AGC與一次調(diào)頻交流

1、AGC與一次調(diào)頻交流資料,湖北省電力試驗研究院自動化所 2008-12,2,基本概念（1,AGC與一次調(diào)頻的實質(zhì)： 電網(wǎng)的頻率的控制 根據(jù)電網(wǎng)頻率偏離50Hz 的方向和數(shù)值，實時在線地通過發(fā)電機組的調(diào)速系統(tǒng)（一次調(diào)頻）自動發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC），調(diào)節(jié)能源側(cè)的供電功率以適應(yīng)負荷側(cè)用電功率的變化，達到電網(wǎng)發(fā)/用電功率的平衡，從而使電網(wǎng)頻率穩(wěn)定在50Hz 附近的一個允許范圍內(nèi)。 我國電 網(wǎng)頻率變動允許范圍為0.2Hz 。電網(wǎng)頻率變動范圍是世界公認的電力質(zhì)量三個指標中最重要的指標，關(guān)系國家經(jīng)濟發(fā)展全局。目前經(jīng)濟發(fā)達國家的電網(wǎng)頻率變動允許范圍為0.1Hz，日本 最嚴格，為0.08Hz。隨著高新技術(shù)的不斷

2、發(fā)展，各國對電網(wǎng)頻率允許變動范圍的要求將越來越嚴格,3,基本概念（2,通過發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)的自身頻率特性對電網(wǎng)的控制，通常稱之為一次調(diào)頻。它主要是由發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性來實現(xiàn)的。（PID 調(diào)節(jié)規(guī)律） 電網(wǎng)AGC 則是考慮電網(wǎng)的宏觀控制、經(jīng)濟運行及電網(wǎng)交換功率控制等因素，向有關(guān)機組調(diào)速系統(tǒng)下達相應(yīng)機組的目標（計劃）功率值，從而產(chǎn)生電網(wǎng)范圍內(nèi)的功率/頻率控制，稱之為二次調(diào)頻（CPS、SCPS,4,基本概念（3,同步器的作用：單機運行時改變機組的轉(zhuǎn)速，并網(wǎng)運行時改變機組的負荷,5,AGC概念（1,AGC系統(tǒng)稱為自動發(fā)電控制系統(tǒng)，它完成電網(wǎng)側(cè)與電源側(cè)的自動控制，可稱為大協(xié)調(diào)控制。而MCS（或CC

3、S）系統(tǒng)稱為單元機組的協(xié)調(diào)控制，它完成發(fā)電機組側(cè)的自動控制，也可稱為小協(xié)調(diào)控制。 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)：主要通過改變汽機調(diào)門開度和鍋爐燃燒率來調(diào)節(jié)機組輸出功率，并保持機前壓力的穩(wěn)定,6,電網(wǎng)調(diào)度中心（能量控制系統(tǒng),EMS,R T U,D C S 系統(tǒng),M C S 系統(tǒng),微波通道,DI,DI,AI,DO,DO,AO,AGC請求,AGC解除,調(diào)度負荷指令（ADS,AGC投入,機組實際功率,電廠端,單 元 機 組,AGC概念（2,7,與AGC相關(guān)的信號（DCS側(cè),AGC概念（3,8,AGC概念（4,9,協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（1,單元機組協(xié)調(diào)控制對象模型 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)主要通過改變汽機調(diào)門開度和鍋爐燃燒

4、率來調(diào)節(jié)機組輸出功率，并保持機前壓力的穩(wěn)定,B鍋爐燃料量；汽機調(diào)門開度；N機組輸出功率；PT機前壓力,10,協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（2,協(xié)調(diào)控制的運行方式： 手動方式（BASE） 機爐主站都工作在手動狀態(tài) 鍋爐跟隨方式（BF） 機側(cè)調(diào)整功率，爐側(cè)調(diào)整壓力 汽機跟隨方式（TF） 爐側(cè)調(diào)整功率，機側(cè)調(diào)整壓力 機爐協(xié)調(diào)方式（COORD）機側(cè)和爐側(cè)同時進行壓力和功率的調(diào)整，機爐主站在自動。 COORD又區(qū)分以BF或TF為基礎(chǔ)的COORD方式，對于一確定的單元機組在同一時刻只能選擇其中的一種作為COORD負荷控制方式,11,協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（3,現(xiàn)代協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的典型代表： 直接能量平衡控制系統(tǒng)（DEB） 直接指令平

