廠級AGC系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用策略探討

王海峰

(武漢大學(xué)土木工程學(xué)院，湖北 武漢 332500)

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廠級AGC系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用策略探討

王海峰

(武漢大學(xué)土木工程學(xué)院，湖北 武漢 332500)

為了響應(yīng)國家對電網(wǎng)節(jié)能調(diào)度的新要求，各大電網(wǎng)都在進(jìn)行各種方式的節(jié)能調(diào)度研究，火電廠廠級AGC系統(tǒng)是其中重要的研究方向之一。結(jié)合神華國華九江電廠廠級AGC系統(tǒng)，雙機(jī)雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，配合綜合煤耗優(yōu)化和比例分配等控制策略研究，通過有效設(shè)置5種調(diào)整模式，成功實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)調(diào)整方式，有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，確保電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

節(jié)能調(diào)度；廠級AGC；雙機(jī)雙網(wǎng)；煤耗優(yōu)化；比例分配

神華國華九江發(fā)電有限責(zé)任公司總裝機(jī)規(guī)模為4×1 000 MW，分二期建成，本期為一期工程，裝機(jī)容量為2×1 000 MW，計(jì)劃于2017年雙投。電廠本期500 kV出線2回，暫按接至石鐘山500 kV變電站考慮，其中1、2號機(jī)組分散控制系統(tǒng)(DCS)，遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)(RTU)及廠級AGC系統(tǒng)為上?；莅蚕到y(tǒng)控制有限公司GR90系統(tǒng)。

發(fā)電機(jī)組AGC的投入對電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起到積極有效的促進(jìn)作用，但目前單機(jī)AGC負(fù)荷調(diào)度方式不能在發(fā)電廠內(nèi)部實(shí)現(xiàn)各臺(tái)機(jī)組的最佳經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配，在一定程度上影響發(fā)電機(jī)組的使用壽命和檢修成本，從滿足低碳經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排政策要求的角度來看，廠級AGC系統(tǒng)的研究和實(shí)施將成為未來的發(fā)展趨勢[1-2]。廠級AGC系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度“統(tǒng)一調(diào)度、分級管理”的基本原則，在確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定的前提下，通過對全廠負(fù)荷實(shí)施優(yōu)化分配，兼顧電廠運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)、電廠的雙贏。

1 概述

AGC系統(tǒng)是建立在電網(wǎng) EMS系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，目前主要存在于2種控制形式，一種為廠對網(wǎng)，另一種為單機(jī)對網(wǎng)。目前華中電網(wǎng)管轄區(qū)域2種方式并存，網(wǎng)調(diào)統(tǒng)調(diào)電廠多以網(wǎng)對廠的形式存在，并在大面積改造中。近年來，廠級AGC被全網(wǎng)認(rèn)定為科學(xué)調(diào)度方式和可靠的節(jié)能管理手段被廣泛推廣，廠級AGC系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)點(diǎn)網(wǎng)對機(jī)直控的調(diào)度方式，調(diào)度EMS系統(tǒng)將全廠全部的負(fù)荷指令統(tǒng)一下達(dá)，到電廠端對負(fù)荷通過后臺(tái)優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案自動(dòng)、合理進(jìn)行分配、組合，有效降低成本，提高機(jī)組的等效利用小時(shí)數(shù)，避免了機(jī)組的頻繁調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的長周期運(yùn)行；對于電網(wǎng)減少調(diào)度員的操作，在一定程度上增強(qiáng)了電廠的自主性和協(xié)調(diào)性[3-4]。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

九江電廠廠級AGC系統(tǒng)采用雙機(jī)雙網(wǎng)配置，系統(tǒng)包括雙控制器、雙服務(wù)器、雙交換機(jī)、雙光纖網(wǎng)、雙電源和雙操作員站。廠級AGC系統(tǒng)通過在原遠(yuǎn)動(dòng)GR90系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件升級實(shí)現(xiàn)。除了新增廠級AGC控制軟件外，在2套原D200 RTU裝置中各增加1塊SBC板用于優(yōu)化計(jì)算，組成冗余結(jié)構(gòu)，互為熱備用。另外增加了人機(jī)接口系統(tǒng)。廠級AGC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓樸如圖1所示。

