摘要：本文针对CFB锅炉机组在大比例掺烧劣质煤的情况下，锅炉机组负荷响应速度迟缓、响应时间滞后的运行工况，进行研究分析，结合机组运行实际状态，优化AGC控制逻辑和运行偏执调整，实现了AGC及一次调频控制系统的应用，为某公司机组参与现货服务及机组深度调峰创造了必然条件，为公司经营发展奠定长远基础。
关键词：AGC及一次调频CFB锅炉机组逻辑优化调整研究应用
1机组概述
某公司1、2号锅炉为东方锅炉厂生产的480吨/时超高压一次中间再热CFB锅炉，采用单汽包、自然循环、汽冷式旋风分离器、固态排渣、全钢结构炉架、全封闭岛式布置。锅炉主要由一个膜式水冷壁炉膛，两台汽冷式旋风分离器和一个由汽冷包墙包覆的尾部竖井(HRA)三部分组成。1、2 号汽轮机为 NZK145-13.2/535/535 型汽轮机是东方汽轮机厂设计制造的超高压、一次中间再热、单轴、冲动式、双缸双排汽、直接空冷凝汽式汽轮机，额定功率为 145MW。本机组为两缸两排汽型式，高中压部分采用合缸结构。
2目前机组自动控制运行状况
某公司1、2号机组锅炉为东方锅炉厂生产的480t/h循环流化床锅炉，汽机为东方汽轮机。分别配有2台引风机、2台一次风机、2台二次风机、4台排渣机（采用远程连续排渣方式）、6台炉称重给煤机。2台给水泵，主给水阀一台，过热器设有一级减温水阀2台，二级减温水阀2台。再热器设有一级事故喷水阀1台，二级减温水阀2台。#1、#2锅炉的DCS控制系统均采用新华XDPS 400+系列，软件版本号为XDPS 6.0。两台机组投运后一直没有参与电网调峰，AGC功能一直未投运，燃烧控制系统、给水控制系统等主要控制回路全部手动控制，燃料系统劣质煤掺烧比例较大(煤泥、煤矸石掺烧比例最大达到70%)，燃料热值由设计值18.6MJ降至13.5MJ，机组调节较差，响应速率严重滞后。其中#1机组DEH系统采用Foxboro IA6.0控制系统，#2机组DEH系统采用GE OC6000e V2.6.0.2控制系统，两台机组DEH系统各功能均正常投入。
3AGC及一次调频控制系统研究
3.1AGC控制系统结构设置
AGC系统称为自动发电控制系统，它完成电网侧与电源侧的自动控制，可称为大协调控制。而MCS（或CCS）系统称为单元机组的协调控制，它完成发电机组侧的自动控制，也可称为小协调控制。单元机组协调控制系统，主要通过改变汽机调门开度和锅炉燃烧率来调节机组输出功率，并保持机前压力的稳定（如图1）。
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图1：AGC控制系统结构
3.2一次调频系统结构设置
在电网实际运行中，当电量消耗与电量供给不匹配时，即可引起电网频率出现变化较小、变动周期较短的微小分量，这种频率扰动主要靠汽轮发电机组本身的调节系统直接自动调整汽轮机调门完成电网负荷补偿，修正电网频率的波动，这个过程即为发电机组的一次调频。设置当电网频率升高时，一次调频功能要求机组利用其蓄热快速减负荷，反之，机组快速增负荷，主要包括DEH一次调频控制与CCS一次调频控制（如图2）。
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图2：CCS一次调频控制结构
3.3主要控制系统结构设置
3.3.1协调控制：协调控制系统的设计是将锅炉、汽机作为一个整体来进行控制。在协调控制系统方式下，可接受电网调度来的4～20mA ADS信号，在锅炉稳燃负荷范围内，以一定速率（1%额定负荷1.45MW/min）参加电网AGC运行。锅炉、汽机作为一个整体协调控制，保证机前压力运行稳定,锅炉燃料、送风、炉膛负压、给水……各个回路控制动作相协调，根据机炉的实际情况，使机组运行压力与主辅机设备实际能力相协调，并设置完善必要的方向闭锁，实时能力限幅和识别功能。
