厂级AGC系统在妈湾电厂的应用

　　摘要：随着国家对电网节能调度的要求不断提高，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系统恰好满足这一需求。厂级AGC系统能根据火电厂各台机组的煤耗率、调节范围、运行工况等性能参数，自动、合理地进行全厂机组负荷优化分配，有效降低发电成本；减少机组的调节
　　
　　一、引言
　　
　　妈湾电厂有2台320MW和4台300MW燃煤发电机组，其中#1、2机组分散控制系统（DCS）为美国贝利INFI-90系统，#3、4机组DCS为ABBPROCONTROL-P系统，#5、6机组DCS为上海新华XDPS系统，远动系统（RTU）为上海惠安系统控制有限公司GR90系统；目前6台机组均已经投入单机AGC负荷调度功能，并能稳定运行。
　　
　　发电机组AGC的投入对电网的安全稳定、经济运行起到了积极有效的促进作用。但是目前单机AGC负荷调度方式不能在发电厂内部实现各台机组的*经济负荷分配，同时也会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。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。
　　
　　妈湾电厂厂级AGC系统从2010年初立项以来，由广东省电力调度中心和妈湾电厂牵头，联合上海惠安系统控制有限公司，投入科研力量进行理论探讨和技术研究。在三方专业技术人员的共同努力下，不到一年时间终于圆满完成系统的开发和现场实施。经过测试，系统各项技术性能指标均达到广东省电力调度系统单机AGC性能要求。
　　
　　二、厂级AGC系统介绍
　　
　　厂级AGC系统是建立在电网能量管理系统（EMS）和发电机组控制系统之间的协调控制系统，是现代电网控制的一种*技术手段和大型火力发电厂的一项重要功能。厂级AGC作为衔接电网负荷指令与机组负荷控制的中间枢纽系统，既能满足电网安全、、经济运行的需要，又能提高发电厂、节能、协调运行水平。厂级AGC系统改变了传统点对点直控机组的调度方式，在接受调度中心下达的全厂负荷指令后，根据各台机组的煤耗率、调节范围、运行工况等性能参数，自动、合理地进行全厂机组的优化组合和负荷分配，有效降低发电成本，促进机组、经济运行。厂级AGC系统运行中通过减少参与负荷调节的机组台数，避免了机组的频繁调节，有利于提高机组的安全稳定性能，延长机组使用寿命；对电网而言则可大幅度精简电力调度控制对象，简化电网调度员对电厂的运行操作。电厂通过集中监控机组运行，在个别机组工况异常情况下，其它机组能及时弥补减少的负荷，满足调度总的负荷要求，减少对电网的冲击；另外厂级AGC系统给电厂运行人员提供了一个良好的操作平台，一定程度地增强了电厂的自主性和协调性。
　　
　　三、妈湾电厂厂级AGC系统架构
　　
　　妈湾电厂厂级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D200RTU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系统网络拓朴图见如图1。

　　
　　正常情况下两台服务器一主一备同时经A网与主控制器（D200）通讯获取数据，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网进行通讯；而当主服务器出现故障时，将备用服务器切为主服务器。同时在两个集控室之间敷设一条光缆，当某一个集控室到远动机房的光缆被切断时，可以通过新增的这条光缆并借用另一个集控室到远动机房的光缆进行通讯。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。
　　
　　四、妈湾电厂厂级AGC系统控制模式
　　
　　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6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*分配；并将优化分配结果直接送至6台机组DCS系统，实现机组负荷的自动增减。妈湾电厂厂级AGC系统共有5种控制模式：机组基本模式（机组不投AGC），机组控制模式、电厂控制模式和调度控制模式等3种厂级AGC方式，以及单机AGC方式。妈湾电厂厂级AGC系统控制原理见如图2。

　　
　　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。
　　
　　模式2：机组控制模式。“机组控制”模式下各机组DCS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DCS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”模式下要求至少有一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。
　　
　　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。
　　
　　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。
　　
　　五、厂级AGC系统负荷分配策略
　　
　　负荷分配策略只在厂级AGC系统投入“电厂控制”或“调度控制”下才起作用，负荷分配策略有两种，分别为综合煤耗优化和按照比例分配。
　　
　　综合煤耗优化：综合考虑各机组煤耗、变负荷率要求、上下负荷保留限、各机组负荷指令zui大差值不能超限等因素。
　　
　　按照比例分配：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分配权值。
　　
　　负荷分配策略可手动设定或自动切换。当负荷分配策略为手动设定时，可以任选两种方式其中的一种；当负荷分配策略为自动时，可以灵活配置，根据系统时间自动执行不同策略。目前的配置为每天7:30～9:00和11:30～13:30调峰时段为按比例分配，其它时段按综合煤耗优化分配。
　　
　　5.1厂级AGC系统综合煤耗优化分配模型
　　
　　厂级AGC系统能根据各机组在多个负荷点的煤耗值，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，以满足总煤耗量zui小的要求：
　　
　　约束条件有：

