張自貴,邵 毅,佟 強(qiáng),畢德忠

(1.國能浙江寧海發(fā)電有限公司,浙江 寧波 315612;2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院,遼寧 沈陽 110006)

0 引言

自動(dòng)發(fā)電控制(automatic generation control,AGC)是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要且基礎(chǔ)的功能,火電廠在投入?yún)f(xié)調(diào)控制時(shí),根據(jù)調(diào)度中心的機(jī)組負(fù)荷指令自動(dòng)調(diào)節(jié)單元機(jī)組出力,使電網(wǎng)頻率和聯(lián)絡(luò)線凈交換功率維持閉環(huán)調(diào)節(jié)[1-2]。隨著地區(qū)新能源裝機(jī)容量逐年增加,火電機(jī)組AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)直接影響地區(qū)電網(wǎng)電能質(zhì)量和運(yùn)行安全[3-4]。本文分析了亞臨界參數(shù)火電機(jī)組在AGC運(yùn)行方式下,主蒸汽壓力波動(dòng)對機(jī)組負(fù)荷調(diào)整的影響,提出了主蒸汽壓力自適應(yīng)AGC負(fù)荷控制優(yōu)化方法,提高了AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)。

1 AGC考核指標(biāo)要求

為保證供電質(zhì)量,根據(jù)電監(jiān)會《發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理規(guī)定》和《并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理暫行辦法》,地區(qū)電網(wǎng)分別制定了《電力運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》和《電力輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》,按照不同區(qū)域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)規(guī)定了發(fā)電機(jī)組AGC技術(shù)指標(biāo)及考核規(guī)定[5]。

AGC技術(shù)指標(biāo)及考核規(guī)定分為可用率考核和調(diào)節(jié)性能考核。AGC可用率是指AGC投入時(shí)間占其并網(wǎng)時(shí)間的比例,要求AGC月投入率不小于98%,可用率代表AGC功能的良好程度;AGC調(diào)節(jié)性能指標(biāo)是指AGC的調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)精度和響應(yīng)時(shí)間。

2 AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)降低原因

隨著煤料成本增加,很多火電機(jī)組通過摻燒低熱值褐煤增加經(jīng)濟(jì)效益,導(dǎo)致鍋爐燃燒特性發(fā)生變化,使機(jī)組慣性增大,變負(fù)荷能力下降,AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)降低[6-8]。

a. 一次風(fēng)機(jī)出力增大

直吹式火電機(jī)組制粉系統(tǒng)將進(jìn)入磨煤機(jī)的煤研磨成規(guī)定細(xì)度的煤粉后,由熱一次風(fēng)將煤粉干燥并輸送至鍋爐內(nèi)進(jìn)行燃燒。由于燃料熱值降低,相同鍋爐負(fù)荷下所需燃料量增加,一次風(fēng)機(jī)出力隨燃料量增加而增大,很容易達(dá)到其設(shè)計(jì)值上限,導(dǎo)致機(jī)組高負(fù)荷工況升負(fù)荷時(shí)一次風(fēng)機(jī)無法提供動(dòng)態(tài)增量,增加了鍋爐慣性時(shí)間,主蒸汽壓力、主蒸汽溫度調(diào)節(jié)受到不同程度影響。

b. 制粉系統(tǒng)調(diào)節(jié)難度增大

由于燃料熱值降低,機(jī)組額定負(fù)荷所需燃料量增加,機(jī)組單位負(fù)荷所對應(yīng)的燃料量增加,在未做相應(yīng)改造的前提下,單臺制粉系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍相對減小。機(jī)組變負(fù)荷過程中啟停磨煤機(jī)的操作增加,對主蒸汽壓力調(diào)整造成較大影響[9-10]。

c. 主蒸汽壓力調(diào)節(jié)難度增大

機(jī)組在變負(fù)荷過程中,由于啟動(dòng)磨煤機(jī)造成鍋爐燃燒率劇烈波動(dòng),導(dǎo)致鍋爐主蒸汽溫度、主蒸汽壓力增大,鍋爐燃燒狀態(tài)變化劇烈,導(dǎo)致脫硝控制難度增大[11-12]。鍋爐金屬壁溫也會不同程度增大甚至達(dá)到報(bào)警值,主蒸汽溫度快速增大導(dǎo)致減溫水大幅波動(dòng),對主蒸汽壓力造成很大擾動(dòng),進(jìn)而造成AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)下降。

