廣西火電廠廠級AGC改造與實施

劉明寶，周先哲，彭勃，馮桂榮，羅鵬，莫恭坤，陳友良

（1. 廣西桂能科技發(fā)展有限公司，廣西 南寧 530007；2. 廣西電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣西 南寧 530023）

自動發(fā)電控制（Automatic Generation Control，簡稱AGC），即在確定的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)電力系統(tǒng)頻率或聯(lián)絡(luò)線功率發(fā)生變化時，通過遠程調(diào)節(jié)發(fā)電機組的有功功率，以維持系統(tǒng)頻率或確保區(qū)域之間預(yù)定的交換功率。其技術(shù)裝備體系主要包括總調(diào)、各省（區(qū)）中調(diào)電網(wǎng)運行控制系統(tǒng)、遠動傳輸通道、發(fā)電廠遠程終端設(shè)備或計算機監(jiān)控系統(tǒng)、發(fā)電機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、發(fā)電機組及其有功功率調(diào)節(jié)裝置，以及實現(xiàn) AGC 功能的應(yīng)用軟件等。

早在1997年，我國專家就已經(jīng)提出了火電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）的概念[1]，并形成了比較規(guī)范的火電廠分散控制系統(tǒng)（DCS）、SIS和MIS三級信息的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。隨著系統(tǒng)設(shè)備的成熟和發(fā)展，又提出了火電廠廠級控制系統(tǒng)（PSCS）的概念，并預(yù)言廠級控制系統(tǒng)的建設(shè)是我國進入21世紀第二個十年火電廠自動化技術(shù)發(fā)展的一個目標(biāo)，將推動火電廠一步一步向智能化目標(biāo)發(fā)展[2]。廠級 AGC 指將火電廠全廠有功出力作為一個 AGC控制對象的出力協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，通過其對各機組出力進行優(yōu)化分配，保證全廠的出力目標(biāo)和性能的同時兼顧節(jié)能降耗減排等優(yōu)化。具有兩臺及以上機組的火電廠可裝備能實施廠級 AGC 監(jiān)控功能的子站系統(tǒng)，以實現(xiàn)全廠集中監(jiān)視、優(yōu)化協(xié)調(diào)、聯(lián)合控制[3]。

1 廣西火電廠廠級AGC現(xiàn)狀

廠級 AGC 方式是近年節(jié)能發(fā)電調(diào)度和節(jié)能減排形勢下的一種科學(xué)調(diào)度方式，廣西中調(diào)的AGC采取對水電廠統(tǒng)一控制全廠、對火電廠分單機進行控制的模式。由于發(fā)電廠的計劃曲線按全廠下達，所以跟蹤負荷曲線的AGC控制模式對火電廠一般只能按照平均分配單機負荷的方式下發(fā)控制指令。這種控制方式無法顧及火電廠機組的運行工況，容易造成機組跟蹤指令滯后、調(diào)節(jié)受阻等不良情況的發(fā)生。為了提升廣西電網(wǎng)整體自動發(fā)電控制水平，減輕運行人員負荷調(diào)整工作量，減少火電廠因負荷調(diào)整指令執(zhí)行不利的考核，平衡水火電AGC輔助服務(wù)補償,有必要進行廠級AGC改造。

截至2019年底，廣西區(qū)域內(nèi)已完成的廠級AGC改造有賀州電廠、防城港電廠一期和二期、欽州電廠一期和二期、北海電廠。南網(wǎng)區(qū)域內(nèi)廣東、貴州、云南的火電廠廠級AGC改造實施均早于廣西，實踐也證明了廠級AGC既能滿足電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行需要，又能提高發(fā)電廠高效、節(jié)能、協(xié)調(diào)運行水平。

