西北区域火电机组AGC性能指标分析及优化

引言

2018年12月,国家能源局西北监管局修订发布了《西北区域发电厂并网运行管理实施细则》及《西北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》(以下简称"两个细则")。2021年12月,国家能源局西北监管局公开征求了"两个细则"补充规则。AGC控制系统作为火电机组DCS中的核心控制部分[1],其控制性能直接影响着机组运行的安全性、稳定性、经济性,所以针对西北区域火电机组AGC性能指标进行分析及优化对于火力发电企业意义重大。

1"两个细则"及其补充规则中AGC指标考核、补偿

"两个细则"及其补充规则中AGC指标体系,可分为AGC调度管理考核、AGC调节性能考核、AGC免考核条款(考核说明)、AGC补偿指标、AGC免补偿条款、顶峰能力补充规定这几大部分。

1.1AGC调度管理考核

主要包括并网是否具备AGC功能,是否按照管理流程进行规范化检修申请以及根据调控机构要求进行AGC相关性能测试或试验,此部分考核绝大部分火电机组都能满足。

1.2AGC调节性能考核

此部分考核包含4个指标:

(1)可用率考核:AGC月可用率应达到.8%,每降低1%,按0.5分/(万kw·h)考核。

并网AGC机组可用率一般都没问题,可用率不仅是考核指标,同时也是考核指标中的补偿指标,AGC月可用率每提高1%,补偿1分/(万kw·h)。

(2)投退频次考核:任意6h内,因电厂原因造成机组AGC状态改变次数n≥6,认定为频繁投退,按5n分考核。正常并网运行AGC机组,一般不会出现非人为性频繁投退,如果频繁投退,需要对机组AGC控制系统进行全面优化。

(3)调节速率考核:机组当月历次平均调节速率的平均值。直吹式制粉系统汽包炉的火电机组为每分钟机组装机容量的1.5%,每降低0.1%,按1分/(万kw·h)考核。深度调峰期间,机组平均调节速率考核分数乘以深调考核系数m。深调考核系数m取值范围如表1所示。

调节速率是西北区域火电机组"两个细则"中最重要的AGC指标之一,它表征了AGC控制系统的动态性能。AGC控制系统实质上包括了机组协调控制系统和其他重要闭环控制子系统(主再热汽温控制、风量及氧量控制、制粉系统控制等)。调节速率虽然是考核指标,实际上它直接影响很多其他补偿指标。

(4)响应时间考核:自AGC指令开始变化时刻引起,至机组实际负荷开始变化,且变化幅度超过负荷稳态偏差允许范围(火电机组稳态偏差是指不超过装机容量的±0.5%),并在趋势上不再返向的时刻之间的时间差。机组AGC响应时间月度合格率应不低于.8%。采用直吹式制粉系统的火电机组AGC响应时间d60s。AGC响应时间考核分数=(.8%-入)×100×P×α×0.25。其中,入为机组AGC月度平均合格率:P为机组额定容量:a为机组月度运行系数。响应时间表征控制系统反应及时与否。

1.3AGC免考核条款(考核说明)

设备故障检修可申请一段时间内一次免考核:机组启、停机过程中,一次调频与AGC同时动作期间,不进行AGC考核。AGC考核说明规定考核总分最大不超过30分/(万kw·h)。

1.4AGC补偿指标

包括调节容量补偿和贡献电量合格率补偿。

(l)调节容量补偿:按日统计AGC机组在AGC指令下的实际最大出力和最小出力,按0.2分/(万kw·h)补偿。经深度调峰灵活性改造的火电机组,调节容量补偿指标的盈利潜力巨大,以600Mw机组为例,20%深调区间,日最大理论补偿分数可达9.6分。

(2)贡献电量合格率补偿:按月统计机组AGC历次下发指令期间实际贡献电量累积值与理论贡献电量累积值的比率。贡献电量合格率补偿=火电贡献合格率×6分/(万kw·h)。AGC实际调节速率满足要求,AGC控制系统能较好处理常见的AGC控制问题,贡献电量合格率补偿分数就会比较高。

1.5AGC免补偿条款

若常规电源因AGC设备优化或按照调控机构要求进行AGC相关性能试验,试验期间给予免补偿。

1.6顶峰能力补充规定

用电高峰时段为07:00一l0:00和l8:00一23:00,最大发电能力负荷率Ri=Pm/Pc×l00%。其中,Pm是机组日前最大发电能力申报值:Pc是机组额定容量。Ri补偿/考核计算如表2所示。

