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【摘 要】大型火电厂的一次调频和AGC功能一直以来都是电网稳定频率的重要手段，珠海发电厂2台机组都为700MW亚临界机组，DCS系统采用的是三菱DIASYS Netmation系统。目前AGC投运情况较差，无法长期稳定运行。为快速、高效地应对电网AGC调频服务需求的持续增长，珠海发电厂2台机组通过增加辅助调频外挂控制系统，达到优化改善机组调频性能，改善K值，提升机组调频竞争优势。
【Abstract】The primary frequency modulation and AGC functions of large thermal power plants have always been important means to stabilize the frequency of the power grid. The two units in Zhuhai Power Plant are both 700MW subcritical units. The DCS system uses the Mitsubishi DIASYS Netmation System. At present， the operation of AGC is poor， unable to run stably for a long time. In order to quickly and efficiently respond to the continuous growth of the demand for AGC frequency modulation service， two units of Zhuhai Power Plant added auxiliary frequency modulation plug-in control system to optimize and improve the frequency modulation performance of the units， improve the K value and enhance the competitive advantage of the units in frequency modulation.
【關键词】辅助调频;外挂控制系统;K值
【Keywords】auxiliary frequency modulation; plug-in control system; K value
【中图分类号】TL503.6 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2021）08-0170-02
1 引言
电力系统运行的主要任务之一是对频率进行监视和控制，而发电机组的一次调频功能对维持电网频率的稳定至关重要，为保证电网安全、稳定、经济运行，根据一次调频运行管理规定要求，并网发电机组均要求投入一次调频功能。一次调频是指当电网频率偏离额定值时，发电机组调节控制系统自动控制机组有功功率的增加或减少，以使电网频率迅速回到额定值范围的特性。
但是，火电机组的生产工艺、控制过程都比其他发电方式复杂，能量转换的过程中有很大的迟延，如果煤种不符合机组设计煤种，同样会影响机组性能。目前珠海发电厂2台机组在投用一次调频和AGC下，调频性能较差（即K值），响应时滞长和机组爬坡速率低，主汽压力、主汽温、再热汽温等主要参数波动大，无法长期稳定运行。为优化调频性能，解决电网调频容量不足以及大规模不确定性新能源并网引发的频率稳定问题，成为目前火电机组需要解决的重要方向。
本文叙述了广东省能源集团珠海发电厂机组调频辅助服务控制系统优化技术实施及试验内容、DCS与外挂先进控制系统通讯接口逻辑、结果等。在不改变DCS系统的原有控制功能的情况下，采用先进的控制技术，优化控制系统的功能，从而AGC综合调频性能指标明显提升，使机组的调频辅助服务综合能力排位在同类机组中处于领先水平，为机组储能调频获得竞争优势打下了良好基础。
2 硬件配置
广东省能源集团珠海发电厂1、2号机700MW亚临界机组，DCS系统采用日本三菱公司提供的DIASYS Netmation分散控制系统，该DCS系统用于1#、2#机组锅炉、汽机设备的运行监控。系统功能包括模拟量控制系统、锅炉控制系统、汽机顺控系统、汽轮机控制系统、数据采集系统等。
珠海发电厂DCS控制系统采用以PID控制器为基础的控制方法，这种控制策略属于反馈控制方法，难以获得较好的控制效果。机组采用定—滑—定的变压运行方式。为提高机组的调节性能，对协调、汽温等控制回路采用先进控制方法。保证系统调试安全与控制策略修改的便利性，将采用外挂控制系统与DCS系统通讯方式实施优化方式。现场使用的主要控制硬件配置如图1所示。
如图1所示，采用串口通讯方式将外置的PLC硬件与DCS通讯模块连接，再从PLC引1根网线到工程师站，连接上位机，完成PLC与DCS的信息交互。
3 外挂控制系统 外挂控制系统是新型的先进控制，以模型预测控制、自抗扰控制（见图2）和深度内反馈控制（见图3）为基础，与常规DCS算法相结合。通过优于DCS系统的计算功能，编制高级功能模块，实现智能控制，提高机组响应特性，确保机组稳定运行。
