張自貴,邵 毅,佟 強,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

自動發(fā)電控制(automatic generation control,AGC)是電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中的一項重要且基礎(chǔ)的功能,火電廠在投入?yún)f(xié)調(diào)控制時,根據(jù)調(diào)度中心的機組負(fù)荷指令自動調(diào)節(jié)單元機組出力,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)新能源裝機容量逐年增加,火電機組AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)直接影響地區(qū)電網(wǎng)電能質(zhì)量和運行安全[3-4]。本文分析了亞臨界參數(shù)火電機組在AGC運行方式下,主蒸汽壓力波動對機組負(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《電力運行管理實施細(xì)則》和《電力輔助服務(wù)管理實施細(xì)則》,按照不同區(qū)域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點規(guī)定了發(fā)電機組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投入時間占其并網(wǎng)時間的比例,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,很多火電機組通過摻燒低熱值褐煤增加經(jīng)濟效益,導(dǎo)致鍋爐燃燒特性發(fā)生變化,使機組慣性增大,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)機出力增大

直吹式火電機組制粉系統(tǒng)將進入磨煤機的煤研磨成規(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)機出力隨燃料量增加而增大,很容易達到其設(shè)計值上限,導(dǎo)致機組高負(fù)荷工況升負(fù)荷時一次風(fēng)機無法提供動態(tài)增量,增加了鍋爐慣性時間,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,機組額定負(fù)荷所需燃料量增加,機組單位負(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。機組變負(fù)荷過程中啟停磨煤機的操作增加,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

機組在變負(fù)荷過程中,由于啟動磨煤機造成鍋爐燃燒率劇烈波動,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到報警值,主蒸汽溫度快速增大導(dǎo)致減溫水大幅波動,對主蒸汽壓力造成很大擾動,進而造成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組額定負(fù)荷所需煤量增加,一次風(fēng)母管壓力提前達到設(shè)定值。針對一次風(fēng)母管壓力在AGC變負(fù)荷時無法提供動態(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為機組一次風(fēng)母管壓力設(shè)定值;f(load)為機組負(fù)荷指令對應(yīng)一次風(fēng)母管壓力設(shè)定值函數(shù);load為機組實際負(fù)荷指令;a為機組實際負(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 磨煤機啟停給煤量控制

機組在啟停磨煤機時,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,機組負(fù)荷指令隨著網(wǎng)頻變化不停加減,常出現(xiàn)前一時刻機組負(fù)荷指令正在增加,后一時刻立刻減負(fù)荷的情況,此情況如正好發(fā)生在機組啟停磨煤機的負(fù)荷段,會出現(xiàn)剛啟動磨煤機就需要降負(fù)荷,或剛停止磨煤機就需要加負(fù)荷,造成機組跟隨AGC指令時調(diào)節(jié)品質(zhì)變差。機組在額定壓力運行時,有超壓風(fēng)險,對機組主蒸汽溫度、鍋爐金屬壁溫均造成很大影響[13-14]。針對啟停磨煤機對機組主蒸汽壓力擾動情況設(shè)計燃料控制策略如下。

啟動磨煤機時機組調(diào)整給煤量ΔCst為

(2)

停止磨煤機時機組調(diào)整給煤量ΔCsd為

(3)

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

由式(2)、式(3)可知,啟動磨煤機時實際主蒸汽壓力小于主蒸汽壓力設(shè)定值越多,ΔCst越小;停止磨煤機時實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)

火電機組滑壓運行時,主蒸汽壓力設(shè)定值設(shè)計為機組負(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)機組在滑壓段變負(fù)荷時,主蒸汽壓力設(shè)定值隨機組負(fù)荷指令變化而改變,由于鍋爐慣性實際主蒸汽壓力變化趨勢與機組變負(fù)荷趨勢相反,如果此時主蒸汽壓力設(shè)定值跟隨機組負(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汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)會增加調(diào)節(jié)主蒸汽壓力權(quán)值,造成機組負(fù)荷無法很好跟蹤AGC指令。

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

機組升負(fù)荷時主蒸汽壓力設(shè)定值變化判斷算法為

(4)

機組降負(fù)荷時主蒸汽壓力設(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為機組實際負(fù)荷指令閾值;γ為主蒸汽壓力設(shè)定值與實際值的偏差閾值。當(dāng)以上條件有1條滿足時,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)用到機組控制系統(tǒng)中,在機組啟動后進行AGC跟隨試驗,在AGC變負(fù)荷過程中,主蒸汽壓力偏差小于±0.6 MPa,機組負(fù)荷調(diào)節(jié)精度小于1%額定負(fù)荷,機組負(fù)荷調(diào)節(jié)速率大于1%額定負(fù)荷,機組負(fù)荷響應(yīng)時間小于60 s。機組控制策略優(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)化前機組AGC變負(fù)荷曲線

圖4 控制策略優(yōu)化后機組AGC變負(fù)荷曲線

圖3、圖4中,1為機組實發(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組在啟停磨煤機過程中主蒸汽壓力和主蒸汽溫度的波動,保證了亞臨界參數(shù)火電機組AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)。實際應(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組。