1、自動(dòng)發(fā)電控制自動(dòng)增益控制和一次調(diào)頻0前言根據(jù)電監(jiān)會(huì)發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理規(guī)定(電監(jiān)會(huì)200642號(hào))和并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理暫行辦法(電監(jiān)會(huì)200643號(hào))，分別制定了區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則和區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則(華北、華東等代表地區(qū))兩個(gè)文件，稱為“兩個(gè)細(xì)則”，其中，AGC和一次調(diào)頻的投資率以及調(diào)整指標(biāo)的考核標(biāo)準(zhǔn)都有嚴(yán)格的規(guī)定。1定義電力系統(tǒng)頻率和有功功率的自動(dòng)控制稱為自動(dòng)增益控制。自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)是一種控制技術(shù)，通過(guò)控制發(fā)電機(jī)的有功輸出來(lái)跟蹤電力系統(tǒng)的負(fù)荷變化，以保持頻率等于額定值，并按計(jì)劃滿足互聯(lián)電力系統(tǒng)間的功率交換要求?；灸繕?biāo)包括匹配整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電輸出和負(fù)載功

2、率；將電力系統(tǒng)的頻率偏差調(diào)整為零，并保持系統(tǒng)頻率在額定值；控制區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線的交換功率等于規(guī)劃值，實(shí)現(xiàn)各區(qū)域有功功率的平衡。跟蹤控制調(diào)節(jié)控制單元控制發(fā)電計(jì)劃電流力量系統(tǒng)一致調(diào)速器渦輪交換計(jì)劃單元組合負(fù)荷預(yù)測(cè)f圖1自動(dòng)增益控制總體結(jié)構(gòu)示意圖主要有三個(gè)閉環(huán)控制：機(jī)組控制回路、區(qū)域調(diào)節(jié)控制回路和計(jì)劃跟蹤回路，機(jī)組控制回路由集散控制系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)；面積調(diào)整控制的目的是將面積控制誤差調(diào)整到零，這是自動(dòng)增益控制的核心；區(qū)域規(guī)劃跟蹤控制的目的是提供按計(jì)劃生成基點(diǎn)的能力。2導(dǎo)言2.1 AGC作為能量管理系統(tǒng)(EMS)的一個(gè)子系統(tǒng)，與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA)相結(jié)合，以AGC/EDC軟件包的形式成為SCADA/AG

3、C-EDC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)頻和有功功率經(jīng)濟(jì)分配的功能。SCADA軟件系統(tǒng)是AGC軟件系統(tǒng)的“工作平臺(tái)”，其信號(hào)主要包括三種類型：遙測(cè)信號(hào)是被控發(fā)電機(jī)和區(qū)域聯(lián)絡(luò)線的有功功率信號(hào)，通過(guò)RTU和發(fā)電廠A/D轉(zhuǎn)換作為模擬測(cè)量信號(hào)送至調(diào)度中心；遠(yuǎn)程通信信號(hào)是指自動(dòng)增益控制開(kāi)關(guān)和發(fā)電機(jī)開(kāi)/關(guān)狀態(tài)的切換信號(hào)，由RTU按5us周期掃描發(fā)送至調(diào)度中心；遙控信號(hào)是由自動(dòng)增益控制程序操作產(chǎn)生的中間遙控指令。今天的環(huán)控/自動(dòng)增益控制實(shí)現(xiàn)技術(shù)可以分為三類：使用傳統(tǒng)的RTU結(jié)構(gòu)；使用通用設(shè)備的結(jié)構(gòu)；和互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。2.2 AGC指標(biāo)的“兩個(gè)細(xì)則”要求AGC補(bǔ)償評(píng)估指標(biāo)分為兩類：可用性和調(diào)節(jié)性能(1)可用率反映了機(jī)組AGC功

