摘 要：就AGC在寧夏的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)的控制指標(biāo)、相關(guān)信號、直接能量平衡、鍋爐微分環(huán)節(jié)、鍋爐前饋等問題進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：直接能量平衡（DEB） 自動發(fā)電控制（AGC） 鍋爐前饋 鍋爐微分
自動發(fā)電控制（AGC）是保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運行的重要手段。AGC正�？煽康倪\行，一方面提高了電網(wǎng)的運行水平，保障了用戶電能質(zhì)量的可靠性，另一方面對電廠的控制系統(tǒng)提出了更高的要求。
目前寧夏電網(wǎng)所轄電網(wǎng)總裝機(jī)6000MW左右，自2002年開始，寧夏新建及擴(kuò)建300MW及以上機(jī)組陸續(xù)投入AGC運行，目前火電機(jī)組已全部投入AGC運行。
1 火電規(guī)程及調(diào)度控制指標(biāo)的差異
《火電機(jī)組模擬量驗收規(guī)程》2006版指出：
直吹式機(jī)組，AGC負(fù)荷跟隨試驗的負(fù)荷指令變化率為1.5%Pe/min，負(fù)荷響應(yīng)時間為小于1.5min，機(jī)組的實際功率變化率不小于1.5% Pe/min，機(jī)/組的動態(tài)功率偏差小于3% Pe/min，機(jī)組穩(wěn)態(tài)下功率的允許偏差為1.5% Pe/min。
中貯式機(jī)組，AGC負(fù)荷跟隨試驗的負(fù)荷指令變化率為3%Pe/min，負(fù)荷響應(yīng)時間為小于40smin，機(jī)組的實際功率變化率不小于2.5% Pe/min，機(jī)/組的動態(tài)功率偏差小于3% Pe/min，機(jī)組穩(wěn)態(tài)下功率的允許偏差為1.5% Pe/min。
在投入AGC過程中發(fā)現(xiàn)，電網(wǎng)方面的要求和火電機(jī)組的規(guī)程不盡相同，且對機(jī)組的控制要求提出了較高的要求，雖然這些要求火電機(jī)組也不是不可以達(dá)到，但是AGC指令在1小時內(nèi)10多次（如圖3所示）甚至更高的往復(fù)變化對于電廠的鍋爐、汽機(jī)等的影響是不可忽視的，更高的要求是以電廠設(shè)備的損耗及機(jī)組效率相關(guān)的，同時有相當(dāng)一些電網(wǎng)自動控制人員對火電的驗收規(guī)程一無所知。這一點說明了電網(wǎng)同電源側(cè)的溝通的缺乏，需要協(xié)會加強(qiáng)這方面的工作。
2 AGC相關(guān)信號
AGC主要由3 部分組成：
l 電網(wǎng)調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)（EMS），由調(diào)度的自動化部門管理；
l 電廠端的遠(yuǎn)方終端單元（RTU），由電廠的電氣分場管理；
l 分散控制系統(tǒng)（DCS），由電廠熱工分場管理。
EMS 與 RTU 之間的信息傳遞通過微波通道實現(xiàn)，目前一般傳輸為數(shù)字信號，在RTU內(nèi)轉(zhuǎn)化為熱工的標(biāo)準(zhǔn)4-20mA模擬量信號或干接點開關(guān)量信號，RTU 與DCS/CCS 之間通常由硬接線連接。
圖1中的前四項為AGC投入的必備信號。先由電廠DCS系統(tǒng)發(fā)出“CCS允許投入AGC”（協(xié)調(diào)已投入且給水已投入的綜合），調(diào)度接收到后發(fā)出“中調(diào)要求投入（切除）AGC”脈沖信號，由DCS記憶后，由電廠運行人員投入AGC控制并發(fā)出“AGC已投入”長信號給中調(diào)。
在未投入AGC控制以前，按DCS的要求“中調(diào)指令（AGC指令）”是應(yīng)該跟蹤電廠單元機(jī)組的實際功率的，火電運行人員在投入之前應(yīng)當(dāng)注意AGC指令和當(dāng)時機(jī)組功率的偏差，以保證AGC的正常投入。
