摘要：火电厂自动发电控制技术，即AGC技术，在火电工程领域的作业过程中有着至关重要的作用，是提升火电厂整体工作效率的重要因素，更是符合当前技术发展智能化需求的技术发展趋势。因此后文将主要针对技术原理以及优化应用策略进行分析，为火力发电领域的技术改革奠定基础。
关键词：火电厂；自动发电控制AGC；技术分析
电力生产可从整体上分为发电和送电两部分，即电厂和电网，目前我国的电力企业管理也是网电分离的方式进行的。从控制方面来说，连接电厂和电网之间的控制系统就是自动发电控制系统（简称AGC系统）。作为火电厂调度发电机并进一步进行控制的重要组成部分，火电厂自动发电控制技术能够确切对电网的运行起到功率式控制作用，作为能够保证电网系统供电频率、质量稳定，并能够实现互联电网联络线交换功率式控制模式的重要技术类型。科学合理的火电厂自动发电控制技术应用，能够全面提升电网系统的安全性与平稳性，保证系统的可持续化运行。目前国内电力市场已广泛使用DCS系统用于发电机组的自动控制，200MW以上机组几乎全部可以接受AGC调频信号、实现机组协调CCS控制，为进一步提高自动发电控制AGC的技术水平奠定了基础。
图1 AGC在电厂控制中的位置
一、自动发电控制的原理与试验
（一）自动发电控制原理
对于发电企业来说，所发电的频率和电压的稳定性就是评价电能质量的好坏指标。控制电网的频率稳定和电压（功率）稳定是自动发电控制技术的主要目标。另外，由于并入电网的各个机组存在性能差异，更经济地分配各发电机组的负荷是自动发电控制的另一个目标。故自动发电控制一般包含两方面功能：负荷频率控制LFC和经济调度ED。而经济调度ED分量一般是通过负荷频率控制LFC来实现其目标的。
火电厂自动发电控制系统将整个发电送电体系看作是一个整体的前提下，将负荷频率控制LFC相关的频率偏差、联络线功率偏差等系统运行相关数据综合经济调度ED作为控制目标，综合机组内新增的变化性调节功率参数，生成对目标机组的AGC指令作用在机组的协调控制系统上。这些相关数据与调控机制，协同构成了火电厂自动发电控制体系，此系统能够有效调节电网负荷频率的物理学原理就是电力负荷的频率特性。对于发电机来说，原动机功率与电磁功率的差是频率的函数，也即调节原动机输出功率与发电机电磁功率的差，必然会改变发电机转速引起电网频率的变化。原动机输出功率是由锅炉和汽机输出的功率来决定的。
从自动发电控制系统的组成结构上来看，分为上层电网部分的AGC指令生成和下层电厂部分的机组调控实现。故AGC控制质量受到这两部分的控制效果的综合影响。
（二）火电厂自动发电控制试验
依照种类进行区分，火电厂机组自动发电控制试验主要可分为闭环、开环及开环本地三个类别。就普遍情况来说，常规式的单元机组控制环境下，火电厂自动发电控制的试验通常是利用开环模式来实行的。如果发电厂内部机组已经具备了一定程度的自动发电控制基础，而且调度控制系统已经一定程度上实现了自动化，这种情况下火电厂自动发电控制试验则多采取闭环模式来进行试验。如果发电厂的机组已经具备了一定程度火电厂自动发电控制基础，但电网的管控调度依然主要依靠手动实行，那么火电厂自动发电控制试验则依然需要沿用开环模式。当电厂机组不具备任何火电厂自动发电控制基础，而且只能在本地运行时，多数通过机组负荷设定数值与调整速率的手段，确保开环本地试验的开展。为保证现有火电机组的自动发电控制的推进，多数企业会首先进行开环的本地范围内的试验，进而获取更多的试验相关参数及曲线，作为原始的参考依据，进而了解机组控制审核系统是否能够适应机组协调控制时的负荷变动幅度试验标准及其AGC性能例如机组的反应速率、控制灵敏度等进行比较。若满足以上要求，再实际开展后续的开环火电厂自动发电控制试验[1]。
二、火电厂自动发电控制运行技术的优化
针对火电厂自动发电控制运行技术的优化，许多企业当前依然处于持续探索改进的状态。基于自动发电控制系统的两层结构和网电分离的管理形式，当前自动发电控制运行技术的优化研究也是按电网和电厂分别进行的。当然，这两部分之间的数据信息传输的快速安全可靠也是重要的研究课题，只是与自动控制技术稍有距离，故不在本文中论述。
（一）自动发电控制电网部分优化策略
自动发电控制电网部分的主要功能是确定各下级机组的负荷分配，以达到整体效果最优。其动态化实时的优化，主要是以负荷的预测为基础理念，以各项性能控制指标能否达到相关指标要求以及质量安全基准为主要条件，并针对所选的目标对象采取最优化策略，而且要在后续的实际工作过程当中，使用火电厂自动发电控制机组对其整体运作进行动态化优化，在确定了火电厂自动发电控运制机组整体调节功率的前提下，这样的系统控制优化思想具备较为直接快速的特点，而且采取这样的思想去制定的控制方法，具有一定程度的前瞻性，是体现了超前意识的控制方法。目前，具备一定实用性的控制优化策略主要包含以下几类：
其一是以内点法作为基础的优化策略。这样的策略，其运行原理主要是结合互联电网的性能评价体系，对火电厂自动发电控制体系进行调控。在针对信息物理系统指标进行最大程度优化后，将其作为目标函数，进一步进行综合分析并提出系统功率的平衡、机组的整体调节性能等多个方面的相应要求，最终得出最优化的火电厂自动发电控制调节指令，将这一部分指令最终进行整合，并结合实际作业需求进行合理应用，能够进一步提升系统作业效率。
