厂级AGC系统技术应用策略探讨

王海峰

(武汉大学土木工程学院，湖北 武汉 332500)



厂级AGC系统技术应用策略探讨

王海峰

(武汉大学土木工程学院，湖北 武汉 332500)

为了响应国家对电网节能调度的新要求，各大电网都在进行各种方式的节能调度研究，火电厂厂级AGC系统是其中重要的研究方向之一。结合神华国华九江电厂厂级AGC系统，双机双网结构，配合综合煤耗优化和比例分配等控制策略研究，通过有效设置5种调整模式，成功实现全自动调整方式，有效实现节能降耗的目的，确保电厂的安全经济运行。

节能调度；厂级AGC；双机双网；煤耗优化；比例分配

神华国华九江发电有限责任公司总装机规模为4×1 000 MW，分二期建成，本期为一期工程，装机容量为2×1 000 MW，计划于2017年双投。电厂本期500 kV出线2回，暂按接至石钟山500 kV变电站考虑，其中1、2号机组分散控制系统(DCS)，远动通信系统(RTU)及厂级AGC系统为上海惠安系统控制有限公司GR90系统。

发电机组AGC的投入对电网的安全、稳定、经济运行起到积极有效的促进作用，但目前单机AGC负荷调度方式不能在发电厂内部实现各台机组的最佳经济负荷分配，在一定程度上影响发电机组的使用寿命和检修成本，从满足低碳经济和节能减排政策要求的角度来看，厂级AGC系统的研究和实施将成为未来的发展趋势[1-2]。厂级AGC系统根据电网调度“统一调度、分级管理”的基本原则，在确保电网安全、稳定的前提下，通过对全厂负荷实施优化分配，兼顾电厂运行的安全性和经济性，实现电网、电厂的双赢。

1 概述

AGC系统是建立在电网 EMS系统和DCS系统之间的协调控制系统，目前主要存在于2种控制形式，一种为厂对网，另一种为单机对网。目前华中电网管辖区域2种方式并存，网调统调电厂多以网对厂的形式存在，并在大面积改造中。近年来，厂级AGC被全网认定为科学调度方式和可靠的节能管理手段被广泛推广，厂级AGC系统改变了传统点网对机直控的调度方式，调度EMS系统将全厂全部的负荷指令统一下达，到电厂端对负荷通过后台优化的设计方案自动、合理进行分配、组合，有效降低成本，提高机组的等效利用小时数，避免了机组的频繁调节，实现机组的长周期运行；对于电网减少调度员的操作，在一定程度上增强了电厂的自主性和协调性[3-4]。

2 系统架构

九江电厂厂级AGC系统采用双机双网配置，系统包括双控制器、双服务器、双交换机、双光纤网、双电源和双操作员站。厂级AGC系统通过在原远动GR90系统进行软硬件升级实现。除了新增厂级AGC控制软件外，在2套原D200 RTU装置中各增加1块SBC板用于优化计算，组成冗余结构，互为热备用。另外增加了人机接口系统。厂级AGC系统网络拓朴如图1所示。

图1 厂级AGC系统网络拓朴图

正常情况下2台服务器一主一备同时经A网与主控制器(D200)通信获取数据，操作员站通过A网从主服务器中获取数据，控制命令也经A网通过主服务器转发到主控制器。当A网出现问题时，系统切换到B网进行通信；而当主服务器出现故障时，将备用服务器切为主服务器。同时在2台电子设备间之间敷设1条光缆，当某1台电子设备间到远动的光缆被切断时，可以通过新增光缆并借用另1台电子设备间到远动的光缆进行通信。另外远动机房内所有设备配备了双电源，从而在硬件结构上确保了系统可靠性。

3 控制模式

厂级AGC系统接收中调实时发送的全厂负荷指令，同时在线采集2台机组实时运行数据，在满足负荷响应快速性要求的同时实现机组间负荷的经济最优分配；并将优化分配结果直接送至2台机组DCS系统，实现机组负荷的自动增减。九江电厂厂级AGC系统共有5种控制模式：机组基本模式(不投AGC)、机组控制模式、电厂控制模式和调度控制模式等4种厂级AGC方式以及单机AGC方式。远动通信系统(RTU)及厂级AGC系统控制原理如图2所示。

图2 厂级AGC系统原理框图

模式1：机组基本模式。机组基本模式是一种非AGC模式，各机组负荷由机组操作员控制。机组可运行在BASE、TF或CCS方式。

模式2：机组控制模式。机组控制模式下各机组CCS投入AGC，但各机组负荷指令由操作员通过操作站手动给出。

模式3：电厂控制模式。电厂控制模式下各机组CCS投入AGC，厂级负荷指令由操作员通过操作站手动给出，通过负荷优化分配计算给出各机组负荷指令。电厂控制模式下要求至少有1台机组不处在机组控制模式。

