活动链接：2013年控制网行业专题---节能增效 电力新发展

    1 前言

    克拉玛依电厂目前装机容量达233MW，发电量占克拉玛依电网的70%，并承担克拉玛依电网的大部分峰谷差，有时峰谷差高达60MW，机组启停频繁，克拉玛依电网与乌鲁木齐电网联网后，周率变化快，联络线负荷波动大，单纯靠值长凭经验进行人工调度，值班员凭经验监视调整，不仅工作难度和强度大，而且很难满足联络线的调节要求，克拉玛依电厂面临较大的经济考核压力。为解决上述问题, 开展了克拉玛依电厂自动发电控制系统（Automatic Generation Control 简称AGC）应用研究。

    2 自动发电控制（AGC）技术综述

    克拉玛依电厂AGC系统与其它电厂AGC系统存在很大差异，首先内地电网内都具备一个或几个调频电厂来保证系统周率稳定，而新疆电网内部无专门用于调频的电厂，整个电网周率波动较大，内地大部分电厂调节对象为本厂每台机组的负荷，负荷控制指令由中调直接下达，它们只需根据负荷指令进行机组负荷调节。而克拉玛依电厂是克拉玛依电网主力电源，整个克拉玛依电网的负荷平衡由克拉玛依电厂保证，调节对象为联络线负荷克拉玛依电厂是以燃气轮机联合循环发电为主，由于克拉玛依电网和电厂自身的特点，克拉玛依电厂AGC系统具有自己的独特性：在克拉玛依电厂设置负荷分配站，根据联络线的负荷实际值计划值进行比较，经过运算输出负荷分配指令到各个单元机组的协调控制器，对各机组进行负荷控制。AGC控制结构图如图1所示。
                   
                       
                                              图1 AGC控制结构图

    3 自动发电控制（AGC）研究的主要内容

    3.1 通讯接口

    （1）AGC系统与中调和ECS系统通讯均采用循环式远动CDT规约实现。循环式远动规约（CDT）它适用于点对点的远动通道结构及以循环同步方式传送远动信息的远动设备与系统。AGC系统与中调通讯物理连接采用光缆将中调SDH机柜和我厂SDH机柜相连，我厂SDH机柜再以串口形式与AGC系统MOXA多串口服务器相连。通过软硬件的调试，最终将联络线负荷，周率传输到电厂的AGC系统，用于电厂的负荷调节。
   
      （2）AGC系统与#1、#2燃机通讯采用MODBUS通讯协议。AGC系统与#1、#2燃机通讯物理连接采用双绞线将#1、2燃机遥控操作员站与AGC系统MOXA多串口服务器相连。将#1、2燃机有功、无功、进气温度、IGV角度、负荷预选值、负荷设定值、平均排气温度、排气温度基准、最大振动、无功设定值等信号传输到AGC系统，同时将AGC系统负荷控制的指令传到#1和#2燃机的MARK V系统中，通过修改燃机的预选负荷设定点，达到控制燃机的负荷目的。

    （3）AGC系统与#3燃机通讯采用GSM（GEDS Standard Message）以太网协议通讯。TCP/IP GSM协议支持以下4类运用层的信息：管理信息，由MARK V发送至DCS，反映通讯链路可用性；事件驱动信息，当报警发生/清除、系统事件发生/清除以及SOE开关量开/合时，MARK VI自动将这些信息传送给DCS，每个逻辑点带有单独的时间标签；定期的数据信息，MARK V中的所有约5000点数据都可以由DCS定义为数据组，加上组时间标签后，以1S的周期发送至DCS。#3燃机MarkV控制系统与AGC系统C网交换机相连，将#3燃机相关信号传输到AGC系统，同时将AGC系统负荷控制的指令传到#3燃机的MARK V系统中，通过修改燃机的预选负荷设定点，达到控制燃机的负荷目的。

    （4）AGC系统与#4燃机通讯采用OPC通讯协议。OPC（OLE for Process Control）作为一种工业标准已广泛应用于工控领域。XDPS系统OPC客户端程序是作为一个I/O驱动程序附着在VDPU程序上，通过两部分Opcdrv.dll驱动程序动态连接库文件和Opcdrv.ini驱动程序文件的配置，将#4燃机相关信号传输到AGC系统，同时将AGC系统负荷控制的指令传到#4燃机的MarkVIe系统中，实现对燃机负荷的控制。

    3.2 燃机蓄量预测

    （1）燃机基本负荷预测：汽轮机的额定负荷是定值，而燃机基本负荷受环境温度、湿度、大气压、机组清洁系数以及单循环联合循环运行模式等因素影响。同时，燃机的最高负荷还受发电机、开关、变压器容量等因素的限制。联合循环方式运行时，为保证联合循环机组效率和锅炉主汽温度有足够的过热度、保证汽机安全稳定运行，要求燃机带负荷不能过低。我们根据GE的控制规范、燃机的各种实际运行参数，通过函数功能计算出燃机的最高和最低允许负荷，如表1所示。