4、能的良好可用性(2)目前，調(diào)整性能考慮了調(diào)整速度、調(diào)整精度和響應(yīng)時(shí)間三個(gè)因素的綜合體現(xiàn)：調(diào)整率是指機(jī)組響應(yīng)設(shè)定值指令的速率，可分為上升速率和下降速率。調(diào)節(jié)精度是指機(jī)組響應(yīng)穩(wěn)定后，實(shí)際輸出與設(shè)定值輸出之間的差值。響應(yīng)時(shí)間是指EMS系統(tǒng)發(fā)出指令后，機(jī)組輸出在原輸出點(diǎn)的基礎(chǔ)上，可靠地走出與調(diào)整方向一致的調(diào)整死區(qū)所需的時(shí)間。2.3發(fā)電廠自動(dòng)發(fā)電控制電網(wǎng)調(diào)度及接口控制模式根據(jù)電廠對(duì)自動(dòng)發(fā)電控制模式的不同要求，電廠自動(dòng)發(fā)電控制模式可分為“廠調(diào)”模式和“機(jī)調(diào)”模式。所謂“發(fā)電廠調(diào)度”模式，是指網(wǎng)絡(luò)調(diào)度的自動(dòng)發(fā)電控制軟件系統(tǒng)將發(fā)電廠視為一個(gè)等效單元，將計(jì)算出的發(fā)電廠各自動(dòng)發(fā)電控制單元的預(yù)期輸出相加，并發(fā)送給發(fā)

5、電廠。電廠中每個(gè)單元的輸出調(diào)節(jié)由電廠本身決定，并且必須在電廠中安裝具有自動(dòng)增益控制功能的可靠的電廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)這種自動(dòng)增益控制模式。所謂“機(jī)調(diào)”模式是指網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)的自動(dòng)增益控制軟件系統(tǒng)通過(guò)RTU或電廠監(jiān)控系統(tǒng)直接控制電廠內(nèi)各機(jī)組的輸出，電廠不能改變機(jī)組的對(duì)象、控制量和控制方向自動(dòng)增益控制接口阻擋減速信號(hào)單位RB信號(hào)自動(dòng)增益控制接口的模數(shù)狀態(tài)信號(hào)鍋爐事故跳閘信號(hào)汽輪機(jī)事故跳閘信號(hào)3從“兩個(gè)細(xì)則”優(yōu)化AGC和協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)指標(biāo)3.1影響自動(dòng)增益控制可用性和優(yōu)化的因素3.1.1放松協(xié)調(diào)控制模式和自動(dòng)增益控制條件的去除在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中，有“機(jī)組負(fù)荷與給定值偏差大”或“主蒸汽壓力與給定值偏差大”取

6、消協(xié)調(diào)的邏輯，以及自動(dòng)增益控制指令與負(fù)荷給定值偏差大取消自動(dòng)增益控制的邏輯。為了保證自動(dòng)增益控制的輸入速率，有必要重置上述偏差值，以降低自動(dòng)增益控制退出的概率。3.1.2增強(qiáng)自動(dòng)增益控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃詧D2自動(dòng)增益控制與協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)接口結(jié)構(gòu)示意圖自動(dòng)發(fā)電控制數(shù)據(jù)從EMS到電廠DCS的傳輸路徑如圖2所示。EMS和DCS的數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)歷了光纖通信和RTU，然后通過(guò)硬線傳輸?shù)竭_(dá)。傳輸距離長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換過(guò)程多，信號(hào)斷線，輸入輸出模塊故障等。容易發(fā)生，這將影響自動(dòng)增益控制的輸入速率。因此，有必要加強(qiáng)自動(dòng)增益控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?.2影響自動(dòng)增益控制調(diào)節(jié)率的因素及優(yōu)化3.2.1自動(dòng)增益控制命令傳輸和運(yùn)行速率對(duì)自

