“两个细则”模式下200MW机组性能优化

“两个细则”模式下200MW机组性能优化
韩冬
【摘要】通过对陡河发电厂200 MW机组进行“两个细则”模式下的性能优化,
从机炉协调、负荷控制及设备改造等几个方面入手进行分析实践,取得了不错的效果,对200 MW机组有一定的借鉴价值.
【期刊名称】《华北电力技术》
【年(卷),期】2012(000)010
【总页数】4页(P16-19)
【关键词】两个细则;协调控制;AGC;PID
【作者】韩冬
【作者单位】大唐国际陡河发电厂,河北唐山063028
【正文语种】中文
【中图分类】TM732
0 引言
“两个细则”是指国家电监会发布的《发电厂辅助服务管理实施细则》和《发电厂并网运行管理实施细则》，目的是通过对发电机组性能指标的考核与补偿，激励发电企业提升机组性能，提高机组运行管理水平，进一步提高电网运行效能和安全性。

单元机组在协调控制下，既要根据电网的频率偏差和调度所下达的负荷指令参加电网调频、调峰，又要满足电网电量品质的要求，对发电厂机组性能提出了更高的要
求。

要满足这些要求，不仅取决于单元机组的机、电、炉和主要辅机的运行和控制性能，还取决于机组控制系统的设计性能，需要机组积极地进行性能优化，提升“两个细则”盈利能力。

1 AGC性能指标分析
颁布的“两个细则”中，对AGC性能指标进行了如下定义:
Kp值是电网评价投AGC控制的机组响应负荷变化的标准，同时也是电网对于并
网机组进行考核还是补偿的依据。

AGC调节性能考核费用与 K1值、K2值、K3
值有关，当K1值、K2值、K3值大于1时，该项考核费用为0。

同时，提高Kp
值是避免考核争取更多AGC补偿费用的关键。

提高Kp值也需要从K1值、K2值、K3值有针对性地进行优化工作。

从优化的难易程度来看，K2值的提高是比较容易的，在保证机组工况的稳定，调
节器在合理的PID参数整定下，K2值应该基本达到电网要求;提升难度比较高的是K3值和K1值，如果有效地缩短电网监测到电厂突破调节死区的时间，增加调节
速率，就会满足电网进一步提高的运行效能和安全性。

2 控制系统现状
陡河发电厂现役包括2台250 MW和4台200 MW共6台燃煤机组，采用亚临
界中间再热汽包锅炉和单轴一次中间再热凝汽式汽轮机，机组DCS采用北京日立
控制系统。

机组运行采用协调控制，投AGC控制，汽轮机综合阀位响应电网负荷，锅炉燃烧调节主汽压力。

由于汽机、锅炉是相对独立的，它们在响应外界负荷变化时的动态特性存在很大差异，汽机负荷响应快而锅炉负荷响应相对滞后，因而在优化控制系统时要充分考虑它们的差异，让机组按照电网负荷的指令，根据主要参数的偏差，协调机、炉两侧
的控制动作，合理地保持好能量供求平衡关系，同时兼顾负荷响应性能和内部运行参数稳定两个方面，协调机炉共同动作克服机组响应的滞后性。

“两个细则”要求机组快速响应负荷变化，发电厂一般选用以炉跟机为基础的协调控制方式。

但如果单纯在协调控制方式下提高机组升降负荷速率，不但不会有效地提高机组Kp值，反而会影响负荷稳态调节品质甚至危害机组安全。

所以需要采用先进的控制策略，对原协调控制逻辑、燃烧调节逻辑等进行修改，从而使机炉协调动作，有效地提高机组盈利能力。

3 热工控制系统优化
3.1 优化燃烧逻辑
陡河发电厂原燃烧自动逻辑采用经典的串级调节系统，主调节器调节机前压力与压力设定值之间的偏差;副调节器调节主调输出与燃料量之间的偏差，功率偏差和实
际负荷指令偏差作为副调节器前馈。

