于機組正常運行情況下采用的爐跟機協(xié)調(diào)控制方式，爐主控指令由兩大部分構(gòu)成，分別為基礎值指令（前饋）與PID出口指令。

在理論上，對于大延遲、大慣性的控制對象，前饋是粗調(diào)，是根基，而PID調(diào)節(jié)只是細調(diào)，沒有前饋的合適調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)品質(zhì)不可能提高。在變負荷工況下，鍋爐主控采用粗調(diào)+超調(diào)+微調(diào)的控制策略。首先鍋爐指令按照與負荷的函數(shù)關(guān)系快速正確地變化，且其變化的速率要比機組實際變負荷快，進行適度超調(diào)，實現(xiàn)機組快速變負荷和主汽壓力盡快恢復的控制目標。當變負荷階段結(jié)束逐步轉(zhuǎn)為穩(wěn)態(tài)工況時，此時機組主汽壓力與設定置的偏差由爐主控的PID 進行微調(diào)，最終理想的狀態(tài)是使機組負荷和主汽壓力穩(wěn)定在其設定值上。

另外，熱值校正回路是直接的反映煤種發(fā)熱量的參數(shù)，也直接影響著鍋爐主控調(diào)節(jié)的準確性，煤的發(fā)熱量會根據(jù)煤種和氣候等因素不斷變化，這就需要優(yōu)化熱值校正回路，以適應煤質(zhì)變化對燃燒的影響。

協(xié)調(diào)控制優(yōu)化方案的實現(xiàn)方法

以某電廠一期600 兆瓦亞臨界機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化方案為例，來探討優(yōu)化方法的實現(xiàn)策略。

汽機主控的優(yōu)化策略

在圖2所示中，加入以下控制策略：

1.在以下條件下，將變負荷速率由設定值乘以1.1 的系數(shù)，使負荷更快速地響應。條件為：機組負荷指令與當前實際負荷的差值在10～30 兆瓦之間；主汽壓力大于16.5千帕；機組速率后負荷指令在320～570之間。滿足以上條件，說明鍋爐蓄熱量及機主控裕量足以支撐機組更快速地調(diào)速負荷。待條件不滿足后，又切回至設定的變負荷速率。

2.在單元負荷指令前饋的基礎上，增加AGC 負荷指令微分前饋，將負荷微分前饋通過函數(shù)直接累加到汽機主控的輸出中，讓汽機調(diào)門在變負荷前期加大開度，快速的響應負荷變化。

3.對調(diào)節(jié)精度進行優(yōu)化，在AGC負荷指令微分基礎上，當機組負荷接近負荷指令時切除此微分前饋，從而在減少響應時間的基礎上提高機組調(diào)節(jié)精度，減小主蒸汽壓力波動幅度。

4.通過對協(xié)調(diào)參數(shù)的調(diào)整，盡量將機組變負荷速率調(diào)整到18 兆瓦/分鐘，提高速率指標的同時，提高響應速度減少響應時間。

鍋爐主控及熱值校正回路的優(yōu)化策略

在圖3 所示邏輯中，加入或改進以下控制策略：

1.鍋爐燃燒中煤種變化頻繁，通過煤種變化后機組穩(wěn)態(tài)時的煤量與機組負荷對應關(guān)系，將鍋爐主控的基礎煤量前饋進行修正，使基礎煤量與汽輪機負荷對應完好，以避免在基礎煤量不對應的前提下，負荷改變時鍋爐主控PID 調(diào)節(jié)過于頻繁，主汽壓力發(fā)生較大的波動。對于某電廠一號機組，我們將基礎煤量前饋函數(shù)輸出調(diào)整為速率后指令百分比數(shù)值加上5%的增量，效果較為顯著。

2.對于AGC 指令大幅變動時鍋爐響應慢的弊端，將鍋爐主控的負荷微分前饋進行修改，對微分環(huán)節(jié)出口系數(shù)進行分段控制，用AGC 指令與速率后指令作偏差，當偏差大于6 兆瓦時，系數(shù)較大，在6 兆瓦以內(nèi)時，系數(shù)稍小。在變負荷時，實現(xiàn)適度超調(diào)，又防止超調(diào)過度，維持主汽壓力的穩(wěn)定。

3.根據(jù)煤種的變化，在機組穩(wěn)態(tài)時根據(jù)煤量與機主控的數(shù)值對比分析，修正熱值校正回路中模擬鍋爐指令對應鍋爐出力的慣性環(huán)節(jié)，使其與鍋爐實際工況相對應。

通過上述優(yōu)化方法，某電廠一期機組在DCS 側(cè)觀察機組的負荷調(diào)整速率可19 兆瓦/分鐘左右，響應時間可在20～24秒之間。Kp值大部分時間都在3以上，調(diào)節(jié)品質(zhì)好的時候可達到4 以上，大部分情況下主汽壓力也維持在可控范圍之內(nèi)。說明通過發(fā)掘協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)潛力，優(yōu)化相關(guān)邏輯及參數(shù)，是可以大幅提高AGC負荷響應品質(zhì)的。

結(jié)束語

圖2 某電廠一期汽機主控邏輯圖

圖3 某電廠一期鍋爐主控邏輯圖

通過優(yōu)化機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)自動參數(shù)，的確可以在機組安全的前提下，大幅提高機組響應AGC 指令的Kp 值，但對于“兩個細則”考核指標來說，Kp值只是一方面，提升空間畢竟是有限的，更重要的是調(diào)節(jié)深度指標。機組AGC 的投入模式對于兩個細則考核指標來說更為重要，機組投入BLR方式的調(diào)節(jié)深度是投入BLO方式的十倍以上，因此，機組協(xié)調(diào)控制得當，響應AGC 負荷指令快速、穩(wěn)定、準確的前提下，機組投入BLR 模式的時間將會大大增加，這樣在Kp值有保證的基礎上，調(diào)節(jié)深度又成倍增加。自然對“兩個細則”AGC考核的收益將會非常有利。另外，安全運行是燃煤機組的第一要務，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化也要在保證機組運行安全的前提下進行。■