7、動(dòng)增益控制調(diào)整速率的影響自動(dòng)增益控制命令從EMS發(fā)送到機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)執(zhí)行，需要以下時(shí)間間隔：EMS控制站的掃描周期數(shù)據(jù)通信和模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換過(guò)程集散控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)掃描和處理周期(4)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制指令的操作汽輪機(jī)和鍋爐對(duì)負(fù)荷的響應(yīng)過(guò)程將機(jī)組有功功率送回EMS控制站基于上述因素，機(jī)組的實(shí)際變負(fù)荷率與機(jī)組的設(shè)定值之間會(huì)有一定程度的負(fù)偏差。例如，發(fā)電廠兩臺(tái)600兆瓦機(jī)組設(shè)定的變負(fù)荷率為機(jī)組額定有功功率的1%，而電網(wǎng)調(diào)整的統(tǒng)計(jì)率僅為0.55%?？紤]到上述信號(hào)轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)過(guò)程對(duì)可變負(fù)荷率造成的負(fù)偏差，機(jī)組的可變負(fù)荷率應(yīng)設(shè)置得高于電網(wǎng)要求，最好高0.5%。3.2.2提高機(jī)組變負(fù)荷率的設(shè)定值例如，某電廠兩

8、臺(tái)600MW機(jī)組以機(jī)組額定有功功率的4%通過(guò)了變負(fù)荷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果也證明調(diào)節(jié)質(zhì)量良好。但是，在機(jī)組正常運(yùn)行期間，為了保證機(jī)組的穩(wěn)定性，運(yùn)行人員將變負(fù)荷率設(shè)置為1%，并按照兩個(gè)細(xì)則的考核方法進(jìn)行考核。這種情況是過(guò)于保守造成的不必要的損失。3.3影響自動(dòng)增益控制調(diào)整精度和優(yōu)化的因素3.3.1負(fù)載調(diào)節(jié)不敏感區(qū)域的影響為了減少AGC指令頻繁變化對(duì)機(jī)組穩(wěn)定性的影響，設(shè)計(jì)了AGC指令與機(jī)組負(fù)荷目標(biāo)值不敏感區(qū)域的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。為了滿足自動(dòng)增益控制調(diào)節(jié)精度的要求，需要將該值設(shè)置得盡可能小，即12MW。3.3.2協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能的影響協(xié)調(diào)控制主要是協(xié)調(diào)大慣性、大延時(shí)的鍋爐和響應(yīng)速度快的汽輪機(jī)之間的控制指令。

9、自動(dòng)增益控制投入運(yùn)行后，自動(dòng)增益控制命令經(jīng)常波動(dòng)。如果協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性不好，就會(huì)引起調(diào)節(jié)量的振蕩甚至發(fā)散。因此，為了滿足協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在AGC投入情況下的控制精度和穩(wěn)定性要求，建議在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中增加“機(jī)組負(fù)荷指令三角波負(fù)荷變化試驗(yàn)”一項(xiàng)：即負(fù)荷指令以三角波的形式以一定的速率和范圍反復(fù)變化三個(gè)周期，然后是各主要調(diào)節(jié)量(機(jī)組負(fù)荷、主蒸汽壓力、主、再熱蒸汽溫度等)的穩(wěn)定性。)進(jìn)行了調(diào)查。圖3是600兆瓦機(jī)組三角波負(fù)荷指令的測(cè)試曲線。圖3 600兆瓦機(jī)組三角波負(fù)荷指令測(cè)試曲線3.4影響自動(dòng)增益控制響應(yīng)時(shí)間的因素及優(yōu)化3.4.1煤量和一次風(fēng)量的影響鍋爐響應(yīng)延遲主要發(fā)生在制粉過(guò)程中。中間料倉(cāng)

10、系統(tǒng)對(duì)提高燃燒速率的響應(yīng)速度最快，其次是球磨機(jī)，中速磨系統(tǒng)的響應(yīng)速度最慢。目前，提高直燃式制粉系統(tǒng)反應(yīng)速度的手段是提高煤量和一次風(fēng)量的前饋效果，充分利用磨煤機(jī)中儲(chǔ)存的煤粉，快速改變給煤量，改變鍋爐的燃燒速率，從而縮短純滯后時(shí)間，但運(yùn)行波動(dòng)加劇，調(diào)整過(guò)程延長(zhǎng)。因此，需要進(jìn)行合理的調(diào)整，以達(dá)到縮短延遲時(shí)間和減少運(yùn)行波動(dòng)的目的。3.4.2磨煤機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中的延遲當(dāng)機(jī)組在不同負(fù)荷段運(yùn)行時(shí)，會(huì)引起制粉系統(tǒng)的啟動(dòng)/停止磨礦操作。目前，只有少數(shù)性能優(yōu)異的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)允許機(jī)組在開(kāi)始/停止研磨操作期間正常增加或減少其負(fù)荷，而大多數(shù)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)需要在開(kāi)始/停止研磨操作期間鎖定負(fù)荷的增加或減少，因?yàn)橹品巯到y(tǒng)難以控制。

