×MW火力发电企业厂级AGC改造的探讨

4×600MW火力发电企业厂级AGC改造的探讨李卓（大唐贵州发耳发电有限公司六盘水553017）摘要：本文分析了单机AGC存在的弊端和厂级AGC的优点，讲解了厂级AGC的优化算法和计算模型，并对预期效果进行计算的同时，提出了厂级AGC改造必须坚持的原则。对发电企业多台机组的厂级AGC改造有较强的指导意义。关键词：AGC厂级AGC负荷优化分配系统优化算法计算模型Abstract:Inthispaper,analyzedtheexistingdisadvantagesofthesingleAGCandtheadvantagesofplant-levelAGC,explainedtheoptimizationalgorithmandthecalculationmodelofplant-levelAGC,andtheexpectedeffectarecalculated,atthesametimeputforwardtheprinciplewhatplant-levelAGCtransformationmustadhereto.Ithasastrongguidingsignificanceforplant-levelAGCofpowergenerationenterpriseunits.Keywords:AGCplant-levelAGCoptimalLoadDispatchSystemoptimizationalgorithmcalculationmodel1前言目前贵州某4×600MW机组火力发电厂属于南方电网总调度处直调，即总调度中心将负荷指令发给每台机组，直接调度每台机组负荷。在该方式下，火电企业不能决定单台机组负荷指令，更不能在各个机组内部实现各台机组负荷的最佳经济分配，在一定程度上影响发电机组的使用寿命和检修成本，不能适应当前低碳经济和节能减排政策的要求。且总调度中心给定负荷曲线和AGC给定负荷曲线存在较大差异，投入AGC后又不能在调度允许的±2%内调整负荷，发电厂存在欠发电量现象，不利于实现发电厂经济利益最大化。AGC给定负荷升降速率快、电厂发电机组出力调整慢、冲击负荷容量大，要使电厂发电机组达到较高的调节效果，必须要有一定精度的超短期负荷预报来指导AGC进行出力的调节。2单机AGC存在的问题目前，南网单机AGC只有四台机组平均接带负荷一种模式，存在以下影响机组经济性及安全性的问题：2.1由于南网单机直调，存在某台机组因为辅机故障或排放超标等情况无法满足负荷曲线，造成不能按计划曲线发电，导致南网调度频繁，且不利于电网稳定运行。2.2未对并网运行的各台机组进行负荷的经济分配，造成能源浪费、全厂发电成本增加。2.3并网运行的单台机组出现暂时性影响负荷的现象(如段煤、辅机跳闸等)，易造成电量损失，同时受到调度考核。2.4并网运行的单台机组辅机运行方式不够合理，如存在着循环水泵运行台数富裕，电耗过大、磨煤机运行台数增加，磨损及电耗增加等。2.5当全厂总负荷变化时，并网运行的机组均同时参与调节，不仅增加了运行操作量，而且使各机组均处在暂态负荷调整过程，尤其是极可能出现机组负荷在短时间内“反调”现象，不利于实现“集控值班员退后一米值班”的运行目标。2.6各台机组频繁变负荷，减少了机组稳定运行、经济运行的时间段，机组遭受交变应力的次数增加；同时，辅机启、停次数也会相应增加，从而使机组的使用寿命降低，整个发电厂的安全性降低。厂级AGC负荷优化分配系统就是在接受电网调度全厂负荷总指令后，根据各台机组的煤耗率、脱硫效率、负荷响应速率、调节余量、上网电价等，自动合理地进行全厂机组最优化负荷分配，从而实现节能调度及负荷经济分配，实现调度统一指挥下网厂二级优化的分层管理原则，完全可以解决这些问题。厂级AGC作为连接电网负荷指令与电厂负荷控制的中间枢纽系统，既能促进电网的经济、稳定运行，又能保证发电厂的经济运行。