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案例頻道 活動鏈接：2013年控制網行業專題---節能增效 電力新發展
1 前言
克拉瑪依電廠目前裝機容量達233MW，發電量占克拉瑪依電網的70%，并承擔克拉瑪依電網的大部分峰谷差，有時峰谷差高達60MW，機組啟停頻繁，克拉瑪依電網與烏魯木齊電網聯網后，周率變化快，聯絡線負荷波動大，單純靠值長憑經驗進行人工調度，值班員憑經驗監視調整，不僅工作難度和強度大，而且很難滿足聯絡線的調節要求，克拉瑪依電廠面臨較大的經濟考核壓力。為解決上述問題, 開展了克拉瑪依電廠自動發電控制系統（Automatic Generation Control 簡稱AGC）應用研究。
2 自動發電控制（AGC）技術綜述
克拉瑪依電廠AGC系統與其它電廠AGC系統存在很大差異，首先內地電網內都具備一個或幾個調頻電廠來保證系統周率穩定，而新疆電網內部無專門用于調頻的電廠，整個電網周率波動較大，內地大部分電廠調節對象為本廠每臺機組的負荷，負荷控制指令由中調直接下達，它們只需根據負荷指令進行機組負荷調節。而克拉瑪依電廠是克拉瑪依電網主力電源，整個克拉瑪依電網的負荷平衡由克拉瑪依電廠保證，調節對象為聯絡線負荷克拉瑪依電廠是以燃氣輪機聯合循環發電為主，由于克拉瑪依電網和電廠自身的特點，克拉瑪依電廠AGC系統具有自己的獨特性：在克拉瑪依電廠設置負荷分配站，根據聯絡線的負荷實際值計劃值進行比較，經過運算輸出負荷分配指令到各個單元機組的協調控制器，對各機組進行負荷控制。AGC控制結構圖如圖1所示。
圖1 AGC控制結構圖
3 自動發電控制（AGC）研究的主要內容
3.1 通訊接口
（1）AGC系統與中調和ECS系統通訊均采用循環式遠動CDT規約實現。循環式遠動規約（CDT）它適用于點對點的遠動通道結構及以循環同步方式傳送遠動信息的遠動設備與系統。AGC系統與中調通訊物理連接采用光纜將中調SDH機柜和我廠SDH機柜相連，我廠SDH機柜再以串口形式與AGC系統MOXA多串口服務器相連。通過軟硬件的調試，最終將聯絡線負荷，周率傳輸到電廠的AGC系統，用于電廠的負荷調節。
（2）AGC系統與#1、#2燃機通訊采用MODBUS通訊協議。AGC系統與#1、#2燃機通訊物理連接采用雙絞線將#1、2燃機遙控操作員站與AGC系統MOXA多串口服務器相連。將#1、2燃機有功、無功、進氣溫度、IGV角度、負荷預選值、負荷設定值、平均排氣溫度、排氣溫度基準、最大振動、無功設定值等信號傳輸到AGC系統，同時將AGC系統負荷控制的指令傳到#1和#2燃機的MARK V系統中，通過修改燃機的預選負荷設定點，達到控制燃機的負荷目的。
（3）AGC系統與#3燃機通訊采用GSM（GEDS Standard Message）以太網協議通訊。TCP/IP GSM協議支持以下4類運用層的信息：管理信息，由MARK V發送至DCS，反映通訊鏈路可用性；事件驅動信息，當報警發生/清除、系統事件發生/清除以及SOE開關量開/合時，MARK VI自動將這些信息傳送給DCS，每個邏輯點帶有單獨的時間標簽；定期的數據信息，MARK V中的所有約5000點數據都可以由DCS定義為數據組，加上組時間標簽后，以1S的周期發送至DCS。#3燃機MarkV控制系統與AGC系統C網交換機相連，將#3燃機相關信號傳輸到AGC系統，同時將AGC系統負荷控制的指令傳到#3燃機的MARK V系統中，通過修改燃機的預選負荷設定點，達到控制燃機的負荷目的。
（4）AGC系統與#4燃機通訊采用OPC通訊協議。OPC（OLE for Process Control）作為一種工業標準已廣泛應用于工控領域。XDPS系統OPC客戶端程序是作為一個I/O驅動程序附著在VDPU程序上，通過兩部分Opcdrv.dll驅動程序動態連接庫文件和Opcdrv.ini驅動程序文件的配置，將#4燃機相關信號傳輸到AGC系統，同時將AGC系統負荷控制的指令傳到#4燃機的MarkVIe系統中，實現對燃機負荷的控制。
3.2 燃機蓄量預測
（1）燃機基本負荷預測：汽輪機的額定負荷是定值，而燃機基本負荷受環境溫度、濕度、大氣壓、機組清潔系數以及單循環聯合循環運行模式等因素影響。同時，燃機的最高負荷還受發電機、開關、變壓器容量等因素的限制。聯合循環方式運行時，為保證聯合循環機組效率和鍋爐主汽溫度有足夠的過熱度、保證汽機安全穩定運行，要求燃機帶負荷不能過低。我們根據GE的控制規范、燃機的各種實際運行參數，通過函數功能計算出燃機的最高和最低允許負荷，如表1所示。
表1 #1－＃4燃機聯合循環在不同環境溫度下最高最低允許負荷
