4600MW火力發(fā)電企業(yè)廠級AGC改造的探討

1、4×600MW火力發(fā)電企業(yè)廠級AGC改造的探討李 卓（大唐貴州發(fā)耳發(fā)電有限公司 六盤水 553017）摘要：本文分析了單機(jī)AGC存在的弊端和廠級AGC的優(yōu)點，講解了廠級AGC的優(yōu)化算法和計算模型，并對預(yù)期效果進(jìn)行計算的同時，提出了廠級AGC改造必須堅持的原則。對發(fā)電企業(yè)多臺機(jī)組的廠級AGC改造有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：AGC 廠級AGC 負(fù)荷優(yōu)化分配系統(tǒng) 優(yōu)化算法 計算模型 Abstract: In this paper, analyzed the existing disadvantages of the single AGC and the advantages of plant

2、-level AGC, explained the optimization algorithm and the calculation model of plant-level AGC, and the expected effect are calculated, at the same time put forward the principle what plant-level AGC transformation must adhere to. It has a strong guiding significance for plant-level AGC of power gene

3、ration enterprise units.Key words: AGC plant-level AGC optimal Load Dispatch System optimization algorithm calculation model1前言目前貴州某4×600MW機(jī)組火力發(fā)電廠屬于南方電網(wǎng)總調(diào)度處直調(diào)，即總調(diào)度中心將負(fù)荷指令發(fā)給每臺機(jī)組，直接調(diào)度每臺機(jī)組負(fù)荷。在該方式下，火電企業(yè)不能決定單臺機(jī)組負(fù)荷指令，更不能在各個機(jī)組內(nèi)部實現(xiàn)各臺機(jī)組負(fù)荷的最佳經(jīng)濟(jì)分配，在一定程度上影響發(fā)電機(jī)組的使用壽命和檢修成本，不能適應(yīng)當(dāng)前低碳經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排政策的要求。且總調(diào)度中心給定負(fù)荷曲線和A

4、GC給定負(fù)荷曲線存在較大差異，投入AGC后又不能在調(diào)度允許的±2%內(nèi)調(diào)整負(fù)荷，發(fā)電廠存在欠發(fā)電量現(xiàn)象，不利于實現(xiàn)發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)利益最大化。 AGC給定負(fù)荷升降速率快、電廠發(fā)電機(jī)組出力調(diào)整慢、沖擊負(fù)荷容量大，要使電廠發(fā)電機(jī)組達(dá)到較高的調(diào)節(jié)效果，必須要有一定精度的超短期負(fù)荷預(yù)報來指導(dǎo)AGC進(jìn)行出力的調(diào)節(jié)。2 單機(jī)AGC存在的問題目前，南網(wǎng)單機(jī)AGC只有四臺機(jī)組平均接帶負(fù)荷一種模式，存在以下影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性及安全性的問題：2.1 由于南網(wǎng)單機(jī)直調(diào)，存在某臺機(jī)組因為輔機(jī)故障或排放超標(biāo)等情況無法滿足負(fù)荷曲線，造成不能按計劃曲線發(fā)電，導(dǎo)致南網(wǎng)調(diào)度頻繁，且不利于電網(wǎng)穩(wěn)定運行。2.2 未對并網(wǎng)運行的各臺機(jī)

5、組進(jìn)行負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配，造成能源浪費、全廠發(fā)電成本增加。2.3 并網(wǎng)運行的單臺機(jī)組出現(xiàn)暫時性影響負(fù)荷的現(xiàn)象(如段煤、輔機(jī)跳閘等)，易造成電量損失，同時受到調(diào)度考核。2.4 并網(wǎng)運行的單臺機(jī)組輔機(jī)運行方式不夠合理，如存在著循環(huán)水泵運行臺數(shù)富裕，電耗過大、磨煤機(jī)運行臺數(shù)增加，磨損及電耗增加等。2.5 當(dāng)全廠總負(fù)荷變化時，并網(wǎng)運行的機(jī)組均同時參與調(diào)節(jié)，不僅增加了運行操作量，而且使各機(jī)組均處在暫態(tài)負(fù)荷調(diào)整過程，尤其是極可能出現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷在短時間內(nèi)“反調(diào)”現(xiàn)象，不利于實現(xiàn)“集控值班員退后一米值班”的運行目標(biāo)。2.6 各臺機(jī)組頻繁變負(fù)荷，減少了機(jī)組穩(wěn)定運行、經(jīng)濟(jì)運行的時間段，機(jī)組遭受交變應(yīng)力的次數(shù)增加；同時，