DCS系统与PLC接口逻辑在DCS侧实现。为保证系统的安全稳定，通讯设计时，除了设计通讯看门狗、通讯信号质量检测等外，还考虑初始化的问题。DCS系统与PLC接口逻辑包括CCS先控模式、过热汽温先控模式、再热汽温先控模式3个先控模式和锅炉主控先控、汽机主控先控、A/B侧1/2级减温喷水先控、燃烧器摆角先控、A/B侧再热汽微量喷水先控等9个先控子回路。
外挂控制系统中主要的控制对象有以下几个：燃料量、一次风压、过热汽温、再热汽燃烧器摆角、减温水门开度、减温水流量。通过以上控制对象发生扰动时，测定机组负荷、主汽压力、汽包水位、顶棚过热汽入口温度、一级减温器入口温度、过热汽温、再热汽温特性特性、流量特性和被调汽温及特性，得到对应的控制对象模型。
4 外挂系统投运及试验
在投运行外挂系统前，按照要求初步设置相关参数，依次投入各个控制模式，观察各系统在机组AGC变负荷工况下和调频模式下调节品质，进行优化调整，使控制效果达到预期效果。
机组综合调频性能K值计算：k1为调节速率指标;k2为响应时间指标;k3为调节精度指标。
K=0.25×（2×k1+k2+k3）
以机组综合调频性能指标K值最大化为优化目标，优化调整先进控制系统的相关参数。
4.1 升负荷结果
图4中，2020年06月13日13时25分开始，AGC方式下1号机组负荷开始上升，机组负荷从400MW逐次上升到620MW，负荷率为14MW/min。过程中，机组负荷控制平稳，实际负荷与负荷设定值在刚开始变负荷时有一定偏差，这是因为优化变负荷的延时时间造成。负荷设定值在过渡到目标值时，机组实际负荷也能够同时到达目标值，基本不影响机组的综合调频性能K值，有利于减少主汽压力控制偏差，对主蒸汽温度的稳定也起到了较大的改善作用。主汽压力和主汽温度控制平稳。
4.2 降负荷结果
图5中，2020年07月14日21时10分开始，机组在AGC方式下开始降负荷，机组负荷从610MW开始，逐次降负荷到400MW，降负荷过程中，负荷率设定为14MW/min。过程中，机组负荷控制非常平稳，跟随情况良好，最大动态负荷偏差15MW，最大稳态负荷偏差2MW，各次降负荷过程中，实际负荷率基本都达到14MW/min，与设定负荷率一致。主汽压力和主汽温度控制平稳。
5 结论
珠海发电厂此次采用外挂先进控制系统实现优化控制策略后，控制性能良好，现场参数可以随时进行整定，提高了機组实际负荷率和调频精度，缩短调频响应延时时间，2台机组综合调频性能K值最高提升到60%左右，显著提高了机组一次调频和AGC综合调频性能，使得机组在电网市场运营中取得了可观的经济效益，达到了此次的项目预期，为机组储能调频获得竞争优势打下了良好基础。
【参考文献】
【1】刘伟烈.电力系统调频与自动发电控制[M].北京：中国电力出版社，2006.
【2】康松.汽轮机原理[M].北京：中国电力出版社，2000.
【3】郝欣，张志，王喆.滑压运行汽包炉机组AGC控制策略研究[J].东北电力技术，2012，33（10）：10-12.
【4】滕贤亮，高宗和，朱斌，等.智能电网调度控制系统AGC需求分析及关键技术[J].电力系统自动化，2015，39（1）：81-87.
【5】朱北恒.火电厂热工自动化系统实验[M].北京：中国电力出版社，2006.
【Abstract】The primary frequency modulation and AGC functions of large thermal power plants have always been important means to stabilize the frequency of the power grid. The two units in Zhuhai Power Plant are both 700MW subcritical units. The DCS system uses the Mitsubishi DIASYS Netmation System. At present， the operation of AGC is poor， unable to run stably for a long time. In order to quickly and efficiently respond to the continuous growth of the demand for AGC frequency modulation service， two units of Zhuhai Power Plant added auxiliary frequency modulation plug-in control system to optimize and improve the frequency modulation performance of the units， improve the K value and enhance the competitive advantage of the units in frequency modulation.
【關键词】辅助调频;外挂控制系统;K值
【Keywords】auxiliary frequency modulation; plug-in control system; K value
【中图分类号】TL503.6 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2021）08-0170-02
1 引言
电力系统运行的主要任务之一是对频率进行监视和控制，而发电机组的一次调频功能对维持电网频率的稳定至关重要，为保证电网安全、稳定、经济运行，根据一次调频运行管理规定要求，并网发电机组均要求投入一次调频功能。一次调频是指当电网频率偏离额定值时，发电机组调节控制系统自动控制机组有功功率的增加或减少，以使电网频率迅速回到额定值范围的特性。
