提高火電機(jī)組AGC性能的方法研究(以負(fù)荷指令-燃料量為參數(shù)的超前滯后環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)前饋)

1、第21卷第10期 2008年10月文章編號(hào):1007-290X(2008)10-0029-03廣東電力GUANGDONGELECTRICPOWERVol 21No 10Oct 2008提高火電機(jī)組AGC性能的方法研究陳亮1,陳世和2,陳銳民2,黃衛(wèi)劍2(1 廣東省電力調(diào)度中心,廣州510600;2 廣東省電力試驗(yàn)研究所,廣州510600)摘要:論述了火電機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)功能對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)的性能要求,分析了發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)速率不能滿足要求的主要原因。并以廣東某電廠3號(hào)機(jī)組為例,分析了CCS存在的主要問題,提出了增加負(fù)荷指令-燃料量指令的動(dòng)態(tài)前饋功能,以提高火電機(jī)組AGC性能。試驗(yàn)

2、結(jié)果表明,該方法對(duì)提高火電機(jī)組AGC性能有顯著效果。關(guān)鍵詞:超臨界機(jī)組;自動(dòng)發(fā)電控制;負(fù)荷指令-燃料量指令;動(dòng)態(tài)前饋中圖分類號(hào):TM311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:BResearchonImprovingPerformanceofAutomaticGenerationControlforThermalPowerGeneratingUnitsCHENLiang1,CHENSh-ihe2,CHENRu-imin2,HUANGWe-ijian2(1.GuangdongPowerDispatchCenter,Guangzhou510600,China)Abstract:Thispaperintroducesthe

3、requirementsonperformanceofcoordinatedcontrolsystem(CCS)forautomaticgenerationcontrol(AGC)ofthermalpowergeneratingunits,andanalyzesthemainreasonsforthedeficiencyofregulatingspeed.TakingUnit3ofsomepowerplantinGuangdong,Chinaasanexample,thispaperanalyzesthemainproblemsofCCS,andproposesthedynamicfeedfo

4、rwardofload-fuelinstructiontoenhancetheAGCperformanceofthermalpowerunits.Theavailabilityoftheproposedmethodisvalidatedbytestingresults.Keywords:supercriticalunit;automaticgenerationcontrol(AGC);load-fuelinstruction;dynamicfeedforwardGuangzhou510600,China;2.GuangdongPowerTest&ResearchInst.,火電機(jī)組自動(dòng)

5、發(fā)電控制(automaticgenerationcontrol,AGC)性能指標(biāo)中,調(diào)節(jié)范圍和調(diào)節(jié)速率是兩個(gè)最重要的參數(shù)。調(diào)節(jié)范圍主要由機(jī)組的最低穩(wěn)燃負(fù)荷確定,目前大容量火電機(jī)組基本都可以滿足需求。但調(diào)節(jié)速率由于受到機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(coordinatedcontrolsystem,CCS)品質(zhì)、鍋爐主蒸汽壓力偏差等多重因素影響,較多機(jī)組難以滿足電網(wǎng)調(diào)節(jié)需求11 AGC對(duì)CCS的性能要求從AGC的角度,要求CCS的控制負(fù)荷范圍、階躍負(fù)荷指令的幅度和負(fù)荷變化率越大越好,但CCS能適應(yīng)的負(fù)荷范圍、階躍負(fù)荷指令幅度和負(fù)荷變化率不僅與CCS的控制策略和控制品質(zhì)有關(guān),而且與機(jī)組自身的運(yùn)行特性相關(guān)。1 1

