廠級自動發電控制系統優化設計

戴錫輝

(廣東紅海灣發電有限公司，廣東 汕尾 516623)

0 引言

火電機組的調度大多采用單機組自動發電控制(AGC)直調方式，即由電力調度中心AGC主控端將負荷指令直接發給每臺機組，由調度端直接控制每臺機組負荷。這種方式缺乏對各機組輔機運行方式的優化調節，不能在發電廠內部實現各臺機組負荷的經濟分配，增加了電廠的整體煤耗，并在一定程度上影響了發電機組的使用壽命和檢修成本，不能適應當前低碳經濟和節能減排政策的要求。

1 機組 AGC概況

廣東紅海灣發電有限公司現有2臺600 MW超臨界、2臺660 MW的超超臨界火力發電機組，4臺機組均采用單機組AGC直調方式。遠動系統為雙機雙網結構，由至廣東省電力調度中心(以下簡稱中調)的雙主機、500 kV測控系統、發電機測控系統、網絡交換機、光電轉換器等組成。主機及各測控屏間均通過A，B網交換機連接，進行數據采集和傳輸。

(1)至廣東中調雙主機為國電南京自動化股份有限公司生產的PSX600U型服務器，A，B主機通過交換機與500 kV測控系統以及#1～#4機組測控屏進行通信，采集廣東中調所需的遙信、遙測信號，經調度數據網將信息傳輸至中調側。

(2)#1～#4發電機測控系統為國電南京自動化股份有限公司生產的PSR662型測控裝置，主要采集#1～#4發電機的電壓/電流/頻率(含遠動及分散控制系統(DCS))、有/無功(含遠動及DCS)、AGC狀態、AGC指令返回值、電力系統穩定器(PSS)狀態、一次調頻投退狀態、自動電壓控制(AVC)系統投退狀態，同時還采集發電機出口開關、隔離開關、接地刀閘位置狀態等遙信、遙測信號。中調側下發的#1～#4機組AGC指令由遠動主機接收后，遠動主機將接收到的碼值轉發給發電機測控裝置，并由其轉換為4～20 mA直流信號，再送至機組DCS進行調節。

2 廠級AGC系統構建及整體設計

廠級AGC系統采用高性能工業可編程邏輯控制器(PLC)進行全廠指令的實時計算與分配，同時設有主、從計算站，通過心跳方式進行冗余。計算站與性能服務器等廠級AGC系統設備通過交換機構成具有雙通道的星形網絡。利用與調度的現有通信通道及規約接收有功調節指令，通過硬接線與通信方式實時采集與AGC控制相關的開關量/遙測量(機組投退開關、有功出力等)，對遙測量進行信號有效性判斷與平滑濾波。通過主、備PLC完成負荷優化分配計算，并通過對應的通信方式與通道下發至廠內其他機組。通過性能計算服務器采集廠級信息監控系統(SIS)、煤耗在線系統中機組相關運行數據，進行耗差分析，計算各臺機組各負荷段的鍋爐效率、汽機熱耗、廠用電率、發電標煤耗、供電標煤耗(能自動剔除錯誤數據)。

廠級AGC系統根據SIS獲取的煤耗相關信息以及DCS上傳的機組狀態與操作數據，進行機組負荷分配計算，計算完成后，機組響應廠級AGC指令；同時，值長可根據各機組當前運行工況手動在廠級AGC系統上設置偏置，從而實現電廠側機組負荷的自主分配。廠級AGC系統構建及整體設計如圖1所示。

圖1 廠級AGC系統構建及整體設計

3 廠級AGC系統軟件結構與流程

廠級AGC系統軟件用C++語言編寫，整體采用模塊化設計方式，確保系統隨時處于正確的狀態，同時便于系統后續的軟件維護與升級。軟件整體功能結構如圖2所示。當廠級AGC無法順利接收廠級負荷指令，或小于2臺機組處于廠級AGC模式，導致自動分配模式無法繼續時，將所有機組退出廠級AGC模式至本地方式，待調度員下發指令進行后續動作，運行方式包括以下幾種。

