协调控制系统优化与提高AGC调节品质的实践与研究

京能十堰热电有限公司李闯郭宏

随着电力系统自动化水平的不断发展，电网对于各个发电机组的AGC负荷响应品质提出了更高的要求。电网已全面实施“两个细则”，从影响电网运行质量的各个方面对网上所有投入AGC模式的机组进行考核，包括一次调频、自动发电控制（AGC）、调峰、无功调节、自动电压控制（AVC）等。其中AGC 的负荷响应品质尤为重要，也是决定“两个细则”考核盈亏的重要指标。某公司一期两台600兆瓦机组为亚临界自然循环汽包炉，在网内大部分为超临界或超超临界直流炉的情况下，由于锅炉自身的大惯性，大延迟特性，在负荷响应方面处于劣势。本文从AGC 考核性能指标的各方面入手，对机组协调控制系统逻辑和控制策略方面进行分析，进一步挖掘协调控制系统的调节性能，进行提高机组AGC负荷响应品质方面的实践与探索。

AGC性能指标的定义

AGC调节性能指标主要为Kp值及调节深度指标，Kp值是一个综合指标，包括三部分内容，分别为响应时间、调节速率、调节精度，用K1、K2、K3表示。调节深度反应了机组响应AGC负荷变化的多少，用D 表示。“两个细则”的日补偿计算以及Kp值、调节深度计算公式如下：

其中，Di为机组第i次的调节深度，V 和Vn 分别为调节速率及其基准值；△P 和Pn 分别为机组调节偏差及其额定容量；△T和Tn分别为实际响应时间及其基准值。

AGC性能指标各因素的分析

Kp 值的三个方面，其中响应时间是最根本的因素，从本质上影响了调节速率及调节精度的优劣。

响应时间的计算是从AGC 指令开始变化到实际负荷变化超过死区范围的时间，对于600 兆瓦机组来说，死区为6 兆瓦，过完响应时间，才进入有效的调节速率及调节精度计算时间。

AGC 负荷响应中另一个主要指标为调节速率，调节速率品质的优劣决定了机组是否能快速响应AGC负荷指令。

调节精度是指机组响应稳定以后，实际出力和设定值出力之间的差值。指标反映了机组响应AGC 负荷指令的精确性，即机组调整平稳后进入稳态阶段机组负荷与AGC指令的静态偏差大小。

通过协调控制系统优化以提高AGC负荷响应品质的方案探讨

减少AGC 负荷响应时间及提高调节精度的协调控制优化思路探讨

AGC指令变化后，实际负荷必须按正确方向跨越调节死区，且不能大于规定的门槛时间40秒。但是，如果设定的机组负荷变化率为额定调节速率，响应时间必然大于40秒；而提高机组的负荷变化率，又会影响变负荷过程中的汽压品质，必须利用协调控制系统的其它方法来减少AGC变化后负荷响应时间。

图1 AGC指令初期增加负荷变化率曲线

如图1所示，要在AGC指令变化的初始阶段，增大负荷变化率，使机组实际负荷指令快速越过调节死区。第二，优化汽机主控系统的自动调节参数，使机组实际负荷能够快速响应速率后机组负荷指令的变化，而稳态时，实际负荷能够以机组负荷指令为中心，在AGC允许的偏差内进行波动，偏差值越小越好。

很明显，在AGC 负荷指令变化初期，短时增加负荷变化率后，能够使机组实际负荷指令快速越过允许偏差。

除了初期改变变负荷速率的方法，还可以将机组负荷指令通过函数直接作为前馈信号加至汽机主控PID出口，使机组负荷像一次调频一样瞬间快速动作，但幅值不宜过大，以免引起主汽压力不稳定。

机组的调节精度做为机组响应AGC指令稳态偏差的度量，要减小负荷偏差，提高调节精度，需要在AGC 指令变化后，机组负荷接近负荷指令时避免机主控超调，以减小进入稳态时的负荷振荡。可在机组负荷接近AGC 指令时切除机主控微分前馈，在提高调节精度的同时，减小主汽压力的波动幅度。

提高机组AGC负荷响应速率的协调控制优化方法探讨

对于机组正常运行情况下采用的炉跟机协调控制方式，炉主控指令由两大部分构成，分别为基础值指令（前馈）与PID出口指令。

在理论上，对于大延迟、大惯性的控制对象，前馈是粗调，是根基，而PID调节只是细调，没有前馈的合适调节，调节系统品质不可能提高。在变负荷工况下，锅炉主控采用粗调+超调+微调的控制策略。首先锅炉指令按照与负荷的函数关系快速正确地变化，且其变化的速率要比机组实际变负荷快，进行适度超调，实现机组快速变负荷和主汽压力尽快恢复的控制目标。当变负荷阶段结束逐步转为稳态工况时，此时机组主汽压力与设定置的偏差由炉主控的PID 进行微调，最终理想的状态是使机组负荷和主汽压力稳定在其设定值上。

