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金煒（1976-）男，貴州畢節人，助理工程師，學士，一直從事火力發電廠熱工自動控制專業工作。
摘要：全廠負荷分配系統采用了梯級控制方式，并基于節能降耗的原則，根據單元機組煤耗量自動對各臺機組負荷進行優化分配，或在比例分配模式下，由值長根據實際情況對機組負荷進行分配。本文主要介紹了這套全廠負荷分配系統的結構、功能、可靠性、運行方式及在貴州黔西發電廠應用效果等。
關鍵詞：負荷分配；節能降耗；煤耗量；運行方式
Abstract: The load distribution system adopts cascadque control method.It is based on the principle of energy saving and consumption reducing. It automatically optimizes the load distribution of each unit plant according to the coal consumption. Or under the proportional distribution mode, the shift supervisor is responsible for the distribution of the unit load according to the practical situation. This article mainly introduces the structure, functions,reliability, maneuvering patterns of the load distribution system as well as its application in Guizhou Qianxi power plant.
Key words: Load distribution; energy saving and consumption reducing; coal consumption; maneuvering patterns
1 前言
自動發電控制（autonmatic generation control，簡稱AGC）是在電力系統內用戶負荷發生變化的情況下，及時調整系統的發電出力，并使頻率偏移指標符合規定要求，實現符合頻率控制。AGC是建立在電網調度自動化能量管理系統(EMS)和發電廠機組控制系統間閉環控制的一種先進技術手段。AGC作為連接電網負荷指令與電廠負荷控制的中間樞紐系統，既能促進電網的經濟運行，又能保證發電廠的經濟運行，是當前和今后一段時間技術革新的一個新課題。
發電廠全廠負荷分配系統（即廠級AGC，以下簡稱系統）投運改變了傳統的點對點調度方式。AGC在接受電網調度的全廠負荷總指令或計劃負荷曲線后，根據各臺機組的煤耗率、脫硫效率、負荷響應速率、調節余量、上網電價等，自動合理地進行全廠機組最優化負荷分配，從而實現節能調度及負荷經濟分配，實現省調統一指揮下網廠二級優化的分層管理原則及“廠網分開”的電力市場化改革方向。
由貴州電力試驗研究院和貴州電力調度通信局聯合開發的國內首套全廠負荷分配系統在貴州黔西電廠成功投運。該項目在參與各方的共同努力下，僅用一年半時間就完成了設計、編碼、調試等工作，并在試點電廠成功投運。
2 系統介紹
為實現節能降耗的目的，并考慮機組實際運行狀況，全廠負荷分配系統考慮了多種運行工況，建立了強大的子功能，其主要特點有：
（1）接收中調實時發送的全廠負荷指令，同時在線采集生產運行數據，在滿足負荷快速響應的同時實現機組間負荷的經濟最優分配。
（2）中調實時指令未及時送達時，【全廠手動模式】及【96點負荷曲線運行方式】能保證全廠負荷在特殊情況下按照電網要求運行。系統根據已經接收到的中調負荷調度計劃，在滿足負荷快速響應的同時實現機組間負荷的經濟最優分配。
（3）系統能根據各機組在多個負荷點的煤耗值，自動擬合出各臺機組的煤耗特性曲線，根據煤耗曲線實現機組最優經濟負荷分配。
（4）能充分優化機組供電煤耗的同時，充分考慮機組效率、熱耗率、頻率響應和其他損失的優化，而且，對機組調節范圍、調節裕量、負荷閉鎖增/減、機組爬坡、RUNBACK（機組甩負荷）、MFT（鍋爐熄火）、磨煤機啟停等約束條件進行充分考慮和處理，在保證機組安全運行的前提下，降低機組負荷調節頻度，提高機組穩定性。
升降負荷時，升降負荷的速率可滿足現在電網對AGC控制性能的要求，同時在滿足電網對負荷需求的前提下對各臺機組負荷進行合理分配，有效地避開機組臨界負荷點，最大限度地降低因臨界負荷點帶來的能耗損失，降低廠用電率（例如減少磨煤機的啟停次數和等待時間）。
