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案例頻道 活動(dòng)鏈接：2013年控制網(wǎng)行業(yè)專(zhuān)題---節(jié)能增效 電力新發(fā)展
1 前言
克拉瑪依電廠目前裝機(jī)容量達(dá)233MW，發(fā)電量占克拉瑪依電網(wǎng)的70%，并承擔(dān)克拉瑪依電網(wǎng)的大部分峰谷差，有時(shí)峰谷差高達(dá)60MW，機(jī)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)線負(fù)荷波動(dòng)大，單純靠值長(zhǎng)憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工調(diào)度，值班員憑經(jīng)驗(yàn)監(jiān)視調(diào)整，不僅工作難度和強(qiáng)度大，而且很難滿足聯(lián)絡(luò)線的調(diào)節(jié)要求，克拉瑪依電廠面臨較大的經(jīng)濟(jì)考核壓力。為解決上述問(wèn)題, 開(kāi)展了克拉瑪依電廠自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)（Automatic Generation Control 簡(jiǎn)稱(chēng)AGC）應(yīng)用研究。
2 自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）技術(shù)綜述
克拉瑪依電廠AGC系統(tǒng)與其它電廠AGC系統(tǒng)存在很大差異，首先內(nèi)地電網(wǎng)內(nèi)都具備一個(gè)或幾個(gè)調(diào)頻電廠來(lái)保證系統(tǒng)周率穩(wěn)定，而新疆電網(wǎng)內(nèi)部無(wú)專(zhuān)門(mén)用于調(diào)頻的電廠，整個(gè)電網(wǎng)周率波動(dòng)較大，內(nèi)地大部分電廠調(diào)節(jié)對(duì)象為本廠每臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷，負(fù)荷控制指令由中調(diào)直接下達(dá)，它們只需根據(jù)負(fù)荷指令進(jìn)行機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)。而克拉瑪依電廠是克拉瑪依電網(wǎng)主力電源，整個(gè)克拉瑪依電網(wǎng)的負(fù)荷平衡由克拉瑪依電廠保證，調(diào)節(jié)對(duì)象為聯(lián)絡(luò)線負(fù)荷克拉瑪依電廠是以燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電為主，由于克拉瑪依電網(wǎng)和電廠自身的特點(diǎn)，克拉瑪依電廠AGC系統(tǒng)具有自己的獨(dú)特性：在克拉瑪依電廠設(shè)置負(fù)荷分配站，根據(jù)聯(lián)絡(luò)線的負(fù)荷實(shí)際值計(jì)劃值進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)運(yùn)算輸出負(fù)荷分配指令到各個(gè)單元機(jī)組的協(xié)調(diào)控制器，對(duì)各機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷控制。AGC控制結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
圖1 AGC控制結(jié)構(gòu)圖
3 自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）研究的主要內(nèi)容
3.1 通訊接口
（1）AGC系統(tǒng)與中調(diào)和ECS系統(tǒng)通訊均采用循環(huán)式遠(yuǎn)動(dòng)CDT規(guī)約實(shí)現(xiàn)。循環(huán)式遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約（CDT）它適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的遠(yuǎn)動(dòng)通道結(jié)構(gòu)及以循環(huán)同步方式傳送遠(yuǎn)動(dòng)信息的遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備與系統(tǒng)。AGC系統(tǒng)與中調(diào)通訊物理連接采用光纜將中調(diào)SDH機(jī)柜和我廠SDH機(jī)柜相連，我廠SDH機(jī)柜再以串口形式與AGC系統(tǒng)MOXA多串口服務(wù)器相連。通過(guò)軟硬件的調(diào)試，最終將聯(lián)絡(luò)線負(fù)荷，周率傳輸?shù)诫姀S的AGC系統(tǒng)，用于電廠的負(fù)荷調(diào)節(jié)。