另外，热值校正回路是直接的反映煤种发热量的参数，也直接影响着锅炉主控调节的准确性，煤的发热量会根据煤种和气候等因素不断变化，这就需要优化热值校正回路，以适应煤质变化对燃烧的影响。

协调控制优化方案的实现方法

以某电厂一期600 兆瓦亚临界机组协调控制系统优化方案为例，来探讨优化方法的实现策略。

汽机主控的优化策略

在图2所示中，加入以下控制策略：

1.在以下条件下，将变负荷速率由设定值乘以1.1 的系数，使负荷更快速地响应。条件为：机组负荷指令与当前实际负荷的差值在10～30 兆瓦之间；主汽压力大于16.5千帕；机组速率后负荷指令在320～570之间。满足以上条件，说明锅炉蓄热量及机主控裕量足以支撑机组更快速地调速负荷。待条件不满足后，又切回至设定的变负荷速率。

2.在单元负荷指令前馈的基础上，增加AGC 负荷指令微分前馈，将负荷微分前馈通过函数直接累加到汽机主控的输出中，让汽机调门在变负荷前期加大开度，快速的响应负荷变化。

3.对调节精度进行优化，在AGC负荷指令微分基础上，当机组负荷接近负荷指令时切除此微分前馈，从而在减少响应时间的基础上提高机组调节精度，减小主蒸汽压力波动幅度。

4.通过对协调参数的调整，尽量将机组变负荷速率调整到18 兆瓦/分钟，提高速率指标的同时，提高响应速度减少响应时间。

锅炉主控及热值校正回路的优化策略

在图3 所示逻辑中，加入或改进以下控制策略：

1.锅炉燃烧中煤种变化频繁，通过煤种变化后机组稳态时的煤量与机组负荷对应关系，将锅炉主控的基础煤量前馈进行修正，使基础煤量与汽轮机负荷对应完好，以避免在基础煤量不对应的前提下，负荷改变时锅炉主控PID 调节过于频繁，主汽压力发生较大的波动。对于某电厂一号机组，我们将基础煤量前馈函数输出调整为速率后指令百分比数值加上5%的增量，效果较为显著。

2.对于AGC 指令大幅变动时锅炉响应慢的弊端，将锅炉主控的负荷微分前馈进行修改，对微分环节出口系数进行分段控制，用AGC 指令与速率后指令作偏差，当偏差大于6 兆瓦时，系数较大，在6 兆瓦以内时，系数稍小。在变负荷时，实现适度超调，又防止超调过度，维持主汽压力的稳定。

3.根据煤种的变化，在机组稳态时根据煤量与机主控的数值对比分析，修正热值校正回路中模拟锅炉指令对应锅炉出力的惯性环节，使其与锅炉实际工况相对应。

通过上述优化方法，某电厂一期机组在DCS 侧观察机组的负荷调整速率可19 兆瓦/分钟左右，响应时间可在20～24秒之间。Kp值大部分时间都在3以上，调节品质好的时候可达到4 以上，大部分情况下主汽压力也维持在可控范围之内。说明通过发掘协调控制系统潜力，优化相关逻辑及参数，是可以大幅提高AGC负荷响应品质的。

结束语

图2 某电厂一期汽机主控逻辑图

图3 某电厂一期锅炉主控逻辑图

通过优化机组协调控制系统自动参数，的确可以在机组安全的前提下，大幅提高机组响应AGC 指令的Kp 值，但对于“两个细则”考核指标来说，Kp值只是一方面，提升空间毕竟是有限的，更重要的是调节深度指标。机组AGC 的投入模式对于两个细则考核指标来说更为重要，机组投入BLR方式的调节深度是投入BLO方式的十倍以上，因此，机组协调控制得当，响应AGC 负荷指令快速、稳定、准确的前提下，机组投入BLR 模式的时间将会大大增加，这样在Kp值有保证的基础上，调节深度又成倍增加。自然对“两个细则”AGC考核的收益将会非常有利。另外，安全运行是燃煤机组的第一要务，协调控制系统优化也要在保证机组运行安全的前提下进行。■