网源协调下的燃气机组AGC可调范围动态管控研究

侯 倩,金 飞,郝晓光,包建东

(国网河北能源技术服务有限公司,河北 石家庄 050021)

0 引言

当前,我国用能结构清洁程度低,温室气体排放量大、能耗高,用能效率和节能减排潜力巨大,同时中心城市内的燃煤发电机组逐步关停。燃气机组具有发电技术效率高、污染少、调峰灵活等优点,在改变电力能源结构、改善环境质量、提高电网调峰性能进程中得到快速应用,是中心城市首选的燃煤发电机组替代技术。但国内大型电站燃气轮机技术应用时间短、经验欠丰富,有一系列的控制问题迫切需要解决。燃气电厂的额定出力是在标准工况下的机组总负荷,然而燃气轮机自动发电控制(AGC)可调范围受环境参数影响较大,机组负荷达不到电网调度要求,这将带来非常大的电量考核[1],亟需对燃气机组AGC可调范围的动态管控以及燃气电厂网源协调控制进行优化。

在网源协调控制的基础上,通过全面推进信息共享、泛在互联,促进网源协调监测评估与电网经济调度控制的深度融合,为电厂的经济运行、电能管理、调度决策、电网运行监督提供科学高效的支撑[2]。本文通过对燃气机组动态AGC可调范围与电网实时调峰经济调度控制管理的研究,将AGC可调范围动态主要参数传输至电网,参与电网经济调度控制,提高燃气机组AGC精准管控能力,最大限度地避免了电网调度部门对机组的考核,实现厂网负荷动态管理,精准管控,同时有效支撑新能源的消纳。

1 燃气机组AGC可调范围的动态监控

电网的稳定需要发电和用电功率以光速瞬间平衡。AGC控制是指发电机组接受电网调度指令,按电网调度要求调节发电厂有功功率,使其与电力负荷平衡,保证电网频率质量。电网的调频和自动发电控制系统由调度端控制系统、发电厂发电系统和信息传输系统三部分组成。通过AGC动态范围精准监控,形成有效的决策支持信息,达到电网整体优化的目标[3-4]。

1.1 AGC动态核定

燃气机组出力上限受环境参数影响很大,仅在冬季具备带铭牌负荷的能力,夏季高气温、低气压、高湿度工况下,机组出力严重受限。考虑到冬季实行以热定电,实际运行中机组全年均无法带铭牌负荷。对于燃气机组,铭牌负荷为838 MW,夏季实际最大出力为700～780 MW。现行的电网调度制度主要针对燃煤机组而制定,为了实现动态精准管理,需要试验核定机组不同季节、不同工况下的AGC可调范围。

利用性能数据校验处理分析平台,实时采集机组涉网性能参数,采用基于增强激励算法,通过工业数据全过程自动校验装置,对现场数据进行清洗提炼,实现数据规范化校验,为机组仿真模型提供稳定可靠的在线涉网数据,在线准确辨识机组特征,建立了机组增强激励动态仿真模型。通过数据挖掘,形成动态核定方法。

对试验数据采用主成分分析法与相关性分析法,确定影响机组AGC可调范围的影响因子,环境温度与燃气机组的可调范围高度相关,是影响燃气机组可调范围的主要因素。因此,将实际运行数据进行归一化处理后拟合二者的关系,再分别研究滤网差压、进气压力、环境湿度等因素与燃机可调范围的相关性,得到各自对燃气机组可调范围的修正公式,用于监测机组可调状态。燃气机组压力功率、温度功率、进汽压降功率、相对湿度功率对照如图1-4所示。

图1 燃气机组压力功率对照

图2 燃气机组温度功率对照

图3 燃气机组进汽压降功率对照

图4 燃气机组相对湿度功率对照

1.2 机组实时动态评价

以SV M-ARI MA时间序列模型对海量源网协调数据开展数据分析挖掘,以可视化的形式向调度中心实时展示网内机组的可供调度的能力,指标为AGC调节速率K1、AGC调节精度K2、AGC响应时间K3,进而分析燃气机组对电网一次调频和二次调频的响应能力以及容量裕量。