（2）AGC系統(tǒng)與#1、#2燃機(jī)通訊采用MODBUS通訊協(xié)議。AGC系統(tǒng)與#1、#2燃機(jī)通訊物理連接采用雙絞線將#1、2燃機(jī)遙控操作員站與AGC系統(tǒng)MOXA多串口服務(wù)器相連。將#1、2燃機(jī)有功、無(wú)功、進(jìn)氣溫度、IGV角度、負(fù)荷預(yù)選值、負(fù)荷設(shè)定值、平均排氣溫度、排氣溫度基準(zhǔn)、最大振動(dòng)、無(wú)功設(shè)定值等信號(hào)傳輸?shù)紸GC系統(tǒng)，同時(shí)將AGC系統(tǒng)負(fù)荷控制的指令傳到#1和#2燃機(jī)的MARK V系統(tǒng)中，通過(guò)修改燃機(jī)的預(yù)選負(fù)荷設(shè)定點(diǎn)，達(dá)到控制燃機(jī)的負(fù)荷目的。
（3）AGC系統(tǒng)與#3燃機(jī)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(yùn)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(qū)動(dòng)信息，當(dāng)報(bào)警發(fā)生/清除、系統(tǒng)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(dú)的時(shí)間標(biāo)簽；定期的數(shù)據(jù)信息，MARK V中的所有約5000點(diǎn)數(shù)據(jù)都可以由DCS定義為數(shù)據(jù)組，加上組時(shí)間標(biāo)簽后，以1S的周期發(fā)送至DCS。#3燃機(jī)MarkV控制系統(tǒng)與AGC系統(tǒng)C網(wǎng)交換機(jī)相連，將#3燃機(jī)相關(guān)信號(hào)傳輸?shù)紸GC系統(tǒng)，同時(shí)將AGC系統(tǒng)負(fù)荷控制的指令傳到#3燃機(jī)的MARK V系統(tǒng)中，通過(guò)修改燃機(jī)的預(yù)選負(fù)荷設(shè)定點(diǎn)，達(dá)到控制燃機(jī)的負(fù)荷目的。
（4）AGC系統(tǒng)與#4燃機(jī)通訊采用OPC通訊協(xié)議。OPC（OLE for Process Control）作為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已廣泛應(yīng)用于工控領(lǐng)域。XDPS系統(tǒng)OPC客戶端程序是作為一個(gè)I/O驅(qū)動(dòng)程序附著在VDPU程序上，通過(guò)兩部分Opcdrv.dll驅(qū)動(dòng)程序動(dòng)態(tài)連接庫(kù)文件和Opcdrv.ini驅(qū)動(dòng)程序文件的配置，將#4燃機(jī)相關(guān)信號(hào)傳輸?shù)紸GC系統(tǒng)，同時(shí)將AGC系統(tǒng)負(fù)荷控制的指令傳到#4燃機(jī)的MarkVIe系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃機(jī)負(fù)荷的控制。
3.2 燃機(jī)蓄量預(yù)測(cè)
（1）燃機(jī)基本負(fù)荷預(yù)測(cè)：汽輪機(jī)的額定負(fù)荷是定值，而燃機(jī)基本負(fù)荷受環(huán)境溫度、濕度、大氣壓、機(jī)組清潔系數(shù)以及單循環(huán)聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行模式等因素影響。同時(shí)，燃機(jī)的最高負(fù)荷還受發(fā)電機(jī)、開(kāi)關(guān)、變壓器容量等因素的限制。聯(lián)合循環(huán)方式運(yùn)行時(shí)，為保證聯(lián)合循環(huán)機(jī)組效率和鍋爐主汽溫度有足夠的過(guò)熱度、保證汽機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，要求燃機(jī)帶負(fù)荷不能過(guò)低。我們根據(jù)GE的控制規(guī)范、燃機(jī)的各種實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)函數(shù)功能計(jì)算出燃機(jī)的最高和最低允許負(fù)荷，如表1所示。
表1 #1－＃4燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)在不同環(huán)境溫度下最高最低允許負(fù)荷