圖1 廠級AGC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓樸圖

正常情況下2臺(tái)服務(wù)器一主一備同時(shí)經(jīng)A網(wǎng)與主控制器(D200)通信獲取數(shù)據(jù)，操作員站通過A網(wǎng)從主服務(wù)器中獲取數(shù)據(jù)，控制命令也經(jīng)A網(wǎng)通過主服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到主控制器。當(dāng)A網(wǎng)出現(xiàn)問題時(shí)，系統(tǒng)切換到B網(wǎng)進(jìn)行通信；而當(dāng)主服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，將備用服務(wù)器切為主服務(wù)器。同時(shí)在2臺(tái)電子設(shè)備間之間敷設(shè)1條光纜，當(dāng)某1臺(tái)電子設(shè)備間到遠(yuǎn)動(dòng)的光纜被切斷時(shí)，可以通過新增光纜并借用另1臺(tái)電子設(shè)備間到遠(yuǎn)動(dòng)的光纜進(jìn)行通信。另外遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)房內(nèi)所有設(shè)備配備了雙電源，從而在硬件結(jié)構(gòu)上確保了系統(tǒng)可靠性。

3 控制模式

廠級AGC系統(tǒng)接收中調(diào)實(shí)時(shí)發(fā)送的全廠負(fù)荷指令，同時(shí)在線采集2臺(tái)機(jī)組實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，在滿足負(fù)荷響應(yīng)快速性要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)組間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)分配；并將優(yōu)化分配結(jié)果直接送至2臺(tái)機(jī)組DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷的自動(dòng)增減。九江電廠廠級AGC系統(tǒng)共有5種控制模式：機(jī)組基本模式(不投AGC)、機(jī)組控制模式、電廠控制模式和調(diào)度控制模式等4種廠級AGC方式以及單機(jī)AGC方式。遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)(RTU)及廠級AGC系統(tǒng)控制原理如圖2所示。

圖2 廠級AGC系統(tǒng)原理框圖

模式1：機(jī)組基本模式。機(jī)組基本模式是一種非AGC模式，各機(jī)組負(fù)荷由機(jī)組操作員控制。機(jī)組可運(yùn)行在BASE、TF或CCS方式。

模式2：機(jī)組控制模式。機(jī)組控制模式下各機(jī)組CCS投入AGC，但各機(jī)組負(fù)荷指令由操作員通過操作站手動(dòng)給出。

模式3：電廠控制模式。電廠控制模式下各機(jī)組CCS投入AGC，廠級負(fù)荷指令由操作員通過操作站手動(dòng)給出，通過負(fù)荷優(yōu)化分配計(jì)算給出各機(jī)組負(fù)荷指令。電廠控制模式下要求至少有1臺(tái)機(jī)組不處在機(jī)組控制模式。

模式4：調(diào)度控制模式。調(diào)度控制模式下總負(fù)荷指令由中調(diào)EMS系統(tǒng)給出，通過負(fù)荷優(yōu)化分配計(jì)算給出各機(jī)組負(fù)荷指令。

模式5：單機(jī)AGC方式。為目前常用的控制方式，各機(jī)組負(fù)荷指令由中調(diào)EMS系統(tǒng)直接給出。

以上幾種模式的投入順序：機(jī)組控制→電廠控制→調(diào)度控制，解除順序可越級或逐級解除。

4 負(fù)荷分配策略

4.1 約束條件

在滿足電網(wǎng)有功調(diào)節(jié)速率和安全性的前提下，以保持電廠的運(yùn)行成本(如煤耗)最低為目標(biāo)。故在計(jì)算及控制的過程中，考慮以下約束條件。

a.分配策略：具有按煤耗綜合優(yōu)化、按調(diào)節(jié)速率、按機(jī)組容量及按用戶指定的比例系數(shù)等多種分配策略。

b.負(fù)荷轉(zhuǎn)移：當(dāng)某臺(tái)參與廠級AGC控制的機(jī)組由于某種原因不能再承擔(dān)其應(yīng)有的出力(如機(jī)組跳閘等)，其負(fù)荷應(yīng)迅速轉(zhuǎn)移到其它機(jī)組，以減小對電網(wǎng)的影響。