                      
                           表1 #1－＃4燃机联合循环在不同环境温度下最高最低允许负荷
       
    以上求出的只是各燃机在不同环境温度下的功率理论值，它还不能超过我厂规定的各台燃机的最高负荷限制。并且，机组最大额定功率还与发电机开关、变压器容量等因素有关。单台燃机正常运行时，为使燃机运行稳定，保证一定的机组效率，单台燃机应运行在一定的负荷以上，这个负荷值就是其最小额定功率#GT1为4MW、#GT2为4MW、#GT3为4MW、#GT为8MW。AGC系统根据设计中的参数，在不同运行方式，自动给出不同的机组负荷变化范围，使AGC负荷指令不要超出这个范围。

    （2）燃机增储量减储量计算：燃机机组的实际负荷与其允许负荷之间差值为燃机的调节蓄量，分为增负荷蓄量和减负荷蓄量。负荷蓄量计算原理如图2所示。
                     
                      
                                           图2 增减负荷储量框图

    负荷分配站根据联络线的负荷参数和联络线给定曲线比较，当燃机的调节蓄量小于某一定值，发出报警，“增加（减少）#7-#10机的负荷”。此时自动调节仍起作用，直到调节蓄量为零，当人工加减#7-#10机的负荷后，应通过内扰控制，调整燃机的负荷，保证燃机随时有一定的调整蓄量。

    （3）燃机在投AGC时负荷允许变化率：对于燃气轮机在AGC中的负荷变化率，一般可以参考机组制造厂提供的数据对控制系统进行初步设定，然后在此基础上进行大量的启动和负荷变动试验，试验研究首先应该考虑机组安全和可靠性，同时应该研究经济性，在保证安全的前提下既要满足电网的调节要求，又要使电厂得到较好的经济性。由此得出适合具体机组的负荷变动率。

    3.3 自动发电控控制策略

    在燃机负荷分配中采用两种策略，一是效率优先策略，二是负荷响应优先策略

    （1）效率优先策略是指按照燃机的效率排序，尽可能地让效率高低机组带满负荷，效率低机组少带负荷。加负荷时，先加效率最高的燃机的负荷，当该燃机达到最大出力后，再加效率其次的燃机的负荷，最后加三台燃机中效率最低的燃机负荷，当燃机调节蓄量小于一定值后，发出报警提示“加#7-#10机负荷”。减负荷时相反，先减效率最低燃机负荷，再减三台燃机中效率值居中的燃机负荷，最后减效率最高燃机负荷。当减到效率最高燃机负荷时，应发出报警提示“手动减#7-#10机的负荷”，当值班员手动调整#7-#10机的负荷后，应通过内扰控制回路调整燃机的负荷。为了保证燃机向上和向下的调节蓄量，在AGC中可设计多级报警进行提示。
                      
                        
                                             图3 效率优先负荷分配框图

   （2）负荷响应优先是指首先保证负荷的调节质量，根据每台燃机的调节蓄量按蓄量比例分配需增加和减少的负荷，这样每台机组都没有带满，未考虑燃机的经济性，主要考虑的是调节的快速性，稳定性。在考虑经济的情况下，值班员可将某台燃机退出AGC，手动加减到一定负荷后再投入AGC功能，如图4所示。

                         
                                              图4负荷响应优先负荷分配框图

    3.4燃机、余热炉、汽机的负荷协调控制

    燃机负荷响应快，由于余热锅炉的热惯性，汽轮机负荷响应较慢。需要增减的负荷时，先全部增加或减少燃机的负荷，以满足联络线的需求，等余热炉的蒸汽量和汽轮机的负荷发生变化后，再反相调节燃机的负荷，逐渐达到平衡，实现燃机、余热炉及汽轮机的自动协调控制，如图5所示。

                        
                                              图5负荷响应优先负荷分配框图

    4 自动发电控制应用效果

    AGC系统投入运行后，实现了电厂4台燃机负荷自动分配、燃机和汽机负荷协调控制。在未投AGC时，汽机和燃机手动调整频繁，#9机调速开关、调速电机陆续出现故障，造成调整偏差过大，电厂平均合格率仅为48.55%。实施AGC后，全厂负荷自动分配，联络线合格率大幅提高。 以下选取2007年和2008年同一时段的联络线合格率进行比较，联络线平均合格率由59.86%上升至94.57%，合格率上升34.71个百分点，如图6所示。

                         
                                      图6 2007年和2008年同一时段的联络线合格率对比图

    5 结束语：

    克拉玛依电厂率先在全疆实现了自动发电控制，满足电能供需实时平衡，提高电网运行的经济性，减少调度运行人员的劳动强度，它将合理地调配各台机组的负荷调节任务，经济分配各台机组的负荷，提高机组的稳定性，延长主、辅机组设备的寿命。为克拉玛依电网的稳定发展和我厂的高效运转起到十分积极的作用。

    参考文献：
[1]电力系统调频与自动发电控制[M].北京:中国电力出版社,2006.04.
[2] 王士政.电网调度自动化与配网自动化技术（第二版）[M].水利水电出版社,2006.04.
  [3] 王葵,孙莹.电力系统自动化（第二版）[M].中国电力出版社,2007.01.

    何旭(1972-)
男，四川南部人，本科，工程师，主要从事电力系统自动控制系统应用、燃气轮机控制系统应用方面的研究，现任新疆油田公司克拉玛依电厂自动化所所长

    摘自《自动化博览》2011年第二期