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 金煒（1976-）男，貴州畢節(jié)人，助理工程師，學(xué)士，一直從事火力發(fā)電廠熱工自動控制專業(yè)工作。

    摘要：全廠負(fù)荷分配系統(tǒng)采用了梯級控制方式，并基于節(jié)能降耗的原則，根據(jù)單元機(jī)組煤耗量自動對各臺機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化分配，或在比例分配模式下，由值長根據(jù)實(shí)際情況對機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行分配。本文主要介紹了這套全廠負(fù)荷分配系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、可靠性、運(yùn)行方式及在貴州黔西發(fā)電廠應(yīng)用效果等。

    關(guān)鍵詞：負(fù)荷分配；節(jié)能降耗；煤耗量；運(yùn)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

    自動發(fā)電控制（autonmatic generation control，簡稱AGC）是在電力系統(tǒng)內(nèi)用戶負(fù)荷發(fā)生變化的情況下，及時調(diào)整系統(tǒng)的發(fā)電出力，并使頻率偏移指標(biāo)符合規(guī)定要求，實(shí)現(xiàn)符合頻率控制。AGC是建立在電網(wǎng)調(diào)度自動化能量管理系統(tǒng)(EMS)和發(fā)電廠機(jī)組控制系統(tǒng)間閉環(huán)控制的一種先進(jìn)技術(shù)手段。AGC作為連接電網(wǎng)負(fù)荷指令與電廠負(fù)荷控制的中間樞紐系統(tǒng)，既能促進(jìn)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，又能保證發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是當(dāng)前和今后一段時間技術(shù)革新的一個新課題。
發(fā)電廠全廠負(fù)荷分配系統(tǒng)（即廠級AGC，以下簡稱系統(tǒng)）投運(yùn)改變了傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)調(diào)度方式。AGC在接受電網(wǎng)調(diào)度的全廠負(fù)荷總指令或計(jì)劃負(fù)荷曲線后，根據(jù)各臺機(jī)組的煤耗率、脫硫效率、負(fù)荷響應(yīng)速率、調(diào)節(jié)余量、上網(wǎng)電價等，自動合理地進(jìn)行全廠機(jī)組最優(yōu)化負(fù)荷分配，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能調(diào)度及負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配，實(shí)現(xiàn)省調(diào)統(tǒng)一指揮下網(wǎng)廠二級優(yōu)化的分層管理原則及“廠網(wǎng)分開”的電力市場化改革方向。

    由貴州電力試驗(yàn)研究院和貴州電力調(diào)度通信局聯(lián)合開發(fā)的國內(nèi)首套全廠負(fù)荷分配系統(tǒng)在貴州黔西電廠成功投運(yùn)。該項(xiàng)目在參與各方的共同努力下，僅用一年半時間就完成了設(shè)計(jì)、編碼、調(diào)試等工作，并在試點(diǎn)電廠成功投運(yùn)。

    2 系統(tǒng)介紹

    為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，并考慮機(jī)組實(shí)際運(yùn)行狀況，全廠負(fù)荷分配系統(tǒng)考慮了多種運(yùn)行工況，建立了強(qiáng)大的子功能，其主要特點(diǎn)有：

    （1）接收中調(diào)實(shí)時發(fā)送的全廠負(fù)荷指令，同時在線采集生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，在滿足負(fù)荷快速響應(yīng)的同時實(shí)現(xiàn)機(jī)組間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)分配。

    （2）中調(diào)實(shí)時指令未及時送達(dá)時，【全廠手動模式】及【96點(diǎn)負(fù)荷曲線運(yùn)行方式】能保證全廠負(fù)荷在特殊情況下按照電網(wǎng)要求運(yùn)行。系統(tǒng)根據(jù)已經(jīng)接收到的中調(diào)負(fù)荷調(diào)度計(jì)劃，在滿足負(fù)荷快速響應(yīng)的同時實(shí)現(xiàn)機(jī)組間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)最優(yōu)分配。

    （3）系統(tǒng)能根據(jù)各機(jī)組在多個負(fù)荷點(diǎn)的煤耗值，自動擬合出各臺機(jī)組的煤耗特性曲線，根據(jù)煤耗曲線實(shí)現(xiàn)機(jī)組最優(yōu)經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配。

