金煒（1976-）男，貴州畢節人，助理工程師，學(xué)士，一直從事火力發(fā)電廠(chǎng)熱工自動(dòng)控制專(zhuān)業(yè)工作。

    摘要：全廠(chǎng)負荷分配系統采用了梯級控制方式，并基于節能降耗的原則，根據單元機組煤耗量自動(dòng)對各臺機組負荷進(jìn)行優(yōu)化分配，或在比例分配模式下，由值長(cháng)根據實(shí)際情況對機組負荷進(jìn)行分配。本文主要介紹了這套全廠(chǎng)負荷分配系統的結構、功能、可靠性、運行方式及在貴州黔西發(fā)電廠(chǎng)應用效果等。

    關(guān)鍵詞：負荷分配；節能降耗；煤耗量；運行方式

    Abstract: The load distribution system adopts cascadque control method.It is based on the principle of energy saving and consumption reducing. It automatically optimizes the load distribution of each unit plant according to the coal consumption. Or under the proportional distribution mode, the shift supervisor is responsible for the distribution of the unit load according to the practical situation. This article mainly introduces the structure, functions,reliability, maneuvering patterns of the load distribution system as well as its application in Guizhou Qianxi power plant.

    Key words: Load distribution; energy saving and consumption reducing; coal consumption; maneuvering patterns

    1 前言

    自動(dòng)發(fā)電控制（autonmatic generation control，簡(jiǎn)稱(chēng)AGC）是在電力系統內用戶(hù)負荷發(fā)生變化的情況下，及時(shí)調整系統的發(fā)電出力，并使頻率偏移指標符合規定要求，實(shí)現符合頻率控制。AGC是建立在電網(wǎng)調度自動(dòng)化能量管理系統(EMS)和發(fā)電廠(chǎng)機組控制系統間閉環(huán)控制的一種先進(jìn)技術(shù)手段。AGC作為連接電網(wǎng)負荷指令與電廠(chǎng)負荷控制的中間樞紐系統，既能促進(jìn)電網(wǎng)的經(jīng)濟運行，又能保證發(fā)電廠(chǎng)的經(jīng)濟運行，是當前和今后一段時(shí)間技術(shù)革新的一個(gè)新課題。
發(fā)電廠(chǎng)全廠(chǎng)負荷分配系統（即廠(chǎng)級AGC，以下簡(jiǎn)稱(chēng)系統）投運改變了傳統的點(diǎn)對點(diǎn)調度方式。AGC在接受電網(wǎng)調度的全廠(chǎng)負荷總指令或計劃負荷曲線(xiàn)后，根據各臺機組的煤耗率、脫硫效率、負荷響應速率、調節余量、上網(wǎng)電價(jià)等，自動(dòng)合理地進(jìn)行全廠(chǎng)機組最優(yōu)化負荷分配，從而實(shí)現節能調度及負荷經(jīng)濟分配，實(shí)現省調統一指揮下網(wǎng)廠(chǎng)二級優(yōu)化的分層管理原則及“廠(chǎng)網(wǎng)分開(kāi)”的電力市場(chǎng)化改革方向。

    由貴州電力試驗研究院和貴州電力調度通信局聯(lián)合開(kāi)發(fā)的國內首套全廠(chǎng)負荷分配系統在貴州黔西電廠(chǎng)成功投運。該項目在參與各方的共同努力下，僅用一年半時(shí)間就完成了設計、編碼、調試等工作，并在試點(diǎn)電廠(chǎng)成功投運。

    2 系統介紹

    為實(shí)現節能降耗的目的，并考慮機組實(shí)際運行狀況，全廠(chǎng)負荷分配系統考慮了多種運行工況，建立了強大的子功能，其主要特點(diǎn)有：

    （1）接收中調實(shí)時(shí)發(fā)送的全廠(chǎng)負荷指令，同時(shí)在線(xiàn)采集生產(chǎn)運行數據，在滿(mǎn)足負荷快速響應的同時(shí)實(shí)現機組間負荷的經(jīng)濟最優(yōu)分配。

