陳 衛(wèi)，陳 波，尹 峰，羅志浩

（浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

自動(dòng)發(fā)電控制（Automatic Generation Control，簡稱AGC）是并網(wǎng)發(fā)電廠向電網(wǎng)提供的有償輔助服務(wù)。在AGC方式下，并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組在規(guī)定的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，跟蹤電力調(diào)度中心下發(fā)的指令，按照一定調(diào)節(jié)速率實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)電出力，以滿足電力系統(tǒng)頻率和功率控制要求。理論上，發(fā)電機(jī)組與網(wǎng)調(diào)約定的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍應(yīng)該和機(jī)組實(shí)際能達(dá)到的負(fù)荷變動(dòng)范圍一致。目前國內(nèi)大中型火力發(fā)電機(jī)組大多采用直吹式制粉系統(tǒng)作為鍋爐燃料的供給系統(tǒng)，相對于中間倉儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)而言，直吹式制粉系統(tǒng)磨煤機(jī)組（以下簡稱磨組）的運(yùn)行臺(tái)數(shù)和出力需和機(jī)組負(fù)荷保持同步，根據(jù)負(fù)荷的增減及時(shí)調(diào)整。而磨組啟動(dòng)需要一定時(shí)間，因而造成負(fù)荷變化過程中出現(xiàn)斷點(diǎn)。

為了提高浙江電網(wǎng)火電機(jī)組的AGC控制水平，擴(kuò)大機(jī)組AGC的調(diào)節(jié)范圍，根據(jù)AGC控制方式和機(jī)組的控制特點(diǎn)，通過省內(nèi)600MW等級(jí)火電機(jī)組的AGC調(diào)節(jié)范圍擴(kuò)大化試驗(yàn)，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)展開研究，實(shí)現(xiàn)磨組啟停時(shí)機(jī)的智能預(yù)判，在磨組自動(dòng)順控啟停的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了火電機(jī)組AGC全程自動(dòng)運(yùn)行。

1 磨組啟停時(shí)機(jī)判斷

制粉系統(tǒng)啟停需要相對較長的時(shí)間，因此不能至磨組煤量到達(dá)上/下限時(shí)才啟停磨組，同時(shí)由于無法判斷AGC指令的超短期趨勢，采用煤量固定余量作為磨組啟停判斷條件會(huì)造成制粉系統(tǒng)不必要的頻繁啟停。因此智能判斷制粉系統(tǒng)的啟停時(shí)機(jī)是機(jī)組側(cè)實(shí)現(xiàn)AGC過程無斷點(diǎn)的保障，該判斷過程主要采用如下手段：

（1）綜合考慮AGC的指令特點(diǎn)、磨煤機(jī)的帶載能力、機(jī)組的燃料熱值特性、磨煤機(jī)的啟停方式等因素，動(dòng)態(tài)給出在AGC過程中磨組的最佳啟停時(shí)機(jī)。

（2）采用基于時(shí)間序列數(shù)據(jù)挖掘的機(jī)組負(fù)荷時(shí)間趨勢智能預(yù)判算法，綜合考慮機(jī)組負(fù)荷隨時(shí)間變化的趨勢，動(dòng)態(tài)挖掘負(fù)荷變化的相關(guān)信息，通過有效數(shù)據(jù)及離群數(shù)據(jù)的處理，得到AGC指令在某時(shí)段內(nèi)的短期變化方向。

（3）在磨組啟停過程中采用智能優(yōu)化調(diào)整手段，對處于啟停操作過程中的磨組，綜合考慮其汽溫變化趨勢、汽壓響應(yīng)特性、機(jī)組運(yùn)行磨組布置、磨組運(yùn)行的切換要求和磨組的檢修或故障等情況，減小磨組啟停過程對系統(tǒng)的沖擊。

對于本項(xiàng)目問題，每次磨組啟停時(shí)間和磨組運(yùn)行臺(tái)數(shù)可以被描述為1個(gè)二元組（t，o）。其中t為磨組啟停的時(shí)間變量，o為磨組數(shù)量變化的方式（o=1，磨組運(yùn)行數(shù)量增加；o=-1，磨組運(yùn)行數(shù)量減少）。在此基礎(chǔ)上，磨組啟停時(shí)間序列定義如下：磨組啟停時(shí)間序列R是1個(gè)有限集{（t1，o1），（t2，o2），…，（tn，on）}，滿足ti＜ti+1（i=1，2，3，…，n-1）。項(xiàng)目需要通過數(shù)據(jù)集中時(shí)間序列的數(shù)據(jù)變換，挖掘磨組啟停時(shí)間序列的相似性，并對該時(shí)間序列進(jìn)行預(yù)測。