因各種因素的影響（煤質、輔機故障等），當部分機組只能定負荷運行時，通過調整控制方式，全廠負荷仍可通過其余機組按照電網要求快速完成升降。
當有機組出現突發性事件（如鍋爐熄火、機組跳閘等），系統能自動利用其余機組的負荷余量，最大限度地快速彌補負荷損失，減少因此帶來的電網波動。
（5）根據機組主輔設備狀態自動設定負荷上下限，并具有避免長期停留在臨界負荷附近的能力。
（6）系統設定了調節不靈敏區（死區），當中調給定負荷與當前電廠總負荷之差小于“死區”時，根據負荷分配系統中的算法，通過實現對單臺機組負荷的增減來完成中調負荷的變化要求，避免機組的頻繁調節。
（7）可實現負荷分配的手/自動無擾切換，值長站具有選擇運行方式及手動調整各機組負荷指令的功能。
（8）操作界面上設置有控制器監視狀態，并提供網絡、系統及信號故障報警及多項運行參數趨勢，便于值長對系統
運行狀況進行監視。
（9）重要操作必須通過權限確認，減少人為誤操作，并具有操作記錄查詢功能。
3 系統結構
3.1 全廠負荷分配系統（廠級AGC）控制結構
傳統AGC在電廠的控制結構：中調電網能量管理系統EMS（energy manage system）將單機AGC指令發至電廠側遠方終端單元（remote terminal unit，簡稱RTU），再由RTU通過I/O硬接線送至各機組協調控制系統（coordinate control system，簡稱CCS），完成AGC系統對單元機組的調節任務。
廠級AGC在電廠的控制結構：如圖1所示，中調EMS將全廠AGC指令（各機組總負荷指令）沿用原有信道發至電廠側遠方終端單元（RTU），再由RTU通過I/O硬接線送到負荷分配系統（LDS-Load Dispatch System）中進行各臺機組的負荷優化分配計算，各機組的負荷指令通過I/O硬接線送到各機組協調控制系統執行對單元機組的調節任務。
圖1 廠級自動發電控制系統（AGC)結構圖
3.2 全廠負荷分配系統（LDS）網絡拓撲結構及系統穩定性分析
如圖2所示，該控制系統網絡為100Mbps星型拓撲以太網，數據傳輸均通過#1、#2交換機連接，每一個連接點只連接一個設備，所以當一個連接點出現故障時只影響相應的設備，不會影響整個網絡，便于故障診斷和設備隔離，重新配置網絡也十分方便。其主要缺點是未考慮交換機的冗余配置，一旦中心節點產生故障，則全網不能工作。因此必須要有交換機備件，作為緊急更換使用。
系統采用冗余控制器，并能實現故障自動切換，保證了系統的安全穩定性。#1、#2I/O站以硬接線（信號走向見下表）方式實現與#1、#2、#3、#4單元機組的遙控、遙調、遙信、遙測數據交換，#3I/O站以硬接線方式實現與遠動RTU裝置的數據交換，且所需數據又通過OPC協議由DCS通訊站單向提供給性能服務器以及控制器，實現數據冗余，增加了系統運行的穩定性。
各臺機組的通訊接口站與性能服務器之間采用光纜進行通訊連接，通過兩者之間OPC協議的數據傳輸，性能服務器采集相關機組的運行數據，對各臺機組進行煤耗計算，并存儲各項歷史數據，供其他節點查詢。值長臺通過從網絡上獲取的數據對系統進行監視，并可實現對單元機組的煤耗設定和負荷干預。#1、#2控制器根據設定煤耗或性能服務器的計算煤耗對單元機組負荷進行優化分配，或由值長選擇直接進行比例分配。
整體來說，該系統相對獨立，結構簡單，且改造過程中保留了原有的負荷分配系統，并能實現快速切換，確保機組能正常運行。
圖2 廠級自動發電控制系統（AGC)結構圖
4 系統運行方式
根據單元機組實際運行狀況和操作選擇，全廠負荷分配系統（LDS）有以下幾種運行方式：
（1）機組非AGC方式。包括機組手動、CCS協調控制等。機組負荷指令從DCS操作員站手動給出。
（2）機組AGC方式。機組CCS投入AGC自動，但機組負荷指令從LDS上由值長手動給出。
（3）廠級AGC方式。機組處于AGC方式，廠級負荷指令從LDS上由值長手動給出總負荷指令，然后通過優化或比例分配給出單元機組負荷指令。
（4）調度AGC方式。總負荷指令由調度EMS系統給出，經LDS系統優化或比例分配給出單元機組負荷指令。
以上四種運行方式由值班值長根據當前機組運行狀況與調度協商選擇。正常情況下，機組處于調度AGC方式運行狀態，其中優化模式涉及的性能計算模塊又提供了正平衡法和反平衡法兩種算法供選擇。采用優化模式，在滿足電網響應速度的同時，自動根據各臺機組的當前運行工況對全廠機組負荷進行優化分配，按節能最優方式運行；采用比例模式，在滿足電網響應速度的同時，參考各臺機組的當前運行工況，可按照運行人員的設置進行負荷分配。以充分利用全廠負荷分配系統的自動控制權限，達到節能降耗的目的。