3.3.2锅炉控制：利用实际主蒸汽压力，以及压力设定值（来源于滑压，或定压设计回路），经过调节作用，得到单台给煤量指令。主蒸汽压力偏差经过实际燃烧能力限幅后，叠加负荷指令的微分作用，再经过偏差修正作用，作为设计值，参与调节器调节，考虑锅炉负荷前馈作用，生成总煤量指令。其中前馈作用主要有锅炉负荷指令以及指令微分。单台给煤指令×6计算出总给煤指令，总给煤指令经偏置后，参与燃料主控调节（如3）。
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图3：锅炉控制结构
3.3.3汽机控制：根据机组负荷指令变化，通过快速调节汽机调门动作，增减蒸汽量在汽机做功，自动调节机组实发功率以满足网调或实际负荷需求。汽机调节过程比较锅炉燃烧是一个快速过程，因此如何协调机组整体协调控制，引入锅炉主控调节中压力偏差信号叠加入负荷指令偏差信号，进行修正，即压力偏差过大情况下闭锁负荷增减，考虑机组实际安全，牺牲负荷调节速率，以保证稳定燃烧过程。在TF（机跟随控制方式）方式下控制时，汽机主控调节主蒸汽压力。
3.3.4负荷控制中心：运行操作员站上设置的负荷管理中心面板作为监视和操作单元机组协调控制系统、运行人员与控制系统人机联系的工具，其主要功能分为两个方面：机组负荷给定值的控制与显示；协调控制系统内各种控制方式的切换及节流压力定值、负荷的增减速率等内容的设定。机组负荷给定值（负荷需求指令）有：运行人员负荷指令（包括手动设定值和增减负荷指令）；ADS来的负荷指令（通过电气自动化装
置RTU）。 ADS来的负荷指令的引入由面板上的AGC按钮投入与否决定。机组的实际负荷指令主要由机组负荷给定值、机组最大负荷出力指令（控制系统自动给出）、电网调频信号（可以投切）以及机组出现局部故障时限制机组负荷的闭锁增、减指令与迫升迫降指令（操作人员可根据情况投切）所组成（如图4）。
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图4：负荷控制中心操作界面
4AGC及一次调频系统应用分析
4.1机组调门特性不均匀，产生频差扰动
#1、#2机组汽轮机高调门均有不同程度的流量特性不均匀现象。AGC投运后进行加减负荷时，若总阀位在出力不足的开度（80%~88%）时，对AGC来说机组调节速率会出现不满足的情况，使响应时间变长，都会产生AGC响应时间、调节速率考核；对一次调频来说，会因出力不足产生大频差扰动性能考核，单次大频差扰动一次调频合格率应不低于80%，低于80%按200分/次考核。在调试过程中解决了#1机#3调门波动问题，但调门空行程的问题仍然存在。
4.2锅炉煤热值偏离较大，负荷响应迟缓
煤质及煤泥掺烧量对负荷变化速率的影响，当燃煤热值高的时候，主汽压力响应速率会相对较快，负荷相应容易跟踪AGC指令。但是当燃烧的煤质较差，热值较低时，则会影响到主汽压力变化速率，从而影响到负荷的变化速率，有时会出现总煤量已经到110t/h而负荷加不到145MW。如果热值过低会引起负荷按时加不到145MW、AGC响应时间、调节速率考核。
4.3压力偏离滑压区，负荷响应迟缓
机组在运行过程中大范围连续加负荷，出现由于主汽压力过低，总阀位长时间超过100%，所有调阀全开，协调退出，导致AGC退出。引起AGC投退频次考核，状态改变一次按5分考核。
4.4返料器返料不畅，升负荷安全风险
锅炉在加负荷过程中经常出现返料不畅，为了防止锅炉床压波动，保障机组安全稳定运行，需要负荷指令保持不变，等待返料正常后再进行升负荷。由于AGC投用后，负荷指令不受我厂运行人员控制，若跟随AGC指令持续升负荷，则将会出现床压不稳，危及锅炉运行安全的情况。如若将AGC切除，来维持负荷不变，则会面临电网度考核的情况。会引起AGC可用率（达不到98%的，每降低1%按1.5分/万千瓦考核）、投退频次考核（状态改变一次按5分考核）、调节速率（达不到装机1%的，每降低0.1个百分点按1分/万千瓦时考核），负荷调峰能力与申报的调峰能力不符时按照10分/万千瓦时考核。
5AGC及一次调频控制应用优化
5.1XDPS400+逻辑修改优化