以上求出的只是各燃機(jī)在不同環(huán)境溫度下的功率理論值，它還不能超過(guò)我廠規(guī)定的各臺(tái)燃機(jī)的最高負(fù)荷限制。并且，機(jī)組最大額定功率還與發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)、變壓器容量等因素有關(guān)。單臺(tái)燃機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，為使燃機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，保證一定的機(jī)組效率，單臺(tái)燃機(jī)應(yīng)運(yùn)行在一定的負(fù)荷以上，這個(gè)負(fù)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(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)中的參數(shù)，在不同運(yùn)行方式，自動(dòng)給出不同的機(jī)組負(fù)荷變化范圍，使AGC負(fù)荷指令不要超出這個(gè)范圍。
（2）燃機(jī)增儲(chǔ)量減儲(chǔ)量計(jì)算：燃機(jī)機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷與其允許負(fù)荷之間差值為燃機(jī)的調(diào)節(jié)蓄量，分為增負(fù)荷蓄量和減負(fù)荷蓄量。負(fù)荷蓄量計(jì)算原理如圖2所示。
圖2 增減負(fù)荷儲(chǔ)量框圖
負(fù)荷分配站根據(jù)聯(lián)絡(luò)線的負(fù)荷參數(shù)和聯(lián)絡(luò)線給定曲線比較，當(dāng)燃機(jī)的調(diào)節(jié)蓄量小于某一定值，發(fā)出報(bào)警，“增加（減少）#7-#10機(jī)的負(fù)荷”。此時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)仍起作用，直到調(diào)節(jié)蓄量為零，當(dāng)人工加減#7-#10機(jī)的負(fù)荷后，應(yīng)通過(guò)內(nèi)擾控制，調(diào)整燃機(jī)的負(fù)荷，保證燃機(jī)隨時(shí)有一定的調(diào)整蓄量。
（3）燃機(jī)在投AGC時(shí)負(fù)荷允許變化率：對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)在AGC中的負(fù)荷變化率，一般可以參考機(jī)組制造廠提供的數(shù)據(jù)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)定，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行大量的啟動(dòng)和負(fù)荷變動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)研究首先應(yīng)該考慮機(jī)組安全和可靠性，同時(shí)應(yīng)該研究經(jīng)濟(jì)性，在保證安全的前提下既要滿足電網(wǎng)的調(diào)節(jié)要求，又要使電廠得到較好的經(jīng)濟(jì)性。由此得出適合具體機(jī)組的負(fù)荷變動(dòng)率。
3.3 自動(dòng)發(fā)電控控制策略
在燃機(jī)負(fù)荷分配中采用兩種策略，一是效率優(yōu)先策略，二是負(fù)荷響應(yīng)優(yōu)先策略
（1）效率優(yōu)先策略是指按照燃機(jī)的效率排序，盡可能地讓效率高低機(jī)組帶滿負(fù)荷，效率低機(jī)組少帶負(fù)荷。加負(fù)荷時(shí)，先加效率最高的燃機(jī)的負(fù)荷，當(dāng)該燃機(jī)達(dá)到最大出力后，再加效率其次的燃機(jī)的負(fù)荷，最后加三臺(tái)燃機(jī)中效率最低的燃機(jī)負(fù)荷，當(dāng)燃機(jī)調(diào)節(jié)蓄量小于一定值后，發(fā)出報(bào)警提示“加#7-#10機(jī)負(fù)荷”。減負(fù)荷時(shí)相反，先減效率最低燃機(jī)負(fù)荷，再減三臺(tái)燃機(jī)中效率值居中的燃機(jī)負(fù)荷，最后減效率最高燃機(jī)負(fù)荷。當(dāng)減到效率最高燃機(jī)負(fù)荷時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警提示“手動(dòng)減#7-#10機(jī)的負(fù)荷”，當(dāng)值班員手動(dòng)調(diào)整#7-#10機(jī)的負(fù)荷后，應(yīng)通過(guò)內(nèi)擾控制回路調(diào)整燃機(jī)的負(fù)荷。為了保證燃機(jī)向上和向下的調(diào)節(jié)蓄量，在AGC中可設(shè)計(jì)多級(jí)報(bào)警進(jìn)行提示。