5 應用效果及經濟效益分析
廠級AGC負荷分配系統2009年5月在貴州黔西發電廠成功投運后，通過對AGC進行運行優化，可有效降低和節約電廠的發電成本，促進發電機組經濟高效運行。同時，該系統投運后，在對機組的負荷調節和經濟方面已經體現出來諸多的優越性。
5.1 應用期間的間接經濟效益
（1）使用期間，我廠曾發生個別機組的垮焦熄火事件，由于該系統的投運，其余運行機組很快調整負荷，將停機機組的負荷迅速轉移至運行機組，減小了電網的波動，對電網的安全穩定性具有一定的保障作用。
（2）通過廠級AGC的投入使用，電廠側可以根據機組的運行需要（如某臺機組存在缺陷需要穩定負荷或做試驗需要穩定負荷）維持個別機組負荷穩定，既保證了電廠的安全，也保證了電網的穩定。
（3）通過廠級AGC的投入使用，我廠在低谷時可以很靈活的調整機組間的負荷分配，在不影響電網所需負荷的前提下保證任意機組輔機的缺陷得到及時消除。
（4）運行主畫面除負荷控制外還包含了各接口站狀態監視、系統網絡狀態監視、報警設置、趨勢查看等，給值長集中監視提供了便利。
5.2 應用期間的直接經濟效益
在廠級AGC負荷分配系統投用之前，我廠機組的供電煤耗相對較高，通過統計（統計月份13個月），2008年5月至2009年5月，我廠共發電量82.056億kWh，累計消耗原煤90.43萬噸，平均供電標煤耗為346.055g/kWh。2009年6月，廠級AGC投用后，同時通過我廠的節能技改項目的投用，我廠的煤耗大大下降。2009年6月至2010年5月（統計月份11個月），我廠共發電量85.053億kWh，累計消耗原煤418.9萬噸，平均供電標煤耗336.019g/kWh，降低了10.36g/kWh，共節約標煤：85.053×10.36=85539噸。
2009年3月，我廠完成1號機組汽機通流部分改造；09年3月、6月、10月分別完成1-4機變頻器節能技改、真空系統技改、電除塵技改項目，其中變頻器節能技改、真空系統技改、電除塵技改項目節約標煤57415噸。1號機組汽機通流部分改造，降低發電標煤耗約5.2g/kWh，09年6月至2010年6月發電230548萬kWh，節約23.0548×5.2=11988噸。09年3月、6月、10月分別完成1-3爐衛燃帶改造，降低發電標煤耗約1.0g/kWh，節約62.73×1.5=6273噸。
總的節能效益扣除變頻器節能技改、真空系統技改、電除塵技改、汽輪機汽封改造以及鍋爐衛燃帶改造產生的效益后，廠級AGC自2009年6月投入使用至2010年5月，使我廠節約的標煤數量：85539噸-57415噸-11988噸-6273噸=9863噸，每一噸標煤按照458元計算，一年節約451.7254萬元，產生了良好的節能經濟效益。
5.3 廠級AGC負荷分配系統投入使用前及使用后我廠各機組的主要指標統計如下
統計時間：2008年5月～2009年5月
統計時間：2009年6月～2010年5月
通過以上兩個表中的數據對比分析可以看出，廠級AGC負荷分配系統投用后各機組的發電標煤耗總體呈下降趨勢，特別是1號機組，在發電量增加的同時，煤耗下降趨勢明顯，這充分體現廠級AGC負荷分配系統在電廠各機組間經濟分配負荷的作用，大大提高了電廠的經濟效益。
6 結束語
傳統的點對點負荷調度方式限制了電廠內部對機組負荷的自主分配，未對機組煤耗量等實際運行情況進行考慮，無形中增加了全廠的煤耗量，而全廠負荷分配系統很好的解決了這個問題。
全廠負荷分配系統接收調度下發的總負荷指令，可根據擬合煤耗曲線或設定煤耗曲線自動對各臺機組負荷指令進行優化分配，且保證機組運行出力在允許范圍的情況下避免機組長期停留在臨界負荷（高于該負荷將啟動某臺輔機，低于該負荷將停運某臺輔機），或在比例分配模式下，由值長根據實際情況對機組指令進行分配。無論哪種負荷分配方式，都是建立在節能降耗的基礎上，即煤耗低的機組多發電，煤耗高的機組少發電，從而降低整體的煤耗量，提高全廠的經濟效益。
雖然當前該系統在煤耗計算和優化分配方面存在一定偏差或問題，但在同類系統中性能已具有超前意識，相信隨著后期性能試驗、源參數及計算方法修正等工作的開展，系統將更加完善。之后將有望進一步在火力發電企業得到廣泛應用。
參考文獻：
[1] 張斌. 自動發電控制及一次調頻控制系統[M]. 北京: 中國電力出版社,2005.
[2] 王遠輝等. 廠級負荷分配系統總體規劃, 2008.
摘自《自動化博覽》2010年第十二期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號