按照上述方法，對某機(jī)組周一至周五的磨組啟停進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，磨組啟停時(shí)間序列R的二元組映射到平面空間，空間中數(shù)據(jù)點(diǎn)分布如圖1所示。

從圖1可以看出，磨組啟停時(shí)間序列R具有較強(qiáng)的空間分布特性，利用特定的知識(shí)發(fā)現(xiàn)算法后，可以根據(jù)磨組啟停時(shí)間序列R挖掘出負(fù)荷變化趨勢和時(shí)間的關(guān)系，制定動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)挖掘體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 制粉系統(tǒng)柔性順控啟停

圖1 某機(jī)組磨組啟停時(shí)序點(diǎn)分布

圖2 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)挖掘體系結(jié)構(gòu)

制粉系統(tǒng)順控啟停是實(shí)現(xiàn)AGC無縫運(yùn)行控制的首要問題。在傳統(tǒng)的DCS控制中一般都含有磨組的順控邏輯，但由于相關(guān)輔機(jī)不能滿足自動(dòng)控制要求，時(shí)常出現(xiàn)如閘板門卡澀、調(diào)節(jié)閥漏風(fēng)、電機(jī)設(shè)備啟動(dòng)失敗等異常工況，導(dǎo)致磨組順控邏輯執(zhí)行不連續(xù)，適應(yīng)性較差。

本研究首次提出制粉系統(tǒng)柔性順控的概念，利用等效分析的手段作為設(shè)備狀態(tài)或?qū)嶋H工況的輔助判據(jù)，有效提高了系統(tǒng)的容錯(cuò)性；并通過解析運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、按照運(yùn)行人員操作習(xí)慣人性化模擬故障處理過程，減少過程中斷，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的磨組順控自啟停，其主要研究內(nèi)容包括：

（1）分級(jí)控制：磨組順序控制的控制級(jí)別分為子回路控制級(jí)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)級(jí)和系統(tǒng)控制級(jí)。其中子回路控制級(jí)將復(fù)雜的生產(chǎn)過程按控制功能分解成許多局部的獨(dú)立過程進(jìn)行控制。設(shè)備驅(qū)動(dòng)級(jí)又稱執(zhí)行控制級(jí)，是分級(jí)控制的基礎(chǔ)，作為最底層的控制，將直接控制各個(gè)被控對象。系統(tǒng)控制級(jí)則通過分析與判斷發(fā)出各種控制命令，控制子回路控制級(jí)的動(dòng)作，制粉自動(dòng)啟停控制APS的系統(tǒng)主要接口信號(hào)包括：FSSS的制粉系統(tǒng)啟動(dòng)/停止允許條件、制粉系統(tǒng)保護(hù)啟/停要求、CCS的制粉系統(tǒng)加/減煤量要求、RB/FCB的制粉系統(tǒng)跳閘請求、冷/熱態(tài)工況下暖磨時(shí)間及升溫速率的外部設(shè)定請求等。

（2）基于等效判斷的柔性順控：柔性順控是通過對已經(jīng)獲取的信號(hào)進(jìn)行等效分析從而準(zhǔn)確捕獲目標(biāo)信息，作為設(shè)備反饋或?qū)嶋H工況的輔助判據(jù)，規(guī)避參數(shù)或設(shè)備故障引起的程控?cái)帱c(diǎn)。例如磨組正常投運(yùn)過程中，經(jīng)常發(fā)生出口擋板卡澀或位置反饋不到位的情況，傳統(tǒng)的磨組順控邏輯會(huì)在該步序故障停步，而柔性順控則通過對出口風(fēng)溫、風(fēng)量的辨識(shí)處理，以及與歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的比對校正，推斷出口擋板實(shí)際可能的狀態(tài)，只要當(dāng)前工況的表征參數(shù)滿足啟動(dòng)要求，在提示報(bào)警后程控即可繼續(xù)下行。

