活動(dòng)鏈接：2013年控制網(wǎng)行業(yè)專(zhuān)題---節能增效 電力新發(fā)展

    1 前言

    克拉瑪依電廠(chǎng)目前裝機容量達233MW，發(fā)電量占克拉瑪依電網(wǎng)的70%，并承擔克拉瑪依電網(wǎng)的大部分峰谷差，有時(shí)峰谷差高達60MW，機組啟停頻繁，克拉瑪依電網(wǎng)與烏魯木齊電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)后，周率變化快，聯(lián)絡(luò )線(xiàn)負荷波動(dòng)大，單純靠值長(cháng)憑經(jīng)驗進(jìn)行人工調度，值班員憑經(jīng)驗監視調整，不僅工作難度和強度大，而且很難滿(mǎn)足聯(lián)絡(luò )線(xiàn)的調節要求，克拉瑪依電廠(chǎng)面臨較大的經(jīng)濟考核壓力。為解決上述問(wèn)題, 開(kāi)展了克拉瑪依電廠(chǎng)自動(dòng)發(fā)電控制系統（Automatic Generation Control 簡(jiǎn)稱(chēng)AGC）應用研究。

    2 自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）技術(shù)綜述

    克拉瑪依電廠(chǎng)AGC系統與其它電廠(chǎng)AGC系統存在很大差異，首先內地電網(wǎng)內都具備一個(gè)或幾個(gè)調頻電廠(chǎng)來(lái)保證系統周率穩定，而新疆電網(wǎng)內部無(wú)專(zhuān)門(mén)用于調頻的電廠(chǎng)，整個(gè)電網(wǎng)周率波動(dòng)較大，內地大部分電廠(chǎng)調節對象為本廠(chǎng)每臺機組的負荷，負荷控制指令由中調直接下達，它們只需根據負荷指令進(jìn)行機組負荷調節。而克拉瑪依電廠(chǎng)是克拉瑪依電網(wǎng)主力電源，整個(gè)克拉瑪依電網(wǎng)的負荷平衡由克拉瑪依電廠(chǎng)保證，調節對象為聯(lián)絡(luò )線(xiàn)負荷克拉瑪依電廠(chǎng)是以燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電為主，由于克拉瑪依電網(wǎng)和電廠(chǎng)自身的特點(diǎn)，克拉瑪依電廠(chǎng)AGC系統具有自己的獨特性：在克拉瑪依電廠(chǎng)設置負荷分配站，根據聯(lián)絡(luò )線(xiàn)的負荷實(shí)際值計劃值進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)運算輸出負荷分配指令到各個(gè)單元機組的協(xié)調控制器，對各機組進(jìn)行負荷控制。AGC控制結構圖如圖1所示。
                   
                       
                                              圖1 AGC控制結構圖

    3 自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）研究的主要內容

    3.1 通訊接口

    （1）AGC系統與中調和ECS系統通訊均采用循環(huán)式遠動(dòng)CDT規約實(shí)現。循環(huán)式遠動(dòng)規約（CDT）它適用于點(diǎn)對點(diǎn)的遠動(dòng)通道結構及以循環(huán)同步方式傳送遠動(dòng)信息的遠動(dòng)設備與系統。AGC系統與中調通訊物理連接采用光纜將中調SDH機柜和我廠(chǎng)SDH機柜相連，我廠(chǎng)SDH機柜再以串口形式與AGC系統MOXA多串口服務(wù)器相連。通過(guò)軟硬件的調試，最終將聯(lián)絡(luò )線(xiàn)負荷，周率傳輸到電廠(chǎng)的AGC系統，用于電廠(chǎng)的負荷調節。
   
      （2）AGC系統與#1、#2燃機通訊采用MODBUS通訊協(xié)議。AGC系統與#1、#2燃機通訊物理連接采用雙絞線(xiàn)將#1、2燃機遙控操作員站與AGC系統MOXA多串口服務(wù)器相連。將#1、2燃機有功、無(wú)功、進(jìn)氣溫度、IGV角度、負荷預選值、負荷設定值、平均排氣溫度、排氣溫度基準、最大振動(dòng)、無(wú)功設定值等信號傳輸到AGC系統，同時(shí)將AGC系統負荷控制的指令傳到#1和#2燃機的MARK V系統中，通過(guò)修改燃機的預選負荷設定點(diǎn)，達到控制燃機的負荷目的。