2 廠級AGC系統(tǒng)改造重點

2.1 廠級AGC功能要求

廠級AGC應(yīng)具備以下功能：

2.1.1 具備全廠/單機兩種控制模式，可根據(jù)調(diào)度要求切換，兩個模式相互閉鎖。

2.1.2 可設(shè)置調(diào)度遠方控制/本地自動控制/手動操作控制/開環(huán)模擬控制方式，不同控制方式可切換。

2.1.3 按遙調(diào)指令、運行值班員設(shè)定或日負荷曲線給定的目標(biāo)值優(yōu)化分配、自動調(diào)整機組出力，分配策略應(yīng)滿足節(jié)能發(fā)電調(diào)度的要求。

2.1.4 自動監(jiān)測機組運行狀態(tài)和控制性能。

2.1.5 自動校核各項限制條件，條件不滿足自行閉鎖，條件恢復(fù)自動解鎖。

2.1.6 全廠AGC控制模式時，全廠的整體調(diào)節(jié)性能不應(yīng)低于單機模式下的全廠整體性能。在小幅值調(diào)節(jié)命令下，為達到優(yōu)化目的，全廠AGC可將命令分給其中部分機組調(diào)節(jié)，對整體調(diào)節(jié)速率的要求可以適當(dāng)降低。

2.1.7 全廠AGC控制模式下，出力分配應(yīng)該考慮煤耗及廠用電的優(yōu)化策略。

2.1.8 全廠AGC控制模式下，可以人工指定各機組的分配比例。

2.2 廠級AGC技術(shù)指標(biāo)要求

根據(jù)《南方區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細則（2020版）》[4]和《南方區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實施細則（2020版）》[5]中的要求，不論單機還是廠級AGC均考核三個技術(shù)指標(biāo)：響應(yīng)時間、調(diào)節(jié)速率和調(diào)節(jié)量誤差,具體要求數(shù)值見表1。

表1 廠級AGC技術(shù)要求（燃煤機組）

廠級AGC 考核電量公式=[1-（廠級 AGC 調(diào)節(jié)速率合格率×0.5+響應(yīng)時間合格率×0.25+調(diào)節(jié)精度合格率×0.25）]×全廠裝機容量×0.5 小時，可以看出廠級AGC對速率的考核比重大。

2.3 廠級AGC改造過程

廠級AGC系統(tǒng)是建立在電網(wǎng)調(diào)度和機組負荷控制中間的樞紐控制系統(tǒng)，將接收到的調(diào)度指令分配給機組，也可以根據(jù)需要自行下發(fā)指令分配機組。廠級AGC改造可分為硬件與軟件部分，改造完成后應(yīng)進行相應(yīng)的廠級AGC驗收試驗[6~7]。

2.3.1 廠級AGC硬件改造

硬件部分主要是加裝AGC前置器和AGC服務(wù)器，AGC前置器作為通訊中樞，提供廠級AGC系統(tǒng)所需外部接口，AGC服務(wù)器負責(zé)負荷優(yōu)化分配算法及提供廠級AGC系統(tǒng)的人機界面[8]。圖1、圖2分別為廣西某火電廠進行廠級AGC改造前、后的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)架圖。

圖1 廠級AGC改造前結(jié)構(gòu)圖

圖2 廠級AGC改造后結(jié)構(gòu)圖

2.3.2 廠級AGC軟件改造

軟件部分主要新增了一套廠級AGC的上位機操作系統(tǒng)，投運后一般交由電廠值長操作，在操作畫面上除了能實時接收機組實發(fā)功率、AGC投入狀態(tài)、AGC報警等數(shù)據(jù)，還可以控制廠級AGC的投入，下發(fā)負荷指令。圖3是廣西某電廠的廠級AGC上位機畫面。

圖3 廠級AGC改造上位機畫面

2.3.3 廠級AGC驗收試驗項目

廠級AGC驗收試驗包含靜態(tài)試驗和動態(tài)試驗。靜態(tài)試驗主要是驗證廠級AGC系統(tǒng)的可靠性和安全性，動態(tài)試驗主要是通過試驗后計算相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)是否合格來考察機組的AGC調(diào)節(jié)能力。廠級AGC驗收試驗內(nèi)容見表2[9~13]。