6、 負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍對(duì)AGC而言,最好能做到機(jī)組負(fù)荷的全程控制,而現(xiàn)有機(jī)組的CCS尚未能做到負(fù)荷控制的全程自動(dòng)化,主要體現(xiàn)在鍋爐燃燒器的控制上,當(dāng)負(fù)荷變化范圍大時(shí),需運(yùn)行人員手動(dòng)操作進(jìn)行干預(yù)。對(duì)于直吹式制粉系統(tǒng),有制粉系統(tǒng)切、投的操作;對(duì)于中間儲(chǔ)倉式制粉系統(tǒng),有給粉機(jī)切、投和相關(guān);,。要提高火電機(jī)組的AGC調(diào)節(jié)速率指標(biāo),必須對(duì)機(jī)組的CCS特性進(jìn)行深入研究,尋求控制主蒸汽壓力偏差、提高調(diào)節(jié)速率的方法。30廣東電力第21卷爐的燃燒,則要投用油燃燒器2。根據(jù)爐型和燃料品種的不同,鍋爐不投油穩(wěn)定燃燒的負(fù)荷一般在40%70%額定負(fù)荷,結(jié)合各臺(tái)機(jī)組的實(shí)際情況,投用CCS和AGC的最低負(fù)荷一般在40%70%額定負(fù)

7、荷。1 2 負(fù)荷目標(biāo)的變化速率由于CCS對(duì)負(fù)荷指令有給定負(fù)荷變化率的功能,所以CCS給鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷信號(hào)是按給定負(fù)荷變化率給出的,因鍋爐的熱慣性很大,其主要參數(shù)(如主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、汽包水位等)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程周期較長,調(diào)度端對(duì)機(jī)組每次給定的負(fù)荷變化幅度不僅有所限制(一般控制在10%15%額定負(fù)荷范圍內(nèi))。而且負(fù)荷變化的時(shí)間間隔也應(yīng)足夠長,要大于鍋爐主要參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程周期,否則,電廠端為保證機(jī)組自身運(yùn)行的安全與穩(wěn)定,只能進(jìn)一步限制負(fù)荷變化速率。時(shí),保持機(jī)爐能量平衡是火力發(fā)電廠熱控技術(shù)多年研究的問題。要克服主蒸汽壓力偏差大的問題,需要采用先進(jìn)的控制策略,對(duì)原控制邏輯中的協(xié)調(diào)邏輯

8、、主蒸汽壓力設(shè)定邏輯、燃料量前饋邏輯等進(jìn)行修改,并反復(fù)進(jìn)行大速率的機(jī)組升、降負(fù)荷試驗(yàn),調(diào)整相關(guān)參數(shù),使汽輪機(jī)調(diào)門和鍋爐燃料量協(xié)調(diào)動(dòng)作,從而有效控制主蒸汽壓力的偏差。3 提高火電機(jī)組AGC調(diào)節(jié)速率的方法研究在AGC投運(yùn)過程中,為提高機(jī)組的AGC響應(yīng)性能,研究人員在現(xiàn)場研究出了一些具有普遍推廣價(jià)值的方法,現(xiàn)以廣東某電廠3號(hào)機(jī)組AGC性能優(yōu)化工作為例,進(jìn)行探討3。3 1 CCS存在的主要問題廣東某電廠3號(hào)機(jī)組為600MW超臨界燃煤機(jī)組。該機(jī)組從2007年2月8日11時(shí)0分至2月9日11時(shí)30分,進(jìn)行了初次AGC聯(lián)調(diào)試驗(yàn),但最終測試結(jié)果不能滿足廣東省電力調(diào)度中心對(duì)AGC性能指標(biāo)的要求。主要表現(xiàn)在4個(gè)方

9、面:a)機(jī)組負(fù)荷變化率過低,在510MW 600MW的負(fù)荷聯(lián)調(diào)試驗(yàn)過程中,設(shè)定負(fù)荷變化率為9MW/min,實(shí)際負(fù)荷變化率僅有34MW/min,達(dá)不到廣東省電力調(diào)度中心要求的 負(fù)荷率設(shè)定為12MW/min,實(shí)際負(fù)荷率不低于9MW/min ;b)某些負(fù)荷段,機(jī)組升、降負(fù)荷時(shí),主蒸汽壓力與壓力設(shè)定值偏差過大,有時(shí)超過2 5MPa,嚴(yán)重影響了機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性;c)升、降負(fù)荷時(shí),煤量變化過于劇烈,造成鍋爐燃燒不穩(wěn);d)升、降負(fù)荷時(shí),機(jī)組負(fù)荷、主蒸汽壓力耦合嚴(yán)重,煤、風(fēng)、水和汽輪機(jī)調(diào)門相互干擾,難以進(jìn)入穩(wěn)定工況。3 2 增加負(fù)荷指令-燃料量指令的動(dòng)態(tài)前饋功能采用直吹式制粉系統(tǒng)的機(jī)組,由于燃料量指令