该调节器投入自动以来，经过多次参数整定，运行中燃料对主汽压力的调节基本能正确响应负荷变化，起到了能量平衡的作用。

但是，机组在投入AGC控制后发现，由于AGC负荷指令变动频繁，尤其在大范围升降负荷或者出现三角波时，该系统副调节器前馈虽然能在第一时间快速改变燃料指令输出，但稍后会被滞后的机前压力偏差拉回，调节器仍以机前压力偏差调节燃烧，削弱了前馈信号具备的快速性和预判性。

从而导致主汽压力调节不够及时，燃料量的动作明显滞后于负荷的变化，造成机前压力偏差较大，并存在超调现象，影响负荷调节品质以及机组响应负荷的能力。

经探讨，对于存在大滞后、大惯性的控制对象，合理地应用前馈信号是一个好的解决办法。

取“机前压力偏差”、“负荷指令”及“主汽压力定值”3个直接影响燃烧指令的信号作为主调节器的前馈，仍以主汽压力变化为主调信号，而负荷指令信号用于强化燃烧调节，克服锅炉燃烧调节的迟缓，使燃烧指令直接与汽轮机的能量
需求相平衡(如图1)。

经调整后观察，当AGC产生负荷指令时，燃料调节器为此次负荷变动预先改变燃料量，提前改变主汽压力，以应对汽轮机耗气量的变化，使机、炉之间能量供求关系快速平衡，从而保证了主汽压力波动在允许范围内。

3.2 优化负荷与燃料量的对应关系
为了使燃烧调节迅速而准确，需要了解机组每个负荷段所需的燃煤量，根据目标负荷和实际负荷的偏差以及负荷与燃料的配比关系计算出应该预加的煤量，在目标负荷刚开始变化时，就按照一定的速率预先加入一定的煤量，从而能在一定程度上克服锅炉的调节滞后。

通过分析最近一年的历史曲线，摸清机组负荷与燃料量的对应关系(如图2)。

将每个负荷段所对应的燃料量乘以90%作为燃烧的前馈，输入运算回路，剩下10%的偏差和其他不确定波动，由PID调节器克服。

改动后的调节系统在负荷变化时，燃料指令按照前馈信号调整到预设值，在机前压力产生偏差前弥补了该负荷段汽轮机的耗气量。

通过实际观察，准确的预加煤量进一步提高了燃烧系统的响应能力，使负荷信号直接作用于煤量，快速达到机炉之间能量平衡。

图1 调整后燃烧逻辑
图2 8号机组负荷与燃煤量对应表
3.3 机组负荷指令优化
主汽压力调节品质的提高是加快负荷响应速度的基础，但是如果单纯地提高机组负荷变化率则会使机组稳定性大打折扣。

“两个细则”要求机组额定调节速率最低应为机组额定负荷的1.5%，也就是说200 MW的机组应为3 MW/min(如图3中T1-T2时间)。

这样的负荷变化率显然是不能达到AGC指标的要求。

同时，通过电量考核公式我们知道，机组响应时间
指的是，AGC发出负荷变化指令后机组负荷跨出调节死区所用的时间(如图3中
T0-T1的时间)，调节死区为机组功率的1%。

通过提高机组负荷变化率，减少负
荷响应时间来提高K3，是一个可行的办法。

图3 AGC负荷响应过程
综合以上两点考虑，都需要通过提高机组负荷变化率达到“两个细则”要求。

在保证机组调节品质和安全性的条件下，机组负荷变化率能提高多少，应该提高多少，就成了调节系统设计的关键问题。

需要通过大量的试验和长时间的观察，寻求一个既保证机组稳定，同时又能满足电网快速动作要求的平衡点。

通过论证，陡河发电厂使用机组变负荷初期提高负荷变化率的方式，来完善负荷调节回路，同时提高
K1值和K3值。

该逻辑设计为，在机组稳定，同时主汽压力偏差在允许范围内的工况下，在负荷改变初期(10～30 s)，以提高机组负荷变化率的方式加快目标负荷的变化，然后以原变化率响应负荷指令。

