珠海电厂1、2号机组调频辅助服务控制系统优化--中国期刊网

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珠海电厂1、2号机组调频辅助服务控制系统优化

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：陈锦明1 杨辉2 薛森贤3

[导读] 摘要：采用外挂系统实现优化控制策略，对机组的机炉协调控制系统、汽温控制系统的改造调整和机组升降负荷试验，实现机组风、煤、汽温和机炉协调的自动控制，提高机组AGC负荷响应能力，提高在调频辅助市场环境下的机组响应特性和机组综合调频性能指标K值，使机组的调频辅助服务综合能力排位在同类机组中处于领先水平。

        （1广东省能源集团珠海发电厂广东珠海 519000；2珠海城市职业技术学院人工智能学院广东珠海 519090；
        3广东珠海金湾发电有限公司广东珠海 519060）
        摘要：采用外挂系统实现优化控制策略，对机组的机炉协调控制系统、汽温控制系统的改造调整和机组升降负荷试验，实现机组风、煤、汽温和机炉协调的自动控制，提高机组AGC负荷响应能力，提高在调频辅助市场环境下的机组响应特性和机组综合调频性能指标K值，使机组的调频辅助服务综合能力排位在同类机组中处于领先水平。
        关健词：发电厂；一次调频；协调控制；运行；调频服务
        Abstract：The external system is used to realize the optimal control strategy，for the transformation and adjustment of the coordinated control system of the unit，t he steam temperature control system，and the load lifting test of the unit.So as to realize the automatic control of the coordinated air，coal，steam and the boiler of the unit，improve the AGC load response capacity of the unit，and improve the unit response characteristics and the comprehensive frequency regulation performance index k of the unit in the frequency regulation auxiliary market environment.So that the ranking of the frequency regulation auxiliary service comprehensive capacity is in the leading level.
        Key words：power plant；primary frequency regulation；coordinated control；operation；frequency regulation service
        0 概述
        广东省能源集团珠海电厂1、2号机组为2×700MW机组，为日本三菱公司的亚临界燃煤发电机组。三大主机设备均由日本三菱公司提供。热工自动化系统全厂采用分层分级的网络结构。全厂网络由厂级管理信息系统（MIS）、厂级监控信息系统（SIS）以及机组级的控制网络、辅助系统控制网络三层构成。
        随着电力市场改革的深入推进，调度部门对调频辅助服务的要求越来越高，广东中调对各发电机组的自动发电控制（AGC）以及一次调频性能提出了更高的要求。依据《南方区域并网发电厂辅助服务管理实施细则（修订稿）》，许多电厂已开始着手采用增加储能等各种技术提高机组的响应指标，加之机组本身具备的大延时、大惯性的特点，因此在这种大环境下，为满足2017版“两个细则”考核指标的前提下，提高在调频辅助市场环境下的机组响应特性和机组综合调频性能指标K值，研究调频市场的发电机组快速变负荷关键控制技术迫在眉睫。
        1升级改造的必要性
        目前，珠海电厂1、2号机组控制系统均采用以PID控制器为基础的控制策略，这种控制策略属于事后控制方法，难以获得较好的控制效果。另一方面，两台机组已投产运营超过20年，期间经过一系列的设备升级改造，如锅炉低氮燃烧器改造、引风机扩容改造、锅炉脱硫脱硝改造、发电机励磁系统升级改造等，原机组的协调控制系统、AGC负荷管理系统、一次调频、过再热器汽温控制等，已不能够很好地与新设备相匹配。在机组实际运行中出现一系列问题，如：AGC方式下变负荷速率偏低、负荷精度控制性能较差，一次调频响应情况较差，主汽压力、主汽温、再热汽温等主要参数波动大，过热器金属温度超温，无法满足AGC方式下的长期稳定运行。为了提高机组的机组负荷、主汽压力、汽包水位、主蒸汽温度、再热汽温度等的调节性能，拟对协调、汽温等控制回路采用先进控制策略。为保证系统调试安全与控制策略修改的便利性，拟采用第三方控制设备与DCS系统通讯方式实施优化控制系统。
        2优化升级的控制策略
        为保证系统调试安全与控制策略修改的便利性，拟采用第三方控制设备与DCS系统通讯方式实施优化控制系统。外挂先进控制系统包括锅炉主控先控、汽机主控先控、A/B侧1/2级减温喷水先控、燃烧器摆角先控、A/B侧再热汽微量喷水先控等先控回路，各个先控回路采用集成化封装，便于系统的维护。各回路主要采用模型预测控制、自抗扰控制ADRC、深度内反馈控制IFC为基础的、以及与常规DCS算法三者相结合的新型先进控制器APC—PID。各回路典型原理参见下图1-图4。