10、改變后直接控制的是給煤機(jī)的原煤給煤量,原煤經(jīng)傳送皮帶送入磨煤機(jī),經(jīng)研磨變?yōu)榧?xì)度合格的煤粉,通過長幾米至二十幾米不等的一次風(fēng)管吹送入爐膛燃燒釋放熱量,鍋爐的水和蒸汽吸收熱量變成預(yù)定溫度、壓力的蒸汽,蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組開始輸出電負(fù)荷需要的純遲延時(shí)間為100150s,從2 發(fā)電機(jī)組AGC功能運(yùn)行過程中存在的問題從目前測試和投運(yùn)AGC的機(jī)組來看,廣東電網(wǎng)只有部分機(jī)組的AGC投運(yùn)指標(biāo)長期滿足 廣東電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)運(yùn)行管理規(guī)定 ,還有部分機(jī)組雖然通過了AGC性能測試,但在AGC的投運(yùn)中,無法滿足廣東省電力調(diào)度中心的AGC指標(biāo)要求,其中一個(gè)非常明顯的現(xiàn)象就是:機(jī)組升、降負(fù)荷時(shí),主蒸汽壓力偏差大,

11、限制了機(jī)組負(fù)荷的實(shí)際變化速率?；痣姍C(jī)組AGC投運(yùn)的前提是機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的投入。而單元制火電機(jī)組實(shí)現(xiàn)機(jī)爐協(xié)調(diào)控制有很大難度,除控制面廣、涉及的工藝設(shè)備多等原因外,其主要問題是:汽輪機(jī)和鍋爐是兩個(gè)動(dòng)態(tài)特性差異很大的控制對(duì)象。汽輪發(fā)電機(jī)組由熱動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能再轉(zhuǎn)換成電能的全過程慣性小,延遲時(shí)間短,調(diào)節(jié)響應(yīng)快,如不計(jì)外界因素,一次常規(guī)的調(diào)節(jié)過程只要數(shù)秒時(shí)間就可完成。而鍋爐能量的產(chǎn)生則是一個(gè)由燃料的化學(xué)變化到能量的物理轉(zhuǎn)換過程,熱量的積累、釋放過程慣性大,燃料調(diào)節(jié)遲延時(shí)間長。一個(gè)調(diào)節(jié)過程需要數(shù)十秒,甚至幾百秒才能完成。因此,機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)時(shí),鍋爐能量調(diào)節(jié)滯后汽輪機(jī)的能量變化,這就決定了單元制火力發(fā)電機(jī)組

12、的控制品質(zhì)主要取決于鍋爐帶負(fù)荷能力。在合第10期陳亮等:提高火電機(jī)組AGC性能的方法研究31左右的時(shí)間,因此燃料-機(jī)組負(fù)荷對(duì)象是一個(gè)大遲延、大慣性對(duì)象。因此,僅按照常規(guī)比例、積分、微分(PID)控制負(fù)荷指令-燃料量指令的線性前饋調(diào)整鍋爐燃料量,其負(fù)荷響應(yīng)純遲延較大,造成機(jī)組負(fù)荷的平均響應(yīng)速度較低。為克服從鍋爐指令變化到機(jī)組負(fù)荷變化的大遲延和大慣性的影響,提高機(jī)組負(fù)荷的平均響應(yīng)速度,通常采取的措施是增加負(fù)荷指令-燃料量指令的動(dòng)態(tài)前饋功能。常用的動(dòng)態(tài)前饋方式有比例加微分、超前-滯后和比例減多階慣性等形式。其中比例加微分的前饋方式在參數(shù)整定不當(dāng)時(shí),較容易引起尖峰形式的波動(dòng),對(duì)燃燒系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有一定