c.調(diào)節(jié)速率約束條件：調(diào)度對電廠的調(diào)節(jié)速率作為優(yōu)化模型的約束條件，以保證有功調(diào)節(jié)的快速性。

d.最少臺(tái)數(shù)約束條件：在滿足調(diào)度速率的前提下，在每輪有功調(diào)節(jié)過程中，盡量采用最少數(shù)量的機(jī)組臺(tái)數(shù)來滿足調(diào)度的變負(fù)荷要求。為避免少數(shù)機(jī)組的有功出力迅速達(dá)到其限值范圍內(nèi)，機(jī)組應(yīng)輪流參與到有功調(diào)節(jié)的過程中。

e.臨界負(fù)荷范圍：為避免頻繁啟停輔機(jī)，軟件可根據(jù)值長設(shè)定的臨界負(fù)荷范圍，保證分配出機(jī)組有功目標(biāo)不在臨界負(fù)荷范圍之內(nèi)。而且可以根據(jù)全廠負(fù)荷曲線的調(diào)節(jié)趨勢，判斷是否應(yīng)該跨越臨界負(fù)荷范圍。

f.備用裕度：可根據(jù)預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)范圍，為所有機(jī)組保留一定比例的有功備用裕度。在保證經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，滿足對電網(wǎng)安全性的要求。該部分調(diào)節(jié)能力只有在全部機(jī)組都已達(dá)到備用裕度值或調(diào)節(jié)速度達(dá)不到調(diào)度要求時(shí)，被逐步釋放出來，以保證電廠在更大調(diào)節(jié)范圍內(nèi)具備更高調(diào)節(jié)速度。

g.備用分配策略：為提高控制系統(tǒng)的可靠性，可在優(yōu)化算法不收斂等異常情況下提供次優(yōu)的備用有功調(diào)節(jié)分配策略，包括按調(diào)節(jié)速率、按機(jī)組容量及按用戶指定的系數(shù)等，保證控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

h.最大偏差功能：為避免過度優(yōu)化影響全廠調(diào)節(jié)速率，保證機(jī)組間的負(fù)荷差在一定范圍內(nèi)，本軟件可設(shè)置最大偏差，保持電廠機(jī)組間的負(fù)荷差在最大偏差范圍內(nèi)。

4.2 綜合煤耗優(yōu)化分配模型

廠級AGC系統(tǒng)可依據(jù)多點(diǎn)煤耗擬合出機(jī)組的特性曲線，考慮各種條件，得出不同經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配方案。

對于大型火電廠，機(jī)組煤耗量與負(fù)荷存在函數(shù)關(guān)系。優(yōu)化策略為滿足總煤耗量最小。

受限有：

c.受限機(jī)組速率

d.受限臨界負(fù)荷

e.受限機(jī)組差異

其中受限臨界負(fù)荷可以由值班員根據(jù)輔助系統(tǒng)啟停手動(dòng)輸入，受限機(jī)組速率可以轉(zhuǎn)化為受限機(jī)組上/下限。在數(shù)學(xué)上，負(fù)荷優(yōu)化分配問題是一個(gè)高維、非線性、多約束的規(guī)劃問題，其計(jì)算方法復(fù)雜、計(jì)算量大。廠級AGC系統(tǒng)采用了計(jì)算速度快、收斂性好、結(jié)果優(yōu)的算法，非常適合在線計(jì)算。