11、雖然AGC的考核指標(biāo)中有規(guī)定：“在增產(chǎn)階段，計(jì)算其調(diào)整率時(shí)必須消除磨機(jī)啟動(dòng)的影響”，但磨機(jī)啟動(dòng)所需時(shí)間越長(zhǎng)，考核的機(jī)組越多。解決這一問(wèn)題有兩種方法，一是在DCS中實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)的自啟動(dòng)和自停止功能，二是改進(jìn)控制軟件，使其能夠響應(yīng)機(jī)組的閉鎖增減和閉鎖增減釋放信號(hào)，并做出合理的處理。4“兩個(gè)規(guī)則”的評(píng)估需要考慮從“機(jī)器調(diào)整”到“工廠調(diào)整”的模式目前，“兩個(gè)細(xì)則”的考核方法只是對(duì)各機(jī)組的一次調(diào)頻和AGC指令進(jìn)行考核。對(duì)于各發(fā)電公司來(lái)說(shuō)，整個(gè)機(jī)組的負(fù)荷優(yōu)化分配系統(tǒng)更加合理。自動(dòng)增益控制指令由單臺(tái)機(jī)組變?yōu)槿珡S負(fù)荷指令，全廠負(fù)荷優(yōu)化分配系統(tǒng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)、快速、調(diào)整頻率等分配原則，將自動(dòng)增益控制指令合理分配到各機(jī)組

12、。從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。目前，國(guó)內(nèi)廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)的建立為火電廠實(shí)現(xiàn)全廠機(jī)組最優(yōu)負(fù)荷分配提供了平臺(tái)，廠級(jí)最優(yōu)負(fù)荷分配的研究已經(jīng)達(dá)到了一定的理論深度，部分電廠也有成功的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，因此兩個(gè)細(xì)則中的電廠考核需要增加廠級(jí)機(jī)組最優(yōu)負(fù)荷分配的內(nèi)容。5單位頻率調(diào)節(jié)概念為了保證電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高電能質(zhì)量和電網(wǎng)頻率的控制水平，快速消除電網(wǎng)負(fù)荷變化引起的頻率波動(dòng)，電網(wǎng)對(duì)機(jī)組的調(diào)頻要求越來(lái)越高。機(jī)組調(diào)頻功能是指在電網(wǎng)有功功率和負(fù)荷不平衡后，機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)頻率的變化(頻率偏差f)改變機(jī)組的輸出，并保持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定在50Hz左右的允許范圍內(nèi)。一次調(diào)節(jié)是指電網(wǎng)中運(yùn)行機(jī)組的調(diào)節(jié)器在沒(méi)有手

13、動(dòng)和自動(dòng)調(diào)頻裝置參與的情況下，自動(dòng)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的進(jìn)汽，以平衡發(fā)電機(jī)輸出功率和電網(wǎng)負(fù)荷的變化，維持電網(wǎng)頻率，也稱為電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)節(jié)。主要調(diào)整僅與調(diào)速器的結(jié)構(gòu)和工作原理以及速度控制系統(tǒng)的工作特性有關(guān)。頻率偏差f和交換功率偏差Pt留在一次調(diào)節(jié)中。也稱為電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)節(jié)，通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)改變調(diào)速器功率的給定值來(lái)保持系統(tǒng)頻率回到正常值f0。此外，自動(dòng)發(fā)電控制將隨時(shí)間調(diào)整機(jī)組的發(fā)電功率，以執(zhí)行發(fā)電計(jì)劃(包括機(jī)組的啟停)或根據(jù)經(jīng)濟(jì)調(diào)度原則重新分配發(fā)電功率6一次調(diào)頻技術(shù)要求未經(jīng)電網(wǎng)調(diào)整批準(zhǔn)，不得退出一次調(diào)頻，否則將根據(jù)退出時(shí)間長(zhǎng)短評(píng)估發(fā)電量。6.1一次調(diào)頻綜合性能指標(biāo)電網(wǎng)頻率波動(dòng)時(shí)，機(jī)組典型的一次調(diào)頻

