厂级机组经济分配系统的设计及应用

余剑锋，顾月平，尚宁

（1.浙江电力调度控制中心，杭州310007；2.华能长兴电厂，浙江长兴313100；3.半山发电厂，杭州310015）

厂级机组经济分配系统的设计及应用

余剑锋1，顾月平2，尚宁3

（1.浙江电力调度控制中心，杭州310007；2.华能长兴电厂，浙江长兴313100；3.半山发电厂，杭州310015）

介绍了长兴电厂厂级机组调度系统硬件结构和软件设计。基于动态规划法算法，能够根据AGC指令，以总供电煤耗量最少为目标重新分配各机组出力，满足电网需要。经济性测试数据表明，该系统能有效降低总煤耗量，达到节能减排的目的。

节能调度；动态规划算法；供电煤耗；经济分配；AGC

浙江电网自动化系统是建立在能量管理系统（EMS）和发电厂机组控制系统间闭环控制的先进技术手段，将入网的机组主要分成3种状态：负荷控制、自动发电控制（AGC）和电话调度。根据浙江电网联络线区域控制偏差（ACE）来调节机组负荷，这种机组级的调度方式是将负荷指令下到单台机组，不考虑发电厂内各机组的经济数据，从而不能有效保证机组的经济性。

厂级机组经济出力分配是在满足系统的负荷要求下，在各机组出力允许范围内，按各台机组煤耗率曲线特性进行出力经济分配，使全厂总耗煤量最少。

1 问题描述

设待分配的机组数量为N（不计启/停机组），建立经济出力分配问题的模型如下：

式中：M为总耗煤量；K为转化为标准煤的系数；B为发电煤耗率；Pi为第i台机组对应功率。

系统功率平衡约束：

发电机组出力上下限约束：

式中：1≤i≤N；Pi，Pimax，Pimin分别为第i号机组的实际机组出力和最大、最小机组出力；PD为系统负荷。

厂级机组经济出力分配方式实质就是：求式（1）在式（2）和式（3）约束下的极小值。

2 经济分配的方法

求经济分配的计算研究已进行了多年，研究的主要目的是如何正确和高效地求解式（1）—（3）组成的负荷分配问题。国外在这方面的研究较早，主要有等微增量原理、线性规划原理、混合整数规划原理、动态规划原理等。借助于计算机技术的高速发展，目前都能满足在线总经济分配要求。本文采用对煤耗曲线的动态规划算法的最优原理，可以概述为：无论过去的状态和决策如何，对前面的决策所形成的状态而言，余下的决策必须构成最优策略。

动态规划的优点是：对机组煤耗曲线无特殊要求，分配过程完全避开了微增率曲线。动态规划法的实质是改进型枚举法也称为收缩型枚举法，对于要形成闭环控制的经济分配系统而言，该算法有较强的可靠性和稳定性。动态规划法可以一次性得到最优解。

系统设计开发优化调度模块的实质就是：在总共N台机组运行决策过程中，用动态规划算法求式（1）在式（2）和式（3）约束下的极小值，并综合考虑以下情况：

（1）节能优化调度模型仅考虑运行机组的运行能耗，因为启/停机组（n台数）涉及机组的寿命管理、电网调度要求、运行人员操作复杂性，其经济性没有可比性。

（2）不少发电机组节能经济分配系统的分配依据是实时数据得出的煤耗曲线，存在以下缺点：可靠性不强，实时计算煤耗所需数据量大，数据来源缺乏稳定性（主要是从SIS中获取数据），尤其对需要闭环运行的节能经济分配系统而言缺乏安全性；准确性不强，对大量实时煤耗数据的计算准确性缺乏科学判据，即使有少量数据不准确，也容易造成计算结果有较大误差。本文的分配出力调度模块采用循环效率试验得出的煤耗曲线，并辅以实时运行参数进行修正，得到符合实际运行的曲线。

（3）系统进行节能调度时不仅考虑经济性，也考虑实际运行情况，充分考虑机组的可调节裕度，即目标负荷与机组有功出力高低限之间的差值。当与总出力目标相矛盾时，以满足出力为先。

（4）如果调度给出负控指令（288点日负荷曲线，5 min 1个负荷点），则将全厂总负控指令的增量、相应机组有功可调速率、相应机组出力高/低限值、相应机组的实际出力等条件作为优化调度模型的入口参数进行优化计算，得出机组间的最优分配结果。如果调度侧给出的是AGC指令，由于指令变化量较小、周期太频繁且不定时，为满足调度考核及调频需要，本系统仅转发AGC指令。

3 系统设计及应用

3.1 系统硬件组成

系统硬件构成以电厂DCS系统为基础，主要包括：RTU和多机组出力经济调度服务器，RTU需要支持解析超短期负荷预测数据传输协议，其他硬件都为电厂的原有配置。系统构成框架如图1所示。

从图1可看出，系统共有4个通信接口：

（1）与DCS的硬接线通信，包括：多机组调度指令及其返回值、允许投入信号、投入信号、辅机故障减负荷（RB）动作信号、汽机跳闸信号、远方控制投入信号。

（2）与AK1703的软接口通信，包括：机组有功上/下限、机组有功可调速率、机组有功功率、多机组调度指令、多机组调度投入情况、负控指令返回值。

（3）与省调指令下发系统间的软接口通信，主要是机组有功指令和机组指令状态信息。

（4）与SIS接口机的软接口通信（OPC通信，辅助数据），包括主汽温度、再热汽温、排汽温度、再热器压力、凝汽器真空、减温水流量、主汽流量、功率因数、厂用电功率、排烟温度等。