13、影響;比例減多階慣性前饋方式的輸出變化比較平滑,對(duì)鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行有利,但其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,參數(shù)整定相對(duì)困難;而超前-滯后的前饋形式結(jié)構(gòu)簡單,前饋輸出變化平滑,參數(shù)整定容易?；谌N前饋方式和輸出作用的比較,3號(hào)機(jī)組采用了超前-滯后形式的負(fù)荷指令-燃料量指令前饋。圖1為機(jī)組增加的負(fù)荷指令-燃料量指令前饋回路。圖1中,F(X)模塊是機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定工況下,負(fù)荷指令與鍋爐實(shí)際需要的燃料量的關(guān)系函數(shù),該函數(shù)模塊的設(shè)定,保證了機(jī)組在各負(fù)荷段中前饋輸出的準(zhǔn)確性;為突出超前作用特性,取超前-滯后模塊中的超前時(shí)間大于滯后時(shí)間,使其輸出與輸入相比有一個(gè)明顯的超前作用過程,滯后時(shí)間的選取需要保證回路正常運(yùn)行時(shí)把高頻干擾

14、信號(hào)徹底過濾。作用過程。效果圖2 機(jī)組升負(fù)荷過程中前饋回路各環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線3 3 系統(tǒng)改進(jìn)后機(jī)組的升、降負(fù)荷效果3號(hào)機(jī)組CCS通過采用投入?yún)f(xié)調(diào)控制-鍋爐跟隨(CCBF)方式、增加負(fù)荷指令-燃料量指令動(dòng)態(tài)前饋回路、在原主蒸汽壓力設(shè)定值的輸出增加等效主蒸汽壓力模型的三階慣性環(huán)節(jié)后,機(jī)組升降負(fù)荷過程中的實(shí)際負(fù)荷變化率得到了顯著的提高,主蒸汽壓力也取得了預(yù)期的控制效果。經(jīng)模擬量控制系統(tǒng)(MCS)優(yōu)化調(diào)整后,于2007年11月7日重新進(jìn)行了3號(hào)機(jī)組AGC聯(lián)調(diào)試驗(yàn),試驗(yàn)設(shè)定負(fù)荷變化率為12MW/min。負(fù)荷目標(biāo)分別設(shè)定為400MW 500MW 600MW 500MW,機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在500MW后,進(jìn)行反向延

15、時(shí)測試,負(fù)荷目標(biāo)分別設(shè)定為500MW 560MW 500MW 560MW 500MW。反向延時(shí)試驗(yàn)結(jié)束后,繼續(xù)進(jìn)行AGC負(fù)荷聯(lián)調(diào)試驗(yàn),負(fù)荷目標(biāo)分別設(shè)定為500MW 400MW 300MW 400MW。在進(jìn)行400MW 300MW 400MW的降、升負(fù)荷過程中,負(fù)荷和壓力均有較大超調(diào),修改300MW 400MW的燃料量、給水量的函數(shù)后,重新進(jìn)行400MW 300MW 400MW的AGC圖1 機(jī)組增加的負(fù)荷指令-燃料量指令前饋回路聯(lián)調(diào)試驗(yàn)一次,負(fù)荷、壓力滿足機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行要求和AGC性能試驗(yàn)要求。圖2為機(jī)組升負(fù)荷過程中前饋回路各環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線,從3條曲線的變化過程可看出,函數(shù)模塊輸出曲線與負(fù)荷指令變

