火力发电厂负荷控制策略优化 杨霞林 （神华广东国华粤电台山发电有限公司，广东台山５２９２２８） 摘要：文章从两个细则对火力发电厂一次调频和ＡＧＣ的要求出发，通过分析机组ＡＧＣ调节过程和一次调频 调节过程的特性，结合机炉协调控制系统的机理，对负荷控制影响因素进行了分析，并提出了优化策略。 关键词：两个细则；一次调频；ＡＧＣ；负荷控制 中图分类号：Ｆ２７３ 文献标识码：Ａ ． 文章编号：１００９—２３７４（２０１２）１４—００９１—０３ 为保证南方区域电网的安全、优质、经济运 设点命令，机组开始涨出力，到Ｔｌ时刻可靠跨出Ｐ 的调节死区，然后到Ｔ。时刻进入启磨区间，一直到 行，提高发电机组的供电质量，促进厂网协调，根 据国家电力监管委员会《南方区域并网发电厂辅助 服务管理实施细则》和《南方区域发电厂并网运行 Ｔ。时刻，启磨过程结束，机组继续涨出力，至Ｔ 时 刻第一次进入调节死区范围，然后在Ｐ：附近小幅振 荡，并稳定运行于Ｐ 附近，直至Ｔ 时刻，ＡＧＣ控制 程序对该机组发出新的设点命令，功率值为Ｐ。，机 管理实施细则》要求，对广东电网并网发电厂负荷 控制提出了具体的指标要求和考核项目。其中，对 一次调频最重要的四项指标是转速死区、响应时 组随后开始降出力的过程，Ｔ 时刻可靠跨出调节死 区，至Ｔ７时刻进入Ｐ 的调节死区，并稳定运行于其 间、稳定时间和速度变动率，电网对一次调频投入 率、一次调频合格率进行考核。对ＡＧＣ的考核指标 附近。 下图是典型的一次调频调节过程： ｆ 是：调节范围、调节速率、调节精度。为了满足两 个细则的要求，减少考核，就需要对机组的ＡＧＣ控 制、一次调频和协调控制策略进行优化。 １ ＡＧＣ机组调节过程和一次调频调节过程 如下图所示，这是网内某台机组一次典型的 ＡＧＣ机组设点控制过程。 △ ．＿＿ Ｎ Ｐ 广—一 ： ｌ——————————————————————————————一 Ｉ 图中，ｆ是电网频率，Ｎ是机组有功功率，Ａ ｔ 是机组参与一次调频的响应滞后时间，ｔ 是机组参 与一次调频的稳定时间。当电网频率变化超过死 区时，经过Ａ ｔ的响应滞后时间，一次调频开始动 图中，Ｐｍ－ｍ 是该机组可调的下限出力，尸埘 是 其可调的上限出力， 是其额定出力， 是其启 停磨临界点功率。整个过程可以这样描述：Ｔｏ时刻 作，经过ｔ。时间后达到稳定，此次调节过程结束。 ２负荷控制优化策略 为了提高负荷响应的速度和精度，根据ＡＧＣ机 以前，Ｔ 时刻以前，该机组稳定运行在出力值Ｐ 附 近，Ｔｏ时刻，ＡＧＣ控制程序对该机组下发功率为Ｐ 的 组调节过程和一次调频调节过程的特性，结合机炉 ２０１２ ０５ ｏ中阉高新斌术金 ９１ 协调控制系统的机理，对负荷控制影响因素进行分 次调频响应的试验，修改转速不等率，增大一次调 频偏差调节量。通过这种方式增加调门开度，进而 析，从以下几个方面来对负荷控制策略进行优化： ２．１ 弱化机炉协调控制系统压力拉回的作用 提高负荷增量。针对ＡＧＣ在少量负荷点不满足ＡＧＣ指 标的问题，可以考虑在协调控制系统控制品质合格 的前提下提升机组ＡＧＣ速率，避免因过于保守而造 成的不必要的损失。 ２．４ 协调ＡＧＣ与一次调频方向相反问题 由于频差信号产生的负荷信号作为负荷前馈信 号直接加在了汽机主控的入口，汽机主控在一次 调频动作后立即响应，汽机主控指令增加，但一方 面由于频差信号产生的负荷信号没有加入负荷指令 信号，导致负荷设定值仍然保持一次调频前的设定 很多情况下，都会发生由于ＡＧＣ指令方向与一 次调频方向不一致造成的不合格问题，由于对一次 值。