AGC模式下火电机组协调控制系统优化研究

张龙

摘要：在本研究中我们针对火力发电厂的自动发电控制系统原理及其构成进行了分析。针对电网负荷时段上的特殊变化能够提出AGC机组手段协调控制的具体模式及采用不同火电模式进一步重组进行排序，利用AGC机组，能够在负荷预测以及经营某种计划模式下跟踪省内负荷情况。AGC机组联络线和频率变化，能够为大型火电厂调节机制提供参考，通过运行结果发现火电厂采用协调控制架构体系能够从一定程度上适用于目前的电网现有的调度方式。

Abstract： In this study， we analyzed the principle and composition of an automatic power generation control system for a thermal power plant. According to the special changes in the grid load period， the specific mode of AGC unit means coordinated control can be proposed and different thermal power modes are used to sort the further reorganization. The AGC unit can be used to track the provincial load situation under load forecasting and operating a certain planning mode. The contact line and frequency change of the AGC unit can provide reference for the regulation mechanism of large thermal power plants. Through the operation results， it is found that the coordinated control architecture system of the thermal power plant can be applied to the existing dispatching mode of the current power grid to some extent.

关键词：AGC;火电机组;协调控制;系统;优化

Key words： AGC;thermal power unit;coordinated control;system;optimization

中图分类号：TP273;TM621                           文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）35-0161-03

0  引言

截至2018年，该地电网总装机量达到118GW，AGC火电机组装机量51GW，可调节的容量为3.1GW，燃气机组中AGC机组容量为6.1GW，可调容量3GW。从这个数据上来看，火电机组和燃气机组调节容量基本能够达到平衡状态。根据有关研究表明，以区域作为功率总调节机制控制目标的CPS策略，目前AGC应用策略已经获取良好的应用效果。尤其对于大型火电厂来说，由于调节容量相对较大，而且调节速度快，在短期时间内响应较短等特点，在调节容量的条件下能够满足频率以及攻略相应的控制要求。然而处于用电高峰期时不能充分利用电、燃气资源，AGC机组调节能力显著降低，AGC火电机组无法进行有效控制，进一步会导致出现较多CPS不合格的问题，影响整体基础的调节性能，一直以来由于煤质的困扰，对于火电机组投入比例和调节效果，相比燃气技术来说，并不理想，无法实现有效的AGC调节。根据研究表明，利用短期负荷预测，开展AGC超前控制策略，其思路较好，但由于没有考虑到火电燃气协调控制，虽然后续研究学者提出并用火电燃气机组联合调整，然而，并没有从整体去考虑，根据火电燃气机组的特性，对目标进行解耦，从一定程度上也影响了火电技术的调节性。从上述情况上来看，结合该地的电网实际发展情况，需要对现有的AGC机组控制策略进行有效调整，能够利用现有的这一资源协调控制，使火电机组能够快速适应CPS的考核要求。

在本研究中针对该地电网负荷时段中的具体变化情况，提出适应于火电网AGC机组的有效控制策略。

1  AGC协调控制材料分析

首先从短期负荷预测上来看。火电机组能够结合短期负荷预测性能，开展超前控制策略，并能够获得良好的工作效果。从短期符合预测上来看，能获得出预计所需的负荷增量，交换计划增量等扣除。机组预测处理和最终能够得到下一时间段内再分配的发电偏差量，结合陡降和爬坡的急缓程度，对短期负荷预测的大小进行实时调整，最终根据调整的结果，火电机组出力能够跟踪该地区，负荷变动形式充分调节火电机组的可调节容量。针对电厂计划控制来看，在处于电厂计划控制模式下，对于同一部分机组，不同机构可以结合其调节方向，用于考核比例分配的调节量。在本研究中将负荷增加作为研究对象，机组分配出力定义為机组损失。■

