珠海B厂AGC二次调频控制策略优化及应用

珠海 B 厂 AGC 二次调频控制策略优化及应用

许斯顿

广东珠海金湾发电公司，广东 珠海 519000

摘要：2018年9月1日-12月31日为广东调频市场运行第一年，统调区内各运行机组积极参与调频服务市场，珠海B厂两台机组AGC调频综合性能不高，在调频市场中标时段不是很多，平均性能指标K值仅有0.68，机组在AGC调频下存在着负荷变化速率低，负荷响应时间长，负荷调节精度低和主汽压力波动大四个问题。

经过这一系列控制策略优化后，珠海B厂两台机组AGC二次调频性能指标得到大幅的提高，两台机组AGC二次调频综合指标K值达到1.23。希望珠海B厂AGC二次调频控制策略优化及应用能为国内电力行业现有同类机组AGC调频性能提升提供有价值的参考。

关键词：AGC二次调频；K值；中标

1. 前言：

广东电网位于南方电网负荷中心，结构复杂，负荷峰谷差大、变化快速，电源结构为煤电、水电、核电、气电、中西电、新能源发电等多种电源并存；煤电电源占50%左右，水电、抽蓄等灵活调节电源占比10%左右，AGC二次调频电源需求量大，需要火电机组承担起AGC二次调频的需求，但火电机组目前AGC调节能力相对较弱，AGC二次调频性能优秀的火电机组比较稀缺。2018年8月2日，南方能源监管局【2018】272号文发布了《广东调频辅助服务市场交易规则(试行)》，规则提出广东调频市场的相关费用分为补偿、缴纳、考核三部分，鼓励火电机组积极提高机组调频性能参与广东调频市场。

2.设备情况：

2018年9月1日，广东电力调频辅助服务市场正式运行，分析珠海B厂两台机组2018年9月-12月在广东调频市场中标时段数据，可知珠海B厂两台机组AGC调频综合性能不高，在调频市场中标时段不是很多，调频总能性能指标K值平均值仅有0.68导致机组平均综合调频收益非常少只有79729.30元，如图1所示。

图1珠海B厂机组调频里程收入（2018年9月-12月）

珠海B厂AGC二次调频下协调控制面临的问题就是机组综合调频性能K值不高，调频收益低。根据规定，辅助调频指标计算：综合调频性能指标K= 0.25 ×（ 2 × k1 + k2 + k3 ），其中k1为调节速率，k2为响应时间，k3为调节精度。而这三个指标在机组实际运行中又是互相耦合关联，是机组提高AGC调频性能的一个难点，需要进行综合分析和优化。

3珠海B厂AGC二次调频性能综合优化

为解决这一系列问题，本文提出了珠海B厂AGC二次调频性能综合优化，主要从四方面入手。

3.1 建立机组调频模式判断逻辑

AGC控制系统实质上包括了机组协调控制系统和主、再热汽温控制、风量及氧量控制、煤量系统控制等这些重要闭环控制子系统，机组AGC调频性能则基本由这些闭环控制系统的性能决定。火电机组中标参与到调频市场后，机组接受的AGC指令是频繁反复变化（甚至出现1～2分钟变化一次），很容易出现主汽压力、温度、燃料、给水、送风等各控制量大幅来回波动问题。要从根本上解决上述问题，分析AGC调频模式下AGC指令变化情况，精确将建立机组调频模式，将机组调频模式判断增加进火电机组的协调控制逻辑中来，提高AGC调频性能。

因此可以将没有速率限制的AGC负荷变化-30~30MW作为AGC调频模式的一个判断条件，这样可以准确的和AGC正常指令变负荷情况区分，保证机组在两个模式下都安全稳定高效运行，在AGC调频模式下，汽机主控输出加快和延时放小，以达到快速响应作用。这样在机组变负荷初期，能够充分利用锅炉蓄热，并在AGC调频模式下，锅炉主控进行变参数变函数运行来匹配锅炉的非线性特性，新增机组超压回路逻辑，其目的即是通过主汽压力的合理波动来提高机组在AGC二次调频下对负荷指令的响应速度和速率，并根据机组特性来设置合适的主汽压力波动的范围。