    （2）中調實(shí)時(shí)指令未及時(shí)送達時(shí)，【全廠(chǎng)手動(dòng)模式】及【96點(diǎn)負荷曲線(xiàn)運行方式】能保證全廠(chǎng)負荷在特殊情況下按照電網(wǎng)要求運行。系統根據已經(jīng)接收到的中調負荷調度計劃，在滿(mǎn)足負荷快速響應的同時(shí)實(shí)現機組間負荷的經(jīng)濟最優(yōu)分配。

    （3）系統能根據各機組在多個(gè)負荷點(diǎn)的煤耗值，自動(dòng)擬合出各臺機組的煤耗特性曲線(xiàn)，根據煤耗曲線(xiàn)實(shí)現機組最優(yōu)經(jīng)濟負荷分配。

    （4）能充分優(yōu)化機組供電煤耗的同時(shí)，充分考慮機組效率、熱耗率、頻率響應和其他損失的優(yōu)化，而且，對機組調節范圍、調節裕量、負荷閉鎖增/減、機組爬坡、RUNBACK（機組甩負荷）、MFT（鍋爐熄火）、磨煤機啟停等約束條件進(jìn)行充分考慮和處理，在保證機組安全運行的前提下，降低機組負荷調節頻度，提高機組穩定性。

    升降負荷時(shí)，升降負荷的速率可滿(mǎn)足現在電網(wǎng)對AGC控制性能的要求，同時(shí)在滿(mǎn)足電網(wǎng)對負荷需求的前提下對各臺機組負荷進(jìn)行合理分配，有效地避開(kāi)機組臨界負荷點(diǎn)，最大限度地降低因臨界負荷點(diǎn)帶來(lái)的能耗損失，降低廠(chǎng)用電率（例如減少磨煤機的啟停次數和等待時(shí)間）。

    因各種因素的影響（煤質(zhì)、輔機故障等），當部分機組只能定負荷運行時(shí)，通過(guò)調整控制方式，全廠(chǎng)負荷仍可通過(guò)其余機組按照電網(wǎng)要求快速完成升降。

    當有機組出現突發(fā)性事件（如鍋爐熄火、機組跳閘等），系統能自動(dòng)利用其余機組的負荷余量，最大限度地快速彌補負荷損失，減少因此帶來(lái)的電網(wǎng)波動(dòng)。

    （5）根據機組主輔設備狀態(tài)自動(dòng)設定負荷上下限，并具有避免長(cháng)期停留在臨界負荷附近的能力。

    （6）系統設定了調節不靈敏區（死區），當中調給定負荷與當前電廠(chǎng)總負荷之差小于“死區”時(shí)，根據負荷分配系統中的算法，通過(guò)實(shí)現對單臺機組負荷的增減來(lái)完成中調負荷的變化要求，避免機組的頻繁調節。

    （7）可實(shí)現負荷分配的手/自動(dòng)無(wú)擾切換，值長(cháng)站具有選擇運行方式及手動(dòng)調整各機組負荷指令的功能。

    （8）操作界面上設置有控制器監視狀態(tài)，并提供網(wǎng)絡(luò )、系統及信號故障報警及多項運行參數趨勢，便于值長(cháng)對系統
運行狀況進(jìn)行監視。

    （9）重要操作必須通過(guò)權限確認，減少人為誤操作，并具有操作記錄查詢(xún)功能。

    3 系統結構

    3.1 全廠(chǎng)負荷分配系統（廠(chǎng)級AGC）控制結構

    傳統AGC在電廠(chǎng)的控制結構：中調電網(wǎng)能量管理系統EMS（energy manage system）將單機AGC指令發(fā)至電廠(chǎng)側遠方終端單元（remote terminal unit，簡(jiǎn)稱(chēng)RTU），再由RTU通過(guò)I/O硬接線(xiàn)送至各機組協(xié)調控制系統（coordinate control system，簡(jiǎn)稱(chēng)CCS），完成AGC系統對單元機組的調節任務(wù)。