除必須的信號之外，在DCS設(shè)計時往往設(shè)計有機(jī)組RB、增閉鎖、減閉鎖、機(jī)組迫升、機(jī)組迫降等信號，遺憾的是的在傳動測試時，調(diào)度對于這些信號很少關(guān)注。誠然，這些信號對于調(diào)度來講確實無關(guān)緊要，但對于火電機(jī)組，這些信號恰恰反映了機(jī)組的運行狀態(tài)及對AGC指令的響應(yīng)能力。例如，當(dāng)機(jī)組運行于高負(fù)荷的定壓工作段，如果額定壓力為16.7MPa，旁路動作為17.2MPa，當(dāng)機(jī)組處于AGC控制之下，由于AGC的頻繁變化（如3圖），加之有時甚至是30%負(fù)荷的變化量，很可能出現(xiàn)主汽壓力升高接近旁路動作值，此時機(jī)組處于不安全的狀態(tài)。為了保證機(jī)組的安全，DCS會自動發(fā)出負(fù)荷減閉鎖的指令，防止主汽壓力進(jìn)一步升高而引發(fā)事故。
這些信號所反映的確實是單元機(jī)組的一些基本特點，而調(diào)度人員對此可能并不理解。這同上面所說的控制指標(biāo)一樣，說明了發(fā)電廠同電網(wǎng)缺乏溝通和對不同系統(tǒng)特點的相互認(rèn)同。
3 AGC控制問題
火電機(jī)組的控制有協(xié)調(diào)控制下的汽機(jī)組跟隨（CCTF）和鍋爐跟隨（CCBF）兩種方式，AGC控制主要要求的是機(jī)組負(fù)荷的快速響應(yīng)。CCTF壓力控制較好而負(fù)荷波動較大,因而平種方式不適合AGC投入的要求。而CCBF因為有著良好的負(fù)荷控制特點，可以做為AGC投入的首選協(xié)調(diào)方式，但由于鍋爐蓄熱及高頻的負(fù)荷變動，在其投入AGC時需要考慮如何減少主汽壓力的波動，同時減小其它主要參數(shù)的波動。
3.1 直接能量平衡（DEB）
如圖2中所示，
熱量信號HR=P1+C（dPd/dt）其中：Pd為汽包壓力，C為鍋爐蓄熱系數(shù)。
熱量信號代表單位時間內(nèi)燃料燃燒傳給鍋爐的熱量。
能量信號BD=（P1/PT）*PT0+（P1/PT）*PT0*K1*d(（P1/PT）*PT0)/dt+K2* dPTo/dt
能量指令由三部分組成：
l （P1/PT）*PT0——BD的主體。在穩(wěn)態(tài)時，PT=PT0，（P1/PT）*PT0等于P1，它代表汽機(jī)的即時功率。在過渡過程中，PT≠PT0，（P1/PT）*PT0等于未來達(dá)到穩(wěn)定時的P1值，代表汽機(jī)的預(yù)期功率。
l （P1/PT）*PT0*K1*d(（P1/PT）*PT0)/dt——代表由于汽機(jī)功率的變化在單位時間內(nèi)鍋爐所需補(bǔ)充的蓄熱。
l K2* dPTo/dt——代表由于壓力定值變化在單位時間內(nèi)鍋爐所需補(bǔ)充的蓄熱。
DEB 中的熱量信號最快地反映鍋爐燃燒率及蒸發(fā)量的變化, 能迅速消除鍋爐內(nèi)擾；DEB 能量平衡信號能正確快速地反映汽機(jī)對鍋爐的能量需求，兩者的偏差信號作為鍋爐主控制器的入口偏差, 動態(tài)時響應(yīng)速度快, 靜態(tài)時可消除主汽壓力偏差。但的實際運用中，如何確定鍋爐的蓄熱系數(shù)，如何確定兩者動態(tài)偏差的幅值是一個較為困難的問題。經(jīng)過對寧夏境內(nèi)的火電機(jī)組的試驗發(fā)現(xiàn)，在保持兩部分的主體P1和（P1/PT）*PT0正常工作的情況下，多數(shù)原設(shè)計的動態(tài)變化率部分產(chǎn)生的作用都很小，它所產(chǎn)生的影響幾乎可以不計。進(jìn)一步對汽包微分的變化率進(jìn)行研究，即使是在負(fù)荷變化率達(dá)到100MW/min的情況下，汽包微分的變化率也十分有限。為了能更有效的利用快速變化的DEB動態(tài)部分，將中寧及馬蓮臺電廠的DEB動態(tài)變化率部分進(jìn)行放大，使其在正常的負(fù)荷變化率下（1.5%-3%MCR）下能夠有效的反映動態(tài)變化情況，但對其所產(chǎn)生的變化量也做了不超過相當(dāng)于產(chǎn)生0.2MPa偏差輸入的限制。實踐證明，在這樣的改變提高了鍋爐對能量變化的響應(yīng)速度，提高了對負(fù)荷變化帶來壓力變化的適應(yīng)性，也提高了對煤質(zhì)變化的響應(yīng)速度。
