金炜（1976-）男，贵州毕节人，助理工程师，学士，一直从事火力发电厂热工自动控制专业工作。

    摘要：全厂负荷分配系统采用了梯级控制方式，并基于节能降耗的原则，根据单元机组煤耗量自动对各台机组负荷进行优化分配，或在比例分配模式下，由值长根据实际情况对机组负荷进行分配。本文主要介绍了这套全厂负荷分配系统的结构、功能、可靠性、运行方式及在贵州黔西发电厂应用效果等。

    关键词：负荷分配；节能降耗；煤耗量；运行方式

    Abstract: The load distribution system adopts cascadque control method.It is based on the principle of energy saving and consumption reducing. It automatically optimizes the load distribution of each unit plant according to the coal consumption. Or under the proportional distribution mode, the shift supervisor is responsible for the distribution of the unit load according to the practical situation. This article mainly introduces the structure, functions,reliability, maneuvering patterns of the load distribution system as well as its application in Guizhou Qianxi power plant.

    Key words: Load distribution; energy saving and consumption reducing; coal consumption; maneuvering patterns

    1 前言

    自动发电控制（autonmatic generation control，简称AGC）是在电力系统内用户负荷发生变化的情况下，及时调整系统的发电出力，并使频率偏移指标符合规定要求，实现符合频率控制。AGC是建立在电网调度自动化能量管理系统(EMS)和发电厂机组控制系统间闭环控制的一种先进技术手段。AGC作为连接电网负荷指令与电厂负荷控制的中间枢纽系统，既能促进电网的经济运行，又能保证发电厂的经济运行，是当前和今后一段时间技术革新的一个新课题。
发电厂全厂负荷分配系统（即厂级AGC，以下简称系统）投运改变了传统的点对点调度方式。AGC在接受电网调度的全厂负荷总指令或计划负荷曲线后，根据各台机组的煤耗率、脱硫效率、负荷响应速率、调节余量、上网电价等，自动合理地进行全厂机组最优化负荷分配，从而实现节能调度及负荷经济分配，实现省调统一指挥下网厂二级优化的分层管理原则及“厂网分开”的电力市场化改革方向。

    由贵州电力试验研究院和贵州电力调度通信局联合开发的国内首套全厂负荷分配系统在贵州黔西电厂成功投运。该项目在参与各方的共同努力下，仅用一年半时间就完成了设计、编码、调试等工作，并在试点电厂成功投运。

    2 系统介绍

    为实现节能降耗的目的，并考虑机组实际运行状况，全厂负荷分配系统考虑了多种运行工况，建立了强大的子功能，其主要特点有：

    （1）接收中调实时发送的全厂负荷指令，同时在线采集生产运行数据，在满足负荷快速响应的同时实现机组间负荷的经济最优分配。

    （2）中调实时指令未及时送达时，【全厂手动模式】及【96点负荷曲线运行方式】能保证全厂负荷在特殊情况下按照电网要求运行。系统根据已经接收到的中调负荷调度计划，在满足负荷快速响应的同时实现机组间负荷的经济最优分配。

    （3）系统能根据各机组在多个负荷点的煤耗值，自动拟合出各台机组的煤耗特性曲线，根据煤耗曲线实现机组最优经济负荷分配。

    （4）能充分优化机组供电煤耗的同时，充分考虑机组效率、热耗率、频率响应和其他损失的优化，而且，对机组调节范围、调节裕量、负荷闭锁增/减、机组爬坡、RUNBACK（机组甩负荷）、MFT（锅炉熄火）、磨煤机启停等约束条件进行充分考虑和处理，在保证机组安全运行的前提下，降低机组负荷调节频度，提高机组稳定性。

    升降负荷时，升降负荷的速率可满足现在电网对AGC控制性能的要求，同时在满足电网对负荷需求的前提下对各台机组负荷进行合理分配，有效地避开机组临界负荷点，最大限度地降低因临界负荷点带来的能耗损失，降低厂用电率（例如减少磨煤机的启停次数和等待时间）。

    因各种因素的影响（煤质、辅机故障等），当部分机组只能定负荷运行时，通过调整控制方式，全厂负荷仍可通过其余机组按照电网要求快速完成升降。

    当有机组出现突发性事件（如锅炉熄火、机组跳闸等），系统能自动利用其余机组的负荷余量，最大限度地快速弥补负荷损失，减少因此带来的电网波动。

    （5）根据机组主辅设备状态自动设定负荷上下限，并具有避免长期停留在临界负荷附近的能力。

    （6）系统设定了调节不灵敏区（死区），当中调给定负荷与当前电厂总负荷之差小于“死区”时，根据负荷分配系统中的算法，通过实现对单台机组负荷的增减来完成中调负荷的变化要求，避免机组的频繁调节。