    （3）AGC系統與#3燃機通訊采用GSM（GEDS Standard Message）以太網(wǎng)協(xié)議通訊。TCP/IP GSM協(xié)議支持以下4類(lèi)運用層的信息：管理信息，由MARK V發(fā)送至DCS，反映通訊鏈路可用性；事件驅動(dòng)信息，當報警發(fā)生/清除、系統事件發(fā)生/清除以及SOE開(kāi)關(guān)量開(kāi)/合時(shí)，MARK VI自動(dòng)將這些信息傳送給DCS，每個(gè)邏輯點(diǎn)帶有單獨的時(shí)間標簽；定期的數據信息，MARK V中的所有約5000點(diǎn)數據都可以由DCS定義為數據組，加上組時(shí)間標簽后，以1S的周期發(fā)送至DCS。#3燃機MarkV控制系統與AGC系統C網(wǎng)交換機相連，將#3燃機相關(guān)信號傳輸到AGC系統，同時(shí)將AGC系統負荷控制的指令傳到#3燃機的MARK V系統中，通過(guò)修改燃機的預選負荷設定點(diǎn)，達到控制燃機的負荷目的。

    （4）AGC系統與#4燃機通訊采用OPC通訊協(xié)議。OPC（OLE for Process Control）作為一種工業(yè)標準已廣泛應用于工控領(lǐng)域。XDPS系統OPC客戶(hù)端程序是作為一個(gè)I/O驅動(dòng)程序附著(zhù)在VDPU程序上，通過(guò)兩部分Opcdrv.dll驅動(dòng)程序動(dòng)態(tài)連接庫文件和Opcdrv.ini驅動(dòng)程序文件的配置，將#4燃機相關(guān)信號傳輸到AGC系統，同時(shí)將AGC系統負荷控制的指令傳到#4燃機的MarkVIe系統中，實(shí)現對燃機負荷的控制。

    3.2 燃機蓄量預測

    （1）燃機基本負荷預測：汽輪機的額定負荷是定值，而燃機基本負荷受環(huán)境溫度、濕度、大氣壓、機組清潔系數以及單循環(huán)聯(lián)合循環(huán)運行模式等因素影響。同時(shí)，燃機的最高負荷還受發(fā)電機、開(kāi)關(guān)、變壓器容量等因素的限制。聯(lián)合循環(huán)方式運行時(shí)，為保證聯(lián)合循環(huán)機組效率和鍋爐主汽溫度有足夠的過(guò)熱度、保證汽機安全穩定運行，要求燃機帶負荷不能過(guò)低。我們根據GE的控制規范、燃機的各種實(shí)際運行參數，通過(guò)函數功能計算出燃機的最高和最低允許負荷，如表1所示。

                      
                           表1 #1－＃4燃機聯(lián)合循環(huán)在不同環(huán)境溫度下最高最低允許負荷
       
    以上求出的只是各燃機在不同環(huán)境溫度下的功率理論值，它還不能超過(guò)我廠(chǎng)規定的各臺燃機的最高負荷限制。并且，機組最大額定功率還與發(fā)電機開(kāi)關(guān)、變壓器容量等因素有關(guān)。單臺燃機正常運行時(shí)，為使燃機運行穩定，保證一定的機組效率，單臺燃機應運行在一定的負荷以上，這個(gè)負荷值就是其最小額定功率#GT1為4MW、#GT2為4MW、#GT3為4MW、#GT為8MW。AGC系統根據設計中的參數，在不同運行方式，自動(dòng)給出不同的機組負荷變化范圍，使AGC負荷指令不要超出這個(gè)范圍。

    （2）燃機增儲量減儲量計算：燃機機組的實(shí)際負荷與其允許負荷之間差值為燃機的調節蓄量，分為增負荷蓄量和減負荷蓄量。負荷蓄量計算原理如圖2所示。
                     
                      
                                           圖2 增減負荷儲量框圖

    負荷分配站根據聯(lián)絡(luò )線(xiàn)的負荷參數和聯(lián)絡(luò )線(xiàn)給定曲線(xiàn)比較，當燃機的調節蓄量小于某一定值，發(fā)出報警，“增加（減少）#7-#10機的負荷”。此時(shí)自動(dòng)調節仍起作用，直到調節蓄量為零，當人工加減#7-#10機的負荷后，應通過(guò)內擾控制，調整燃機的負荷，保證燃機隨時(shí)有一定的調整蓄量。

    （3）燃機在投AGC時(shí)負荷允許變化率：對于燃氣輪機在A(yíng)GC中的負荷變化率，一般可以參考機組制造廠(chǎng)提供的數據對控制系統進(jìn)行初步設定，然后在此基礎上進(jìn)行大量的啟動(dòng)和負荷變動(dòng)試驗，試驗研究首先應該考慮機組安全和可靠性，同時(shí)應該研究經(jīng)濟性，在保證安全的前提下既要滿(mǎn)足電網(wǎng)的調節要求，又要使電廠(chǎng)得到較好的經(jīng)濟性。由此得出適合具體機組的負荷變動(dòng)率。