通过厂级AGC进行运行优化，可有效降低和节约电厂的发电成本，延长机组的使用寿命，促进发电机组经济高效运行。3厂级AGC改造的优点广西某电厂作为南网总调度中心直调电厂，是南网许可的厂级AGC改造试验单位，历时近一年时间，现已改造成功。根据该电厂介绍，实施厂级AGC后，最大的好处在于电厂可以在满足AGC要求的同时，自由的根据机组情况转移负荷，根据某电厂介绍，厂用电率有大幅下降，煤耗有明显下降。具体优点如下：3.1提高了电厂自动化的运行稳定性，提升了装置性能；3.2实现厂级有功功率闭环控制，精简调度控制对象，简化电厂运行操作；3.3通过减少机组变负荷次数，可延长机组使用寿命，降低机组的检修成本；3.4就地采集电厂机组负荷控制信息，对机组异常及事故实时监控并及时作出处理，保证了节能发电调度实施的安全稳定性；3.5可根据预设的调节范围，为所有机组保留一定比例的有功备用裕度。在保证经济性的同时，满足对电网安全性的要求。3.6提升机组性能，优化AGC调节速率，减少辅网考核的同时，提高电网稳定性。具体如下图所示：厂级AGC负荷优化分配项目实施后，从火电厂运行情况统计来看，火电厂机组调节速率较优化之前有明显提高，从一个侧面反映经济运行优化协调控制所取得的效果。3.7某电厂厂级AGC改造后节煤数据表：中电国际姚孟发电厂的厂级AGC系统，于2013年4月通过华中网调验收。其厂级AGC项目考虑低负荷阶段各台机组均带负荷的原因，总体可降低1g/kWh，直接收益55万元/月；此外，避免了辅机频繁启、停，降低了机组交变应力次数，提高了机组运行的安全性。与原采用单机AGC控制模式相比，实现厂级AGC模式的意义在于：按照统一调度、分级管理的原则实行分级控制，实现厂级有功功率闭环控制，实现电厂有功功率调节的全自动运行，精简调度控制对象，对简化电厂运行操作，实行节能减排，优化电厂及机组运行方式具有重要的意义；同时实现厂级AGC可增强电厂的自主性、主动性和协调性，并可实时监控电厂安全、经济运行及限制条件，实行预防与校正控制，实现最大化电能产出。实行负荷优化分配后，可降低0.5%-1.0%煤耗量(典型值)，经济效益显著。4厂级AGC优化算法及计算模型4.1厂级AGC优化算法优化负荷分配的基础是优化机组供电煤耗，由于性能监测与经济性分析功能的有力支持，优化负荷分配能够充分优化机组的供电煤耗，AGC服务器从煤耗特性曲线的拟合入手，同时充分考虑到了机组效率、热耗率、频率响应和其他损失的优化，而且对机组调节允许范围、调节裕量、负荷闭锁增／减、机组爬坡、RUNBACK、MFT、磨煤机启停等约束条件进行了充分考虑和处理，辅以基于燃耗特性的等微增率法、动态规划算法进行全厂机组间负荷的经济最优分配。4.1.1煤耗特性曲线的拟合机组煤耗特性曲线是进行负荷优化分配的基础，要得到有效、及时的负荷分配方案，首先应得到能够准确反映机组运行状况的煤耗特性曲线。负荷分配方法一般通过热力试验获取的数据及厂家提供的性能参数来求得。但由于发电厂生产工艺过程的复杂性，机组的煤耗特性曲线的影响因素很多，如运行方式、煤质参数、设备状态、环境条件等，煤耗特性曲线会在运行中不断的变化。本系统可随着机组运行工况的变化，在线输入热工电气参数后，系统自动修改拟合煤耗特性曲线，供负荷优化算法使用。大大提高了机炉效率数据的可靠性。4.1.2等微增率法等微增率法以数学极值理论为基础，是一种连续变量的拉格朗日算子法。用HessenMatrix(海赛矩阵)正定条件来寻求最优解。等微增率法基本原理是：为了使全厂总燃耗量取极小值(或经济收益最大)，各机组遵循最小的煤耗增量和最大的发电增量运行，且各机组负荷之和与系统总负荷相等。等微增率法是通过寻找各机组微增率的最佳负荷点，并将该点确定为负荷分配的最优方案。因此，当机组的燃耗微增率不完全相等时，运行人员应减少燃耗微增率大的机组的负荷，增加燃耗微增率小的机组的负荷，这样才能在总的负荷不变的前提下减少总的燃料消耗量，直至所有机组的微增率相等时调整才能结束。