表2 廠級AGC驗收試驗內(nèi)容

根據(jù)區(qū)內(nèi)幾個火電廠廠級AGC改造情況可以看出，功能性的合理和安全性的可靠，是保障廠級AGC項目順利改造的重中之重。為此，依據(jù)廠級AGC功能要求，對廣西區(qū)內(nèi)主要火電廠廠級AGC改造后功能投入情況進行了統(tǒng)計，內(nèi)容見表3，而安全性測試則依據(jù)《南方電網(wǎng)自動發(fā)電控制（AGC）技術(shù)規(guī)范》內(nèi)容制定。

由表3可知，大部分廠級AGC功能均能按照要求投入。廠燃煤成本占整個發(fā)電成本的70%~85%，全廠煤耗愈省，全廠經(jīng)濟性愈優(yōu)，但像考慮煤耗這種更高的要求負荷分配策略幾乎不使用，因為煤耗測量具有滯后性，且煤耗與負荷之間的函數(shù)關(guān)系制約條件多，計算方法復(fù)雜，計算量大，往往大部分廠級AGC電廠不考慮投入，只使用廠級AGC簡單的負荷分配策略。

表3 區(qū)內(nèi)主要火電廠廠級AGC改造后功能投入情況統(tǒng)計

3 廠級AGC改造過程中出現(xiàn)的問題

3.1 負荷指令轉(zhuǎn)移功能缺陷

某廠級AGC系統(tǒng)設(shè)計了負荷轉(zhuǎn)移功能，其功能主要是當(dāng)兩臺機組需要全廠變負荷時，當(dāng)其中一臺機組工況異常（因為自身原因無法升降負荷），經(jīng)過延時判斷后會把這臺機組需要升降的指令余量轉(zhuǎn)移到另外一臺機組，實現(xiàn)負荷轉(zhuǎn)移。在進行廠級AGC變負荷試驗時，1號和2號機組均投入AGC，系統(tǒng)處于全廠AGC模式，值長將全廠負荷指令由900MW設(shè)成1090MW，兩臺機組開始慢慢根據(jù)分配的升負荷指令進行變負荷，突然2號機組負荷出力帶不上，發(fā)生工況異常報警，把剩下的負荷指令轉(zhuǎn)移到1號機組，而此時AGC總指令卻變化為1120MW，直接改變了設(shè)定的1090MW的指令值。發(fā)生該情況后試驗人員立即退出了廠級AGC變負荷試驗，退出廠級AGC模式。

3.2 調(diào)節(jié)速率不合格

根據(jù)“兩個細則”可看出，對火電廠AGC性能中調(diào)節(jié)速率提出了更快的要求，從之前的按機組單機容量區(qū)分，基本要求是額定容量的1%/分鐘，到最新要求，不論機組大小，統(tǒng)一要求是額定容量的1.5%/分鐘，等于需要提速50%。廣西區(qū)內(nèi)廠級AGC改造電廠中各電廠變負荷能力各不相同，同一電廠一二期也出現(xiàn)過二期速率達標(biāo)，一期速率不達標(biāo)的情況。某電廠在進行廠級AGC變負荷試驗前集結(jié)了試驗、廠家、電廠專工和運行人員進行了技術(shù)交底和方案討論，在討論中運行人員對于試驗中使用的調(diào)節(jié)速率有擔(dān)心，以往運行時維穩(wěn)為主，速率都設(shè)得很小，那么高的速率正常運行不會用到，尤其是升負荷增出力時對于機組設(shè)備和協(xié)調(diào)控制都是考驗，試驗過程中也發(fā)現(xiàn)減負荷時機組調(diào)節(jié)基本沒有什么問題，加負荷時由于過快的速率指令，燃料調(diào)節(jié)跟不上，造成了DCS協(xié)調(diào)控制報了給水閉鎖的報警，緊急情況下直接退出了廠級AGC，調(diào)節(jié)速率不達標(biāo)。