5、衡控制系統(tǒng)（DIB,12,單元機組直接能量平衡控制系統(tǒng)（DEB）于1957年由LN公司首次提出，經(jīng)多年改進和完善，最終推出了成熟的（DEB-）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。 DEB控制系統(tǒng)中采用了以下三個重要信號,汽機一級壓力對機前壓力之比，代表了汽機調(diào)門的有效閥位。作為調(diào)門開度的精確測量，在汽輪機運行范圍內(nèi)具有線性特性。不受汽機閥門運行方式（單閥或多閥）、閥門本身的非線性或死區(qū)的影響，也不受鍋爐側(cè)的任何擾動或燃料系統(tǒng)存在問題的影響,熱量釋放信號或熱量信號。在燃煤汽包鍋爐，用汽機一級壓力P1加上鍋爐蓄能變化（用汽包壓力Pb的微分表示，K為鍋爐的蓄熱系數(shù)），間接代表了進入鍋爐的燃料量，鍋爐的輸出熱量,機前壓力定

6、值乘以汽壓比值為能量平衡信號，表征在定壓或滑壓等不同運行工況下汽機的能量輸入，即汽機對鍋爐的能量需求。不受鍋爐側(cè)擾動影響，因為在這種擾動下，汽機一級壓力和機前壓力變化是成比例的，比值不變,直接能量平衡控制系統(tǒng)（1,13,1）以,為能量平衡信號的DEB方案,DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，為以BF為基礎(chǔ)的綜合協(xié)調(diào)控制方式,直接能量平衡控制系統(tǒng)（2,14,缺點：在動態(tài)調(diào)節(jié)中，DEB的鍋爐側(cè)能量只在汽機調(diào)門動作后，主汽壓力發(fā)生變化后才能做出響應(yīng)，為適應(yīng)鍋爐熱量的緩慢響應(yīng)，汽機側(cè)參數(shù)整定較慢，負荷動態(tài)遲延較大,直接能量平衡控制系統(tǒng)（3,15,現(xiàn)代火力發(fā)電單元制機組在一定的負荷變化范圍內(nèi)，其負荷控制指令與各個子系統(tǒng)

7、的控制指令之間，在靜態(tài)存在著線性（或折線）比例關(guān)系。因此，越來越多的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)采用了直接指令平衡控制策略，它結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試整定方便，響應(yīng)快。 直接指令平衡控制策略采用前饋指令+閉環(huán)校正方式。 將單元機組協(xié)調(diào)控制直接指令送至鍋爐主控和汽機主控，這種方式使得鍋爐和汽機同時獲得最快的負荷響應(yīng)。 功率修正和機前壓力修正回路作為負荷變化后的滯后校正，使得機組在穩(wěn)定工況獲得準確的設(shè)定功率和設(shè)定機前壓力。 一般采用由汽機側(cè)對功率回路進行校正，由鍋爐側(cè)對汽壓進行校正，而當汽壓偏差過大，鍋爐的控制不能及時調(diào)整時，則由鍋爐和汽機共同對汽壓進行控制，保證汽壓偏差不超過允許范圍,直接指令DIB控制系統(tǒng)（1,16,直

8、接指令控制系統(tǒng)（2,17,鍋爐子控制系統(tǒng),汽機子控制系統(tǒng),負荷控制回路,負荷指令限制回路,負荷指令運算回路,AGC來的 ADS指令,A,f,MB,MT,p0,pT,NE,N0,NS,協(xié)調(diào)控制級,基礎(chǔ)控制級,輔助控制功能,18,機組AGC基本技術(shù)要求,1、采用直吹式制粉系統(tǒng)的機組應(yīng)達到以下基本性能指標要求： （1）功率偏差Lm 2.5% MCR （2）響應(yīng)時間Tr 120秒 （3）響應(yīng)速率V 1.0% MCR/分鐘 2、采用中儲式制粉系統(tǒng)的機組應(yīng)達到以下基本性能指標要求： （1）功率偏差Lm 2.5% MCR （2）響應(yīng)時間Tr 40 秒 （3）響應(yīng)速率V 2.0% MCR/分鐘,19,AGC方