　　
　　其中临界负荷约束可以由运行人员根据辅机的起停情况手动输入，机组调节速率的约束可以转化为对机组上/下限的约束。
　　
　　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。妈湾电厂厂级AGC系统采用了一种计算速度快、收敛性好、结果优的算法，非常适合在线计算
　　
　　5.2厂级AGC系统调节速率保障策略
　　
　　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：
　　
　　5.2.1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，我厂6台机组均投入运行时为18MW/MIN。根据我厂实际情况每台机组设定变负荷率为5MW/MIN（可根据实际调整），如新下发指令引起的总负荷变化为（MW），6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（MIN），因此每台机组的负荷变化不能大于（MW）。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。
　　
　　5.2.2新指令下发后调节过程中不允许有反调节机组。
　　
　　5.2.3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，如20：20：20：20：22：22，操作员也可以手动调整，确保负荷变化率zui大。
　　
　　5.2.4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。
　　
　　5.3厂级AGC系统安全性保障策略
　　
　　5.3.1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、硬手操以及中调调度员远方摇控操作。
　　
　　5.3.2当与中调通讯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。
　　
　　5.3.3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。
　　
　　5.3.4对重要的测量量采用双量测。当检测到某台机组负荷信号故障，系统将自动将6台机组解到机组控制模式，并保持当前负荷指令。
　　
　　5.3.5当某台机组负荷指令与返回负荷指令超出2MW，该机组解到机组控制模式，并保持当前负荷指令。
　　
　　5.3.6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6台机组AGC都退出，6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。
　　
　　5.3.7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*，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0.5%Pe（15MW）。
　　
　　5.3.8负荷转移功能，当某台机组由“厂级控制”解到“机组控制”时，本机组不再接受上级下发的负荷指令并保持当前负荷，如上次下发的调节目标没有完成，没有完成的负荷将自动转移到其它在“厂级控制”的机组（分配方式同当前负荷分配策略）；当操作员手动通过操作站改变该台机组负荷，当全厂负荷指令与实际负荷超出控制死区（目前为12MW），多出的负荷将自动由参与“厂级控制”的机组承担（分配方式同当前负荷分配策略）以保持全厂负荷在目标值，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。
　　
　　5.3.9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。
　　
　　5.3.10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。
　　
　　六、厂级AGC系统调试及试运行情况
　　
　　关于厂级AGC性能指标问题，调试时由于只在负荷按比例分配方式下进行，6台机组调节速率等参数按单机性能完达到“广东省电网AGC机组性能要求”。试运行中当厂级AGC负荷分配策略在煤耗优化方式下，6台机组总的负荷调节速率都能控制在1%PeMW/MIN以上，由于优化计算及处理的耗时（<10秒）的影响，速率比负荷分配策略在比例分配方式稍有下降，AGC响应时间、负荷反向延时稍有延长但仍在要求指标之内，动态负荷偏差、静态负荷偏差都在要求指标之内。
　　
　　节能情况：我司厂级AGC经过厂内168小时试运行，此期间从经济性显示共节了标煤40.5吨，据此推算全年可节标煤达2100吨，与理论上节能潜力可达0.1～0.5%左右有比较大的差距，这与试运行期间负荷水平和机组检修等因素有关。目前已根据广东省电网日负荷的特点，增加手动优化功能，估计仍有20～30%左右节能潜力，相关功能功能投入后有望达到0.1%节能潜力。在减少机组调节频率方面有比较明显改善。
　　
　　七、小结
　　
　　在我国甚至上很早就有人进行火电站厂级AGC系统研究，并且很多国内电厂都有类似系统，可是真正能投入正常运行的基本没有，主要有以下几方面原因：我国各大电网机组AGC运行时间不长，对厂级AGC系统认识不足；但随着国家对电网节能调度的要求提高，几大电网都已经在进行各种方式的节能调度研究，不日节能调度技术将百花齐放。
　　
　　1.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zui大化，导致电网不认可；我厂在设计厂级AGC系统时从调节速率限制到保留调节容量，分时间段调节方式自动切换，机组间负荷zui大和zui小限制等策略确保了电网调度需求；我厂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首肯。
　　
　　2.厂级AGC系统作为实时控制系统对软、硬件技术要求应该与成熟的机组DCS（分散控制系统）系统相当，从控制器到通讯网络，再到后台操作系统都须达到相关性能指标，而在国内很多电厂设计在SIS（厂级实时监控信息系统）系统内，系统实时性、可靠性和安全性很难得以保障。我厂厂级AGC系统在原远动通讯系统（RTU）的基础上通过软硬件升级实现，不改变原有与调度EMS相关通讯方式，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。
　　
　　3.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；我厂厂级AGC系统设计遵循全傻瓜模式，系统结构简单清晰，操作简单。
　　
　　4.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*优化机组协调控制系统。