燃气蒸汽联合循环机组厂级AGC功能改造研究与应用

0引言

自动发电控制(AutomaticGenerationControl,AGC)主要作用是保证电力系统频率稳定,并满足不断变化的电力需求。电厂可以根据电网调度指令自动调整发电机组的出力,以应对负荷的变化。AGC系统通常有实时发电控制、联络线交易计划、机组计划与实时经济调度、备用监视和性能评价等功能。它通过与电网调度中心的通信,接收控制指令,并通过电厂内的控制系统来调整发电机组的功率输出。目前,电厂运行模式主要为单机AGC控制方式,对机组及储能出力情况及其跟踪AGC曲线、发电负荷曲线要求较高,使得运行人员工作强度较大;同时,缺乏对各机组辅机运行方式的优化调节,不能在发电厂内部实现各台机组负荷的经济分配,一定程度上影响了发电机组的使用寿命和检修成本,不能适应当前低碳经济和节能减排政策的要求。为适应南方区域电力现货市场建设,南方电网电力调度控制中心下发《关于开展广东省内电厂增加厂级AGC控制功能改造工作的通知》(总调调 (2021〕27号文),要求广东省内电厂在保留现单机AGC控制模式的基础上,增加厂级 AGC控制功能。

1 厂级AGC系统改造

1.1系统架构

项目为两套F级2×470 MW燃气轮机机组,其中燃气轮机采用三菱最新9F燃机技术,由东方电气股份有限公司生产,为M701F4改进型单轴、重型工业燃气轮机。汽轮机则采用东方汽轮机生产的LN145—11.15/566/566型汽轮机。DCS采用艾默生公司提供的 OVATION分散控制系统,包括操作员站、工程师站、历史站、接口站和电源柜、网络柜、控制柜及扩展柜;系统由数据采集和处理系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、机组顺序控制系统(SCS)、电气部分发变组及厂用电监控系统(ECS)等组成,对其他控制系统(有数据通信接口)具有监控功能。TCS及TPS控制系统采用三菱提供的DIASYSNetmation系统。

全厂AGC系统与原有单机AGC系统共用一套AGC数据传输系统,即通过机组测控装置进行DCS 数据的采集与指令输出,保证同源采集与信号的一致性,在厂级AGC值长站进行全厂AGC与单机AGC 的切换,在单机AGC模式下,厂级AGC闭锁输出功能,跟踪调度单机指令;集控室设计有一台厂级AGC 控制站,实现对厂级AGC系统的监视及控制。在接收调度下达的全厂总负荷指令后,通过厂级AGC服务器进行负荷优化计算,厂级AGC服务器按照比例分配等原则将厂级AGC指令合理地分配到各机组,通过原有单机AGC的控制回路,将厂级AGC的指令分配给两台机组,从而实现电厂各机组安全、稳定和经济运行。厂级AGC系统在线采集电厂生产运行数据,在满足负荷响应快速性要求的同时实现机组间负荷的经济分配,将优化分配结果直接送至机组DCS,实现机组负荷的自动增减。厂级AGC系统保留了当前使用的单机AGC控制模式,并可在不同控制模式之间平滑切换。厂级AGC系统结构如图1所示。

为实现厂级AGC与调度系统之间的通信,厂级 AGC系统必须增设遥信、遥测、遥调三种类型信号,这些信号全部通过冗余通信方式实现,即远动装置与厂级AGC系统之间的连接全部采用南方电网区域 电力系统规定的规约进行信息互联。增加厂级AGC信号如表1所示。

1.2AGC控制模式

厂级AGC是将火电厂全厂有功出力作为一个AGC控制对象的出力协调控制系统,通过其对各机组出力进行优化分配,保证全厂的出力目标和性能,同时兼顾节能降耗减排等优化。具有两台及以上机组的火电厂可装备能实施厂级AGC监控功能的子站系统,以实现全厂集中监视、优化协调、联合控制。厂级AGC应具备以下功能:

1)厂级AGC应同时具备全厂控制和单机控制功能,可按调度要求进行全厂控制/单机控制模式切换。当采用全厂控制模式时,应自动闭锁单机控制功能;当采用单机控制模式时,应自动闭锁全厂控制功能。

2)可设置调度远方控制(遥调)/本地自动控制(自控)/手动操作控制(人工)/开环模拟控制(指导),可在不同控制方式之间切换。

3)自动监测机组运行状态和控制性能。

4)自动校核各项限制条件,条件不满足则 自行闭锁,条件恢复则自动解锁。

5)全厂AGC控制模式下,全厂的整体调节性能不应低于单机模式下的全厂整体性能。

为提高厂级AGC控制系统的可靠性,提供了5种机组AGC控制模式,其中保留了 目前使用的单机 AGC控制模式,并可保证各种控制模式之间的平滑切换;支持单台机组的AGC投入/退出及厂级AGC投入/退出要求。