另外，火電機(jī)組一般在70%-100%負(fù)荷下采用定壓方式運行，而機(jī)組的負(fù)荷同一級壓力P1有著線性的關(guān)系，一定P1可以基本上代表著一定的功率。由于這種原因，機(jī)組在100%負(fù)荷到70%負(fù)荷由實際壓力和設(shè)定壓力所產(chǎn)生的鍋爐側(cè)PID入口偏差會減小。例如：設(shè)100%負(fù)荷下P1=11MPa，70%負(fù)荷P1=8MPa，PT/PT0=1.1，則100%負(fù)荷偏差=1.1*11-11=1.1，70%負(fù)荷下偏差=1.1*8-8=0.8�？梢钥闯�，在低負(fù)荷但為定壓運行時鍋爐的調(diào)節(jié)速度會有所下降。
3.2 鍋爐主控的微分控制
由于鍋爐是一個大慣性大遲延的對象，如何克服鍋爐的慣性將是協(xié)調(diào)及AGC控制好壞的關(guān)鍵因素。在實際應(yīng)運中，在鍋爐調(diào)節(jié)中加入微分環(huán)節(jié)，不但可以有效的克服鍋爐的慣性，同時對煤質(zhì)等引起的熱量變化也有著很好的效果。實踐證明，鍋爐主控微分同直接能量平衡信號相互配合可以非常有效的克服20t/h的煤質(zhì)變化。
3.3 鍋爐主控前饋
前饋控制做為一種對控制對象影響量的估算，在AGC控制中有著重要的作用。圖4中，在控制系統(tǒng)中設(shè)計有兩種方式的前饋：
第一種為機(jī)組實際指令的前饋，其定義為，機(jī)組的給定指令*系數(shù)，它所達(dá)到的作用是將機(jī)組產(chǎn)生的負(fù)荷指令在經(jīng)過限幅、限速后再乘以系數(shù)轉(zhuǎn)化為鍋爐所需要加入的煤量，這一部分所疊加的負(fù)荷前饋是主要因素，它將隨著實際負(fù)荷指令的變化而不斷變化。
第二部分為AGC指令同實際負(fù)荷的偏差對應(yīng)產(chǎn)生的前饋量或者是糾偏量，在機(jī)組AGC不變的情況下，當(dāng)AGC指令同實際負(fù)荷偏差大于某一定值時，將對給煤量進(jìn)行一定量的糾正；當(dāng)實際AGC指令變化時，將產(chǎn)生快速的給煤量前饋，這時的前饋量是次要性的，它的主要目的不在于跟隨負(fù)荷的變化而改變給煤量，而在于產(chǎn)生一定量的動態(tài)變化以盡可能消除鍋爐側(cè)的大慣性和大遲延。
如圖4：設(shè)AGC指令的變化為20MW，最終的給煤量變化在10t/h ，圖中向上的虛線表示第一種前饋量下給煤量的變化，向下的虛線為第二種前饋給煤量的變化，彎曲的實線是實際給煤量的變化。當(dāng)指令增加時，汽機(jī)快速開大調(diào)門，鍋爐蓄熱釋放，負(fù)荷快速跟進(jìn)，如果沒有第二種前饋，主汽壓力由于鍋爐蓄熱的消耗將可能會下降。由于前期給煤量的快速增加，補(bǔ)充了鍋爐蓄熱，從而減小的主汽壓力的變化。當(dāng)AGC指令減小時，兩種前饋量的變化會快速減小鍋爐蓄熱，防止主汽壓力上升過多。實際運用中，這種控制方式可以有效的消除鍋爐的慣性。
AGC控制是火電機(jī)組的一項重要工作，它對電網(wǎng)的安全運行有著重要的作用，但它的運行對電廠的壽命和效率有著很大的影響，如何融合這兩方面的矛盾，要求電廠熱控不斷提高控制水平，一方面保障機(jī)組AGC正常投入，另一方面保障機(jī)組主要參數(shù)的穩(wěn)定，維護(hù)機(jī)組安全運行。
作者簡介：
1993年7月畢業(yè)于華北電力大學(xué)，8月進(jìn)入寧夏電力試驗研究所（2004年4月更名為寧夏電力科技教育工程院）熱工室工作。十多年來主要從事火力發(fā)電廠的熱工控制研究和現(xiàn)場服務(wù)，以及計算機(jī)應(yīng)用等工作�，F(xiàn)任寧夏電力科技教育工程院熱工室主任。電話：0951－4911860 1370957329，地址：寧夏銀川黃河?xùn)|路716號，寧夏電力科技教育工程院 熱工室，郵編：750002，電子郵件：yujianyc@163.com |