    （7）可实现负荷分配的手/自动无扰切换，值长站具有选择运行方式及手动调整各机组负荷指令的功能。

    （8）操作界面上设置有控制器监视状态，并提供网络、系统及信号故障报警及多项运行参数趋势，便于值长对系统
运行状况进行监视。

    （9）重要操作必须通过权限确认，减少人为误操作，并具有操作记录查询功能。

    3 系统结构

    3.1 全厂负荷分配系统（厂级AGC）控制结构

    传统AGC在电厂的控制结构：中调电网能量管理系统EMS（energy manage system）将单机AGC指令发至电厂侧远方终端单元（remote terminal unit，简称RTU），再由RTU通过I/O硬接线送至各机组协调控制系统（coordinate control system，简称CCS），完成AGC系统对单元机组的调节任务。

    厂级AGC在电厂的控制结构：如图1所示，中调EMS将全厂AGC指令（各机组总负荷指令）沿用原有信道发至电厂侧远方终端单元（RTU），再由RTU通过I/O硬接线送到负荷分配系统（LDS-Load Dispatch System）中进行各台机组的负荷优化分配计算，各机组的负荷指令通过I/O硬接线送到各机组协调控制系统执行对单元机组的调节任务。
             
               
                            图1  厂级自动发电控制系统（AGC)结构图
                            
    3.2 全厂负荷分配系统（LDS）网络拓扑结构及系统稳定性分析  
  
    如图2所示，该控制系统网络为100Mbps星型拓扑以太网，数据传输均通过#1、#2交换机连接，每一个连接点只连接一个设备，所以当一个连接点出现故障时只影响相应的设备，不会影响整个网络，便于故障诊断和设备隔离，重新配置网络也十分方便。其主要缺点是未考虑交换机的冗余配置，一旦中心节点产生故障，则全网不能工作。因此必须要有交换机备件，作为紧急更换使用。

    系统采用冗余控制器，并能实现故障自动切换，保证了系统的安全稳定性。#1、#2I/O站以硬接线（信号走向见下表）方式实现与#1、#2、#3、#4单元机组的遥控、遥调、遥信、遥测数据交换，#3I/O站以硬接线方式实现与远动RTU装置的数据交换，且所需数据又通过OPC协议由DCS通讯站单向提供给性能服务器以及控制器，实现数据冗余，增加了系统运行的稳定性。

    各台机组的通讯接口站与性能服务器之间采用光缆进行通讯连接，通过两者之间OPC协议的数据传输，性能服务器采集相关机组的运行数据，对各台机组进行煤耗计算，并存储各项历史数据，供其他节点查询。值长台通过从网络上获取的数据对系统进行监视，并可实现对单元机组的煤耗设定和负荷干预。#1、#2控制器根据设定煤耗或性能服务器的计算煤耗对单元机组负荷进行优化分配，或由值长选择直接进行比例分配。

    整体来说，该系统相对独立，结构简单，且改造过程中保留了原有的负荷分配系统，并能实现快速切换，确保机组能正常运行。
           
                   
                               图2   厂级自动发电控制系统（AGC)结构图

    4 系统运行方式

    根据单元机组实际运行状况和操作选择，全厂负荷分配系统（LDS）有以下几种运行方式：

    （1）机组非AGC方式。包括机组手动、CCS协调控制等。机组负荷指令从DCS操作员站手动给出。

    （2）机组AGC方式。机组CCS投入AGC自动，但机组负荷指令从LDS上由值长手动给出。

    （3）厂级AGC方式。机组处于AGC方式，厂级负荷指令从LDS上由值长手动给出总负荷指令，然后通过优化或比例分配给出单元机组负荷指令。

    （4）调度AGC方式。总负荷指令由调度EMS系统给出，经LDS系统优化或比例分配给出单元机组负荷指令。

    以上四种运行方式由值班值长根据当前机组运行状况与调度协商选择。正常情况下，机组处于调度AGC方式运行状态，其中优化模式涉及的性能计算模块又提供了正平衡法和反平衡法两种算法供选择。采用优化模式，在满足电网响应速度的同时，自动根据各台机组的当前运行工况对全厂机组负荷进行优化分配，按节能最优方式运行；采用比例模式，在满足电网响应速度的同时，参考各台机组的当前运行工况，可按照运行人员的设置进行负荷分配。以充分利用全厂负荷分配系统的自动控制权限，达到节能降耗的目的。

    5 应用效果及经济效益分析

    厂级AGC负荷分配系统2009年5月在贵州黔西发电厂成功投运后，通过对AGC进行运行优化，可有效降低和节约电厂的发电成本，促进发电机组经济高效运行。同时，该系统投运后，在对机组的负荷调节和经济方面已经体现出来诸多的优越性。