圖3 效率優(yōu)先負(fù)荷分配框圖
（2）負(fù)荷響應(yīng)優(yōu)先是指首先保證負(fù)荷的調(diào)節(jié)質(zhì)量，根據(jù)每臺(tái)燃機(jī)的調(diào)節(jié)蓄量按蓄量比例分配需增加和減少的負(fù)荷，這樣每臺(tái)機(jī)組都沒(méi)有帶滿，未考慮燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，主要考慮的是調(diào)節(jié)的快速性，穩(wěn)定性。在考慮經(jīng)濟(jì)的情況下，值班員可將某臺(tái)燃機(jī)退出AGC，手動(dòng)加減到一定負(fù)荷后再投入AGC功能，如圖4所示。
圖4負(fù)荷響應(yīng)優(yōu)先負(fù)荷分配框圖
3.4燃機(jī)、余熱爐、汽機(jī)的負(fù)荷協(xié)調(diào)控制
燃機(jī)負(fù)荷響應(yīng)快，由于余熱鍋爐的熱慣性，汽輪機(jī)負(fù)荷響應(yīng)較慢。需要增減的負(fù)荷時(shí)，先全部增加或減少燃機(jī)的負(fù)荷，以滿足聯(lián)絡(luò)線的需求，等余熱爐的蒸汽量和汽輪機(jī)的負(fù)荷發(fā)生變化后，再反相調(diào)節(jié)燃機(jī)的負(fù)荷，逐漸達(dá)到平衡，實(shí)現(xiàn)燃機(jī)、余熱爐及汽輪機(jī)的自動(dòng)協(xié)調(diào)控制，如圖5所示。
圖5負(fù)荷響應(yīng)優(yōu)先負(fù)荷分配框圖
4 自動(dòng)發(fā)電控制應(yīng)用效果
AGC系統(tǒng)投入運(yùn)行后，實(shí)現(xiàn)了電廠4臺(tái)燃機(jī)負(fù)荷自動(dòng)分配、燃機(jī)和汽機(jī)負(fù)荷協(xié)調(diào)控制。在未投AGC時(shí)，汽機(jī)和燃機(jī)手動(dòng)調(diào)整頻繁，#9機(jī)調(diào)速開(kāi)關(guān)、調(diào)速電機(jī)陸續(xù)出現(xiàn)故障，造成調(diào)整偏差過(guò)大，電廠平均合格率僅為48.55%。實(shí)施AGC后，全廠負(fù)荷自動(dòng)分配，聯(lián)絡(luò)線合格率大幅提高。 以下選取2007年和2008年同一時(shí)段的聯(lián)絡(luò)線合格率進(jìn)行比較，聯(lián)絡(luò)線平均合格率由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)線合格率對(duì)比圖
5 結(jié)束語(yǔ)：
克拉瑪依電廠率先在全疆實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)發(fā)電控制，滿足電能供需實(shí)時(shí)平衡，提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，減少調(diào)度運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，它將合理地調(diào)配各臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)任務(wù)，經(jīng)濟(jì)分配各臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷，提高機(jī)組的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)主、輔機(jī)組設(shè)備的壽命。為克拉瑪依電網(wǎng)的穩(wěn)定發(fā)展和我廠的高效運(yùn)轉(zhuǎn)起到十分積極的作用。
參考文獻(xiàn)：
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何旭(1972-)
男，四川南部人，本科，工程師，主要從事電力系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用、燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用方面的研究，現(xiàn)任新疆油田公司克拉瑪依電廠自動(dòng)化所所長(zhǎng)
摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第二期
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)