但是，火电机组的生产工艺、控制过程都比其他发电方式复杂，能量转换的过程中有很大的迟延，如果煤种不符合机组设计煤种，同样会影响机组性能。目前珠海发电厂2台机组在投用一次调频和AGC下，调频性能较差（即K值），响应时滞长和机组爬坡速率低，主汽压力、主汽温、再热汽温等主要参数波动大，无法长期稳定运行。为优化调频性能，解决电网调频容量不足以及大规模不确定性新能源并网引发的频率稳定问题，成为目前火电机组需要解决的重要方向。
本文叙述了广东省能源集团珠海发电厂机组调频辅助服务控制系统优化技术实施及试验内容、DCS与外挂先进控制系统通讯接口逻辑、结果等。在不改变DCS系统的原有控制功能的情况下，采用先进的控制技术，优化控制系统的功能，从而AGC综合调频性能指标明显提升，使机组的调频辅助服务综合能力排位在同类机组中处于领先水平，为机组储能调频获得竞争优势打下了良好基础。
2 硬件配置
广东省能源集团珠海发电厂1、2号机700MW亚临界机组，DCS系统采用日本三菱公司提供的DIASYS Netmation分散控制系统，该DCS系统用于1#、2#机组锅炉、汽机设备的运行监控。系统功能包括模拟量控制系统、锅炉控制系统、汽机顺控系统、汽轮机控制系统、数据采集系统等。
珠海发电厂DCS控制系统采用以PID控制器为基础的控制方法，这种控制策略属于反馈控制方法，难以获得较好的控制效果。机组采用定—滑—定的变压运行方式。为提高机组的调节性能，对协调、汽温等控制回路采用先进控制方法。保证系统调试安全与控制策略修改的便利性，将采用外挂控制系统与DCS系统通讯方式实施优化方式。现场使用的主要控制硬件配置如图1所示。
如图1所示，采用串口通讯方式将外置的PLC硬件与DCS通讯模块连接，再从PLC引1根网线到工程师站，连接上位机，完成PLC与DCS的信息交互。
3 外挂控制系统 外挂控制系统是新型的先进控制，以模型预测控制、自抗扰控制（见图2）和深度内反馈控制（见图3）为基础，与常规DCS算法相结合。通过优于DCS系统的计算功能，编制高级功能模块，实现智能控制，提高机组响应特性，确保机组稳定运行。
DCS系统与PLC接口逻辑在DCS侧实现。为保证系统的安全稳定，通讯设计时，除了设计通讯看门狗、通讯信号质量检测等外，还考虑初始化的问题。DCS系统与PLC接口逻辑包括CCS先控模式、过热汽温先控模式、再热汽温先控模式3个先控模式和锅炉主控先控、汽机主控先控、A/B侧1/2级减温喷水先控、燃烧器摆角先控、A/B侧再热汽微量喷水先控等9个先控子回路。
外挂控制系统中主要的控制对象有以下几个：燃料量、一次风压、过热汽温、再热汽燃烧器摆角、减温水门开度、减温水流量。通过以上控制对象发生扰动时，测定机组负荷、主汽压力、汽包水位、顶棚过热汽入口温度、一级减温器入口温度、过热汽温、再热汽温特性特性、流量特性和被调汽温及特性，得到对应的控制对象模型。
4 外挂系统投运及试验
在投运行外挂系统前，按照要求初步设置相关参数，依次投入各个控制模式，观察各系统在机组AGC变负荷工况下和调频模式下调节品质，进行优化调整，使控制效果达到预期效果。
机组综合调频性能K值计算：k1为调节速率指标;k2为响应时间指标;k3为调节精度指标。
K=0.25×（2×k1+k2+k3）
以机组综合调频性能指标K值最大化为优化目标，优化调整先进控制系统的相关参数。
4.1 升负荷结果
图4中，2020年06月13日13时25分开始，AGC方式下1号机组负荷开始上升，机组负荷从400MW逐次上升到620MW，负荷率为14MW/min。过程中，机组负荷控制平稳，实际负荷与负荷设定值在刚开始变负荷时有一定偏差，这是因为优化变负荷的延时时间造成。负荷设定值在过渡到目标值时，机组实际负荷也能够同时到达目标值，基本不影响机组的综合调频性能K值，有利于减少主汽压力控制偏差，对主蒸汽温度的稳定也起到了较大的改善作用。主汽压力和主汽温度控制平稳。
4.2 降负荷结果
图5中，2020年07月14日21时10分开始，机组在AGC方式下开始降负荷，机组负荷从610MW开始，逐次降负荷到400MW，降负荷过程中，负荷率设定为14MW/min。过程中，机组负荷控制非常平稳，跟随情况良好，最大动态负荷偏差15MW，最大稳态负荷偏差2MW，各次降负荷过程中，实际负荷率基本都达到14MW/min，与设定负荷率一致。主汽压力和主汽温度控制平稳。
5 结论
珠海发电厂此次采用外挂先进控制系统实现优化控制策略后，控制性能良好，现场参数可以随时进行整定，提高了機组实际负荷率和调频精度，缩短调频响应延时时间，2台机组综合调频性能K值最高提升到60%左右，显著提高了机组一次调频和AGC综合调频性能，使得机组在电网市场运营中取得了可观的经济效益，达到了此次的项目预期，为机组储能调频获得竞争优势打下了良好基础。
【参考文献】
【1】刘伟烈.电力系统调频与自动发电控制[M].北京：中国电力出版社，2006.
【2】康松.汽轮机原理[M].北京：中国电力出版社，2000.
【3】郝欣，张志，王喆.滑压运行汽包炉机组AGC控制策略研究[J].东北电力技术，2012，33（10）：10-12.
【4】滕贤亮，高宗和，朱斌，等.智能电网调度控制系统AGC需求分析及关键技术[J].电力系统自动化，2015，39（1）：81-87.
【5】朱北恒.火电厂热工自动化系统实验[M].北京：中国电力出版社，2006.