    廠(chǎng)級AGC在電廠(chǎng)的控制結構：如圖1所示，中調EMS將全廠(chǎng)AGC指令（各機組總負荷指令）沿用原有信道發(fā)至電廠(chǎng)側遠方終端單元（RTU），再由RTU通過(guò)I/O硬接線(xiàn)送到負荷分配系統（LDS-Load Dispatch System）中進(jìn)行各臺機組的負荷優(yōu)化分配計算，各機組的負荷指令通過(guò)I/O硬接線(xiàn)送到各機組協(xié)調控制系統執行對單元機組的調節任務(wù)。
                  

    3.2 全廠(chǎng)負荷分配系統（LDS）網(wǎng)絡(luò )拓撲結構及系統穩定性分析

                       
                                                   圖  2

    如圖2所示，該控制系統網(wǎng)絡(luò )為100Mbps星型拓撲以太網(wǎng)，數據傳輸均通過(guò)#1、#2交換機連接，每一個(gè)連接點(diǎn)只連接一個(gè)設備，所以當一個(gè)連接點(diǎn)出現故障時(shí)只影響相應的設備，不會(huì )影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò )，便于故障診斷和設備隔離，重新配置網(wǎng)絡(luò )也十分方便。其主要缺點(diǎn)是未考慮交換機的冗余配置，一旦中心節點(diǎn)產(chǎn)生故障，則全網(wǎng)不能工作。因此必須要有交換機備件，作為緊急更換使用。

    系統采用冗余控制器，并能實(shí)現故障自動(dòng)切換，保證了系統的安全穩定性。#1、#2I/O站以硬接線(xiàn)（信號走向見(jiàn)下表）方式實(shí)現與#1、#2、#3、#4單元機組的遙控、遙調、遙信、遙測數據交換，#3I/O站以硬接線(xiàn)方式實(shí)現與遠動(dòng)RTU裝置的數據交換，且所需數據又通過(guò)OPC協(xié)議由DCS通訊站單向提供給性能服務(wù)器以及控制器，實(shí)現數據冗余，增加了系統運行的穩定性。

    各臺機組的通訊接口站與性能服務(wù)器之間采用光纜進(jìn)行通訊連接，通過(guò)兩者之間OPC協(xié)議的數據傳輸，性能服務(wù)器采集相關(guān)機組的運行數據，對各臺機組進(jìn)行煤耗計算，并存儲各項歷史數據，供其他節點(diǎn)查詢(xún)。值長(cháng)臺通過(guò)從網(wǎng)絡(luò )上獲取的數據對系統進(jìn)行監視，并可實(shí)現對單元機組的煤耗設定和負荷干預。#1、#2控制器根據設定煤耗或性能服務(wù)器的計算煤耗對單元機組負荷進(jìn)行優(yōu)化分配，或由值長(cháng)選擇直接進(jìn)行比例分配。

    整體來(lái)說(shuō)，該系統相對獨立，結構簡(jiǎn)單，且改造過(guò)程中保留了原有的負荷分配系統，并能實(shí)現快速切換，確保機組能正常運行。