6、輔機(jī)啟、停次數(shù)也會相應(yīng)增加，從而使機(jī)組的使用壽命降低，整個發(fā)電廠的安全性降低。廠級AGC負(fù)荷優(yōu)化分配系統(tǒng)就是在接受電網(wǎng)調(diào)度全廠負(fù)荷總指令后，根據(jù)各臺機(jī)組的煤耗率、脫硫效率、負(fù)荷響應(yīng)速率、調(diào)節(jié)余量、上網(wǎng)電價等，自動合理地進(jìn)行全廠機(jī)組最優(yōu)化負(fù)荷分配，從而實現(xiàn)節(jié)能調(diào)度及負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配，實現(xiàn)調(diào)度統(tǒng)一指揮下網(wǎng)廠二級優(yōu)化的分層管理原則，完全可以解決這些問題。廠級AGC作為連接電網(wǎng)負(fù)荷指令與電廠負(fù)荷控制的中間樞紐系統(tǒng)，既能促進(jìn)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運行，又能保證發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)運行。通過廠級AGC進(jìn)行運行優(yōu)化，可有效降低和節(jié)約電廠的發(fā)電成本，延長機(jī)組的使用壽命，促進(jìn)發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)高效運行。3 廠級AGC改造的優(yōu)點 廣西某

7、電廠作為南網(wǎng)總調(diào)度中心直調(diào)電廠，是南網(wǎng)許可的廠級AGC改造試驗單位，歷時近一年時間，現(xiàn)已改造成功。根據(jù)該電廠介紹，實施廠級AGC后，最大的好處在于電廠可以在滿足AGC要求的同時，自由的根據(jù)機(jī)組情況轉(zhuǎn)移負(fù)荷，根據(jù)某電廠介紹，廠用電率有大幅下降，煤耗有明顯下降。具體優(yōu)點如下：3.1 提高了電廠自動化的運行穩(wěn)定性，提升了裝置性能；3.2 實現(xiàn)廠級有功功率閉環(huán)控制，精簡調(diào)度控制對象，簡化電廠運行操作；3.3 通過減少機(jī)組變負(fù)荷次數(shù)，可延長機(jī)組使用壽命，降低機(jī)組的檢修成本；3.4 就地采集電廠機(jī)組負(fù)荷控制信息，對機(jī)組異常及事故實時監(jiān)控并及時作出處理，保證了節(jié)能發(fā)電調(diào)度實施的安全穩(wěn)定性；3.5 可根據(jù)預(yù)設(shè)

8、的調(diào)節(jié)范圍，為所有機(jī)組保留一定比例的有功備用裕度。在保證經(jīng)濟(jì)性的同時，滿足對電網(wǎng)安全性的要求。3.6 提升機(jī)組性能，優(yōu)化AGC調(diào)節(jié)速率，減少輔網(wǎng)考核的同時，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性。具體如下圖所示：廠級AGC負(fù)荷優(yōu)化分配項目實施后，從火電廠運行情況統(tǒng)計來看，火電廠機(jī)組調(diào)節(jié)速率較優(yōu)化之前有明顯提高，從一個側(cè)面反映經(jīng)濟(jì)運行優(yōu)化協(xié)調(diào)控制所取得的效果。3.7 某電廠廠級AGC改造后節(jié)煤數(shù)據(jù)表：中電國際姚孟發(fā)電廠的廠級AGC系統(tǒng)，于2013年4月通過華中網(wǎng)調(diào)驗收。其廠級AGC項目考慮低負(fù)荷階段各臺機(jī)組均帶負(fù)荷的原因，總體可降低1g/kWh，直接收益55萬元/月；此外，避免了輔機(jī)頻繁啟、停，降低了機(jī)組交變應(yīng)力次數(shù)，