9、式下，AGC負荷指令頻繁地連續(xù)變化。（存在的問題） 機組鍋爐爐膛容積大，熱容量大，鍋爐在接到負荷指令后，改變煤量到蒸汽流量發(fā)生變化需要時間，即蒸汽產(chǎn)生的純遲延時間。最終導致汽壓響應(yīng)的遲延；對于負荷響應(yīng)純遲延較大的機組將難以適應(yīng)。 直吹式機組燃料量從指令變化到煤粉進入爐膛存在較大延時（中儲式制粉系統(tǒng)由于煤粉倉的作用，沒有制粉過程的影響，負荷的響應(yīng)較快 。） 當機組處于滑壓段運行時，滑壓運行對負荷的適應(yīng)性較差，這是因為機組在滑壓運行時，鍋爐蓄熱能力將隨參數(shù)的變化而變化，變化方向恰好與負荷需求方向相同；當需要增加負荷時，鍋爐同時需要吸收一部分熱量來提高參數(shù)，使其蓄熱能力增加；反之，在降低負荷時，參數(shù)

10、降低，釋放蓄熱。這兩種結(jié)果都阻礙了機組對外界負荷需求的響應(yīng)，降低了AGC響應(yīng)速率,AGC調(diào)節(jié)性能的改進與提高（1,20,我們認為提高機組負荷響應(yīng)速率的關(guān)鍵在于： 調(diào)門的動態(tài)過開，合理利用鍋爐的蓄熱。 系統(tǒng)在接到AGC負荷指令調(diào)節(jié)后，汽機調(diào)門不加任何遲延地迅速打開，并放寬限制汽機調(diào)門動作的壓力波動允許值。 根據(jù)不同負荷段實際功率對汽機調(diào)門階躍響應(yīng)的對象特性，確定汽機前饋指令的分段線性函數(shù)。 根據(jù)工程整定經(jīng)驗，汽機指令在全過程中具有較好的線性度,AGC調(diào)節(jié)性能的改進與提高（2,21,采用鍋爐動態(tài)預(yù)給煤指令的DIB系統(tǒng) 由于鍋爐發(fā)熱量的改變有較大的遲延和慣性，為了提高機組負荷響應(yīng)速率，通過適當加強鍋

11、爐指令的動態(tài)前饋，可以大大改善機組AGC的調(diào)節(jié)性能。 鍋爐動態(tài)預(yù)給煤指令的構(gòu)成 鍋爐直接燃料量指令，分段線性對應(yīng)于機組負荷指令的總?cè)剂狭恐噶睿?補償制粉與燃燒遲延的動態(tài)預(yù)給煤分量，根據(jù)對象特性確定； 負荷偏差的純微分環(huán)節(jié)，補償鍋爐初始純遲延階段的蓄熱不足,AGC調(diào)節(jié)性能的改進與提高（3,22,AGC調(diào)節(jié)性能的改進與提高（4,增強一次風量的前饋作用 將負荷指令前饋信號同時作用于一次風量，利用運行中磨煤機內(nèi)的蓄粉來快速響應(yīng)負荷指令的需要，免去了制粉過程所耗費的時間,23,一次調(diào)頻概念,機組一次調(diào)頻性能是指：電網(wǎng)頻率發(fā)生偏離額定值時，機組出力的大小與機組運行參數(shù)是否穩(wěn)定。傳統(tǒng)上用汽機調(diào)速系統(tǒng)的速度變

