厂级自动发电控制系统优化设计

戴锡辉

(广东红海湾发电有限公司，广东 汕尾 516623)

0 引言

火电机组的调度大多采用单机组自动发电控制(AGC)直调方式，即由电力调度中心AGC主控端将负荷指令直接发给每台机组，由调度端直接控制每台机组负荷。这种方式缺乏对各机组辅机运行方式的优化调节，不能在发电厂内部实现各台机组负荷的经济分配，增加了电厂的整体煤耗，并在一定程度上影响了发电机组的使用寿命和检修成本，不能适应当前低碳经济和节能减排政策的要求。

1 机组 AGC概况

广东红海湾发电有限公司现有2台600 MW超临界、2台660 MW的超超临界火力发电机组，4台机组均采用单机组AGC直调方式。远动系统为双机双网结构，由至广东省电力调度中心(以下简称中调)的双主机、500 kV测控系统、发电机测控系统、网络交换机、光电转换器等组成。主机及各测控屏间均通过A，B网交换机连接，进行数据采集和传输。

(1)至广东中调双主机为国电南京自动化股份有限公司生产的PSX600U型服务器，A，B主机通过交换机与500 kV测控系统以及#1～#4机组测控屏进行通信，采集广东中调所需的遥信、遥测信号，经调度数据网将信息传输至中调侧。

(2)#1～#4发电机测控系统为国电南京自动化股份有限公司生产的PSR662型测控装置，主要采集#1～#4发电机的电压/电流/频率(含远动及分散控制系统(DCS))、有/无功(含远动及DCS)、AGC状态、AGC指令返回值、电力系统稳定器(PSS)状态、一次调频投退状态、自动电压控制(AVC)系统投退状态，同时还采集发电机出口开关、隔离开关、接地刀闸位置状态等遥信、遥测信号。中调侧下发的#1～#4机组AGC指令由远动主机接收后，远动主机将接收到的码值转发给发电机测控装置，并由其转换为4～20 mA直流信号，再送至机组DCS进行调节。

2 厂级AGC系统构建及整体设计

厂级AGC系统采用高性能工业可编程逻辑控制器(PLC)进行全厂指令的实时计算与分配，同时设有主、从计算站，通过心跳方式进行冗余。计算站与性能服务器等厂级AGC系统设备通过交换机构成具有双通道的星形网络。利用与调度的现有通信通道及规约接收有功调节指令，通过硬接线与通信方式实时采集与AGC控制相关的开关量/遥测量(机组投退开关、有功出力等)，对遥测量进行信号有效性判断与平滑滤波。通过主、备PLC完成负荷优化分配计算，并通过对应的通信方式与通道下发至厂内其他机组。通过性能计算服务器采集厂级信息监控系统(SIS)、煤耗在线系统中机组相关运行数据，进行耗差分析，计算各台机组各负荷段的锅炉效率、汽机热耗、厂用电率、发电标煤耗、供电标煤耗(能自动剔除错误数据)。

厂级AGC系统根据SIS获取的煤耗相关信息以及DCS上传的机组状态与操作数据，进行机组负荷分配计算，计算完成后，机组响应厂级AGC指令；同时，值长可根据各机组当前运行工况手动在厂级AGC系统上设置偏置，从而实现电厂侧机组负荷的自主分配。厂级AGC系统构建及整体设计如图1所示。

图1 厂级AGC系统构建及整体设计

3 厂级AGC系统软件结构与流程

厂级AGC系统软件用C++语言编写，整体采用模块化设计方式，确保系统随时处于正确的状态，同时便于系统后续的软件维护与升级。软件整体功能结构如图2所示。当厂级AGC无法顺利接收厂级负荷指令，或小于2台机组处于厂级AGC模式，导致自动分配模式无法继续时，将所有机组退出厂级AGC模式至本地方式，待调度员下发指令进行后续动作，运行方式包括以下几种。