机组能够接受的调节变化量用达到p表示，机组i所属的计划值变化量用Pi表示，机组能够调节的容量用Psche表示，参与这种控制条件下的火电机组数量用n表示，参与该模式控制下，机组变化频率较低，并且具有良好的跟踪进度，能够有利于机组实现稳定运行。根据协调工作策略上来看，结合电网的负荷变化情况以及火电机组AGC资源特点，进一步提出了火电机组协调控制模式，在处于该模式下，利用系统相对较好的火电机组能够用于短期负荷预测跟踪，而对于部分基础性能较差，但多数采用相对平衡的计划值进行运行。从整体上来看，我们发现该地区的电网统调负荷和联络线负荷变化具有下列特点，首先不同时间段内负荷变化趋势存在差异，系统波峰和波谷存在明显的幅度变化。结合系统联络线和负荷变化情况，可以将其分为5个时间段。分别为，第一时间段，00：00～6：00是负荷平衡状态，6：00～11：30为长时间爬坡状态，此时系统的负荷处于单向增加状态。11：30～12：40为第三时段，属于系统负荷降低状态，12：40到20：25为第四时间段。测试系统，负荷比较平稳，第五时间段为20：25～24：00，此时负荷有一定程度的降低。结合上述特点，我们发现该地区的电网水火电机组协调控制，采用分时间段的方式，消耗不同火电燃气模式条件下进行重组排序，摆脱过去分担因子分配出力的方式，进一步按照调节速度，机组容量作为分类依据，能够将目前该电网所拥有的火电燃气机组分别分为燃气一组，一节燃气二组、火电一组，一节是火电2组。其中小燃气AGC机组设为燃气一组，大型燃气机组为燃气二组，此外，其调节性能较好的火电机组为火电一组，调节性能较差的为火电二组。编排控制主要是充分利用火电机组，在短期负荷预测和计划值模式下，用于省内负荷跟踪，中小型燃气机组频率变化以及跟踪联络线变化形式，大型燃气厂可参与这一调节过程。

2  火电燃气机组的协调控制实验分析

为进一步研究燃气和火电机组在处于协调配合状态下的工作效果，满足电网运行条件下进行一段时间内的测试，由于第三和第四阶段的控制策略是比较相似的。而第四和第一阶段相似，因此在本研究中主要分析第3阶段和第四阶段的火电燃气机组协调控制及相关策略，具体来看在处于第三时段时，由于第3阶段属于负荷变化的重要拐角点，因此该断内联络线呈现快速下降的趋势，且由于该阶段属于单向调节，在这种控制条件下中小型燃气机组，主要用于系统频率和联络线波动功率的调节变化，而对于大型火电厂来说，在ACE偏差较大时可直接参与调节。目前该电网所有火电机组能够结合短期负荷预测结果进一步参与机组的集群控制。比如对两天内某一时间段，电厂分别采用不同的工作模式，EMS中下发调节命令曲线，根据果我们发现在处于AUTOS条件下，电厂调节频率和调节幅度有显著降低，具体来看，在没有频繁参与调节的条件下，变成机组出力，基本处于平衡状态，在这一时间段内中小型火电调节容量可满足当地1天电网的调节需求，而在第3阶段火电机组能够全部运用于LDFCO模式，结合运行结果，我们发现整体火电机组调节性能较好，虽然不同电网出力变化对于整体火电机组有影响，但整体来看，全网火电机组出力在处于第三阶段时能够显著降低，进一步缓解燃气机组的调节压力。从CPS曲线可以发现，相比原有的控制模式基本是保持一致的，我们认为主要是由于该火电机组使用的燃煤煤质不好，因此调节范围和响应速度都受到一定限制，在整个网内负荷下降是比较快的，因为中小型燃气在调节上，能够满足系统频率和联络线的变化，但燃气集群调节速度政策不齐，进一步会影响整体的燃气调节速率。从第四时段的控制时间上来看，在整个第4时间段内负荷曲线逐渐呈现缓慢爬坡状态，协调控制，重组排序结果如下：对于中小型燃气机组以及性能较好的火电，机组控制条件保持不变的情况下。大型燃气厂改带基本负荷，性能相对较差的火电机组能够结合日前计划进行跟踪，由于计划控制条件下的命令，周期持续为5分钟，对于机组响应速率低，进而确保煤质较差的火电机组能够实现稳定运行。通过运行我们发现参与超前控制火电机组数量相对减少，处于滞后控制，然而基本可满足国内负荷波动的相关需求，基于这种控制条件下中小型燃气机组，在处于联络线攻略波动下，基本可满足CPS控制要求，而对于大型燃气厂来说，已经推出频率和联络线的有效控制，由于大型燃气厂没有直接参与调节，因此明显减少弃水。并且该时间段内的机组编排策略是比较节能的。

