王繼強，劉亞峰

（華能太原東山燃機熱電有限責(zé)任公司，太原 030000）

燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機組自動發(fā)電控制優(yōu)化

王繼強，劉亞峰

（華能太原東山燃機熱電有限責(zé)任公司，太原 030000）

華北電網(wǎng)《兩個細(xì)則》對發(fā)電機組自動發(fā)電控制（AGC）調(diào)節(jié)性能提出了具體要求。針對某F級二拖一燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機組AGC負(fù)荷變化速率和負(fù)荷響應(yīng)速度低的問題，在汽輪機功率控制回路增加變參數(shù)比例－積分－微分（PID）控制并在AGC功率和速率限制回路采用閾值法，提高了汽輪機組負(fù)荷響應(yīng)速度和負(fù)荷變化速率。在保證機組安全穩(wěn)定運行的前提下，滿足了電網(wǎng)AGC考核的要求。

燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機組；二拖一；自動發(fā)電控制；比例－積分－微分；閾值法

0 引言

華北電網(wǎng)《兩個細(xì)則》對發(fā)電機組自動發(fā)電控制（AGC）調(diào)節(jié)性能指標(biāo)提出了具體要求，包括負(fù)荷平均變化速率、負(fù)荷響應(yīng)時間、負(fù)荷穩(wěn)態(tài)偏差、負(fù)荷動態(tài)過調(diào)量等。燃?xì)鈾C組具有響應(yīng)速度快、啟停時間短的優(yōu)點，主要用于電網(wǎng)調(diào)峰運行，但是二拖一機組采用分軸布置，機組在進行AGC控制方式下的負(fù)荷跟隨試驗時，最大的難題就是快速響應(yīng)的燃?xì)廨啓C與反應(yīng)遲滯的汽輪機在變負(fù)荷時協(xié)調(diào)不同步［1－2］。本文以某二拖一燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)859 MW機組為例，采用變參數(shù)比例－積分－微分（PID）法和閾值法對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，使二拖一聯(lián)合循環(huán)機組能夠有效克服汽輪機負(fù)荷響應(yīng)滯后和跟隨性差的影響，在保證機組安全穩(wěn)定運行的前提下，滿足電網(wǎng)AGC考核時負(fù)荷變化速率大于4%Pe/min（Pe為額定負(fù)荷）的要求。

1 聯(lián)合循環(huán)機組AGC存在的主要問題

某二拖一燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)859 MW機組采用2臺M701F4型燃?xì)廨啓C、2臺余熱鍋爐、1臺帶SSS離合器的供熱蒸汽輪機，燃?xì)廨啓C發(fā)電機組與蒸汽輪機發(fā)電機組為分軸布置。機組在AGC方式下運行，來自中調(diào)的負(fù)荷指令與機組當(dāng)前總負(fù)荷進行PID運算，經(jīng)過速率限制后減去汽輪機當(dāng)前負(fù)荷，得到燃?xì)廨啓C總負(fù)荷指令，總負(fù)荷根據(jù)燃?xì)廨啓C負(fù)荷偏差進行自動分配后，得到燃?xì)廨啓C負(fù)荷指令。

在此種控制方式下，通過整定PID參數(shù)，當(dāng)AGC指令變化不大時，機組負(fù)荷變化速率基本可以達(dá)到大于4%Pe/min的要求，但是，如果中調(diào)指令由于某種原因持續(xù)變化，尤其是碰到“調(diào)頭指令”時，機組負(fù)荷變化速率無法達(dá)到要求。2015－10－07 T 00：40：00，該機組進行AGC考核，機組負(fù)荷變化速率達(dá)2%Pe/min，負(fù)荷變化響應(yīng)時間達(dá)89 s，遠(yuǎn)超過電網(wǎng)負(fù)荷實際變化速率大于4%Pe/min、負(fù)荷變動響應(yīng)時間不大于60 s的要求，機組跟隨曲線如圖1所示。

圖1 AGC優(yōu)化前機組跟隨曲線

2 聯(lián)合循環(huán)機組AGC優(yōu)化

為提高汽輪機的負(fù)荷響應(yīng)速度，克服AGC調(diào)頭指令的影響，在汽輪機功率控制回路增加變參數(shù)PID控制并在AGC功率和速率限制回路采用閾值法，使汽輪機組在指令偏差較小時自動采用滑壓方式運行，提高機組效率，偏差較大時自動切至變參數(shù)PID控制回路，提高汽輪機組負(fù)荷響應(yīng)速度和負(fù)荷變化速率［3－6］。

2.1 變參數(shù)PID控制

聯(lián)合循環(huán)汽輪機采用預(yù)熱滑壓方式運行，即汽輪機調(diào)門全開，機組負(fù)荷根據(jù)主蒸汽壓力變化跟隨動作。汽輪機變負(fù)荷是一個純慣性、大滯后環(huán)節(jié)，為了使汽輪機負(fù)荷變動與燃?xì)廨啓C負(fù)荷變動一致，提高汽輪機負(fù)荷響應(yīng)速度，在汽輪機功率控制回路中增加變參數(shù)PID控制回路。機組正常模式下汽輪機采用滑壓方式運行，當(dāng)機組負(fù)荷與AGC指令偏差超過10 MW時，功率控制回路自動由滑壓控制方式切換為變參數(shù)PID控制方式，汽輪機開始提高負(fù)荷響應(yīng)速率。變參數(shù)PID控制中比例、積分時間與機組實際負(fù)荷和AGC指令偏差呈動態(tài)函數(shù)關(guān)系，函數(shù)整定值在調(diào)試中獲得。