(1)厂级AGC手动控制模式。厂级AGC方式下各机组的单元机组协调控制系统(CCS)、厂级AGC投入，厂级负荷指令从厂级AGC负荷自动分配系统上由值长手动给出，通过优化分配算法给出各机组负荷指令。需要说明的是，这种值长手动分配方式事实上就是所谓的手动偏置方式，并不推荐在总负荷指令未发生改变时使用，因为极易导致一次调频质量被考核。

(2)自动分配模式。中调AGC方式下总负荷指令由中调能量管理系统(EMS)给出，机组AGC方式下各机组CCS，AGC投入，但各机组负荷指令由厂级AGC负荷自动优化分配系统给出，无需手动干预。

(3)单机AGC方式。单机AGC方式下各机组CCS，AGC投入，各机组负荷指令由中调EMS给出。

图2 厂级AGC系统软件功能与流程

(4)本地方式。该方式下各机组CCS，AGC投入，机组保持当前功率。

系统自动检测当前全厂负荷指令与实发功率状态，根据机组状态自动选择最佳的分配策略，并平滑、无扰切换。

4 厂级AGC系统功能设计要点

(1)厂级AGC系统功能主要影响因素。在主要辅机与协调控制系统正常运行的情况下，全厂变负荷速率的主要影响因素包括单机最大变负荷速率、分配算法以及机组运行状态等。为确保全厂在所有工况下都能满足对应的变负荷速率要求，需要考虑底层的协调控制系统优化，高能耗辅机出力优化，全厂运行于电网的模式、机组状态辨识与分配算法设计。

(2)关键辅机控制系统与运行优化。对磨煤机等关键辅机的运行方式进行优化，确保关键辅机的运行方式、控制逻辑适应快速变负荷要求，进一步提升机组变负荷能力；同时，针对关键辅机启停，设计合理的全厂统筹策略，降低辅机能耗。

(3)全厂运行于电网的模式及机组运行状态辨识。针对全厂当前运行于电网的具体模式(如承担基本负荷方式、大范围调峰模式、小出力高频度AGC调频方式)，确定对应的限制条件，综合全厂状态选取合适的分配算法。

(4)一次调频影响。根据全厂目前所处的电网运行模式，分析当前分配方式下机组一次调频动作量与裕度对分配算法的影响，确定分配算法对一次调频的处理策略。机组负荷处于[40%Pe，100%Pe](Pe为额定负荷)区间时，考虑偏置设定对一次调频的影响；机组负荷处于上述区间外时，平行分配机组间负荷。

(5)临界负荷区。该系统将主要辅机启停的负荷区间段，即临界负荷区，作为算法的约束条件加入计算过程，统筹解决临界负荷区问题，并根据96点曲线趋势做出优先判断，确保磨煤机等设备的顺利启停。

(6)厂级AGC系统故障。厂级AGC系统与RTU发生通信故障时，保持最后一个有效厂级负荷指令，并维持当前分配目标，直到系统恢复正常或调度同意强制退出厂级AGC方式。当厂级AGC系统无法正常工作时，所有机组自动切出厂级AGC方式至本地方式，等待调度员的进一步指令。

(7)机组DCS故障。机组DCS与厂级AGC系统发生通信故障时，保持最后一个有效负荷指令，切出厂级AGC方式至本地方式。

(8)投、退权限控制。按照技术要求，系统设计为调度侧与电厂侧双向控制，即调度侧与电厂侧同时允许投入时方可投入厂级AGC方式，任何一方退出都将退出厂级AGC方式。

(9)事件与报警记录。系统操作过程触发的事件与报警记录，按照时间顺序记录在对应的数据库中，便于追溯。系统计算数据、日志数据存储于数据库中，并提供2年的有效记录期。

(10)煤耗曲线拟合。利用从机组SIS所获得的数据进行机组煤耗曲线拟合，所获得的煤耗曲线作为分配的基础。

(11)机组能耗动态监测与状态评估。利用在SIS中获取的机组运行数据，监测机组全工况段能耗，分析能耗畸变点，作为分配策略的参考。

5 结束语

经过系统调试试验，广东红海湾发电有限公司厂级AGC项目成功投入运行，各通道精度、负荷指令分配、变负荷速率以及一次调频响应均满足电网要求，并使电厂侧获得了每台机组的负荷分配权。