以上求出的只是各燃機在不同環境溫度下的功率理論值，它還不能超過我廠規定的各臺燃機的最高負荷限制。并且，機組最大額定功率還與發電機開關、變壓器容量等因素有關。單臺燃機正常運行時，為使燃機運行穩定，保證一定的機組效率，單臺燃機應運行在一定的負荷以上，這個負荷值就是其最小額定功率#GT1為4MW、#GT2為4MW、#GT3為4MW、#GT為8MW。AGC系統根據設計中的參數，在不同運行方式，自動給出不同的機組負荷變化范圍，使AGC負荷指令不要超出這個范圍。
（2）燃機增儲量減儲量計算：燃機機組的實際負荷與其允許負荷之間差值為燃機的調節蓄量，分為增負荷蓄量和減負荷蓄量。負荷蓄量計算原理如圖2所示。
圖2 增減負荷儲量框圖
負荷分配站根據聯絡線的負荷參數和聯絡線給定曲線比較，當燃機的調節蓄量小于某一定值，發出報警，“增加（減少）#7-#10機的負荷”。此時自動調節仍起作用，直到調節蓄量為零，當人工加減#7-#10機的負荷后，應通過內擾控制，調整燃機的負荷，保證燃機隨時有一定的調整蓄量。
（3）燃機在投AGC時負荷允許變化率：對于燃氣輪機在AGC中的負荷變化率，一般可以參考機組制造廠提供的數據對控制系統進行初步設定，然后在此基礎上進行大量的啟動和負荷變動試驗，試驗研究首先應該考慮機組安全和可靠性，同時應該研究經濟性，在保證安全的前提下既要滿足電網的調節要求，又要使電廠得到較好的經濟性。由此得出適合具體機組的負荷變動率。
3.3 自動發電控控制策略
在燃機負荷分配中采用兩種策略，一是效率優先策略，二是負荷響應優先策略
（1）效率優先策略是指按照燃機的效率排序，盡可能地讓效率高低機組帶滿負荷，效率低機組少帶負荷。加負荷時，先加效率最高的燃機的負荷，當該燃機達到最大出力后，再加效率其次的燃機的負荷，最后加三臺燃機中效率最低的燃機負荷，當燃機調節蓄量小于一定值后，發出報警提示“加#7-#10機負荷”。減負荷時相反，先減效率最低燃機負荷，再減三臺燃機中效率值居中的燃機負荷，最后減效率最高燃機負荷。當減到效率最高燃機負荷時，應發出報警提示“手動減#7-#10機的負荷”，當值班員手動調整#7-#10機的負荷后，應通過內擾控制回路調整燃機的負荷。為了保證燃機向上和向下的調節蓄量，在AGC中可設計多級報警進行提示。
圖3 效率優先負荷分配框圖
（2）負荷響應優先是指首先保證負荷的調節質量，根據每臺燃機的調節蓄量按蓄量比例分配需增加和減少的負荷，這樣每臺機組都沒有帶滿，未考慮燃機的經濟性，主要考慮的是調節的快速性，穩定性。在考慮經濟的情況下，值班員可將某臺燃機退出AGC，手動加減到一定負荷后再投入AGC功能，如圖4所示。
圖4負荷響應優先負荷分配框圖
3.4燃機、余熱爐、汽機的負荷協調控制
燃機負荷響應快，由于余熱鍋爐的熱慣性，汽輪機負荷響應較慢。需要增減的負荷時，先全部增加或減少燃機的負荷，以滿足聯絡線的需求，等余熱爐的蒸汽量和汽輪機的負荷發生變化后，再反相調節燃機的負荷，逐漸達到平衡，實現燃機、余熱爐及汽輪機的自動協調控制，如圖5所示。
圖5負荷響應優先負荷分配框圖
4 自動發電控制應用效果
AGC系統投入運行后，實現了電廠4臺燃機負荷自動分配、燃機和汽機負荷協調控制。在未投AGC時，汽機和燃機手動調整頻繁，#9機調速開關、調速電機陸續出現故障，造成調整偏差過大，電廠平均合格率僅為48.55%。實施AGC后，全廠負荷自動分配，聯絡線合格率大幅提高。 以下選取2007年和2008年同一時段的聯絡線合格率進行比較，聯絡線平均合格率由59.86%上升至94.57%，合格率上升34.71個百分點，如圖6所示。
圖6 2007年和2008年同一時段的聯絡線合格率對比圖
5 結束語：
克拉瑪依電廠率先在全疆實現了自動發電控制，滿足電能供需實時平衡，提高電網運行的經濟性，減少調度運行人員的勞動強度，它將合理地調配各臺機組的負荷調節任務，經濟分配各臺機組的負荷，提高機組的穩定性，延長主、輔機組設備的壽命。為克拉瑪依電網的穩定發展和我廠的高效運轉起到十分積極的作用。
參考文獻：
[1]電力系統調頻與自動發電控制[M].北京:中國電力出版社,2006.04.
[2] 王士政.電網調度自動化與配網自動化技術（第二版）[M].水利水電出版社,2006.04.
[3] 王葵,孫瑩.電力系統自動化（第二版）[M].中國電力出版社,2007.01.
何旭(1972-)
男，四川南部人，本科，工程師，主要從事電力系統自動控制系統應用、燃氣輪機控制系統應用方面的研究，現任新疆油田公司克拉瑪依電廠自動化所所長
摘自《自動化博覽》2011年第二期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號