既提高了机组负荷响应速率，调节结束后又保证机组负荷稳态调节品质。

经观察投运情况，在变负荷阶段，实发功率能快速跨越调节死区，从而提升K3值，约20 s后，机组负荷以原变化率继续调整，不会影响稳态调节品质，更不会因为
负荷调节速率过快产生严重的机前压力偏差，在响应过程中，由于缩短了整个调节的时间，K1值也得到了不错的提高，同时又保障了K2没有下降，达到了优化的
目的(如图4)。

图4 增速前后机组目标负荷变化
3.4 减弱压力拉回作用
陡河发电厂原汽机主指令逻辑有“主汽压力偏差减弱负荷调节回路”和“主汽压力偏差高于0.7 MPa或低于-0.7 MPa限制升或降负荷回路”以上两套防止主汽压力超差的保护回路。

在“两个细则”要求负荷调节品质越来越高的形势下，“压力偏
差减弱负荷调节回路”随时参与运算，削弱了汽轮机响应负荷的能力。

将此回路减弱后，主汽压力偏差绝对值在0.7 MPa以内时，负荷调节不受主汽压力限制;偏差超出0.7 MPa时，限制升降负荷。

经过实验观察，由于燃烧自动调节品质较高，
机组快速升降负荷时，主汽压力偏差不大于0.45 MPa，完全在可控范围内。

当主汽压力出现异常超差时，现有的压力拉回回路准确动作，可以保障机组安全运行。

3.5 汽轮机阀门流量特性曲线优化
由于机组经过多次检修，设备安装工艺的不同，阀门的磨损，会导致实际的阀门流量特性与原始的流量特性曲线不一致，造成机组调节时负荷调节波动较大，调节品质不高，影响AGC调节效果。

针对这一问题，进行了DEH阀门流量特性曲线及
重叠度优化。

优化后阀门流量曲线平缓、圆滑，且重叠度小，提高了综合阀位曲线与实际负荷曲线拟合度，提高了机组响应负荷的调节品质。

3.6 DCS加装GPS时钟
联系北京日立公司，为机组DCS系统加装GPS校时装置，以便使DCS系统时间
与电网时间同步，为记录分析一次调频动作及AGC性能指标提供准确的时间坐标。

项目完成后，能更加精确地分析每一项电网考核，查找自己的不足，为优化工作明确方向。

3.7 RTU数据上传优化
继电保护专业优化RTU数据上传规则，上传数据按重要程度划分优先级别，将机
组有功数据变化门槛值降低，其他数据门槛值抬高，达到机组有功优先上传的目的，缓解机组多、线路多、数据量大导致传输延迟带来的不利影响。

同时与远动当地功能厂家联系，确定采集数据通道报文的方案，加装数据测试软件，据此做接收和上传数据曲线，便于直观比对分析系统运行情况。

4 结束语
提升“两个细则”盈利能力的优化工作需要慎之又慎，调节速率的提高往往以牺牲
机组稳定为代价，需要在设计逻辑时摸索稳定和快速的平衡点。

陡河发电厂作为单元容量200 MW的小机组，在“两个细则”调节深度上不占优势，通过最近一段时间大量的优化工作，其各机组的Kp值都普遍达到网内前列水平，创造了不错的经济效益，对汽包式锅炉机组有一定的借鉴作用。

参考文献
【相关文献】
［1］高亚杰.基于“两个细则”要求的一次调频分析与优化［J］.华北电力技术，2010(11). ［2］周红英.AGC新模式下协调控制系统的分析及改进［J］.华北电力技术，2010(4).
［3］刘磊，高爱国，骆意.超超临界直流炉机组协调控制策略［J］.中国电力，2011(10).。