3 主蒸汽壓力自適應(yīng)AGC控制策略優(yōu)化

3.1 一次風(fēng)母管壓力設(shè)定值調(diào)整

原一次風(fēng)母管壓力設(shè)定值由鍋爐主控輸出經(jīng)函數(shù)曲線形成,由于燃料熱值變化使機(jī)組額定負(fù)荷所需煤量增加,一次風(fēng)母管壓力提前達(dá)到設(shè)定值。針對一次風(fēng)母管壓力在AGC變負(fù)荷時(shí)無法提供動(dòng)態(tài)增量的問題,將一次風(fēng)母管壓力設(shè)定值修改為由機(jī)組負(fù)荷指令經(jīng)函數(shù)曲線形成。

一次風(fēng)母管壓力設(shè)定值為

(1)

式中:Ppafs為機(jī)組一次風(fēng)母管壓力設(shè)定值;f(load)為機(jī)組負(fù)荷指令對應(yīng)一次風(fēng)母管壓力設(shè)定值函數(shù);load為機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令;a為機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令微分系數(shù)。一次風(fēng)母管壓力設(shè)定值邏輯如圖1所示。

圖1 一次風(fēng)母管壓力設(shè)定值邏輯

3.2 磨煤機(jī)啟停給煤量控制

機(jī)組在啟停磨煤機(jī)時(shí),對主蒸汽壓力產(chǎn)生較大影響,增大了主蒸汽壓力調(diào)節(jié)難度。在AGC變負(fù)荷過程中,機(jī)組負(fù)荷指令隨著網(wǎng)頻變化不停加減,常出現(xiàn)前一時(shí)刻機(jī)組負(fù)荷指令正在增加,后一時(shí)刻立刻減負(fù)荷的情況,此情況如正好發(fā)生在機(jī)組啟停磨煤機(jī)的負(fù)荷段,會出現(xiàn)剛啟動(dòng)磨煤機(jī)就需要降負(fù)荷,或剛停止磨煤機(jī)就需要加負(fù)荷,造成機(jī)組跟隨AGC指令時(shí)調(diào)節(jié)品質(zhì)變差。機(jī)組在額定壓力運(yùn)行時(shí),有超壓風(fēng)險(xiǎn),對機(jī)組主蒸汽溫度、鍋爐金屬壁溫均造成很大影響[13-14]。針對啟停磨煤機(jī)對機(jī)組主蒸汽壓力擾動(dòng)情況設(shè)計(jì)燃料控制策略如下。

啟動(dòng)磨煤機(jī)時(shí)機(jī)組調(diào)整給煤量ΔCst為

(2)

停止磨煤機(jī)時(shí)機(jī)組調(diào)整給煤量ΔCsd為

(3)

式中:Cst為啟動(dòng)磨煤機(jī)的給煤量;Csd為停止磨煤機(jī)的給煤量;C為總給煤量;p為主蒸汽壓力實(shí)際值;ps為主蒸汽壓力設(shè)定值。

由式(2)、式(3)可知,啟動(dòng)磨煤機(jī)時(shí)實(shí)際主蒸汽壓力小于主蒸汽壓力設(shè)定值越多,ΔCst越小;停止磨煤機(jī)時(shí)實(shí)際主蒸汽壓力大于主蒸汽壓力設(shè)定值越多,ΔCsd越小。