从其运行效果上来看，通过对该电网一段时间内的火电燃气机组协调控制进行测试研究，进一步发现，该电网采取燃气机组协调控制这一条件是可行的，在电网频率和联络线频率变化较大的条件下，可以采用分时段进行控制，首先，对于负荷变化较快的时间段。可以依靠所有火电机组采用LDFCO条件进行超前控制，同时结合中小型燃气机组的系统频率，联络线功率波动，进行有效调整，而对于大型燃气厂来说，其参与的频率、联络线控制情况较少，因此这种控制策略，需要满足CPS的性能并针对全网快速变化，能够有效应用火电资源减少大型燃气机组的出力。而在负荷区域平缓的时间段内，釆用性能条件好的火电机组，执行LDFCO模式，而对于性能较差的火电机组可以执行SCHEO模式，在整个调节过程中，大型燃气机组没有参与联络线和频率控制，而对于中小型燃气企业来说，其控制目标是不变的。这种控制策略，能够考虑火电机组不同的性能差异。尽管目前电网或电机组处于滞后控制，但这种调节质量没有受到较多干扰，也有利于火电机组实现有效运行，同时大型燃气厂处于较高的出力条件，而减少煤炭消耗量。

首先从AGC系统概念上来看火电机组AGC主要是由传输通道、机组控制系统、电网调度控制系统、远程终端控制系统等多种系统功能构成的，能够将电厂的实际运行情况传输到调度中心，由调度系统对这些收集的数据进行分析处理，进一步能够对火电机组负荷进行有效分配，发出指令之后能够将其传输到电厂，而RTU装置中具体传输过程如下：AGC指令申请和当前的电网频率稳定要求一切负荷需求，每隔几秒钟进行一次机组的运行，并且先负荷设定，因此产生相应的信号，AGC指令是由负荷分量和调节分量共同构成的，其中负荷量是在短期预测中确定日负荷。发电量和调节分量是在负荷系统结合当前几分钟内负荷变化情况进一步预测，下一时间内的负荷调节量，火电机组通过分散控制的方式能够利用机炉协调控制系统进一步完成AGC指令响应。记录仪协调控制系统包括汽机跟随、锅炉跟随等多种方式。无论机组采用哪种记录控制方式，最终都是通过协调机组燃烧和调门的开度，能够在短时间内响应AGC的指令。

从控制对象的特点上来看，该电厂有三期两台机组能够协调控制，投运之后可以满足流动系统AGC的指令响应要求，然而再处于燃料扰动和负荷升降条件下，主蒸汽压力温度会发生较大波动变化，并且在负荷条件发生变化之后，机组的响应速度比较慢，很难满足调度中心，对源于AGC投运的相关要求，调动中心对于AGC投运要求其出力，调整延迟时间低于30秒，负荷调节速率应当高于机组额定处理1.2%。在处于机组协调控制系统设计时应当克服大滞后、纯时延对于控制系统稳定性的相关影响，能够强化锅炉侧动态响应，使给水量和燃料量保持平衡，在锅炉跟随协调工作方式下，锅炉的主控维持机前压力、汽机主控机组负荷。该控制模式下系统具有良好的精确控制要求，并且负荷响应时间较短，因此采用这种锅炉跟随的控制模式。可以将进组投入AGC运行，但研究也是基于此实现机组的协调控制优化等。