其二是系统算法的改革。考虑到对火电厂自动发电控制系统的动态优化需要，企业应当制定出更具时效性的运算方法，可以使用粒子群算法求解，进而实现对机组调节指令进行动态优化的目标，这样的方法相较于同闭环自动控制法，具备更加优秀的控制效果。
除此之外，利用神经网络技术，能够在一定时间段之内，对火电厂自动发电控制频率进行预测，并且可以为机组指令的动态优化提供基础参考。
（二）自动发电控制电厂部分优化策略
自动发电控制电厂部分的主要功能是根据上级电网部分发送来的AGC负荷指令，对机组协调控制系统进行控制，以使机组负荷快速平稳地达到所指令的负荷。其主要的优化指标是负荷响应的快速性和机组运行的稳定性。目前，国内越来越多的企业针对这方面的优化进行了许多有益的尝试，主要的优化策略有以下几个：
其一，机组协调运行方式强调以炉跟机方式为主。在这种运行方式下，汽机主控负责响应AGC负荷指令，锅炉主控负责稳定机前压力，机组对负荷的响应速度较快，负荷控制精度也较高，但机前的蒸汽压力波动较大，要求锅炉控制系统具备较好的调节性能。
其二，锅炉控制中尽可能取消燃料和风量间的交叉限制，提高锅炉响应速度。锅炉控制中的风煤交叉限制是制约负荷响应速度的一个因素。一般情况下，燃料系统的响应时间大于风系统的响应时间，且目前在线氧量分析仪的使用已经十分普遍，良好的氧量控制保证锅炉不会出现欠风工况，使得风煤交叉限制更无必要。
其三，探讨应用多变量先进控制的可能性。机组的协调控制系统是一个非线性、多变量的复杂控制系统，仅靠基于单变量的PID控制很难达到较高的控制水平。加强多变量先进控制技术在机组调节中的成功运用，将会极大提高机组协调的控制品质。
其四，提高锅炉对煤质变化的适应性。煤质的变化引起发热量的变化，从而导致锅炉负荷出现较大的波动，影响AGC控制品质。故对减小煤质变化带来的负荷波动的研究，一直是燃煤机组亟待解决的问题。
现有的火电厂自动发电控制动态优化技术依然处于持续发展完善中，对于部分优化策略还未进行全面思考，针对火电厂自动发电控制系统的动态运行情况及系统频率的变动等多方面的考虑依然存在部分问题需要如实解决。除此以外，由于火电厂自动发电控制系统的动态优化工作，所需要耗费的时间依然较长，所以如何针对多个时间段的系统控制进行优化改革，也是需要深入思考的重要问题[2]。
三、对火电厂自动发电控制运行技术未来发展预估
虽然当前我国现有的火电厂自动发电控制体系及运行技术已经具备了一定程度的基础，但是在经济发展速度不断加快的时代背景下，以计算机技术发展、电力资源市场分析、控制技术等电力行业中与技术发展密切相关的要素都有了很大程度的变化，因此火电厂内部自动发电控制体系以及相应的运行技术也应当及时得到相应的调整，结合以上所叙述的各方面要素，对自动发电控制技术未来的优化方向进行深入分析，才能够真正把握其未来发展方向，优化要点主要包含以下几方面：
其一是要将火电厂自动发电控制技术与其他各类控制优秀技术更好的结合在一起，每一类技术都有其不同的优势与缺陷，因此针对后续的技术优化工作，电力企业可以针对各类技术的融合进行深入研究，比如模糊闭环自动控制及神经闭环自动控制两部分重要技术的相互融合等等。
其二是以可持续发展为目标的能源结构调整。这样的调整，会使火电厂自动发电控制工作的各方面内容产生一定的变化，因此在之后的火电厂自动发电控制技术研究过程当中，怎样能够充分利用新能源调节机能对现有的控制系统进行优化改革，是确保火电厂自动发电控制频率质量，并进一步提升电网对于新型能源接受能力所必须要着重思考的课题。
其三是要针对多个不同时段内的系统运作负荷进行预测，传统的火电厂自动发电控制体系，有着一定程度上的控制滞后性，所以自动控制机组之间的配合并不能达到完善，运作模式也较为单一。这样的情况下，应当针对自动发电控制机组的功率调节动态化优化技术进行进一步改进，以确保能够实现快慢自动发电控制机组等不同机组之间统筹的相互协调，达成超前控制的目标。这也是电力企业要充分提起重视深入进行思考，并细致进行规划的重要课题。
以上所谈及的都是对于火电厂自动化供电控制系统技术改革最为有利的要素，以及涉及火电领域未来发展趋势的重要环节，发电送电企业应提起充分重视，才能保证供电的稳定性与长久性，为社会供电体系的完善奠定基础[3]。
结束语：
作为火电厂电力系统中至关重要的核心部分，自动发电控制系统技术有着十分重要的意义。也正因如此，上文主要针对火电厂自动发电控制系统的运行原理及运行技术进行了分析讨论，并针对自动发电控制技术的未来发展趋势进行了预测及分析。针对自动发电控制机组间的协调、电力行业的市场因素及预估控制等各方面问题进行了综合思考，以促进技术发展。
参考文献：
[1]师延平，祁延强. 火电厂自动发电控制（AGC）试验及运行技术[J]. 电子技术与软件工程，2014，（18）：261-262.
[2]魏强. 火电厂自动发电控制的研究[D].华北电力大学（北京），2011.
[3]王友，马晓茜，刘翱. 自动发电控制下的火电厂厂级负荷优化分配[J]. 中国电机工程学报，2008，（14）：103-107.
论文作者:刘印芳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/24
标签：火电厂论文; 机组论文; 负荷论文; 技术论文; 电网论文; 控制系统论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第16期论文;