    4 系統運行方式

    根據單元機組實(shí)際運行狀況和操作選擇，全廠(chǎng)負荷分配系統（LDS）有以下幾種運行方式：
（1）機組非AGC方式。包括機組手動(dòng)、CCS協(xié)調控制等。機組負荷指令從DCS操作員站手動(dòng)給出。
（2）機組AGC方式。機組CCS投入AGC自動(dòng)，但機組負荷指令從LDS上由值長(cháng)手動(dòng)給出。
（3）廠(chǎng)級AGC方式。機組處于A(yíng)GC方式，廠(chǎng)級負荷指令從LDS上由值長(cháng)手動(dòng)給出總負荷指令，然后通過(guò)優(yōu)化或比例分配給出單元機組負荷指令。
（4）調度AGC方式?？傌摵芍噶钣烧{度EMS系統給出，經(jīng)LDS系統優(yōu)化或比例分配給出單元機組負荷指令。
以上四種運行方式由值班值長(cháng)根據當前機組運行狀況與調度協(xié)商選擇。正常情況下，機組處于調度AGC方式運行狀態(tài)，其中優(yōu)化模式涉及的性能計算模塊又提供了正平衡法和反平衡法兩種算法供選擇。采用優(yōu)化模式，在滿(mǎn)足電網(wǎng)響應速度的同時(shí)，自動(dòng)根據各臺機組的當前運行工況對全廠(chǎng)機組負荷進(jìn)行優(yōu)化分配，按節能最優(yōu)方式運行；采用比例模式，在滿(mǎn)足電網(wǎng)響應速度的同時(shí)，參考各臺機組的當前運行工況，可按照運行人員的設置進(jìn)行負荷分配。以充分利用全廠(chǎng)負荷分配系統的自動(dòng)控制權限，達到節能降耗的目的。

    5 應用效果及經(jīng)濟效益分析

    廠(chǎng)級AGC負荷分配系統2009年5月在貴州黔西發(fā)電廠(chǎng)成功投運后，通過(guò)對AGC進(jìn)行運行優(yōu)化，可有效降低和節約電廠(chǎng)的發(fā)電成本，促進(jìn)發(fā)電機組經(jīng)濟高效運行。同時(shí)，該系統投運后，在對機組的負荷調節和經(jīng)濟方面已經(jīng)體現出來(lái)諸多的優(yōu)越性。

    5.1 應用期間的間接經(jīng)濟效益

    （1）使用期間，我廠(chǎng)曾發(fā)生個(gè)別機組的垮焦熄火事件，由于該系統的投運，其余運行機組很快調整負荷，將停機機組的負荷迅速轉移至運行機組，減小了電網(wǎng)的波動(dòng)，對電網(wǎng)的安全穩定性具有一定的保障作用。

    （2）通過(guò)廠(chǎng)級AGC的投入使用，電廠(chǎng)側可以根據機組的運行需要（如某臺機組存在缺陷需要穩定負荷或做試驗需要穩定負荷）維持個(gè)別機組負荷穩定，既保證了電廠(chǎng)的安全，也保證了電網(wǎng)的穩定。

    （3）通過(guò)廠(chǎng)級AGC的投入使用，我廠(chǎng)在低谷時(shí)可以很靈活的調整機組間的負荷分配，在不影響電網(wǎng)所需負荷的前提下保證任意機組輔機的缺陷得到及時(shí)消除。

    （4）運行主畫(huà)面除負荷控制外還包含了各接口站狀態(tài)監視、系統網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)監視、報警設置、趨勢查看等，給值長(cháng)集中監視提供了便利。

    5.2 應用期間的直接經(jīng)濟效益

    在廠(chǎng)級AGC負荷分配系統投用之前，我廠(chǎng)機組的供電煤耗相對較高，通過(guò)統計（統計月份13個(gè)月），2008年5月至2009年5月，我廠(chǎng)共發(fā)電量82.056億kWh，累計消耗原煤90.43萬(wàn)噸，平均供電標煤耗為346.055g/kWh。2009年6月，廠(chǎng)級AGC投用后，同時(shí)通過(guò)我廠(chǎng)的節能技改項目的投用，我廠(chǎng)的煤耗大大下降。2009年6月至2010年5月（統計月份11個(gè)月），我廠(chǎng)共發(fā)電量85.053億kWh，累計消耗原煤418.9萬(wàn)噸，平均供電標煤耗336.019g/kWh，降低了10.36g/kWh，共節約標煤：85.053×10.36=85539噸。