将机组负荷出力动态核定方法进行组态,实时根据燃气机组各个参数进行机组带负荷能力计算,对机组状态形成评价,准确地计算机组在当前环境下的动态AGC可调范围。电网调度通过AGC动态上下限对机组进行AGC控制时能够减少燃气机组的AGC不合格率,从而降低对该机组的考核,提高调度调节的精准性。

1.3 信息泛在互联下的数据通信

加强负荷动态管理,开展数据实时通信。通过跨企业的数据集成和共享应用,为省级调度中心对各电厂机组的AGC、一次调频考核评估、机组调峰能力预测、机组状态感知及分级评价等提供有力支撑,缩短生产及管理人员的数据统计整理,提高工作效率[5]。动态AGC可调范围和计算所涉及的参数借助网源信息泛在互联通信系统进行数据核对和确认,使电网调度更加准确地掌握机组带负荷能力,实现电网经济性调度,提高调度对燃气机组的管理能力。

1.4 业务流程管理数据通信平台

按照实际需求,分层次进行需求调研和模块化设计,充分利用现有系统进行综合管理平台设计,拟建设业务流程管理数据通信平台,该平台主要包括电源侧子站/SIS、通信服务器、调度侧主站及相关通信协议规约等几部分,如图5所示。

图5 业务流程管理

DCS1、DCS2、DCS3代表同一个电厂不同机组所对应的DCS。

电源侧子站配置在电厂工程师站或者电子间,具有多协议通信能力,既可以通过MODBUS、OPC等协议与DCS通信,又可以与通信服务器通过IEC 61850协议通信,子站与DCS之间配置单向隔离装置,保证数据及机组安全。

通信服务器将主站上应用所需的数据转发至调度侧主站。

2 实施效果

2.1 促进燃气机组AGC动态范围的高效管理

通过基于网源协调信息共享的燃气机组AGC可调范围的动态管理系统,提高了数据感知能力及数据资源的共享和利用程度。创造一个通用的、统一的良好数据环境,提升平台数据交互感知能力。同时完善了网源协调平台通信系统,使主子站间数据传输速度达到1帧/s,数据丢失及错误率降低至1%以下,提升网侧与源侧的信息交互感知能力。

2.2 实现机组涉网主要参数通信

业务流程管理数据通信平台实现了信息泛在互联下的实时数据通信。机组运行参数实时进行状态评价形成结果,准确地得出机组在当前环境下的动态AGC可调范围,通过数据通信系统可使电网调度实时掌握机组AGC动态可调范围,提高调度调节的精准性。

2.3 提升燃气机组经济效益

通过基于网源协调信息共享的燃气机组AGC可调范围的动态管理系统,得到燃气机组AGC负荷动态上下限,数据实时共享至省级调度中心,使调度更加准确掌握机组带负荷能力,实现电网经济性调度。在两个细则AGC调节性能考核指标中比燃煤机组更具备竞争能力,以某热电厂燃机为例,AGC负荷上限为425 MW,采用动态AGC负荷出力上限调度后,上限最大可增加30 MW,冬季可多盈利5%的电量,同时实现电网经济性调度。

3 结束语

电力系统的主要特点是发电和用电同步完成,因此为了向用户连续提供质量合格的电能,必须保证发电机组出力随时与外界用电负荷保持平衡,这就需要发电机组的负荷控制系统具备快速准确响应外界负荷变化的能力,同时也需要电力调度控制中心对机组负荷可调范围的精准掌控,从而实现电能的最优化管理。

本文在网源协调控制的基础上,通过信息共享、泛在互联及网源协调监测评估与电网经济调度控制的深度融合,研究燃气机组动态AGC可调范围动态核定及管控,将AGC可调范围动态参数实时传输至电网参与电网经济调度控制,提高燃气机组AGC管理能力,为电厂的经济运行、电能的管理提供决策依据,最大限度地避免了电网调度部门对机组的考核,实现厂网负荷动态管理,精准管控。