                   图1锅炉主控先控原理图

                     图2汽机主控先控原理图

        图3过热汽温先控原理图（以二级A侧为例）

        图4再热汽温微量喷水先控原理图（以A侧为例）
        3升级改造后的对机组的影响以及注意事项
        改造后的影响。由于提高了机组负荷的响应速度，对于燃煤汽包炉机组的影响主要体现在两大方面。首先是对锅炉的影响，根据上图1：锅炉主控先控原理图，由于加入了负荷指令的动态前馈和静态前馈，此前馈信号采用微分计算策略，改善了锅炉负荷响应速率，直接体现在锅炉燃烧率上，这有利于主汽压的快速响应。不利影响是主再热汽温的剧烈变化，造成过热器、再热器金属壁温超温。为解决此不利影响，增加过热汽温先控模块以及再热汽温微量喷水先控模块。如上图3、4原理图所示，在模块中加入负荷指令变化的前馈信号，使得在汽温发生变化前，提前开大或关小减温水阀，改变减温水量，以此改善主再热蒸汽汽温调节特性。同时增加超温监测及保护功能：当汽温上升过快，检测到超温风险时，系统主动降低汽温设定值，降低主再热汽温，避免发生超温事故。对汽机的影响，根据上图2：汽机主控先控原理图，进入汽机先进控制器的信号E包括：AGC目标负荷指令、综合解耦负荷指令、一次调频负荷指令。信合E作为主负荷信号指令，能够全面反映了机组负荷的变化幅度，同时加入负荷变化前馈信号EF（由AGC目标负荷指令和综合解耦负荷指令叠加），加快汽机的负荷响应速度，直接体现在汽机高压调门大幅调节，这有利于机组负荷的快速响应。不利的影响是主汽压的大幅波动，引起超压事故。为解决此不利影响，增加超压检测功能，以限制负荷变化速率，降低压力波动幅度，避免发生超压事故。
        运行注意事项。机组的负荷指令贯穿机组的整个自动控制系统，上述对锅炉和汽机的影响只是从上层控制的逻辑层面进行分析，从下层控制的执行层面上，运行人员应当做出适当的运行方式调整。针对燃烧率的变化，应当及时调整制粉系统的运行方式，控制运行制粉系统数量，避免单台制粉系统过负荷；高负荷段应限制“CCS ADC”功能的投入，以避免风烟系统出力超限等。正常负荷调整时，应加强高压调门、过热器一二级减温水阀、再热器减温水阀动作情况监视，做好设备维护工作，保证其动作可靠、安全。
        4升级改造前后效果对比
        进入调频服务市场竞争后，广东中调给到在网调频机组的AGC负荷指令频繁波动，使得我厂两台机组负荷时刻在调整，尤其在日间调峰期间负荷波动较大。往往负荷没加减到位，负荷指令又马上往反方向变化，这就要求机组的变负荷实际速率必须跟上AGC负荷指令变化速率，才能中标，才能享受调频收益。而直接反映机组实际负荷响应速率和综合调频性能指标的参数，在调频服务管理系统上用K值表示。下表为我厂1号机组调频性能K值水平变化对比，2月1号为改造前24小时数据，4月24号为改造调试完成后24小时数据。由下表可见，经改造升级后，1号机组的K值由0.6-1.01范围提升到1-1.61范围，综合调频性能显著提高。1号机组2月1号的调频里程收益为58767元，4月24号的调频里程收益为170127元，显著增加我厂调频服务的收益。（数据均取自南方调频辅助服务技术支持系统）
                    1号机2月1号综合调频性能K值

1号机4月24号综合调频性能K值

        5 结论
        a.采用外挂先进控制系统后，机组的综合调频性能指标K值明显提高，24小时机组调频服务中标率及调频里程明显提高，大大增加调频服务收益。
        b.外挂先进控制系统，采用自抗扰控制器ADRC、深度内反馈控制器IFC、常规DCS算法三者相结合的新型先进控制方法，运用外挂控制系统强大的计算功能，编制高级功能模块，实现智能高级控制，提高了机组的负荷响应特性。
        c.采用外挂先进控制系统对汽机主控、锅炉主控分别进行优化，改善了下层控制策略，改善了汽温、汽压特性。
        参考文献：
        [1]李明.黔北电3号机DCS系统升级前后优劣比较.贵州电力技术[J]，2014，17（6）：40-63.
        [2]李晓敏，王立军.基于超临界机组适应两个细则的AGC协调控制系统优化.东北电力技术[J]，2017，38（2）：18-21.
        [3]孙长生，尹淞，苏烨，等.电力行业燃煤机组热控调节系统运行情况调研[J].中国电力，2013，46（4）：16-20
        作者简介：
        陈锦明（1981—），男，本科，工程师，技师，主要从事电厂集控运行工作。E-mail：39446280@qq.com
        杨辉（1980—），男，博士，讲师，高级技师，主要研究方向为电力市场、分布式电源在配电网中的优化配置。E-mail：756263094@qq.com
        薛森贤（1981—），男，硕士，高级工程师，高级技师，主要从事电厂集控运行工作。E-mail：xuesenxian@gdyd.com。