3.3 協(xié)調(diào)控制畫面目標(biāo)值不跟蹤AGC指令

當(dāng)機組沒投入廠級AGC時，機組的負荷指令是運行人員直接在DCS機組協(xié)調(diào)控制畫面的負荷目標(biāo)值進行輸入設(shè)置，也是電廠機組常規(guī)進行負荷調(diào)整的方式，當(dāng)投入廠級AGC模式后，機組協(xié)調(diào)控制接收廠級AGC指令。某電廠廠級AGC改造后在進行廠級AGC投入測試時，試驗人員發(fā)現(xiàn)機組協(xié)調(diào)控制畫面上的負荷目標(biāo)值沒有跟蹤AGC指令，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)邏輯有缺陷。當(dāng)廠級AGC模式退出的時候，機組指令會接收畫面上的負荷目標(biāo)值，缺少無擾切換邏輯；如果指令偏差過大，AGC退出時，機組接收協(xié)調(diào)目標(biāo)值，容易造成較大的擾動。

4 問題的解決

4.1 負荷指令轉(zhuǎn)移功能缺陷

問題出現(xiàn)后，相關(guān)試驗人員、廠家和業(yè)主組織討論，原有的負荷偏移邏輯是當(dāng)某臺機組發(fā)生工況異常時，負荷轉(zhuǎn)移至正常機組，當(dāng)異常機組恢復(fù)正常后再重新分配負荷指令，當(dāng)重新分配負荷指令的時候?qū)е铝讼掳l(fā)指令錯誤，將原有的機組指令覆蓋。在廠級AGC系統(tǒng)中修改以下邏輯：當(dāng)某臺機組發(fā)生異常時，將負荷轉(zhuǎn)移至正常機組，異常機組的目標(biāo)值以及指令值立即跟隨實發(fā)值，從而使此臺機組異常消失，之前轉(zhuǎn)移走的負荷不再進行重新分配。該策略更適應(yīng)現(xiàn)場，即使單臺機組異常，也能更快更準地響應(yīng)全廠AGC指令。

在廠級AGC系統(tǒng)修改邏輯，判斷若出現(xiàn)1號機組異常，直接將1號機組需要變化的負荷量疊加到2號機組的AGC指令中去，1號機組當(dāng)時的實發(fā)值賦予1號機組指令值，保持不變，且機組異常復(fù)位。修改好控制策略后重新進行了測試，1號和2號機組均投入廠級AGC模式，廠級AGC處于全廠本地模式，直接由值長在畫面上進行目標(biāo)值的設(shè)置，試驗前全廠實發(fā)557MW其中1號機組283MW，2號機組274MW，試驗開始后值長下發(fā)了578MW的全廠目標(biāo)值，1號和2號機組按照步長接收分配的指令進行升負荷，模擬1號機組工況異常，1號機組負荷維持在281MW，1號機組指令跟隨實發(fā)值，把剩余的指令轉(zhuǎn)移至2號機組，全廠目標(biāo)值578MW還是持續(xù)不變，2號機組繼續(xù)升負荷。經(jīng)測試證明，機組工況異常時，廠級AGC負荷轉(zhuǎn)移功能使用正常。

4.2 調(diào)節(jié)速率不合格問題的解決

對于廠級AGC系統(tǒng)而言，它只是一個指令接受發(fā)送的中轉(zhuǎn)站，對于調(diào)節(jié)速率等技術(shù)指標(biāo)，更多地是考驗機組的協(xié)調(diào)能力以及機組設(shè)備的調(diào)節(jié)能力，試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)速率不達標(biāo)后，試驗人員結(jié)合運行人員的配煤記錄也發(fā)現(xiàn)使用優(yōu)質(zhì)煤的機組在響應(yīng)速率方面都有很大的提升，而且試驗時由于升負荷的區(qū)間處于該機組的起磨點，起磨的過程也需要時間，無疑也會影響廠級AGC速率的指標(biāo)，從這幾方面著手，試驗人員修改了協(xié)調(diào)的邏輯參數(shù)，提升協(xié)調(diào)對于快速指令的響應(yīng)，啟停磨的操作讓運行人員提前準備，最終測試機組調(diào)節(jié)速率滿足指標(biāo)要求。