除上述之外，由于火电机组协调控制系统主要设计输入输出复杂系统，在调试中存在多种问题，对系统增加变参数设置以及非线性函数设置，可以适当提升机组对于煤种变化、负荷变化的干扰适应性。首先从改变燃料量负荷情况上来看，对该电厂临界机组在升负荷条件下，发现锅炉蓄热性能降低，针对这种问题，可以在系统增加变负荷指令前馈，虚假煤位使燃烧调节相对滞后，在整个系统中可以适当增加每煤量前馈，记录处于不同负荷条件下的燃料量，进一步得到锅炉静态前馈相关参数，在机组负荷变动条件下，结果发现其函数很难满足机组变负荷条件下对于系统的运行要求，因此需要结合负荷偏差特点，能够对燃料量前馈增加动态可变，前馈回路装置。在符合指令条件下，与实际负荷存在较大偏差，这种情况下，机组增负荷可以通过函数公式对燃料主控前馈进行调整，适当增加锅炉的燃料量等，机组减负荷状态是可以通过函数公式对其主控前馈进行修正，适当减少燃料量，在技术处于稳定状态下。没有发生显著变化时，此时该回路失效，在压力闭锁条件下该回路也无法发挥效用，因此会有原CCS控制进行闭锁调节。预加减燃料，可以通过这种方式克服主蒸汽压力产生的贯性影响，在蒸汽压力活动中适当加一路预加减燃料前馈回路装置，可以实现系统结合实际负荷需求，相应的增加或者减少燃料量，该回路在整个系统中，主要是处于系统负荷变化开始时，增加主蒸汽压力，能够显著克服主蒸汽压力产生的关系，影响进一步强化负荷变化率。增加机组对于煤质变化产生的适应力，当前由于锅爐煤质无法调整，质量保证，机组协调控制系统稳定性和AGC投入质量将会从一定程度上受到煤质影响，在机组负荷变化较大的情况下，系统能够为技术提供快速响应，利用较强的前馈作用，在该作用条件下，机组负荷会出现较大超调，当燃料量出现较大变化时，系统对前馈环节做出修正，能够显出减小超调程度，提高系统运行的稳定性，以及对于负荷变化的响应效率，结合高调门流量和重叠度数据要求进一步优化。DEH系统高调门单阀和顺序阀流量曲线，而今该曲线趋于线性，经优化之后该机组能够快速准确的响应指令确保并提升AGC的投入质量。经过优化之后，我们对该电厂机组进行AGC系统性能检测，结果发现该系统具有良好的负荷响应性，当机组处于升负荷或者下降负荷条件下，其运行速率均高于12MW每分钟，基本能够满足调度中心对于AGC跟踪指令相关要求，机组在投运AGC后，其系统的运行状态比较稳定，各模拟量控制子系统的调节性能相对较好，在处于双负荷状态下，机组各项参数运行结果。我们发现在处于火电机组交互条件下，机组的实际负荷与AGC指令偏差最高为4MW，主蒸汽压力最高0.6MPa，给水量也能够结合负荷变化情况发生相应的调整，其他参数基本处于稳定状态，可以发现该机组运行基本能够满足电网AGC以及系统稳定安全运行的要求。

3  小结

在本研究中通过对某电网负荷，时间段中的变化要求，指出了燃气火电机组采用分时段协调控制模式并进行运行测试，结果发现火力燃气机组协调控制模式具有良好的性能，能够适用于该电网现有调度方式。同时结合机组的特点和协调控制系统进行优化，采取适应机组的控制策略，使系统优化后的快速投运可满足系统中心相关要求。

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