根据控制系统运行中响应状态，修改优化了给水系统、减温水系统、石灰石给料系统、引风控制系统、二次风机变频控制、一次风机变频控制、床压控制、床温控制、锅炉主控、汽机主控、燃料主控、协调系统等逻辑，完善了负荷指令闭锁增减，单台给煤机指令偏置，优化控制投入按钮，风机偏置平衡回路，氧量校正回路等措施，提高了AGC及一次调频控制系统运行的跟踪补偿调整能力，增加了调整的灵活性，优化了负荷响应速率和响应时间。
5.2操作流程及相关定值确定
规范了控制系统投退操作流程，明确了系统运行调整偏置设置范围，对不合格参数制定纠偏方案。同时结合运行状态，根据参数变化轨迹，对A、B给水泵勺管、给水泵变频器、一级喷水减温、二级喷水减温、再热汽温调节、石灰石给料阀、引风机变频、二次风机变频、一次风机变频、冷渣机、下二次风门、给煤机、机组负荷设定、主汽压力设定等系统设备运行参数的定值确定。实现了注汽压力偏离滑压区的人为干预调整灵活性，对参数偏离监测和动态补偿能力提升优化，避免了实时负荷与指令负荷偏离较大阀位全开AGC退出的风险。
5.3控制系统允许条件设定
通过设定AGC允许投入条件、CCS遥控允许条件、一次调频允许条件，规范控制系统投退允许条件，防范认为误操作，造成机组运行状态与控制条件不匹配的安全风险。同时对各控制模块前置判断补偿调整与人为反向干预偏置设定，设置允许条件和协调范围限制，防止人员干预调整与系统判断补偿调整错误，导致运行参数偏离指令方向。为控制系统安全可靠运行加码防伪。
5.4、定负荷速率改为变负荷速率，避过调门空行程
机组在实际负荷变化过程中，受到锅炉和汽轮机以及其他辅机的综合影响，实际速率往往达不到要求，机组的实际速率会变低。尤其是压力波动较大时，实际速率受到的影响更大，所以需要对负荷指令控制中的速率进行修正。在负荷变化过程中，考虑功率和压力的综合作用，当实发功率与 AGC 的偏差增大时，对负荷设定值进行加速。由于负荷设定速率的提高，会加快系统的变化，压力快速往设定值方向变化，实际负荷能较快速率朝着 AGC 目标值变化，快速突破响应死区。当 AGC 指令变化超过 2MW 时，将负荷变化率适当提高为原来的 1.05 倍，30 秒后恢复为原来的负荷变化率，规避调门空行程，防范了负荷频差扰动。
5.4控制系统运行调整偏置应用
结合AGC及一次调频控制系统的应用，编制了运行操作规程及系统投退操作票，对运行操作人员进行了指导培训，提升的人员对系统的熟悉掌握程度，提高运行调整偏置应用能力，将机组运行特性与控制系统调节特性有机结合，实现了控制系统精准调节和安全稳定运行。
6AGC及一次调频控制效能评价
通过对AGC及一次调频控制系统的研究，结合CFB锅炉调节速率特性及大比例劣质煤掺烧运行工况，对AGC控制系统结构设置，一次调频系统结构设置，主要控制系统结构设置，成功解决运行中存在的问题，优化控制逻辑及参数设定，验证了AGC及一次调频控制系统的运行状态，实现了控制系统在CFB锅炉机组的应用。为某公司适应目前电力市场交易要求和电网自动化调度的发展趋势，奠定了良好基础，为某公司经营发展创造了良好条件，实现了两个细则的补偿收益，“补偿收益21.8万/月，全年补偿收益261.6万”为下一步机组实现深度调峰创造了条件，为公司利润空间进一步扩大奠定了基础。
参考文献
[1]DL/T5175-2003《火力发电厂热工控制系统设计技术规定》；
[2]DL/T 659-2006《火力发电厂分散控制系统验收测试规程》；
[3]西北区域发电厂并网运行管理实施细则》(2018版)；
[4]《西北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》(2018版)
作者简介
荔红宏，男，汉族，工程师，大学本科学历，从事火力发电厂工程技术管理工作。
许可相，男，汉族，工程师，大学本科学历，从事火力发电厂发电运行技术工作。
论文作者:荔红宏,许可相
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：负荷论文; 机组论文; 控制系统论文; 指令论文; 锅炉论文; 速率论文; 调门论文; 《电力设备》2019年第22期论文;