模式4：调度控制模式。调度控制模式下总负荷指令由中调EMS系统给出，通过负荷优化分配计算给出各机组负荷指令。

模式5：单机AGC方式。为目前常用的控制方式，各机组负荷指令由中调EMS系统直接给出。

以上几种模式的投入顺序：机组控制→电厂控制→调度控制，解除顺序可越级或逐级解除。

4 负荷分配策略

4.1 约束条件

在满足电网有功调节速率和安全性的前提下，以保持电厂的运行成本(如煤耗)最低为目标。故在计算及控制的过程中，考虑以下约束条件。

a.分配策略：具有按煤耗综合优化、按调节速率、按机组容量及按用户指定的比例系数等多种分配策略。

b.负荷转移：当某台参与厂级AGC控制的机组由于某种原因不能再承担其应有的出力(如机组跳闸等)，其负荷应迅速转移到其它机组，以减小对电网的影响。

c.调节速率约束条件：调度对电厂的调节速率作为优化模型的约束条件，以保证有功调节的快速性。

d.最少台数约束条件：在满足调度速率的前提下，在每轮有功调节过程中，尽量采用最少数量的机组台数来满足调度的变负荷要求。为避免少数机组的有功出力迅速达到其限值范围内，机组应轮流参与到有功调节的过程中。

e.临界负荷范围：为避免频繁启停辅机，软件可根据值长设定的临界负荷范围，保证分配出机组有功目标不在临界负荷范围之内。而且可以根据全厂负荷曲线的调节趋势，判断是否应该跨越临界负荷范围。

f.备用裕度：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。该部分调节能力只有在全部机组都已达到备用裕度值或调节速度达不到调度要求时，被逐步释放出来，以保证电厂在更大调节范围内具备更高调节速度。

g.备用分配策略：为提高控制系统的可靠性，可在优化算法不收敛等异常情况下提供次优的备用有功调节分配策略，包括按调节速率、按机组容量及按用户指定的系数等，保证控制系统的实时性。

h.最大偏差功能：为避免过度优化影响全厂调节速率，保证机组间的负荷差在一定范围内，本软件可设置最大偏差，保持电厂机组间的负荷差在最大偏差范围内。

4.2 综合煤耗优化分配模型

厂级AGC系统可依据多点煤耗拟合出机组的特性曲线，考虑各种条件，得出不同经济负荷分配方案。

对于大型火电厂，机组煤耗量与负荷存在函数关系。优化策略为满足总煤耗量最小。

受限有：

c.受限机组速率

d.受限临界负荷

e.受限机组差异

其中受限临界负荷可以由值班员根据辅助系统启停手动输入，受限机组速率可以转化为受限机组上/下限。在数学上，负荷优化分配问题是一个高维、非线性、多约束的规划问题，其计算方法复杂、计算量大。厂级AGC系统采用了计算速度快、收敛性好、结果优的算法，非常适合在线计算。

4.3 调节速率保障策略

为确保厂级AGC系统负荷调节速率满足调度要求，负荷分配时考虑以下约束条件。

a.煤耗优化方式下，必须确保总负荷实际变化率不低于中调考核值1%PeMW/min，2台机组均投入运行时为45 MW/min。根据实际情况每台机组设定变负荷率为5 MW/min，可根据实际调整，如新下发指令引起的总负荷变化为ΔPt，2台机参与调节，若要满足调节速率的要求，调节时间必须小于或等于ΔPt/18，因此每台机组的负荷变化ΔPi不能大于ΔPt。由此根据机组目前所承担的负荷就可以对机组的负荷上限或下限进行修正。

b.新指令下发后调节过程中不允许有反调节机组。

c.当负荷分配策略在自动时，每天在上午7:00—9:00以及中午11:30—13:30调峰时段，自动选择按比例分配，默认方式为按机组可调容量比例进行分配，操作员也可以手动调整，确保负荷变化率最大。

d.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，满足对电网对负荷调节速率的要求。

4.4 安全性保障策略

保留了原有单机AGC方式调度功能，并随时可实现与厂级AGC方式无扰切换。切换方式有3种，包括操作站软手操作、硬手操作以及中调调度员远方摇控操作。当与中调通信故障或调度指令故障时，调度控制模式将自动解到电厂控制模式，并保持当前负荷指令。当全厂负荷指令(包括电厂控制模式和调度控制模式下)超厂级上下限负荷设定值，采用厂级上下限设定值;对重要的测量采用双量测。当检测到某台机组负荷信号故障，系统自动将2台机组解到机组控制模式，并保持当前负荷指令。当某台机组负荷指令与返回负荷指令超出2 MW，该机组解到机组控制模式，并保持当前负荷指令。