4.3 調(diào)節(jié)速率保障策略

為確保廠級AGC系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)節(jié)速率滿足調(diào)度要求，負(fù)荷分配時(shí)考慮以下約束條件。

a.煤耗優(yōu)化方式下，必須確保總負(fù)荷實(shí)際變化率不低于中調(diào)考核值1%PeMW/min，2臺(tái)機(jī)組均投入運(yùn)行時(shí)為45 MW/min。根據(jù)實(shí)際情況每臺(tái)機(jī)組設(shè)定變負(fù)荷率為5 MW/min，可根據(jù)實(shí)際調(diào)整，如新下發(fā)指令引起的總負(fù)荷變化為ΔPt，2臺(tái)機(jī)參與調(diào)節(jié)，若要滿足調(diào)節(jié)速率的要求，調(diào)節(jié)時(shí)間必須小于或等于ΔPt/18，因此每臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷變化ΔPi不能大于ΔPt。由此根據(jù)機(jī)組目前所承擔(dān)的負(fù)荷就可以對機(jī)組的負(fù)荷上限或下限進(jìn)行修正。

b.新指令下發(fā)后調(diào)節(jié)過程中不允許有反調(diào)節(jié)機(jī)組。

c.當(dāng)負(fù)荷分配策略在自動(dòng)時(shí)，每天在上午7:00—9:00以及中午11:30—13:30調(diào)峰時(shí)段，自動(dòng)選擇按比例分配，默認(rèn)方式為按機(jī)組可調(diào)容量比例進(jìn)行分配，操作員也可以手動(dòng)調(diào)整，確保負(fù)荷變化率最大。

d.可根據(jù)預(yù)設(shè)的調(diào)節(jié)范圍，為所有機(jī)組保留一定比例的有功備用裕度。在保證經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，滿足對電網(wǎng)對負(fù)荷調(diào)節(jié)速率的要求。

4.4 安全性保障策略

保留了原有單機(jī)AGC方式調(diào)度功能，并隨時(shí)可實(shí)現(xiàn)與廠級AGC方式無擾切換。切換方式有3種，包括操作站軟手操作、硬手操作以及中調(diào)調(diào)度員遠(yuǎn)方搖控操作。當(dāng)與中調(diào)通信故障或調(diào)度指令故障時(shí)，調(diào)度控制模式將自動(dòng)解到電廠控制模式，并保持當(dāng)前負(fù)荷指令。當(dāng)全廠負(fù)荷指令(包括電廠控制模式和調(diào)度控制模式下)超廠級上下限負(fù)荷設(shè)定值，采用廠級上下限設(shè)定值;對重要的測量采用雙量測。當(dāng)檢測到某臺(tái)機(jī)組負(fù)荷信號故障，系統(tǒng)自動(dòng)將2臺(tái)機(jī)組解到機(jī)組控制模式，并保持當(dāng)前負(fù)荷指令。當(dāng)某臺(tái)機(jī)組負(fù)荷指令與返回負(fù)荷指令超出2 MW，該機(jī)組解到機(jī)組控制模式，并保持當(dāng)前負(fù)荷指令。

當(dāng)某臺(tái)機(jī)組AGC退出，該機(jī)組自動(dòng)解到機(jī)組控制模式，負(fù)荷由機(jī)組操作員控制。當(dāng)2臺(tái)機(jī)組AGC都退出，2臺(tái)機(jī)組解到機(jī)組控制模式，同時(shí)廠級AGC方式自動(dòng)退出，控制模式轉(zhuǎn)為機(jī)組基本模式，負(fù)荷由機(jī)組操作員控制。調(diào)節(jié)過程中需考慮機(jī)組備用裕度，機(jī)組在調(diào)節(jié)過程中當(dāng)總負(fù)荷接近負(fù)荷上/下限時(shí)，各臺(tái)機(jī)組需按相同比例進(jìn)行調(diào)節(jié)，以確保各臺(tái)機(jī)組保留有相近的備用容量15 MW。

負(fù)荷轉(zhuǎn)移功能，當(dāng)某臺(tái)機(jī)組由“廠級控制”解到“機(jī)組控制”時(shí)，單臺(tái)機(jī)組不再接受調(diào)度下發(fā)的指令，如調(diào)度下達(dá)目標(biāo)沒有完成，將自動(dòng)轉(zhuǎn)移到“廠級控制”的機(jī)組；當(dāng)通過操作站改變機(jī)組負(fù)荷，負(fù)荷指令與實(shí)際負(fù)荷超出死區(qū)(目前為12 MW)，多出的將由參與的機(jī)組分配,以保持全廠負(fù)荷，減小對電網(wǎng)的影響。負(fù)荷轉(zhuǎn)移功能適用于機(jī)組啟停、輔機(jī)故障、機(jī)組跳閘、機(jī)組AGC解除等異常工況。