（3）基于專家系統(tǒng)的故障處理單元：在發(fā)生工況異?；蛟O(shè)備故障需要人為處理時(shí)，通過模擬運(yùn)行人員操作習(xí)慣，開放控制斷點(diǎn)的故障處理時(shí)間，并利用專家系統(tǒng)作出故障提示，將異常工況的處理模式化。

（4）離散控制原則：離散順序控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)制粉系統(tǒng)所屬設(shè)備按規(guī)定步序正確啟停，規(guī)劃合理的主線邏輯，在特定工況下提供程控?cái)帱c(diǎn)。

（5）連續(xù)控制要求：連續(xù)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)冷/熱風(fēng)調(diào)節(jié)擋板在暖磨、布煤及正常工作階段對風(fēng)量/風(fēng)溫的合理匹配，啟動(dòng)過程中溫度、風(fēng)量提升平穩(wěn)。保證暖磨過程中升溫率滿足設(shè)計(jì)規(guī)定，布煤階段風(fēng)溫和風(fēng)量變化平緩，制粉系統(tǒng)正常投運(yùn)時(shí)控制及時(shí)、準(zhǔn)確。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

3.1 試驗(yàn)過程

系統(tǒng)在某電廠1號(hào)機(jī)組（600MW汽包爐）離線投運(yùn)的近半年期間內(nèi)，不間斷地對DCS的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和記錄，并根據(jù)所獲取的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行了計(jì)算和專家數(shù)據(jù)庫的整合。

試驗(yàn)前，機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定于400 MW，運(yùn)行參數(shù)平穩(wěn)。并投入火電機(jī)組全程AGC運(yùn)行智能控制系統(tǒng)。當(dāng)負(fù)荷升至系統(tǒng)定義的啟動(dòng)時(shí)機(jī)時(shí)，智能控制系統(tǒng)向DCS發(fā)出磨組E順控啟動(dòng)指令。順控啟動(dòng)過程如下：啟動(dòng)磨煤機(jī)E電機(jī)潤滑油泵→啟動(dòng)磨煤機(jī)E潤滑油泵→開磨煤機(jī)E出口門→開磨煤機(jī)E冷風(fēng)隔絕門→開磨煤機(jī)E密封風(fēng)門→啟動(dòng)磨煤機(jī)E→啟動(dòng)動(dòng)態(tài)旋粉分離器（運(yùn)行手動(dòng)配合完成）→開磨煤機(jī)E熱風(fēng)隔絕門→啟動(dòng)暖磨程序→啟動(dòng)給煤機(jī)E布煤→置給煤機(jī)E自動(dòng)位→置給煤機(jī)E給煤指令偏置為零，并入燃料主控完成磨組E啟動(dòng)全過程。

制粉系統(tǒng)智能停運(yùn)的過程與此相逆，當(dāng)負(fù)荷降至停磨時(shí)機(jī)時(shí)，智能控制系統(tǒng)向DCS發(fā)出磨組順控停止指令，啟動(dòng)自動(dòng)停磨程序，停運(yùn)相關(guān)設(shè)備，吹掃降溫，系統(tǒng)復(fù)歸。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

制粉系統(tǒng)的自動(dòng)啟停應(yīng)同時(shí)兼顧磨煤機(jī)、給煤機(jī)等重要設(shè)備的自身運(yùn)行安全及煤粉在爐膛內(nèi)的穩(wěn)定燃燒，防止爆燃。因此在啟停過程中首先應(yīng)確保一次風(fēng)壓穩(wěn)定不越限，這樣才能保證磨煤機(jī)進(jìn)口的一次風(fēng)有足夠高的靜壓頭，以克服磨煤機(jī)及粉管的阻力，維持正常的一次風(fēng)量和出口溫度；同時(shí)協(xié)調(diào)暖磨、布煤及正常控制各階段磨煤機(jī)通風(fēng)量和風(fēng)溫的關(guān)系。系統(tǒng)按照規(guī)程并模擬運(yùn)行人員的實(shí)際操作習(xí)慣進(jìn)行邏輯編程，組態(tài)后由DCS進(jìn)行自動(dòng)操作和調(diào)整。圖3為制粉系統(tǒng)智能程控啟動(dòng)控制框圖。