2.2 閾值法

受大氣環(huán)境溫度及壓力的影響，燃?xì)廨啓C的額定負(fù)荷只在特定的環(huán)境下才能實現(xiàn)，在不同的環(huán)境條件下，燃?xì)廨啓C可帶的最高負(fù)荷不同。根據(jù)M701F級燃?xì)廨啓C的控制策略，當(dāng)燃?xì)廨啓C實際負(fù)荷大于可發(fā)負(fù)荷（可發(fā)最大負(fù)荷－可發(fā)最低負(fù)荷）的97%時，燃?xì)廨啓C會自動將負(fù)荷變化速率下調(diào)至0.2%Pe/min。為保證聯(lián)合循環(huán)機組AGC負(fù)荷變動范圍滿足電網(wǎng)要求的50%～100%Pe，在AGC功率和速率限制回路采用閾值法。機組執(zhí)行AGC負(fù)荷分配前，首先根據(jù)環(huán)境溫度和壓力自動計算閾值參數(shù)，引入燃?xì)廨啓C燃燒狀態(tài)表征參數(shù)——主燃燒負(fù)荷指令（MFCLCSO）：在總負(fù)荷接近上閾值時，自動降低負(fù)荷變化速率，限制負(fù)荷變化；當(dāng)負(fù)荷接近下閾值時，提示需要退出AGC跟隨，避免機組出現(xiàn)自動退汽的不安全工況。

3 優(yōu)化的AGC控制在實際中的應(yīng)用

2015－10－15 T 14：50：00，某燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)859 MW機組在二拖一模式下進行AGC閉環(huán)控制測試，機組在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）模式下運行，設(shè)定機組負(fù)荷變化速率為40 MW/min，優(yōu)于電網(wǎng)要求的4%Pe/min（34 MW/min），可調(diào)負(fù)荷范圍為50%～100%Pe（430～860MW）。電網(wǎng)調(diào)度中心改變負(fù)荷指令，使機組負(fù)荷在當(dāng)前出力附近調(diào)整。負(fù)荷變動過程為：（1）機組以4%Pe/min的速率，從50%Pe升負(fù)荷至100%Pe，預(yù)計變負(fù)荷過程持續(xù)13 min；（2）穩(wěn)定10 min后，機組以4%Pe/min的速率，從100%Pe降負(fù)荷至50%Pe，預(yù)計變負(fù)荷過程持續(xù)13 min；（3）穩(wěn)定10 min后，機組以4%Pe/min的速率、20%Pe的階躍，從50%Pe升負(fù)荷至100%Pe，每個階躍變化之間穩(wěn)定5 min，預(yù)計變負(fù)荷過程持續(xù)30 min；（4）穩(wěn)定10 min后，機組以4%Pe/min的速率、20%Pe的階躍，從100%Pe降負(fù)荷至50%Pe，每個階躍變化之間穩(wěn)定5 min，預(yù)計變負(fù)荷過程持續(xù)30 min。

圖2為AGC優(yōu)化后的機組跟隨曲線。由圖2可知，AGC負(fù)荷試驗中負(fù)荷動態(tài)最大偏差為－7.0 MW，負(fù)荷變化速率達(dá)39.93 MW/min，負(fù)荷變動響應(yīng)時間最長為41 s，遠(yuǎn)超電網(wǎng)AGC考核要求；同時，在閾值法計算的作用下，當(dāng)前環(huán)境溫度和大氣壓力下，當(dāng)燃?xì)廨啓CMFCLCSO≥97%時，機組最高負(fù)荷為755.3 MW，導(dǎo)致靜態(tài)負(fù)荷最大偏差達(dá)－107.1 MW，AGC跟隨退出報警。具體控制參數(shù)見表1。

圖2 AGC優(yōu)化后機組跟隨曲線

表1 機組優(yōu)化AGC控制后的主要參數(shù)MW

4 結(jié)束語

本文按照華北電網(wǎng)《兩個細(xì)則》對發(fā)電機組AGC指標(biāo)的要求，結(jié)合某二拖一燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)機組，分析了AGC方式下存在的問題，采用變參數(shù)PID法和閾值法對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，使二拖一聯(lián)合循環(huán)機組能夠有效克服汽輪機負(fù)荷響應(yīng)滯后和跟隨性差的影響，在保證機組安全穩(wěn)定運行的前提下，滿足電網(wǎng)AGC考核時負(fù)荷變化速率大于4%Pe/min的要求。

［1］柳紅軍.9F級燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機組參與電網(wǎng)自動發(fā)電控制的思考［J］.電力設(shè)備，2008，9（9）：68－70.

［2］彭顯剛，張聰慧，王星華，等.LNG調(diào)峰電廠負(fù)荷優(yōu)化分配的應(yīng)用探討［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38（14）：84－87.

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［4］陳永剛.適應(yīng)AGC功能的聯(lián)合循環(huán)電廠負(fù)荷優(yōu)化控制［D］.上海：上海交通大學(xué)，2010.

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（本文責(zé)編：劉芳）

TM 611.31

B

1674－1951（2016）10－0020－02

王繼強（1982—），男，山東冠縣人，工程師，從事電廠熱控檢修管理工作（E-mail：wangjiqiang＠126.com）。

2016－07－26；

2016－08－18

劉亞峰（1988—），男，山西臨汾人，工程師，工學(xué)碩士，從事電廠熱控檢修管理工作（E-mail：watch186＠163.com）。