9、提高了機(jī)組運行的安全性。與原采用單機(jī)AGC控制模式相比，實現(xiàn)廠級AGC模式的意義在于：按照統(tǒng)一調(diào)度、分級管理的原則實行分級控制，實現(xiàn)廠級有功功率閉環(huán)控制，實現(xiàn)電廠有功功率調(diào)節(jié)的全自動運行，精簡調(diào)度控制對象，對簡化電廠運行操作，實行節(jié)能減排，優(yōu)化電廠及機(jī)組運行方式具有重要的意義；同時實現(xiàn)廠級AGC可增強(qiáng)電廠的自主性、主動性和協(xié)調(diào)性，并可實時監(jiān)控電廠安全、經(jīng)濟(jì)運行及限制條件，實行預(yù)防與校正控制，實現(xiàn)最大化電能產(chǎn)出。實行負(fù)荷優(yōu)化分配后，可降低0.5%-1.0%煤耗量(典型值)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。4 廠級AGC優(yōu)化算法及計算模型4.1 廠級AGC優(yōu)化算法優(yōu)化負(fù)荷分配的基礎(chǔ)是優(yōu)化機(jī)組供電煤耗，由于性能監(jiān)測與

10、經(jīng)濟(jì)性分析功能的有力支持，優(yōu)化負(fù)荷分配能夠充分優(yōu)化機(jī)組的供電煤耗，AGC服務(wù)器從煤耗特性曲線的擬合入手，同時充分考慮到了機(jī)組效率、熱耗率、頻率響應(yīng)和其他損失的優(yōu)化，而且對機(jī)組調(diào)節(jié)允許范圍、調(diào)節(jié)裕量、負(fù)荷閉鎖增減、機(jī)組爬坡、RUNBACK、MFT、磨煤機(jī)啟停等約束條件進(jìn)行了充分考慮和處理，輔以基于燃耗特性的等微增率法、動態(tài)規(guī)劃算法進(jìn)行全廠機(jī)組間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)分配。煤耗特性曲線的擬合機(jī)組煤耗特性曲線是進(jìn)行負(fù)荷優(yōu)化分配的基礎(chǔ)，要得到有效、及時的負(fù)荷分配方案，首先應(yīng)得到能夠準(zhǔn)確反映機(jī)組運行狀況的煤耗特性曲線。負(fù)荷分配方法一般通過熱力試驗獲取的數(shù)據(jù)及廠家提供的性能參數(shù)來求得。但由于發(fā)電廠生產(chǎn)工藝過程的復(fù)

11、雜性，機(jī)組的煤耗特性曲線的影響因素很多，如運行方式、煤質(zhì)參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境條件等，煤耗特性曲線會在運行中不斷的變化。本系統(tǒng)可隨著機(jī)組運行工況的變化，在線輸入熱工電氣參數(shù)后，系統(tǒng)自動修改擬合煤耗特性曲線，供負(fù)荷優(yōu)化算法使用。大大提高了機(jī)爐效率數(shù)據(jù)的可靠性。等微增率法等微增率法以數(shù)學(xué)極值理論為基礎(chǔ)，是一種連續(xù)變量的拉格朗日算子法。用Hessen Matrix(海賽矩陣)正定條件來尋求最優(yōu)解。等微增率法基本原理是：為了使全廠總?cè)己牧咳O小值(或經(jīng)濟(jì)收益最大)，各機(jī)組遵循最小的煤耗增量和最大的發(fā)電增量運行，且各機(jī)組負(fù)荷之和與系統(tǒng)總負(fù)荷相等。等微增率法是通過尋找各機(jī)組微增率的最佳負(fù)荷點，并將該點確定為