14、過(guò)程如圖4所示。在表征一次調(diào)頻貢獻(xiàn)的指標(biāo)中，四個(gè)最重要的指標(biāo)是速度死區(qū)、響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間和速度變化率。見(jiàn)圖4，其中f為電網(wǎng)頻率，Ni為機(jī)組有功功率， t為參與一次調(diào)頻機(jī)組的響應(yīng)滯后時(shí)間，t1i為參與一次調(diào)頻機(jī)組的穩(wěn)定時(shí)間。圖4典型的一次調(diào)頻過(guò)程速度死區(qū)是指系統(tǒng)在額定速度附近的不敏感區(qū)。在電網(wǎng)周期變化不大的情況下，為了提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，通常在電控系統(tǒng)中設(shè)置速度死區(qū)。但是死區(qū)過(guò)大會(huì)降低機(jī)組參數(shù)的一次調(diào)頻頻率和性能，發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速的死區(qū)不應(yīng)超過(guò)2r/min (0.033Hz)。響應(yīng)時(shí)間為：參與一次調(diào)頻的機(jī)組的響應(yīng)滯后時(shí)間(見(jiàn)圖4中的t)是為了確保機(jī)組一次調(diào)頻的快速性。發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻的響

15、應(yīng)滯后時(shí)間不得超過(guò)3S。參與一次調(diào)頻的穩(wěn)定時(shí)間為：?jiǎn)挝坏姆€(wěn)定時(shí)間(見(jiàn)圖4中的t1)。該指示器用于確保機(jī)組在參與一次調(diào)頻后盡快穩(wěn)定在新的負(fù)載點(diǎn)。發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻穩(wěn)定時(shí)間不得超過(guò)60S。變速比，也稱不等變速比，是在單機(jī)運(yùn)行條件下定義的：當(dāng)同步器給定不變時(shí)，機(jī)組從滿載狀態(tài)平穩(wěn)過(guò)渡到空載狀態(tài)過(guò)程中的靜態(tài)增速與額定轉(zhuǎn)速的相對(duì)比值就是調(diào)速系統(tǒng)的變速比。n 型空載和滿載時(shí)的單位速度差，r/min。n0機(jī)組的額定負(fù)荷值，兆瓦。值一般設(shè)定在3% 6%。值越大，相同頻差下水輪機(jī)調(diào)速器的變化幅度越小，機(jī)組越穩(wěn)定，但對(duì)電網(wǎng)一次調(diào)頻的貢獻(xiàn)越小。相反，它更大。發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速變化率不得高于5%。一次調(diào)頻正常頻率調(diào)整范圍：500.2赫茲一次調(diào)頻最大負(fù)載限制：6%額定負(fù)載可變負(fù)荷曲線：例如，發(fā)電廠330MW機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)和幅值極限對(duì)應(yīng)的折線F(x)如圖5所示圖5一次調(diào)頻的正確運(yùn)行率：當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)時(shí)，如果在電網(wǎng)頻率穿越機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)的整周期內(nèi)(或機(jī)組一次調(diào)頻運(yùn)行指令表明該周期內(nèi)機(jī)組在一次調(diào)頻運(yùn)行)，機(jī)組一次調(diào)頻功能的貢獻(xiàn)為正，則算作機(jī)組一次調(diào)頻的正確運(yùn)行；否則，這是一個(gè)不正確的操作。6.2一