当汽机调门开大，机组负荷增加后就造成负荷 设定值与实际负荷产生了偏差。另一方面由于汽机 调频不正确动作的考核严于对ＡＧＣ调节精度与速度 的考核，所以在ＡＧＣ的指令方向和一次调频要求的 调门开大，主汽压力下降，导致压力设定值与实际 压力之间也产生了一个偏差。这两个因素一起导致 汽机主控指令减小，与一次调频作用方向相反。 解决方法是：将频差信号产生的负荷信号同时 加入到负荷设定值回路，使负荷设定值也随之加 减，以抵消由于一次调频动作导致的负荷偏差信 号。同时，弱化机炉协调控制系统中压力控制回路 和压力稳定回路的作用，使得在机组变负荷初期通 过主蒸汽压力的合理波动来提高机组对一次调频的 响应速度。 ２．２机炉协调系统和ＤＥＨ系统使用相同的频差信号 ＤＥＨ系统的频差信号通过转速偏差换算得出，机 炉协调系统的频差信号通过频率直接得出，在实际 应用中经常出现两侧信号不同步，造成调节偏差。 解决方法是：将一次调频逻辑取用的频率偏差 信号修改为转速偏差信号，并将此转速偏差信号 转换为对应的负荷信号送给汽机主控和锅炉主控及 一次调频回路。使ＤＥＨ侧与机炉主控用同一频差信 号，消除信号不同步引起的偏差。 ２．３优化汽轮机阀门流量特性，增大一次调频调节量 和ＡＧＣ速率 很多机组在正常投运一次调频和ＡＧＣ时，绝大 部分时段满足两个细则考核模块的指标要求，但在 部分时段存在速率不达标。其原因主要是部分负荷 段由于汽压或阀门流量特性处于拐点的区域，而由 于汽轮机阀门流量计算不准确，导致汽轮机调门开 度变化，机组负荷基本不变化，或机组负荷变化过 小，不能达到要求。 解决方法是：一方面是通过性能试验，优化阀 门流量特性曲线，修正重叠度，另一方面采用增大 速率的方式来解决响应速度慢的问题。针对一次调 频负荷增量不能达到电网要求的考虑，可以通过一 ９２ ｏ中圈高新耸术企业２０１ ２ ０５ 指令方向不一致时，应闭锁ＡＧＣ指令的调节，优先 满足一次调频的控制需要，如可以考虑用一次调频 动作后６０ｓ内屏蔽ＡＧＣ指令，来保证～次调频的正确 动作。 ２．５修正一次调频死区和负荷调节的不灵敏度 两个细则要求发电机组一次调频的转速死区应 不超过±２转，因此一次调频的死区应按照细则要 求进行修改。有时我们还会希望通过减小一次调频 的死区来提高负荷响应速度，以避免被考核，而实 际情况是这样作的效果并不明显，反而增加了动作 次数，不利于系统的稳定。 负荷调节中设置不灵敏区是为了降低ＡＧＣ指令 频繁变化对机组稳定性的影响，在协调控制系统中 都设计有ＡＧＣ指令的不灵敏区。而为了满足ＡＧＣ调节 精度的要求，需要将这数值设得尽量小。 ．２．６降低信号传输延时，提高机组变负荷速率 ＡＧＣ指令从中调发出到送至机组的协调控制系 统执行，需要经过以下时间间隔： （１）中调控制 站的扫描周期； （２）数据的通讯与Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换 过程； （３）ＤＣＳ的数据扫描与处理周期； （４）协 调控制系统的控制指令的运算； （５）汽轮机和锅 炉对负荷的响应过程； （６）将机组有功功率送回 中调控制站。综合以上因素，中调统计的机组实际 变负荷速率与机组设定的数值与会存在一定程度的 偏差。考虑到上述信号转换与调节过程对变负荷速 率产生的偏差，机组的变负荷速率要设得比电网要 求的高一些。 