圖3 制粉系統(tǒng)智能程控啟動(dòng)控制

根據(jù)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，啟動(dòng)吹掃時(shí)對應(yīng)的冷風(fēng)擋板開度約為30%，此時(shí)所維持的冷一次風(fēng)量為110t/h（保證大于設(shè)計(jì)吹掃風(fēng)量）。吹掃完成后，冷/熱風(fēng)門投入閉環(huán)后開始暖磨，熱風(fēng)門控制的設(shè)定風(fēng)量為當(dāng)前吹掃風(fēng)量；冷風(fēng)門控制磨煤機(jī)出口溫度，設(shè)定值由當(dāng)前的實(shí)際溫度通過自加速回路以6℃/min的升溫率趨近65℃。在此環(huán)節(jié)中冷/熱風(fēng)門的動(dòng)作幅度盡量平緩以保證風(fēng)量調(diào)節(jié)不發(fā)生劇烈擾動(dòng)。在暖磨后期，出口溫度接近設(shè)定值時(shí)，應(yīng)盡量縮短冷/熱風(fēng)門的調(diào)節(jié)穩(wěn)定時(shí)間，以風(fēng)溫、風(fēng)量為判斷依據(jù)，滿足暖磨設(shè)計(jì)要求后視為暖磨結(jié)束，立即加速布煤，利用咬煤過程防止后期溫度竄高。

暖磨結(jié)束后，程控啟動(dòng)給煤機(jī)，一旦磨煤機(jī)的電流大于啟動(dòng)電流后即視為咬煤成功，該步驟完成后給煤指令偏置自動(dòng)置零，降至最小給煤量，完成整個(gè)布煤工作，并準(zhǔn)備投入燃料主控。根據(jù)試驗(yàn)分析，該過程時(shí)間（即給煤指令置最?。┎灰诉^長，條件一旦滿足即復(fù)位并入燃料主控，因?yàn)榻o煤機(jī)長時(shí)間處于低位運(yùn)行容易造成煤量測量信號(hào)不穩(wěn)定。

制粉系統(tǒng)自動(dòng)停運(yùn)試驗(yàn)過程相對簡單。由智能控制系統(tǒng)發(fā)出停磨指令后，自動(dòng)將給煤指令降至最小并撤出自動(dòng)，冷風(fēng)門至預(yù)置位（50%）后進(jìn)行吹掃降溫；熱風(fēng)門全關(guān)；磨煤機(jī)停運(yùn)、密封風(fēng)門全關(guān)后停運(yùn)過程即結(jié)束。

4 結(jié)論

基于制粉系統(tǒng)全程順控啟停的火電機(jī)組AGC全范圍無斷點(diǎn)運(yùn)行控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)，不僅可以滿足網(wǎng)調(diào)側(cè)擴(kuò)大調(diào)節(jié)范圍和提高AGC控制品質(zhì)的要求，同時(shí)在機(jī)組側(cè)有效減輕了運(yùn)行人員工作強(qiáng)度與操作風(fēng)險(xiǎn)，有助于提高機(jī)組的制粉系統(tǒng)控制水平，為實(shí)現(xiàn)全程AGC的自動(dòng)無斷點(diǎn)運(yùn)行打下基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)輔助服務(wù)細(xì)則修訂后，對機(jī)組AGC里程補(bǔ)償?shù)姆扔兴岣撸黾訖C(jī)組AGC申報(bào)范圍，將大大提高機(jī)組輔助服務(wù)補(bǔ)償量，同時(shí)使電網(wǎng)AGC的調(diào)度能力得到顯著提高，在提高機(jī)組輔助服務(wù)能力與改善電網(wǎng)電能質(zhì)量方面將產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

[1]韓忠旭.順序控制技術(shù)在火電廠的應(yīng)用—兼論順控技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展[J].電網(wǎng)技術(shù)，2001，25（10）∶63-68.

[2]朱北恒，尹峰，孫耘，等.火電廠熱控系統(tǒng)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)[J].浙江電力，2007，26（5）∶1-5.

[3]孫長生，朱北恒，王建強(qiáng)，等.提高電廠熱控系統(tǒng)可靠性技術(shù)研究[J].中國電力，2009，2∶56-59.

[4]尹峰，朱北恒，項(xiàng)謹(jǐn)，等.火電機(jī)組全工況自動(dòng)RB控制策略的研究與應(yīng)用[J].浙江電力，2008，27（4）∶5-8.