對于機組調(diào)節(jié)速率不夠的機組可從以下幾個方面進行解決：

4.2.1 減少指令響應(yīng)時間。AGC指令從調(diào)度的EMS發(fā)出到機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)執(zhí)行，需要經(jīng)歷多個時間間隔，使用快速的通訊裝置，優(yōu)化AGC響應(yīng)邏輯均能減少指令響應(yīng)時間。

4.2.2 進行協(xié)調(diào)優(yōu)化工作?？蓮囊韵聨讉€方案考慮①弱化壓力拉回回路對CCS的影響，提高機組對負荷指令的響應(yīng)速度；②精簡負荷閉鎖增/減邏輯，只保留燃燒、給水等主要回路的觸發(fā)條件，加快機組對AGC指令的響應(yīng)速度；③在機組可承受范圍內(nèi)，犧牲一下主汽壓力品質(zhì)，再適度提高DCS側(cè)負荷設(shè)定值變化率[14]。

4.2.3 合理配煤。采用優(yōu)質(zhì)煤充分燃燒，以便改善AGC調(diào)節(jié)速率，提高調(diào)頻市場下機組競價發(fā)電的能力。

表4為廣西區(qū)內(nèi)主要火電廠廠級AGC改造后變負荷試驗記錄。

表4 廠級AGC改造后變負荷試驗過程記錄表

除此之外國家現(xiàn)在也有出臺對于火電廠靈活性改造的政策指導(dǎo)，比如儲能系統(tǒng)技術(shù)值得關(guān)注，相較于常規(guī)機組的大慣性、大延遲特性，儲能系統(tǒng)可以提供更優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻功能，可在在毫秒級的時間范圍內(nèi)，高精度完成指定功率的輸出，其綜合響應(yīng)能力完全滿足在AGC調(diào)頻時間尺度內(nèi)的功率變換需求，因此，以常規(guī)火電機組支撐電網(wǎng)基本負荷，聯(lián)合儲能系統(tǒng)響應(yīng)AGC調(diào)頻指令將滿足電網(wǎng)對常規(guī)機組參與電網(wǎng) AGC 調(diào)頻的要求[15]。

4.3 協(xié)調(diào)控制畫面目標(biāo)值不跟蹤AGC指令問題的解決

出現(xiàn)問題后，新增邏輯，當(dāng)在廠級AGC投入的情況下，廠級AGC指令賦值給協(xié)調(diào)機組指令，保持一致。因為廠級AGC與火電廠DCS在測點通訊和邏輯控制都有關(guān)聯(lián)，改造中往往會忽略一些功能邏輯，比如當(dāng)廠級AGC投入，協(xié)調(diào)機組指令應(yīng)該跟隨廠級AGC指令，這樣在退出廠級AGC的時候才能不讓機組指令有波動。熱控人員往往為了減少風(fēng)險，DCS修改邏輯下裝一般會采取在機組停機時進行，但廠級AGC改造有時并不是在機組停機時進行，熱控人員也沒有機會去修改DCS邏輯，也就忽略了一些無擾切換的邏輯，建議廠級AGC改造后要認真檢查信號通訊是否正確，相關(guān)聯(lián)的邏輯是否有缺漏。

5 結(jié)語

本文從硬件改造和軟件改造兩方面著手，對廣西區(qū)內(nèi)火電廠廠級AGC改造與實施進行了介紹，對改造過程中發(fā)現(xiàn)的問題和解決辦法做了說明，可為同類型改造工程提供參考。廠級AGC改造既能滿足電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行需要，又能提高發(fā)電廠高效、節(jié)能、協(xié)調(diào)運行水平，更好地適應(yīng)網(wǎng)源協(xié)調(diào)、電力市場運營和電力體制改革的需要，達到節(jié)能減排的目的，從而最終實現(xiàn)廠網(wǎng)雙贏。