图2 AGC调频模式判断模式框图

在常规的协调控制系统调试整定，一般只需整定 PID参数和前馈函数，但是由于直流炉的蓄热较小，珠海B厂两台机组在AGC调频模式存在着机组在有些时候负荷响应慢现象。AGC调频模式下，负荷指令小范围变化时负荷响应速度慢，而大范围变化时负荷响应速度能满足要求，如果只为了满足AGC调频需求，单一的将汽机主控PID参数加快，可以让负荷指令小范围变化时速度较快，那么大范围变化时可能会出现超调过大，容易造成机组参数不稳定，原先机组单独固定的PID参数加前馈函数的调节回路已不能很好地满足机组不同负荷段的控制要求，需要在AGC调频模式下用新的控制回路来优化锅炉主控、汽轮机主控、燃料主控。

3.2 AGC二次调频下的汽机主控逻辑优化

由于超临界直流炉蓄热小和制粉系统的纯迟延特性，依靠调整汽机主控压力拉回和 固定的PID参数不能很好满足机组在AGC二次调频模式下，所存在的4个问题，故对汽机主控逻辑进行了以下四个方面的优化：汽机主控主汽压力拉回回路优化，汽机主控PID变参数运行，汽机主控指令设定延时优化，汽机主控下增加超压保护监测功能模块。

图3 机组正常运行汽轮机主控控制器

图4 AGC调频模式下汽轮机主控控制器

3.3 AGC二次调频下的锅炉主控逻辑优化

超临界临界机组的协调控制系统的锅炉主控输出除了作为总煤量设定值外，还通过煤水比控制机组给水量，以及控制燃烧需要的总风量。锅炉主控主要是根据负荷指令函数作为前馈，并通过主汽压力偏差修正煤量。在AGC二次调频模式下，当前使用的锅炉主控策略不能快速响应机组负荷变化需求，从而导致主汽压力波动大，因此对锅炉主控进行四个方面的优化：锅炉主控PID变参数运行，锅炉主控增加精准前馈环节，锅炉主控下增加超压保护监测功能模块，锅炉主控下一次调频函数修正降阶处理。

图5 机组正常运行锅炉主控控制器

图6 AGC调频模式下锅炉主控控制器

3.4 AGC二次调频下的燃料主控逻辑优化

机组在AGC二次调频下，为了提高机组的负荷响应，在燃料主控中设计增加锅炉动态预给煤逻辑。机组负荷指令的动态补偿信号主要是在机组负荷变动时就提前加一定量的煤补偿机组蓄热的减少，并且所加的煤量是根据负荷变化量来修正的，并通过不断调整可以得到燃料量前馈的合适参数。分析珠海B厂两台机组4个月的AGC调频中标时段机组运行数据，发现单一的 F（X）函数还无法满足机组变负荷的需要。当负荷指令小范围变化时，机组响应慢，如果把 F（X）函数的参数放大，会使负荷指令大范围变动时负荷超调：如果负荷指大范围变化时参数满足要求，那么小负荷指令变化时响应很慢。因此，对燃料量动态前馈增加能根据负荷偏差变化的动态可变前馈回路，并且设置了＞450MW的函数设定和≤450MW时的函数设定。

图7 燃料主控预给煤框图

4. 珠海B厂AGC二次调频优化后性能分析

珠海B厂#3、4机组AGC二次调频性能优化调整的研究和实施于2019年3月下旬开展，经过持续地跟踪和改进，两台机组中标时段增多明显，经常出现一天两台机组24小时都中标情况，综合性能平均K值由调整前的0.68提高至1.23，调频指标得到大幅的提高。

随着优化调整后机组调频性能指标的提高，珠海B厂机组中标小时数的增多，#3、4机组调频里程收益得到大幅提高，2020年6月份在基本单台机组运行的情况下调频里程收益达到最高的单月533万元，截止2020年6月30日珠海B厂两台机组的调频里程收益累计已超4200万元。

图8 珠海B厂2019年1月1日-2020年6月30日调频里程收入

4. 总结推广

经过这一系列控制策略优化后，珠海B厂两台机组AGC二次调频性能指标得到大幅的提高，两台机组AGC二次调频综合指标K值达到1.23。希望珠海B厂AGC二次调频控制策略优化及应用能为国内电力行业现有同类机组AGC调频性能提升提供有价值的参考。

作者简介：

许斯顿（1985—），男，广东湛江人，高级工程师，工学学士，任职于广东省能源集团珠海金湾发电公司，主要从事火力发电厂控制系统维护工作。