    2009年3月，我廠(chǎng)完成1號機組汽機通流部分改造；09年3月、6月、10月分別完成1-4機變頻器節能技改、真空系統技改、電除塵技改項目，其中變頻器節能技改、真空系統技改、電除塵技改項目節約標煤57415噸。1號機組汽機通流部分改造，降低發(fā)電標煤耗約5.2g/kWh，09年6月至2010年6月發(fā)電230548萬(wàn)kWh，節約23.0548×5.2=11988噸。09年3月、6月、10月分別完成1-3爐衛燃帶改造，降低發(fā)電標煤耗約1.0g/kWh，節約62.73×1.5=6273噸。

    總的節能效益扣除變頻器節能技改、真空系統技改、電除塵技改、汽輪機汽封改造以及鍋爐衛燃帶改造產(chǎn)生的效益后，廠(chǎng)級AGC自2009年6月投入使用至2010年5月，使我廠(chǎng)節約的標煤數量：85539噸-57415噸-11988噸-6273噸=9863噸，每一噸標煤按照458元計算，一年節約451.7254萬(wàn)元，產(chǎn)生了良好的節能經(jīng)濟效益。

    5.3 廠(chǎng)級AGC負荷分配系統投入使用前及使用后我廠(chǎng)各機組的主要指標統計如下

統計時(shí)間：2008年5月～2009年5月
機組
指標1號機組2號機組3號機組4號機組
累計發(fā)電量184513 210399 196532 229114
累計耗煤量875252 995102 948412 1085520
發(fā)電標煤耗323.28 323.49 326.86 323.53
統計時(shí)間：2009年6月～2010年5月
機組
指標
1號機組2號機組3號機組4號機組
累計發(fā)電量230548 203052 193839 223087
累計耗煤量1116188 1004065 968572 1100209
發(fā)電標煤耗311.28 316.95 321.14 317.54

    通過(guò)以上兩個(gè)表中的數據對比分析可以看出，廠(chǎng)級AGC負荷分配系統投用后各機組的發(fā)電標煤耗總體呈下降趨勢，特別是1號機組，在發(fā)電量增加的同時(shí)，煤耗下降趨勢明顯，這充分體現廠(chǎng)級AGC負荷分配系統在電廠(chǎng)各機組間經(jīng)濟分配負荷的作用，大大提高了電廠(chǎng)的經(jīng)濟效益。

    6 結束語(yǔ)

    傳統的點(diǎn)對點(diǎn)負荷調度方式限制了電廠(chǎng)內部對機組負荷的自主分配，未對機組煤耗量等實(shí)際運行情況進(jìn)行考慮，無(wú)形中增加了全廠(chǎng)的煤耗量，而全廠(chǎng)負荷分配系統很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。

    全廠(chǎng)負荷分配系統接收調度下發(fā)的總負荷指令，可根據擬合煤耗曲線(xiàn)或設定煤耗曲線(xiàn)自動(dòng)對各臺機組負荷指令進(jìn)行優(yōu)化分配，且保證機組運行出力在允許范圍的情況下避免機組長(cháng)期停留在臨界負荷（高于該負荷將啟動(dòng)某臺輔機，低于該負荷將停運某臺輔機），或在比例分配模式下，由值長(cháng)根據實(shí)際情況對機組指令進(jìn)行分配。無(wú)論哪種負荷分配方式，都是建立在節能降耗的基礎上，即煤耗低的機組多發(fā)電，煤耗高的機組少發(fā)電，從而降低整體的煤耗量，提高全廠(chǎng)的經(jīng)濟效益。

    雖然當前該系統在煤耗計算和優(yōu)化分配方面存在一定偏差或問(wèn)題，但在同類(lèi)系統中性能已具有超前意識，相信隨著(zhù)后期性能試驗、源參數及計算方法修正等工作的開(kāi)展，系統將更加完善。之后將有望進(jìn)一步在火力發(fā)電企業(yè)得到廣泛應用。

    參考文獻：
[1] 張斌. 自動(dòng)發(fā)電控制及一次調頻控制系統[M]. 北京: 中國電力出版社,2005.
[2] 王遠輝等. 廠(chǎng)級負荷分配系統總體規劃, 2008.
   
    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第十二期