当某台机组AGC退出，该机组自动解到机组控制模式，负荷由机组操作员控制。当2台机组AGC都退出，2台机组解到机组控制模式，同时厂级AGC方式自动退出，控制模式转为机组基本模式，负荷由机组操作员控制。调节过程中需考虑机组备用裕度，机组在调节过程中当总负荷接近负荷上/下限时，各台机组需按相同比例进行调节，以确保各台机组保留有相近的备用容量15 MW。

负荷转移功能，当某台机组由“厂级控制”解到“机组控制”时，单台机组不再接受调度下发的指令，如调度下达目标没有完成，将自动转移到“厂级控制”的机组；当通过操作站改变机组负荷，负荷指令与实际负荷超出死区(目前为12 MW)，多出的将由参与的机组分配,以保持全厂负荷，减小对电网的影响。负荷转移功能适用于机组启停、辅机故障、机组跳闸、机组AGC解除等异常工况。

机组检修时屏蔽功能，当机组状态转成检修，送中调EMS有关的AGC信号自动保持在停机的默认状态。软光字牌声光报警功能，当重要事件发生时，通过后台光字牌声光报警提醒操作员。

5 结论

a.我国各大电网AGC运行时间不长，认识不足；但节能调度的要求提高，各大电网都已经在进行节能调度研究,厂级AGC就是重要一环。

b.各火电站厂级AGC系统设计没有充分考虑电网调度需要，片面追求电厂利益的最大化，导致电网不认可；本文在设计厂级AGC系统时从调节速率限制到保留调节容量，分时段调节方式自动切换，机组间负荷最大和最小限制等策略确保了电网调度需求；在设计阶段和系统模拟运行阶段召开了控制策略专家评审会，相关策略和模拟运行效果得到了电力专家们的认可。

c.本文厂级AGC系统在原远动通信系统(RTU)的基础上通过软硬件升级实现，不改变原有与调度EMS相关通信方式，保留原有单机AGC调度功能，并且继承了原有装置稳定、安全、可靠的优点；系统采用双机双网结构，系统各项性能指标均得以保证。

d.厂级AGC系统功能可能过于复杂导致实用性不强，或操作界面不友好。本文厂级AGC系统结构简单清晰，操作简单。

e.厂级AGC系统成败取决于系统设计、开发、安装、调试等环节，但真的要在运行中发挥其应有的作用，一方面对机组煤耗曲线的精准度提出了较高的要求，从电厂来说需根据在线性能计算结果定期修正煤耗曲线；另一方面要求参与厂级AGC的机组调节性能优良，生产中要不断完善优化机组协调控制系统。

[1] 金 丰,陈建国.火电机组一次调频和AGC性能优化分析[J].东北电力技术,2015,36(5):7-10.

[2] 武亚光，张 锐，金钟鹤.自动发电控制(AGC)系统运用控制方式与措施探讨[J]. 东北电力技术,2001，22(10):1-3,11.

[3] 韩 璞，王建国.自动化专业概论[M].北京：中国电力出版社.2011.

[4] 沈丛奇，归一数，方 炯.火电厂全厂负荷优化分配及其控制方式的研究[J].华东电力，2005,35(5):18-22.

Discussion of Plant-level AGC System Technology Application Strategy

WANG Haifeng

(College of Civil Engineering，Wuhan University，Wuhan，Hubei 332500,China)

In response to meet the new requirements of state grid energy-saving schedule,every power grid works hard for energy-saving schedule in various ways.Coal-fired power plants plant-level AGC system is one of the important research direction.With the plant-level for Shenhua Guohua Jiujiang power plant AGC system,double machine double network structure,it matches up with comprehensive coal consumption optimization and proportional distribution control strategy research.Through effectively setting up five adjust mode,it achieves automatic adjustment way.It realizes the aim of saving energy and reducing consumption effectively.It ensures the safe and economic operation of power plant.

energy-saving schedule;plant-level AGC;double machine double network;coal consumption optimization;proportional allocation

TG334.9

A

1004-7913(2017)04-0042-04

王海锋(1982)，男，学士，工程师，从事电厂生产技术管理工作。

2017-01-04)