機(jī)組檢修時(shí)屏蔽功能，當(dāng)機(jī)組狀態(tài)轉(zhuǎn)成檢修，送中調(diào)EMS有關(guān)的AGC信號自動(dòng)保持在停機(jī)的默認(rèn)狀態(tài)。軟光字牌聲光報(bào)警功能，當(dāng)重要事件發(fā)生時(shí)，通過后臺(tái)光字牌聲光報(bào)警提醒操作員。

5 結(jié)論

a.我國各大電網(wǎng)AGC運(yùn)行時(shí)間不長，認(rèn)識(shí)不足；但節(jié)能調(diào)度的要求提高，各大電網(wǎng)都已經(jīng)在進(jìn)行節(jié)能調(diào)度研究,廠級AGC就是重要一環(huán)。

b.各火電站廠級AGC系統(tǒng)設(shè)計(jì)沒有充分考慮電網(wǎng)調(diào)度需要，片面追求電廠利益的最大化，導(dǎo)致電網(wǎng)不認(rèn)可；本文在設(shè)計(jì)廠級AGC系統(tǒng)時(shí)從調(diào)節(jié)速率限制到保留調(diào)節(jié)容量，分時(shí)段調(diào)節(jié)方式自動(dòng)切換，機(jī)組間負(fù)荷最大和最小限制等策略確保了電網(wǎng)調(diào)度需求；在設(shè)計(jì)階段和系統(tǒng)模擬運(yùn)行階段召開了控制策略專家評審會(huì)，相關(guān)策略和模擬運(yùn)行效果得到了電力專家們的認(rèn)可。

c.本文廠級AGC系統(tǒng)在原遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)(RTU)的基礎(chǔ)上通過軟硬件升級實(shí)現(xiàn)，不改變原有與調(diào)度EMS相關(guān)通信方式，保留原有單機(jī)AGC調(diào)度功能，并且繼承了原有裝置穩(wěn)定、安全、可靠的優(yōu)點(diǎn)；系統(tǒng)采用雙機(jī)雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)均得以保證。

d.廠級AGC系統(tǒng)功能可能過于復(fù)雜導(dǎo)致實(shí)用性不強(qiáng)，或操作界面不友好。本文廠級AGC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單清晰，操作簡單。

e.廠級AGC系統(tǒng)成敗取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)、安裝、調(diào)試等環(huán)節(jié)，但真的要在運(yùn)行中發(fā)揮其應(yīng)有的作用，一方面對機(jī)組煤耗曲線的精準(zhǔn)度提出了較高的要求，從電廠來說需根據(jù)在線性能計(jì)算結(jié)果定期修正煤耗曲線；另一方面要求參與廠級AGC的機(jī)組調(diào)節(jié)性能優(yōu)良，生產(chǎn)中要不斷完善優(yōu)化機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

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Discussion of Plant-level AGC System Technology Application Strategy

WANG Haifeng

(College of Civil Engineering，Wuhan University，Wuhan，Hubei 332500,China)

In response to meet the new requirements of state grid energy-saving schedule,every power grid works hard for energy-saving schedule in various ways.Coal-fired power plants plant-level AGC system is one of the important research direction.With the plant-level for Shenhua Guohua Jiujiang power plant AGC system,double machine double network structure,it matches up with comprehensive coal consumption optimization and proportional distribution control strategy research.Through effectively setting up five adjust mode,it achieves automatic adjustment way.It realizes the aim of saving energy and reducing consumption effectively.It ensures the safe and economic operation of power plant.

energy-saving schedule;plant-level AGC;double machine double network;coal consumption optimization;proportional allocation

TG334.9

A

1004-7913(2017)04-0042-04

王海鋒(1982)，男，學(xué)士，工程師，從事電廠生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

2017-01-04)