(1)廠級AGC手動控制模式。廠級AGC方式下各機組的單元機組協調控制系統(CCS)、廠級AGC投入，廠級負荷指令從廠級AGC負荷自動分配系統上由值長手動給出，通過優化分配算法給出各機組負荷指令。需要說明的是，這種值長手動分配方式事實上就是所謂的手動偏置方式，并不推薦在總負荷指令未發生改變時使用，因為極易導致一次調頻質量被考核。

(2)自動分配模式。中調AGC方式下總負荷指令由中調能量管理系統(EMS)給出，機組AGC方式下各機組CCS，AGC投入，但各機組負荷指令由廠級AGC負荷自動優化分配系統給出，無需手動干預。

(3)單機AGC方式。單機AGC方式下各機組CCS，AGC投入，各機組負荷指令由中調EMS給出。

圖2 廠級AGC系統軟件功能與流程

(4)本地方式。該方式下各機組CCS，AGC投入，機組保持當前功率。

系統自動檢測當前全廠負荷指令與實發功率狀態，根據機組狀態自動選擇最佳的分配策略，并平滑、無擾切換。

4 廠級AGC系統功能設計要點

(1)廠級AGC系統功能主要影響因素。在主要輔機與協調控制系統正常運行的情況下，全廠變負荷速率的主要影響因素包括單機最大變負荷速率、分配算法以及機組運行狀態等。為確保全廠在所有工況下都能滿足對應的變負荷速率要求，需要考慮底層的協調控制系統優化，高能耗輔機出力優化，全廠運行于電網的模式、機組狀態辨識與分配算法設計。

(2)關鍵輔機控制系統與運行優化。對磨煤機等關鍵輔機的運行方式進行優化，確保關鍵輔機的運行方式、控制邏輯適應快速變負荷要求，進一步提升機組變負荷能力；同時，針對關鍵輔機啟停，設計合理的全廠統籌策略，降低輔機能耗。

(3)全廠運行于電網的模式及機組運行狀態辨識。針對全廠當前運行于電網的具體模式(如承擔基本負荷方式、大范圍調峰模式、小出力高頻度AGC調頻方式)，確定對應的限制條件，綜合全廠狀態選取合適的分配算法。

(4)一次調頻影響。根據全廠目前所處的電網運行模式，分析當前分配方式下機組一次調頻動作量與裕度對分配算法的影響，確定分配算法對一次調頻的處理策略。機組負荷處于[40%Pe，100%Pe](Pe為額定負荷)區間時，考慮偏置設定對一次調頻的影響；機組負荷處于上述區間外時，平行分配機組間負荷。

(5)臨界負荷區。該系統將主要輔機啟停的負荷區間段，即臨界負荷區，作為算法的約束條件加入計算過程，統籌解決臨界負荷區問題，并根據96點曲線趨勢做出優先判斷，確保磨煤機等設備的順利啟停。

(6)廠級AGC系統故障。廠級AGC系統與RTU發生通信故障時，保持最后一個有效廠級負荷指令，并維持當前分配目標，直到系統恢復正?；蛘{度同意強制退出廠級AGC方式。當廠級AGC系統無法正常工作時，所有機組自動切出廠級AGC方式至本地方式，等待調度員的進一步指令。

(7)機組DCS故障。機組DCS與廠級AGC系統發生通信故障時，保持最后一個有效負荷指令，切出廠級AGC方式至本地方式。

(8)投、退權限控制。按照技術要求，系統設計為調度側與電廠側雙向控制，即調度側與電廠側同時允許投入時方可投入廠級AGC方式，任何一方退出都將退出廠級AGC方式。

(9)事件與報警記錄。系統操作過程觸發的事件與報警記錄，按照時間順序記錄在對應的數據庫中，便于追溯。系統計算數據、日志數據存儲于數據庫中，并提供2年的有效記錄期。

(10)煤耗曲線擬合。利用從機組SIS所獲得的數據進行機組煤耗曲線擬合，所獲得的煤耗曲線作為分配的基礎。

(11)機組能耗動態監測與狀態評估。利用在SIS中獲取的機組運行數據，監測機組全工況段能耗，分析能耗畸變點，作為分配策略的參考。

5 結束語

經過系統調試試驗，廣東紅海灣發電有限公司廠級AGC項目成功投入運行，各通道精度、負荷指令分配、變負荷速率以及一次調頻響應均滿足電網要求，并使電廠側獲得了每臺機組的負荷分配權。