原有的机组DCS与调度自动化系统之间的通信不作改动，只通过按钮软切换，机组级调度与厂级调度即可进行无扰切换，对系统影响较小，设备投资不大。

3.2 系统软件结构

厂级机组经济出力分配系统的软件结构如图2所示，采用模块化结构设计，不但逻辑清晰，又方便功能扩充。主要分以下几个功能模块：数据预处理、节能调度、开环调度提示、机组特性曲线修正、投入/切除功能、负荷平衡、数据显示及调用、系统维护等。

（1）数据预处理模块主要对来自调度、DCS及SIS接口的数据有选择地进行预处理，保证节能调度计算过程中数据的准确性和可靠性。

（2）优化调度模块是以动态规划法为骨干，根据各种约束条件，并考虑实际情况，对于投入多机组调度的机组，负控模式时由优化算法进行指令的重新分配，其他模式时则跟随省调指令。

（3）闭环/开环调度提示模块的功能是当机组处于电话调度模式时进行最优指令提示，供运行人员手动执行，主要算法参考优化调度模块。

（4）投入/切除功能模块实现单机组调度与多机组调度的无扰切换。

（5）负荷平衡模块用来尽快弥补由于机组发生RB或者跳机等突发事件引起的负荷缺口，减少对电网的影响。当投入多机组调度的机组发生RB或者跳机时，其他投入多机组调度且处于负控状态的机组可增发负荷，增发负荷量不超过1个负荷控制周期的增发量。

（6）数据显示及调用模块是友好的人机界面，方便操作员监视、操作。

（7）系统维护模块可对系统模型所需的维护参数进行更新。

系统软件及硬件平台搭建以后，对系统功能、运行稳定性、运行经济性等各方面进行了测试与调试。数据结果表明，无论机组处于AGC还是负控模式，本系统均能依据既定规则进行节能调度，厂级调度指令不超限、不超时，既能满足电网调频速率要求，也保证DCS能够安全、经济运行。

4 经济性测试

以长兴发电厂4×300 MW机组为例，进行机组调度与传统平均负荷法的比较测试。模拟调度下发的总负荷指令从1 200 MW逐渐调整到600 MW，4台机组分别在负荷下限150 MW与负荷上限300 MW的约束条件下，进行负荷经济分配，得到如表1所示的数据。

表1 厂级机组负荷经济分配及平均分配方式对比

从表1看出，在出力指令被重新经济分配过程中，3号机组优先带足负荷，随着负荷指令增加，3号机组的负荷指令优先增加。而供电煤耗性能最差的2号机组在低负荷指令运行时，基本保持指令不变，将增负荷的优先权让给性能较好的机组（3号、4号及1号机组）。改变了以往传统平均分配方式下4台机组平均分配指令，机组CCS接收到相同的负荷指令却仍频繁变化，辅机、调门不断变化，影响机组经济性和使用寿命的状况。

经厂级经济负荷分配后，各台机组在不同工况下的总供电煤耗量都比传统平均分配时的总供电煤耗量有所减少。以测试期间的经济效益数据为基准，以每年发电73亿kWh，平均负荷率为74%计算，全年投入负荷优化分配系统，则一年可节省标准煤约3 285 t。由于燃煤量的减少，每年可减少CO2排放8 760 t，减少SO2排放78.8 t，获得节能减排的综合效益。因此，基于动态规划法原理的厂级机组经济出力分配系统在实际工程中有比较理想的节能效果。

5 结语

该系统在长兴发电厂试投运后，各项功能及经济测试数据显示，与机组级调度模式相比，厂级调度模式可获得较好节能效果。相比其他类似系统，本系统有以下特点：

（1）开发并实现厂级机组出力经济分配系统，能在满足电网调频要求前提下体现出经济性，并实现实时计算、闭环控制、连续运行。

（2）动态规划算法中的机组煤耗特性曲线由循环效率试验得出，并辅以实时参数偏差修正。

（3）开发并实施了负荷平衡模块，能弥补机组RB或跳闸引起的出力缺口，提高电能质量。

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（本文编辑：徐晗）

Design and Application of Economic Dispatching System for Plant-level Units

YU Jian-feng1，GU Yue-ping2，SHANG Ning3
（1.Z（P）EPC Power Dispatching Center，Hangzhou 310007，China；2.Zheneng Changxing Power Plant，Changxing Zhejiang 313100，China；3.Banshan Power Plant，Hangzhou 310015，China)

This paper introduces hardware structure and software design of dispatching system for plant-level units in Changxing Power Plant.According to the AGC instruction the dynamic planning algorithm redistributes the output of the units with the objective of minimum coal consumption to meet the needs of power grid.The economic test data shows that the system can effectively reduce the total coal consumption and achieve energy-saving and emission reduction.

energy-saving dispatching；dynamic programming；coal consumption for power supply；economic dispatching；AGC

TM621.7+1

：B

：1007-1881（2013）02-0066-04

2012-06-15

余剑锋（1977-），男，浙江衢州人，工程师，主要从事电网调度运行工作。