除考虑ＡＧＣ￥￣令的传输延时外，控制系统内部 的信号传输也需要进行检查，如机炉协调系统和 ＤＥＨ系统间的指令信号、汽轮机转速信号等重要信 号的传输延时和测量精度。 ２．７限制一次调频动作对锅炉燃烧控制的影响 为防止一次调频动作时引起锅炉风、煤大幅波 动，一次调频量应该同机组限速后的负荷指令分 开，从而方便实现叠加到汽机功率回路的一次调频 速率较快，以保证汽机侧一次调频的动作速度和动 作幅度，叠加到锅炉回路的一次调频速率较低，且 有死区限制，以使一次调频动作引起锅炉风、煤、 水等的动作频率较小。 ２．８引入全厂ＡＧＣ系统 目前南方区域“两个细则”的考核办法中，针 对ＡＧＣ的考核是全厂机组容量之和作为考核对象， 速率以全厂机组的速率之和作为考核对象，这就需 要引入全厂ＡＧＣ系统对全厂机组的负荷分配进行优 化，根据各台机组的燃煤供应情况、机组响应特 性、机组经济性和安全性等多方面来进行全盘考 虑，使得全厂机组的负荷优化分配到各个机组，实 现全厂负荷响应的最优配置。目前很多电厂正在积 极研究，并逐步投入全厂ＡＧＣ系统。 ２．９优化滑压运行曲线 滑压运行方式下，负荷越高，主蒸汽压力越 高，当增加负荷时，锅炉同时需要吸收一部分热量 来提高压力，阻碍了机组对负荷的响应速度，反之 亦然。而定压方式下，主蒸汽压力稳定，不改变锅 炉蓄热能力，有利于负荷的快速响应。因此可以 考虑修改滑压运行曲线，使得在ＡＧＣ负荷调整范围 内，采用定压方式，并适当允许机组参数的合理波 动，即在机组变负荷开始时减小压力偏差对汽机调 门的限制作用，变动负荷过程中允许主汽压力适当 地变化，以充分利用锅炉蓄热。 ２．１ ０修改附加的协调优化系统参数，使其适应负荷调 节的需要 很多电厂在原有的协调控制系统的基础上投入 了ＰＲＯＦＩ优化系统，而ＰＲＯＦＩ系统在设计时比较注重 主汽压力的平稳，调节时在压力平滑过渡中保证机 组实发功率满足调度的要求。从而导致对机组负荷 指令的迟延。针对这种情况，还应对ＰＲＯＦＩ回路进 行完善和优化，加强机组负荷变化时的响应速度和 精度。 ３负荷控制优化过程中的安全风险 为了满足两个细则对一次调频和ＡＧＣ调节指标 的要求，我们采取了很多措施来优化负荷控制策 略，但是在负荷控制优化过程中所采用的方法、手 段均必须在安全的基础上进行，防止给主设备带来 安全隐患。而实际上我们所采取的措施包括提高变 负荷速率、弱化压力控制回路和稳定回路的作用、 改变机组滑压运行曲线、增大一次调频偏差调节量 等，均在一定程度上牺牲了机组的安全性和稳定 性，并由此造成煤量超调、轴系应力变化和主蒸汽 超压等问题。因此在实际的优化过程中，我们要根 据机组的状况，制定详细的技术方案，在确保安全 的基础上反复试验论证，寻找出最佳的优化方案。 ４结语 两个细则经过一段时间的实施，各电厂的实施 效果各有不同，只有通过不断的试验、交流和优化 改进，才能找出适合自己的最优方案。ｏ 参考文献 ［１】张秋生，梁华，胡晓花．电网两个细则实施条件下ＡＧＣ 和一次调频控制回路的改进卟神华科技，２０１０，（１０）． ［２］杨振勇，李卫华，骆意．火力发电机组一次调频问题研究 Ｕ］＿华北电力技术，２００８，（１）． ［３］ 于庆新，王雁军．影响ＡＧＣ调节性能的原因分析与对策 叽华北电力技术，２００９，（９）． 作者简介：杨霞林，神华广东国华粤电台山发电有限公司 设备部工程师、技师，研究方向：热工自动控制。 （责任编辑：赵秀娟） ２０１２ ０５ ｏ中闺高新技书仝业９３