12、負(fù)荷分配的最優(yōu)方案。因此，當(dāng)機(jī)組的燃耗微增率不完全相等時，運行人員應(yīng)減少燃耗微增率大的機(jī)組的負(fù)荷，增加燃耗微增率小的機(jī)組的負(fù)荷，這樣才能在總的負(fù)荷不變的前提下減少總的燃料消耗量，直至所有機(jī)組的微增率相等時調(diào)整才能結(jié)束。它是解決負(fù)荷優(yōu)化分配問題的一種經(jīng)典方法，它的原理簡單，實現(xiàn)方便可靠。動態(tài)規(guī)劃法動態(tài)規(guī)劃法根據(jù)“最優(yōu)決策的任何子階段仍然是最優(yōu)”的原理，通過將多階段決策過程轉(zhuǎn)化為一系列單階段問題，然后逐個求出最優(yōu)解的辦法，進(jìn)而得到全局的最優(yōu)解。動態(tài)規(guī)劃法對求解問題的限制較少，不要求目標(biāo)函數(shù)連續(xù)、可微。同時它可以在整個解空間內(nèi)搜索，能夠以較大的概率找到全局最優(yōu)解或近似全局最優(yōu)解。等微增率法和動態(tài)規(guī)劃

13、法有其不同的約束條件，等微增率法要求自變量連續(xù)可微，而動態(tài)規(guī)劃無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)模型，而且要克服“維數(shù)障礙”。以上兩種算法在不同的情況下要互補(bǔ)使用，才能獲得穩(wěn)定可靠的結(jié)果。4.2 廠級AGC計算模型系統(tǒng)能根據(jù)各機(jī)組的熱工電氣參數(shù)，自動擬合出各機(jī)組的煤耗特性曲線，考慮到各種約束條件后，計算出不同全廠負(fù)荷下最經(jīng)濟(jì)的機(jī)組負(fù)荷分配。對于一個有n臺火電機(jī)組的系統(tǒng)，各機(jī)組的運行成本（煤耗量）與負(fù)荷之間存在函數(shù)關(guān)系F。優(yōu)化計算就是通過尋找各機(jī)組的應(yīng)帶負(fù)荷Pi，以滿足總煤耗量最小的要求： 約束條件：總負(fù)荷平衡: 機(jī)組負(fù)荷上下限: 電網(wǎng)安全裕度:機(jī)組負(fù)荷變動速率:5 廠級AGC改造的預(yù)期效果 廠級AGC系統(tǒng)在保證機(jī)組

14、運行安全的前提下，可降低機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)頻度，提高機(jī)組穩(wěn)定性，延長主、輔機(jī)組設(shè)備壽命，合理調(diào)配各臺機(jī)組負(fù)荷，降低全廠供電煤耗，從而提高全廠經(jīng)濟(jì)效益。廠級AGC改造后，預(yù)計僅單臺機(jī)組優(yōu)化運行帶來的節(jié)能潛力可達(dá)0.5%左右，下面列舉了某電廠兩臺600MW機(jī)組采用負(fù)荷優(yōu)化算法前后的煤耗、負(fù)荷數(shù)據(jù)比較(以等微增率算法為例)。5.1 優(yōu)化前的煤耗5.2 用等微增率法優(yōu)化后的煤耗5.3 優(yōu)化前后的比較 備注：優(yōu)化前的數(shù)據(jù)是從電廠報表隨機(jī)選的，優(yōu)化后是計算結(jié)果。6 廠級AGC改造必須堅持的原則6.1 要求電廠自動化系統(tǒng)具備檢驗調(diào)度AGC 指令功能，應(yīng)校驗指令出力是否超出機(jī)組的上下限等安全范圍，并且必須對從調(diào)度下