它是解决负荷优化分配问题的一种经典方法，它的原理简单，实现方便可靠。4.1.3动态规划法动态规划法根据“最优决策的任何子阶段仍然是最优”的原理，通过将多阶段决策过程转化为一系列单阶段问题，然后逐个求出最优解的办法，进而得到全局的最优解。动态规划法对求解问题的限制较少，不要求目标函数连续、可微。同时它可以在整个解空间内搜索，能够以较大的概率找到全局最优解或近似全局最优解。等微增率法和动态规划法有其不同的约束条件，等微增率法要求自变量连续可微，而动态规划无统一的标准模型，而且要克服“维数障碍”。以上两种算法在不同的情况下要互补使用，才能获得稳定可靠的结果。4.2厂级AGC计算模型系统能根据各机组的热工电气参数，自动拟合出各机组的煤耗特性曲线，考虑到各种约束条件后，计算出不同全厂负荷下最经济的机组负荷分配。对于一个有n台火电机组的系统，各机组的运行成本（煤耗量）与负荷之间存在函数关系F。优化计算就是通过寻找各机组的应带负荷Pi，以满足总煤耗量最小的要求：约束条件：总负荷平衡:机组负荷上下限:tniiPP1niPPPPPPiiiniitnii,,2,1maxmin1max1min电网安全裕度:机组负荷变动速率:5厂级AGC改造的预期效果厂级AGC系统在保证机组运行安全的前提下，可降低机组负荷调节频度，提高机组稳定性，延长主、辅机组设备寿命，合理调配各台机组负荷，降低全厂供电煤耗，从而提高全厂经济效益。厂级AGC改造后，预计仅单台机组优化运行带来的节能潜力可达0.5%左右，下面列举了某电厂两台600MW机组采用负荷优化算法前后的煤耗、负荷数据比较(以等微增率算法为例)。5.1优化前的煤耗5.2用等微增率法优化后的煤耗5.3优化前后的比较备注：优化前的数据是从电厂报表随机选的，优化后是计算结果。6厂级AGC改造必须坚持的原则6.1要求电厂自动化系统具备检验调度AGC指令功能，应校验指令出力是否超出机组的上下限等安全范围，并且必须对从调度下发的遥调指令的调节步长进行限幅检验，超出幅值应拒绝执行，防止由于接收指令错误造成机组误调节；6.2电厂送给调度的全厂有功出力应该和电厂监控系统控制用的全厂有功出力为同一个遥测点，并应该有正确性校验措施，其校验措施可采用多数据源校验或机组出力和电厂出线有功之和的母线有功平衡校验。如果调度控制用全厂有功测点和电厂控制用全厂有功测点不一致且误差值超过AGC的最大调节步长时，将导致全厂出力的快速减少和增加，危及电网安全；6.3电厂送给调度的全厂出力上下限应该进行正确性校验，防止出现错误性突变或掉零现象，导致AGC误调节；6.4当厂内因非正常原因失去一台或多台机组出力（如故障跳机或安稳装置切机），电厂应该能立即自动退出AGC远方控制，转为当地控制，并能维持出力不变；6.5投入AGC的电厂或机组由于某种原因暂时不能增（减）出力时，电厂应该向调度上送“增（减）闭锁”遥信，或直接将上送调度的“出力上（下）限值”遥测设为当前出力，提示调度端控制系统不要发出不合适的调节命令；6.6电厂在各种控制方式之间切换时，应该确保切换的安全性，待切换控制方式的有功设定值及机组实际出力值之间的差值应该在允许的门槛范围内，避免切换后电厂出力出现大的波动，如果大于门槛应该禁止切换。例如，当电厂AGC由当地定值方式切换到当地曲线方式时，如果当时的电厂计划曲线值和电厂实际出力之间差超过门槛，应该禁止切换；6.7电厂跟踪当地发电计划曲线运行时，应该有预防第二天曲线为空，在0点出现误调现象的措施；6.8电厂应该有当电厂内关键信息出错退AGC的保护功能，如当机组出力出错或水头信息出错时退出全厂AGC；6.9投调度远方控制的电厂如果出现通信故障不能接受调度远方设定值时应该自动退出AGC调度远方控制；6.10电厂监控系统的任何设备故障或通信故障都不应该引起机组的误调，保证不因监控系统问题导致发给调速器的命令出现错误的0值或满度值的现象；6.11机组有功值的采集和机组控制命令的下发的每个环节必须有可靠的防误措施保证控制安全。7小结全厂负荷优