    3.3 自動(dòng)發(fā)電控控制策略

    在燃機負荷分配中采用兩種策略，一是效率優(yōu)先策略，二是負荷響應優(yōu)先策略

    （1）效率優(yōu)先策略是指按照燃機的效率排序，盡可能地讓效率高低機組帶滿(mǎn)負荷，效率低機組少帶負荷。加負荷時(shí)，先加效率最高的燃機的負荷，當該燃機達到最大出力后，再加效率其次的燃機的負荷，最后加三臺燃機中效率最低的燃機負荷，當燃機調節蓄量小于一定值后，發(fā)出報警提示“加#7-#10機負荷”。減負荷時(shí)相反，先減效率最低燃機負荷，再減三臺燃機中效率值居中的燃機負荷，最后減效率最高燃機負荷。當減到效率最高燃機負荷時(shí)，應發(fā)出報警提示“手動(dòng)減#7-#10機的負荷”，當值班員手動(dòng)調整#7-#10機的負荷后，應通過(guò)內擾控制回路調整燃機的負荷。為了保證燃機向上和向下的調節蓄量，在A(yíng)GC中可設計多級報警進(jìn)行提示。
                      
                        
                                             圖3 效率優(yōu)先負荷分配框圖

   （2）負荷響應優(yōu)先是指首先保證負荷的調節質(zhì)量，根據每臺燃機的調節蓄量按蓄量比例分配需增加和減少的負荷，這樣每臺機組都沒(méi)有帶滿(mǎn)，未考慮燃機的經(jīng)濟性，主要考慮的是調節的快速性，穩定性。在考慮經(jīng)濟的情況下，值班員可將某臺燃機退出AGC，手動(dòng)加減到一定負荷后再投入AGC功能，如圖4所示。

                         
                                              圖4負荷響應優(yōu)先負荷分配框圖

    3.4燃機、余熱爐、汽機的負荷協(xié)調控制

    燃機負荷響應快，由于余熱鍋爐的熱慣性，汽輪機負荷響應較慢。需要增減的負荷時(shí)，先全部增加或減少燃機的負荷，以滿(mǎn)足聯(lián)絡(luò )線(xiàn)的需求，等余熱爐的蒸汽量和汽輪機的負荷發(fā)生變化后，再反相調節燃機的負荷，逐漸達到平衡，實(shí)現燃機、余熱爐及汽輪機的自動(dòng)協(xié)調控制，如圖5所示。

                        
                                              圖5負荷響應優(yōu)先負荷分配框圖

    4 自動(dòng)發(fā)電控制應用效果

    AGC系統投入運行后，實(shí)現了電廠(chǎng)4臺燃機負荷自動(dòng)分配、燃機和汽機負荷協(xié)調控制。在未投AGC時(shí)，汽機和燃機手動(dòng)調整頻繁，#9機調速開(kāi)關(guān)、調速電機陸續出現故障，造成調整偏差過(guò)大，電廠(chǎng)平均合格率僅為48.55%。實(shí)施AGC后，全廠(chǎng)負荷自動(dòng)分配，聯(lián)絡(luò )線(xiàn)合格率大幅提高。 以下選取2007年和2008年同一時(shí)段的聯(lián)絡(luò )線(xiàn)合格率進(jìn)行比較，聯(lián)絡(luò )線(xiàn)平均合格率由59.86%上升至94.57%，合格率上升34.71個(gè)百分點(diǎn)，如圖6所示。

                         
                                      圖6 2007年和2008年同一時(shí)段的聯(lián)絡(luò )線(xiàn)合格率對比圖

    5 結束語(yǔ)：

    克拉瑪依電廠(chǎng)率先在全疆實(shí)現了自動(dòng)發(fā)電控制，滿(mǎn)足電能供需實(shí)時(shí)平衡，提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性，減少調度運行人員的勞動(dòng)強度，它將合理地調配各臺機組的負荷調節任務(wù)，經(jīng)濟分配各臺機組的負荷，提高機組的穩定性，延長(cháng)主、輔機組設備的壽命。為克拉瑪依電網(wǎng)的穩定發(fā)展和我廠(chǎng)的高效運轉起到十分積極的作用。

    參考文獻：
[1]電力系統調頻與自動(dòng)發(fā)電控制[M].北京:中國電力出版社,2006.04.
[2] 王士政.電網(wǎng)調度自動(dòng)化與配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)（第二版）[M].水利水電出版社,2006.04.
  [3] 王葵,孫瑩.電力系統自動(dòng)化（第二版）[M].中國電力出版社,2007.01.

    何旭(1972-)
男，四川南部人，本科，工程師，主要從事電力系統自動(dòng)控制系統應用、燃氣輪機控制系統應用方面的研究，現任新疆油田公司克拉瑪依電廠(chǎng)自動(dòng)化所所長(cháng)

    摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第二期