12、動率（轉(zhuǎn)速不等率（空載轉(zhuǎn)速減去額定負荷時的轉(zhuǎn)速除以恩 定轉(zhuǎn)速的百分數(shù) ）、調(diào)差系數(shù)）及遲 緩率（死區(qū)）表示。當頻差或轉(zhuǎn)速差超過死區(qū)值時一次調(diào)頻開始動作，機組一次調(diào)頻能力的大?。ㄝ敵龉β逝c電網(wǎng)周波變化的比例）以速度變動率（調(diào)差系數(shù)）來表征,24,靜態(tài)特性示意,25,一次調(diào)頻的技術(shù)要求（1,一、頻率控制死區(qū)fsq 電液型汽輪機調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的火電機組和燃機fsq為0.033Hz。 機械、液壓調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的火電機組和燃機fsq為0.05Hz。 水電機組fsq為0.05Hz。 二、轉(zhuǎn)速不等率Kc 火電機組和燃機的Kc為4% 6%。 水電機組的Kc不大于3%。 三、最大負荷限幅 100MW及以下的火電機組

13、，限制幅度不小于機組額定負荷的8； 100200MW的火電機組，限制幅度不小于機組額定負荷的10； 210490MW的火電機組，限制幅度不小于機組額定負荷的8； 500MW及以上的火電機組，限制幅度不小于機組額定負荷的6； 水電機組參與一次調(diào)頻的負荷限制幅度不小于機組額定負荷的10,26,一次調(diào)頻的技術(shù)要求（2,四、一次調(diào)頻的響應(yīng)時間要求 所有火電機組、額定水頭在50米及以上的水電機組，其一次調(diào)頻的負荷響應(yīng)滯后時間，應(yīng)小于4秒；額定水頭在50米以下的水電機組，其一次調(diào)頻的負荷響應(yīng)滯后時間，應(yīng)小于8秒； 所有機組一次調(diào)頻的負荷調(diào)整幅度應(yīng)在15秒內(nèi)達到理論計算的一次調(diào)頻的最大負荷調(diào)整幅度的90%；

14、 在電網(wǎng)頻率變化超過機組一次調(diào)頻死區(qū)時開始的45秒內(nèi)，機組實際出力與響應(yīng)目標偏差的平均值應(yīng)在額定有功出力的5%內(nèi),27,一次調(diào)頻的技術(shù)要求（3,五、一次調(diào)頻調(diào)速系統(tǒng)遲緩率 機械、液壓調(diào)節(jié)型： 機組容量100MW，遲緩率要求小于0.4； 機組容量100200MW（包括200MW），遲緩率要求小于0.2； 機組容量200MW，遲緩率要求小于0.1； 電液調(diào)節(jié)型： 機組容量100MW，遲緩率要求小于0.15； 機組容量100200MW（包括200MW），遲緩率要求小于0.1； 機組容量200MW，遲緩率要求小于0.06； 水電機組調(diào)速器的轉(zhuǎn)速死區(qū)小于0.04,28,燃煤機組的一次調(diào)頻運行方式,對于設(shè)

15、計了DCS與DEH的機組，一次調(diào)頻控制具有多種不同的運行方式，各種方式的作用和效果不同。 CCS協(xié)調(diào)不投，調(diào)頻不投，DEH調(diào)頻投入，該方式的特點是負荷響應(yīng)快，但出力持續(xù)時間短； CCS協(xié)調(diào)投入，調(diào)頻投入，DEH調(diào)頻不投入，該方式的特點是負荷響應(yīng)慢，經(jīng)實踐證明無法達到一次調(diào)頻的目的； CCS協(xié)調(diào)投入，調(diào)頻投入，DEH調(diào)頻也投入，該方式的特點是負荷響應(yīng)較快，出力持續(xù)時間長； 建議采用CCS協(xié)調(diào)投入，調(diào)頻投入,29,2，0,2，0,11，-M,11，M,負荷(,轉(zhuǎn)速(RPM) 頻差(Hz,0.033，0,0.033，0,0.183，-M,0.183，M,M=46%額定負荷,DEH按一次調(diào)頻曲線設(shè)置,