此指标既是补偿指标,也是考核指标。算术平均值达到90%及以上,补偿/考核打五折。供热机组供热期间实际运行中,若日前申报最大发电能力低于考虑供热后能源监管机构核定的最大发电能力,则在用电高峰时段,对实际最大发电能力低于考虑供热后核定的最大发电能力部分产生的积分电量,按l0分/(万kw·h)考核。发电企业实际顶峰能力与上报顶峰能力不符,按l0分/(万kw·h)考核。顶峰能力补充规定,突出火电机组高负荷段的AGC稳定带负荷能力。

2西北区域某火电机组AGC考核及分析

西北区域某火电机组2022年一季度"两个细则"AGC考核如图1所示。

2022年一季度月平均考核金额是4.74万元,AGC性能指标不理想,会影响整个机组调峰、一次调频的考核跟补偿,另外还有分摊费用支出,对机组运行的经济性、安全性、稳定性很不利。在运机组AGC控制主要可能出现以下典型问题:

(l)机跟炉的协调控制方案不够完善,负荷控制精度较差,无法满足考核指标要求。

(2)协调控制系统参数不好,协调控制品质较差。

(3)机组投入顺序阀控制方式后,汽机阀门流量线性不好,导致机组有功调节精度较差。

(4)风量测量不准,特别是一次风测量存在问题导致一次风不能投入自动控制,影响了锅炉燃烧效果,导致锅炉响应速度较慢,主汽压力有较大波动。

(5)协调控制系统的前馈环节设计或参数不合理导致负荷响应慢或主汽压力波动大。

(6)减温水控制品质不好,主汽温超温次数增多。

(7)启停磨过程中,煤量预测计算不理想导致对协调控制系统的扰动太大,主汽压力和机组负荷波动较大。

(8)煤质不稳定导致机组AGC控制品质较差。

(9)大幅度变负荷控制系统常会出现控制不稳定。

3针对性AGC性能提升优化

3.l针对性AGC性能提升方案及措施

根据"两个细则"及其补充规则AGC指标考核、补偿计算导向,为专门解决火电机组AGC控制中难点问题,采用融合了多种先进控制技术的针对性AGC优化方案,如图2所示。

针对本机组存在的自动调节精度低、参数偏差大、自动调整性能无法满足需求的问题,进行了机组协调控制优化及燃烧优化。

(1)增加机组煤水比自动逻辑,原机组仅有燃料主控自动,缺少燃料与给水之间限制自动逻辑。

(2)使用逻辑折线函数进行线性调节,偏差越大调节速率越快,反之越慢:实现负荷变化过程中快速响应负荷、燃料设定、给水设定、风量设定。

(3)使用锅炉主控输出对应给水折线函数,经过三阶惯性环节,使用升降负荷条件对给水前馈进行修正。原逻辑未进行升降负荷对给水前馈逻辑的修正,给水前馈量变动范围小,升降负荷时不能快速达到设定值,现逻辑考虑升降负荷,在升降负荷中使用分离器出口温度来调节给水前馈量。

对机组阀门流量特性进行优化:

(1)经过全负荷、全阀位试验有效记录各负荷及阀位下汽轮机流量特性:

(2)完成优化后解决了顺序阀运行时3、4阀全开1阀未开时对负荷的影响。

3.2针对性AGC优化成果

(1)针对性AGC优化前后指标对比如图3所示,1月一3月为AGC优化前数据,4月一6月为AGC优化后数据。

优化前平均响应时间合格率为92.64%,优化后平均响应时间合格率为97.78%。优化前平均调节速率为94.01%,优化后平均调节速率为99.45%。

(2)优化前后两则考核、补偿对比如图4所示。

4结语

本文对"两个细则"及其补充规则中AGC的技术指标要求、考核及补偿计算方法进行了介绍说明,并就西北区域某火电机组"两个细则"AGC考核现状进行分析,确定了针对性AGC性能提升优化方案。应用结果表明,该AGC优化方案切实有效,使火电厂在减少考核的同时,尽量提高补偿收入,适应了西北区域发电厂并网运行和辅助服务管理的新形势和新要求,进一步优化了电力资源配置,保障了西北电力系统安全、优质、经济运行。