    5.1 应用期间的间接经济效益

    （1）使用期间，我厂曾发生个别机组的垮焦熄火事件，由于该系统的投运，其余运行机组很快调整负荷，将停机机组的负荷迅速转移至运行机组，减小了电网的波动，对电网的安全稳定性具有一定的保障作用。

    （2）通过厂级AGC的投入使用，电厂侧可以根据机组的运行需要（如某台机组存在缺陷需要稳定负荷或做试验需要稳定负荷）维持个别机组负荷稳定，既保证了电厂的安全，也保证了电网的稳定。

    （3）通过厂级AGC的投入使用，我厂在低谷时可以很灵活的调整机组间的负荷分配，在不影响电网所需负荷的前提下保证任意机组辅机的缺陷得到及时消除。

    （4）运行主画面除负荷控制外还包含了各接口站状态监视、系统网络状态监视、报警设置、趋势查看等，给值长集中监视提供了便利。

    5.2 应用期间的直接经济效益

    在厂级AGC负荷分配系统投用之前，我厂机组的供电煤耗相对较高，通过统计（统计月份13个月），2008年5月至2009年5月，我厂共发电量82.056亿kWh，累计消耗原煤90.43万吨，平均供电标煤耗为346.055g/kWh。2009年6月，厂级AGC投用后，同时通过我厂的节能技改项目的投用，我厂的煤耗大大下降。2009年6月至2010年5月（统计月份11个月），我厂共发电量85.053亿kWh，累计消耗原煤418.9万吨，平均供电标煤耗336.019g/kWh，降低了10.36g/kWh，共节约标煤：85.053×10.36=85539吨。

    2009年3月，我厂完成1号机组汽机通流部分改造；09年3月、6月、10月分别完成1-4机变频器节能技改、真空系统技改、电除尘技改项目，其中变频器节能技改、真空系统技改、电除尘技改项目节约标煤57415吨。1号机组汽机通流部分改造，降低发电标煤耗约5.2g/kWh，09年6月至2010年6月发电230548万kWh，节约23.0548×5.2=11988吨。09年3月、6月、10月分别完成1-3炉卫燃带改造，降低发电标煤耗约1.0g/kWh，节约62.73×1.5=6273吨。

    总的节能效益扣除变频器节能技改、真空系统技改、电除尘技改、汽轮机汽封改造以及锅炉卫燃带改造产生的效益后，厂级AGC自2009年6月投入使用至2010年5月，使我厂节约的标煤数量：85539吨-57415吨-11988吨-6273吨=9863吨，每一吨标煤按照458元计算，一年节约451.7254万元，产生了良好的节能经济效益。

    5.3 厂级AGC负荷分配系统投入使用前及使用后我厂各机组的主要指标统计如下

                              统计时间：2008年5月～2009年5月
       

                               统计时间：2009年6月～2010年5月
           

    通过以上两个表中的数据对比分析可以看出，厂级AGC负荷分配系统投用后各机组的发电标煤耗总体呈下降趋势，特别是1号机组，在发电量增加的同时，煤耗下降趋势明显，这充分体现厂级AGC负荷分配系统在电厂各机组间经济分配负荷的作用，大大提高了电厂的经济效益。

    6 结束语

    传统的点对点负荷调度方式限制了电厂内部对机组负荷的自主分配，未对机组煤耗量等实际运行情况进行考虑，无形中增加了全厂的煤耗量，而全厂负荷分配系统很好的解决了这个问题。

    全厂负荷分配系统接收调度下发的总负荷指令，可根据拟合煤耗曲线或设定煤耗曲线自动对各台机组负荷指令进行优化分配，且保证机组运行出力在允许范围的情况下避免机组长期停留在临界负荷（高于该负荷将启动某台辅机，低于该负荷将停运某台辅机），或在比例分配模式下，由值长根据实际情况对机组指令进行分配。无论哪种负荷分配方式，都是建立在节能降耗的基础上，即煤耗低的机组多发电，煤耗高的机组少发电，从而降低整体的煤耗量，提高全厂的经济效益。

    虽然当前该系统在煤耗计算和优化分配方面存在一定偏差或问题，但在同类系统中性能已具有超前意识，相信随着后期性能试验、源参数及计算方法修正等工作的开展，系统将更加完善。之后将有望进一步在火力发电企业得到广泛应用。

    参考文献：
[1] 张斌. 自动发电控制及一次调频控制系统[M]. 北京: 中国电力出版社,2005.
[2] 王远辉等. 厂级负荷分配系统总体规划, 2008.

    摘自《自动化博览》2010年第十二期