16、機組并網(wǎng)后，汽機轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率是一致的,DEH中普遍使用汽機轉(zhuǎn)速信號代表電網(wǎng)頻率。DEH一次調(diào)頻是換算成電負荷當量的調(diào)門指令= F(轉(zhuǎn)速,DEH側(cè)邏輯修改,30,DCS側(cè)邏輯修改 當一次調(diào)頻動作時，CCS負荷指令應(yīng)相應(yīng)增加 汽機主控維持輸出指令基本不變 鍋爐主控能夠及時改變煤量，調(diào)整鍋爐燃燒 一次調(diào)頻動作持續(xù)20s后,應(yīng)閉鎖與其反向的AGC指令變化,31,一次調(diào)頻能力不足 DEH機組的一次調(diào)頻功能主要是依靠一次調(diào)頻回路產(chǎn)生一次調(diào)頻負荷調(diào)整分量，然后直接通過開環(huán)控制，經(jīng)過汽輪機的配汽特性曲線和閥門特性曲線后作用于汽輪機的高壓調(diào)門來實現(xiàn)。一般認為，一定的頻差對應(yīng)一定的負荷變化，比如對于額定負荷為3

17、00MW的汽輪機在5%的轉(zhuǎn)速不等率、2r/min的死區(qū)下，11r/min的頻差會對應(yīng)18MW的理論負荷變化量，但這一對應(yīng)關(guān)系是有前提的，這個前提是：汽輪機處于額定的參數(shù)下運行、汽輪機的配汽特性與負荷指令線性關(guān)系良好、外界能提供足夠的能量。 就一次調(diào)頻能力而言，汽輪機單閥運行普遍比多閥運行時好、135MW機組普遍比600MW機組好；另有試驗表明，在相同頻差下，同一臺機組在不同的負荷段一次調(diào)頻動作時的負荷調(diào)整量也會有所不同，甚至相差很大。 主蒸汽壓力對機組一次調(diào)頻能力的影響只是一個方面。部分機組的CCS仍然存在反拉現(xiàn)象,一次調(diào)頻過程中存在的問題,32,一次調(diào)頻過程中存在的問題,主蒸汽壓力變化幅度過

18、大 一次調(diào)頻動作時，主蒸汽壓力、汽包水位等重要參數(shù)波動大是多數(shù)電廠對一次調(diào)頻功能的投運能力限制的主要原因， 個別機組 在試驗過程中，高壓調(diào)門開度減小時，主汽壓力升高幅度較大達到1Mpa，并且還有快速上升的趨勢。這些現(xiàn)象受機組本身固有特性影響較大，由于一次調(diào)頻動作要求快速性，這些現(xiàn)象很難通過汽機側(cè)控制來進行減弱，目前比較可行的辦法就是在DCS側(cè)增加一次調(diào)頻配合回路，來減小這些參數(shù)的波動，提高機組的平衡能力,33,汽輪機軸向位移變化 某機組在試驗時發(fā)現(xiàn)汽輪機軸向位移突然較大幅度變化。這說明，該汽輪機軸向位移對軸向推力的變化非常敏感。一次調(diào)頻試驗時，頻差信號發(fā)出瞬間，高壓調(diào)門開度增大，汽輪機高壓缸進汽量突然增加，引起調(diào)閥端軸向推力增加，打破了原來的軸向推力平衡，由于汽輪機中、低壓缸對一次調(diào)頻響應(yīng)存在明顯的滯后性，一次調(diào)頻動作后的新工況下的汽輪機軸向推力的平衡還沒有建立，再加上該機組汽輪機軸向位移對軸向推力變化的敏感性，在一次調(diào)頻動作后其軸向位移隨即發(fā)生較大變化也就不難理解；隨著時間的推移，汽輪機軸向推力在新的工況下重新平衡，軸向位移也就重新恢復到原來的狀態(tài),一次調(diào)頻過程中存在的問題,34,汽輪機推力瓦溫度變化大 一次調(diào)頻動作時，汽輪機出現(xiàn)推力瓦溫度大幅度變化的情況。具體表現(xiàn)為高壓調(diào)門開大時（正頻差），推力瓦工作面溫度快速上升，高壓調(diào)門關(guān)小時（負頻差），推力瓦工