超超临界机组AGC及一次调频系统优化建模

宜清正

（江苏国信靖江发电有限公司，江苏泰州 214513）

1 超（超）临界机组AGC 控制概况

电力系统频率、电压和波形质量是衡量电力系统性能质量的3 个重要指标。系统频率是系统中同步发电机工作过程中产生的交流电势的频率，反映了有功功率和发电负荷之间的平衡，它是能源系统运行的重要调控指标，与能源供应设施、生产设施和供应设施的安全和效率息息相关。互联电力系统的成功运行取决于发电量和负荷（包括网损）的实时平衡，传统的频率调节方法是根据调度员的指令或电网的调频保持电力系统的质量。此外，供电系统中随机发生的扰动也会影响有功功率与负荷的平衡。

2 基本原理

自动发电控制（Automatic Generation Control，AGC）是通过自动控制和计算机程序对频率和有功功率进行二次设定来实现的，通过监控与数据采集系统传输到调度中心，然后由AGC的计算机软件功能形成各电厂（或发电机）的AGC 命令，通过下行指令传输到各调频电厂（或发电机）。

3 新形势下超（超）临界机组的控制要求

3.1 AGC 调节性能

伴随着科学发展和社会生产规模不断扩大，能源需求也在增加，新能源不断投入使用，电网结构已发生变化，需要及时改善控制技术手段，提高辅助控制要求，要求电网可用度指标Ka为98%。如果电厂的测量值低于该指标，则不满足可用性要求。计算公式：KA=

（1）调节率k1j可分为上升率和下降率，当负荷增加时，必须考虑启动过程的影响。vn为机组的标准控制率，单位为MW/min。

（2）调整精度k2j是稳定运行后的系统实际值与调整值之间的差。在机组稳定运行时，按照实际值与目标值之差的绝对值来积分，积分值与积分时间的比值就是该期间所产生的校正偏差。

（3）根据调节功率的综合指标，可以得到AGC 调节性能的指标：KP=。式中，KPi表示测量AGC 机组在第i 个调节过程中的调节性能；在KP性能指标公式中，KP反映了一个月内AGC 机组调节N 次时的性能指标平均值。

3.2 一次调频响应要求

电厂的电网组织可实时监控每个电厂一次频率控制的开/关状态，电厂无权处理一次频率控制，包括速度控制系统的响应速度和最大负载限制，这要求所有生产单位必须按照规章制度的标准来执行，一次调频功能是所有生产单元系统性运行的必要前提。一次调频工作100%投运（工作率按月计算），计算公式如下：

（1）投产要求。一次调频条件要求的日发电量为：PN×1（h）×α一次调频。式中，PN为机组容量（MW）；α一次调频为一次调频要求系数，数值为常数3。

（2）性能要求。电力电网对一次调频的输出信号和不同周期的功率贡献制定了详细的指标要求和测量方法，将电力故障扰动分为0.06 Hz 的标准界限划分，监测计算联网发电机容量，发生重大故障或者当故障频率大于死区时，要求各电厂一次调频正常运行，一次调频运行的要求是电网统一规定的。正确的每月考核电量为：（80%-λ）×PN×2（h）×α一次调频。式中λ 为一次调频的月正确动作率；PN为机组容量（MW）；α一次调频为一次调频要求系数，数值为常数3。

3.3 质量控制要求（表1）

表1 机组主要参数的动态和稳定质量指标

3.3.1 蒸汽温度指标

（1）稳态品质指标。过热汽温静态偏差≤±3 ℃，再热蒸汽温度静态偏差≤±4 ℃，调节机构不应频繁动作。

（2）定值扰动品质指标。主汽温和再热汽温给定值改变±5 ℃时，过渡过程衰减率Ψ=0.75～1，稳定时间＜20 min。

（3）AGC 负荷跟随动态品质指标。主蒸汽温度动态偏差控制在±8 ℃，再热蒸汽温度动态偏差控制在±10 ℃。

3.3.2 蒸汽压力品质指标

（1）稳态品质指标。主汽压力静态偏差≤±2%P0。

（2）AGC 负荷跟随动态品质指标。主汽压力动态偏差控制在±2%P0。

4 超（超）临界机组控制策略

4.1 控制模式

控制可分为3 种模式：机组控制（CCS），锅炉控制（BF），汽轮机顺序控制（TF）。当锅炉控制和汽轮机控制进入自动模式时，装置已启动CCS 模式，而300 MW 机组的控制可分为3 种不同的形式：

（1）CTF 方式。目前锅炉控制和汽轮机控制自动启动，汽轮机控制主蒸汽压力，锅炉控制机组负荷。

（2）CBF 方式。主要涉及调节水控制和汽轮机的自动控制，而锅炉控制主压力。

（3）CC 协调方式。目前锅炉控制和汽轮机控制进入自动模式，锅炉调节主蒸汽压力，汽轮机调节锅炉的部分负荷和给水速度。

4.2 一次调频改进策略

根据机组的实际情况和电网需求，设置调频参数特别重要，应采取以下优化措施：①优化低负荷段DEH 侧调频动作电路，最终实现调频阀幅的相应频差；②CCS 侧和DEH 侧的调频、DEH 和CCS同步问题采用相同的转速偏差信号，可保证DEH、CCS 一次主频率调制同步，而机组可根据频率波动迅速作出响应；③对压力逻辑进行了优化，增加调频操作时提高输出自保持功能，当压力偏差较长时，会自动恢复压力提取功能，以保护驱动器的安全稳定运行。

5 应用测试

通过对一次调频进行改造设计，分别进行±4 r/min、±6 r/min转差调频试验，采取强制信号“汽轮机转速”数值的方式进行，以检查机组参与电网调频的实际能力（图1）。

根据电网调度对机组参与电网一次调频的要求，为检验超（超）临街机组参与电网的一次调频特性。通过机组的调频试验检验DEH 及CCS控制系统实际调频能力，实际速度变动率、响应时间等相关指标是否满足要求（表2）。

图1 优化后的一次调频效果分析

表2 一次调频试验数据

分析以上数据得出结论：通过改进自动控制系统的设计，在模拟控制系统的功能正常且参数控制在允许范围内的情况下，该装置能够满足AGC 电网和一次调频的要求，提高机组的控制能力。

6 结语

随着中国经济建设的快速发展和电网建设的不断完善，再加上国家电网技术要求日益严格，发电成本和环境污染对供热生产的安全性、节能性和环保性提出了更高的要求，提高电厂运行可靠性是热电厂未来发展的主要任务。