3.3 協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

火電機(jī)組滑壓運(yùn)行時(shí),主蒸汽壓力設(shè)定值設(shè)計(jì)為機(jī)組負(fù)荷指令經(jīng)函數(shù)形成,滑壓曲線采用定-滑-定的折線方式。當(dāng)機(jī)組在滑壓段變負(fù)荷時(shí),主蒸汽壓力設(shè)定值隨機(jī)組負(fù)荷指令變化而改變,由于鍋爐慣性實(shí)際主蒸汽壓力變化趨勢與機(jī)組變負(fù)荷趨勢相反,如果此時(shí)主蒸汽壓力設(shè)定值跟隨機(jī)組負(fù)荷指令開始變化,則增加了主蒸汽壓力偏差,當(dāng)偏差超過一定閾值時(shí)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)會增加調(diào)節(jié)主蒸汽壓力權(quán)值,造成機(jī)組負(fù)荷無法很好跟蹤AGC指令。

調(diào)整機(jī)組變負(fù)荷時(shí)主蒸汽壓力滑壓設(shè)定值控制策略,將機(jī)組變負(fù)荷過程中鍋爐慣性時(shí)間引入滑壓設(shè)定值變化控制中。當(dāng)機(jī)組升負(fù)荷時(shí)主蒸汽壓力初期為下降趨勢,此時(shí)滑壓設(shè)定值不變,當(dāng)鍋爐燃燒率變化實(shí)際主蒸汽壓力升高時(shí),滑壓設(shè)定值開始變化;降負(fù)荷初期主蒸汽壓力為上升趨勢,此時(shí)滑壓設(shè)定值不變,當(dāng)實(shí)際主蒸汽壓力下降時(shí),滑壓設(shè)定值開始變化。

機(jī)組升負(fù)荷時(shí)主蒸汽壓力設(shè)定值變化判斷算法為

(4)

機(jī)組降負(fù)荷時(shí)主蒸汽壓力設(shè)定值變化判斷算法為

(5)

式中:α為主蒸汽壓力變化閾值;β為機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令閾值;γ為主蒸汽壓力設(shè)定值與實(shí)際值的偏差閾值。當(dāng)以上條件有1條滿足時(shí),主蒸汽壓力設(shè)定值可隨目標(biāo)值變化,否則主蒸汽壓力設(shè)定值保持不變。主蒸汽滑壓設(shè)定值優(yōu)化邏輯原理如圖2所示。

圖2 主蒸汽壓力滑壓設(shè)定值優(yōu)化邏輯原理

4 優(yōu)化效果

將控制邏輯優(yōu)化策略應(yīng)用到機(jī)組控制系統(tǒng)中,在機(jī)組啟動(dòng)后進(jìn)行AGC跟隨試驗(yàn),在AGC變負(fù)荷過程中,主蒸汽壓力偏差小于±0.6 MPa,機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)精度小于1%額定負(fù)荷,機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)速率大于1%額定負(fù)荷,機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間小于60 s。機(jī)組控制策略優(yōu)化前后AGC變負(fù)荷曲線如圖3、圖4所示。

圖3 控制策略優(yōu)化前機(jī)組AGC變負(fù)荷曲線

圖4 控制策略優(yōu)化后機(jī)組AGC變負(fù)荷曲線

圖3、圖4中,1為機(jī)組實(shí)發(fā)功率;2為速率限制后負(fù)荷指令;3為AGC負(fù)荷指令;4為主蒸汽壓力設(shè)定值;5為主蒸汽壓力實(shí)際值;6為總給煤量;7為鍋爐給煤指令。

5 結(jié)語

主蒸汽壓力自適應(yīng)AGC控制策略優(yōu)化方法,綜合考慮了機(jī)組一次風(fēng)母管壓力、制粉系統(tǒng)啟停和變負(fù)荷過程中主蒸汽壓力設(shè)定值變化情況。該優(yōu)化方法減小了火電機(jī)組在啟停磨煤機(jī)過程中主蒸汽壓力和主蒸汽溫度的波動(dòng),保證了亞臨界參數(shù)火電機(jī)組AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)。實(shí)際應(yīng)用效果表明,該優(yōu)化方法適用于摻燒褐煤或燃料熱值較低的火電機(jī)組。