15、發(fā)的遙調(diào)指令的調(diào)節(jié)步長進(jìn)行限幅檢驗，超出幅值應(yīng)拒絕執(zhí)行，防止由于接收指令錯誤造成機(jī)組誤調(diào)節(jié)；6.2 電廠送給調(diào)度的全廠有功出力應(yīng)該和電廠監(jiān)控系統(tǒng)控制用的全廠有功出力為同一個遙測點，并應(yīng)該有正確性校驗措施，其校驗措施可采用多數(shù)據(jù)源校驗或機(jī)組出力和電廠出線有功之和的母線有功平衡校驗。如果調(diào)度控制用全廠有功測點和電廠控制用全廠有功測點不一致且誤差值超過AGC 的最大調(diào)節(jié)步長時，將導(dǎo)致全廠出力的快速減少和增加，危及電網(wǎng)安全；6.3 電廠送給調(diào)度的全廠出力上下限應(yīng)該進(jìn)行正確性校驗，防止出現(xiàn)錯誤性突變或掉零現(xiàn)象，導(dǎo)致AGC 誤調(diào)節(jié)；6.4 當(dāng)廠內(nèi)因非正常原因失去一臺或多臺機(jī)組出力（如故障跳機(jī)或安穩(wěn)裝置切機(jī)

16、），電廠應(yīng)該能立即自動退出AGC 遠(yuǎn)方控制，轉(zhuǎn)為當(dāng)?shù)乜刂?，并能維持出力不變；6.5 投入AGC 的電廠或機(jī)組由于某種原因暫時不能增（減）出力時，電廠應(yīng)該向調(diào)度上送“增（減）閉鎖”遙信，或直接將上送調(diào)度的“出力上（下）限值”遙測設(shè)為當(dāng)前出力，提示調(diào)度端控制系統(tǒng)不要發(fā)出不合適的調(diào)節(jié)命令；6.6 電廠在各種控制方式之間切換時，應(yīng)該確保切換的安全性，待切換控制方式的有功設(shè)定值及機(jī)組實際出力值之間的差值應(yīng)該在允許的門檻范圍內(nèi)，避免切換后電廠出力出現(xiàn)大的波動，如果大于門檻應(yīng)該禁止切換。例如，當(dāng)電廠AGC 由當(dāng)?shù)囟ㄖ捣绞角袚Q到當(dāng)?shù)厍€方式時，如果當(dāng)時的電廠計劃曲線值和電廠實際出力之間差超過門檻，應(yīng)該禁止切換

17、；6.7 電廠跟蹤當(dāng)?shù)匕l(fā)電計劃曲線運行時，應(yīng)該有預(yù)防第二天曲線為空，在0 點出現(xiàn)誤調(diào)現(xiàn)象的措施；6.8 電廠應(yīng)該有當(dāng)電廠內(nèi)關(guān)鍵信息出錯退AGC 的保護(hù)功能，如當(dāng)機(jī)組出力出錯或水頭信息出錯時退出全廠AGC；6.9 投調(diào)度遠(yuǎn)方控制的電廠如果出現(xiàn)通信故障不能接受調(diào)度遠(yuǎn)方設(shè)定值時應(yīng)該自動退出AGC 調(diào)度遠(yuǎn)方控制；6.10 電廠監(jiān)控系統(tǒng)的任何設(shè)備故障或通信故障都不應(yīng)該引起機(jī)組的誤調(diào)，保證不因監(jiān)控系統(tǒng)問題導(dǎo)致發(fā)給調(diào)速器的命令出現(xiàn)錯誤的0 值或滿度值的現(xiàn)象；6.11 機(jī)組有功值的采集和機(jī)組控制命令的下發(fā)的每個環(huán)節(jié)必須有可靠的防誤措施保證控制安全。7 小結(jié)全廠負(fù)荷優(yōu)化分配（及進(jìn)行全廠AGC改造），是建立在電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)(EMS)和發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，廠級AGC作為銜接電網(wǎng)負(fù)荷指令與機(jī)組負(fù)荷