1)模式1:厂级远方遥调,中调下发全厂总负荷指令,经厂级AGC控制器计算和分配各参与厂级控制机组的有功负荷目标。

2)模式2:厂级本地遥调,全厂总负荷指令来自本地后台操作站,经后台操作站计算和分配各参与厂级控制机组的有功负荷目标。

3)模式3:单机本地遥调,各机组的负荷调节指令由值长在本地后台操作站直接给出。

4)模式4:非受控模式,各机组的AGC为退出状态,负荷调节指令不接收来自厂级AGC系统的指令。

5)模式5:单机AGC模式,即当前AGC运行方式。

1.3 闭锁保护功能[1]

AGC指令安全性:当投入厂级AGC并在远方方式时,出现厂级AGC系统指令坏质量(AGC指令断线)、指令越上限(在运单机的上限之和)、指令越下限(在运单机的下限之和)、超步长会发出闪光报警,并且不接收异常指令,保持原指令不变。厂级AGC闭锁保护功能如表2所示。

2厂级AGC负荷分配策略

燃气蒸汽联合循环厂级AGC系统提供两种负荷分配模式:一是根据单套机组出力情况按比例分配每套机组的负荷,二是根据发(供)电系统气耗(煤耗)分配每套机组负荷。

2.1 按比例分配

根据各机组的额定容量或当前出力比例,将总负荷指令按比例分配给各机组。

公式如下:

式中:pi 为第i台机组的分配负荷;Ptotal为厂级AGC指令;ci为第i台机组额定容量或当前出力;n为参与分配的机组数量。

可以根据设置比例系数关系,改变每套机组的实际负荷。如果两套机组的比例分配系数为1:1,厂级AGC指令变化60 MW,则两套机组按照平均分配指令各变化30 MW;如果两套机组指令分配系数为

2:1,厂级AGC指令变化60 MW,则第一套机组AGC 指令变化40 MW,第二套机组AGC指令变化20 MW,依次类推。

2.2优化气耗特性曲线[2]

通常燃气轮机的气耗特性曲线是根据燃机型号和设计由厂家提供,而机组的实际气耗特性受多方面影响,如燃料特性、运行环境、负荷变化、设备状态、启停次数等。由于发电厂生产工艺过程复杂,气耗特性曲线会在运行中不断变化。燃机气耗特性曲线是进行负荷优化分配的基础,要得到有效、及时的负荷分配方案,首先应得到能够准确反映机组运行状态的气耗特性曲线。厂级AGC系统可随着机组工况变化, 自动修改拟合气耗特性曲线,供负荷优化算法使用。燃气轮机气耗可以通过燃气轮机功率、联合循环效率和燃料热值计算出来,计算公式如下:

3 实际应用[3]

3.1 厂级AGC性能指标

按照《南方区域发电厂并网运行管理实施细则》,南方监能市场 (2022〕91号[1]要求厂级AGC方式下性能指标要求如下:

1)实际调节速率≥3%pe/min(pe为机组额定有功功率)。

2)响应延迟时间≤30 s。

3)实际负荷反向延时≤60 s。

4)调节误差:各机组AGC命令执行完后,机组实际出力和目标值的误差与机组容量的百分比不应大于1%;厂级AGC命令执行动态过程中,实际出力和目标值的误差与机组容量的百分比不应大于3%。

3.2 厂级AGC实际验证

机组改造后进行厂级AGC变负荷试验和机组反向延时测试,厂级AGC变负荷曲线如图2所示。

1)厂级AGC变负荷试验:设定速率40 MW/min,厂级AGC指令目标负荷变化为760 MW—680 MW—540 MW—680 MW—760 MW。

2)厂级AGC反向延时测试:设定速率40MW/min,厂级AGC指令目标负荷变化为700 MW—610 MW—700 MW—610 MW—700 MW。

由图2分析得出:机组实际负荷最大响应延时时间为255,平均负荷率大于35.5MW/min(3.78%pe/min),调节动态误差最大值为15 MW(1.6%pe),稳态误差最大值为6 MW(0.64%pe),机组反向延时时间最大值为30 5,满足厂级AGC指标要求。其中,pe为机组额定负荷(2×470 MW=940 MW)。厂级AGC变负荷记录如表3所示。

4 结束语

厂级AGC系统改变了点对点直控机组的调度方式,在确保电网、电厂安全稳定运行的前提下,接收调度中心下达的全厂负荷指令后,以全厂发电能耗(气耗/煤耗)最低为 目标,综合考虑电网需求,制定分配策略,合理地进行全厂机组负荷优化分配,有利于提高机组的安全性、稳定性、经济性,有效降低和节约发电成本,延长机组使用寿命,促进发电机组高效运行。

[参考文献]

[1] 关于印发《南方区域电力并网运行管理实施细则》《南方区域电力辅助服务管理实施细则》:南方监能市场 (2022〕91号[A].

[2]彭显刚,张聪慧,王星华,等.LNG调峰电厂负荷优化分配的应用探讨[J].电力系统保护与控制,2010,38 (14): 84—87.

[3] 何平.厂级AGC系统在火电厂中的应用 [J].云南电力技术,2013,41(3):64—66.

《机电信息》2025年第11期第18篇