16、化曲線的變化過程相似,說明穩(wěn)態(tài)時(shí),燃料前饋量與負(fù)荷指令呈線性關(guān)系;穩(wěn)態(tài)時(shí)超前-滯后環(huán)節(jié)的輸入、輸出重合,負(fù)荷指令增加時(shí),輸出與輸入從同一起點(diǎn)變化,輸出為一平滑加速過程,并最終過渡到輸出比輸入高一個(gè)恒定值,體現(xiàn)超前作用過程;負(fù)荷指令增加結(jié)束后,輸,4 結(jié)束語通過對(duì)CCS的性能調(diào)整,對(duì)火電機(jī)組CCS邏輯進(jìn)行了修改、完善,機(jī)組啟動(dòng)后,進(jìn)行鍋爐主控輸出-負(fù)荷、鍋爐主控輸出-主蒸汽壓力、汽輪機(jī)主控輸出-負(fù)荷、汽輪機(jī)主控輸出-主蒸汽壓力特性試驗(yàn),投入鍋爐跟隨(BF)方式和CCBF方式,通過試驗(yàn)結(jié)果可以看到,機(jī)組負(fù)荷和主蒸汽壓力調(diào)節(jié)性能得到(34廣東電力第21卷由式(4)畫出以-UL1為直徑的半圓,半圓的軌

17、跡就是中性點(diǎn)位移電壓U N的末端軌跡(如圖3所示)。當(dāng)發(fā)生金屬性短路時(shí),Rg=0,U N=-UL1;當(dāng)Rg>0,U N<-UL1;當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),Rg= ,U N=0。圖3中的(a),(b),(c)分別示出了接地電阻Rg由小到大的三個(gè)不同區(qū)域中,中性點(diǎn)位移電壓U N和相電壓UL1的關(guān)系。分析不接地系統(tǒng)單相接地故障時(shí)U eq的變化軌跡后,可以得出以下結(jié)論:a)當(dāng)接地點(diǎn)在圖3(a)所示位置時(shí),U N>UL1,U L1<U L2;2b)當(dāng)接地點(diǎn)在圖3(c)所示位置時(shí),U N<UL1,U L1>U L2。2圖4 系統(tǒng)L1相高阻接地,保護(hù)動(dòng)作錄波圖uL1,uL2,u

18、L3 分別是L1相、L2相、L3相電壓;3u0 零序電壓;ig 接地電流;iZN 流過ZN05A裝置的電流;K 電抗器投入開關(guān)的信號(hào)量表2 L1相高阻接地時(shí)保護(hù)動(dòng)作數(shù)據(jù)內(nèi)容L1相電壓L2相電壓L3相電壓零序電壓接地電流故障時(shí)54 7V48 8V77 1V39 5V2 302A保護(hù)動(dòng)作時(shí)0 3V104 1V99 1V106 8V0 21A3 結(jié)論a)10kV不接地系統(tǒng)的單相經(jīng)不同阻抗接地故障時(shí),其故障相電壓并不都是最低的,有時(shí)可能會(huì)高于非故障相,需結(jié)合中性點(diǎn)位移電壓的取值范圍來確定。圖3 單相接地半圓圖b)按照分析得出的單相接地故障相的判斷理論研制的ZN05A型接地綜合保護(hù)裝置,在現(xiàn)場的多種接地方式下,均能正確判斷故障,保護(hù)正確動(dòng)作,取得了很好的效果。參考文獻(xiàn):1陳禾,陳維賢 配電網(wǎng)中性點(diǎn)電位的作圖分析J 高電壓技術(shù),2004,30(9):22-23作者簡介:黃濤(1976-),男,湖北京山人。工程師,工學(xué)碩士,主要從事電網(wǎng)高電壓技術(shù)管理工作。TelE-mail:ht362sohu com。由以上分析可知:當(dāng)有電阻接地時(shí),不能簡單認(rèn)為電壓最低相就是接地相,而需結(jié)合U N的取值范圍,進(jìn)行分別判斷,只有這樣才能正確地判斷實(shí)際的故障相。ZN05A型接地綜合保護(hù)裝置據(jù)此作為接地故障選相的判據(jù),在不同接地情