    （4）能充分優(yōu)化機(jī)組供電煤耗的同時，充分考慮機(jī)組效率、熱耗率、頻率響應(yīng)和其他損失的優(yōu)化，而且，對機(jī)組調(diào)節(jié)范圍、調(diào)節(jié)裕量、負(fù)荷閉鎖增/減、機(jī)組爬坡、RUNBACK（機(jī)組甩負(fù)荷）、MFT（鍋爐熄火）、磨煤機(jī)啟停等約束條件進(jìn)行充分考慮和處理，在保證機(jī)組安全運(yùn)行的前提下，降低機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)頻度，提高機(jī)組穩(wěn)定性。

    升降負(fù)荷時，升降負(fù)荷的速率可滿足現(xiàn)在電網(wǎng)對AGC控制性能的要求，同時在滿足電網(wǎng)對負(fù)荷需求的前提下對各臺機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行合理分配，有效地避開機(jī)組臨界負(fù)荷點(diǎn)，最大限度地降低因臨界負(fù)荷點(diǎn)帶來的能耗損失，降低廠用電率（例如減少磨煤機(jī)的啟停次數(shù)和等待時間）。

    因各種因素的影響（煤質(zhì)、輔機(jī)故障等），當(dāng)部分機(jī)組只能定負(fù)荷運(yùn)行時，通過調(diào)整控制方式，全廠負(fù)荷仍可通過其余機(jī)組按照電網(wǎng)要求快速完成升降。

    當(dāng)有機(jī)組出現(xiàn)突發(fā)性事件（如鍋爐熄火、機(jī)組跳閘等），系統(tǒng)能自動利用其余機(jī)組的負(fù)荷余量，最大限度地快速彌補(bǔ)負(fù)荷損失，減少因此帶來的電網(wǎng)波動。

    （5）根據(jù)機(jī)組主輔設(shè)備狀態(tài)自動設(shè)定負(fù)荷上下限，并具有避免長期停留在臨界負(fù)荷附近的能力。

    （6）系統(tǒng)設(shè)定了調(diào)節(jié)不靈敏區(qū)（死區(qū)），當(dāng)中調(diào)給定負(fù)荷與當(dāng)前電廠總負(fù)荷之差小于“死區(qū)”時，根據(jù)負(fù)荷分配系統(tǒng)中的算法，通過實(shí)現(xiàn)對單臺機(jī)組負(fù)荷的增減來完成中調(diào)負(fù)荷的變化要求，避免機(jī)組的頻繁調(diào)節(jié)。

    （7）可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分配的手/自動無擾切換，值長站具有選擇運(yùn)行方式及手動調(diào)整各機(jī)組負(fù)荷指令的功能。

    （8）操作界面上設(shè)置有控制器監(jiān)視狀態(tài)，并提供網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)及信號故障報警及多項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)趨勢，便于值長對系統(tǒng)
運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)視。

    （9）重要操作必須通過權(quán)限確認(rèn)，減少人為誤操作，并具有操作記錄查詢功能。

    3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    3.1 全廠負(fù)荷分配系統(tǒng)（廠級AGC）控制結(jié)構(gòu)

    傳統(tǒng)AGC在電廠的控制結(jié)構(gòu)：中調(diào)電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)EMS（energy manage system）將單機(jī)AGC指令發(fā)至電廠側(cè)遠(yuǎn)方終端單元（remote terminal unit，簡稱RTU），再由RTU通過I/O硬接線送至各機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（coordinate control system，簡稱CCS），完成AGC系統(tǒng)對單元機(jī)組的調(diào)節(jié)任務(wù)。

    廠級AGC在電廠的控制結(jié)構(gòu)：如圖1所示，中調(diào)EMS將全廠AGC指令（各機(jī)組總負(fù)荷指令）沿用原有信道發(fā)至電廠側(cè)遠(yuǎn)方終端單元（RTU），再由RTU通過I/O硬接線送到負(fù)荷分配系統(tǒng)（LDS-Load Dispatch System）中進(jìn)行各臺機(jī)組的負(fù)荷優(yōu)化分配計(jì)算，各機(jī)組的負(fù)荷指令通過I/O硬接線送到各機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)執(zhí)行對單元機(jī)組的調(diào)節(jié)任務(wù)。
                  

    3.2 全廠負(fù)荷分配系統(tǒng)（LDS）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

                       
                                                   圖  2

    如圖2所示，該控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為100Mbps星型拓?fù)湟蕴W(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸均通過#1、#2交換機(jī)連接，每一個連接點(diǎn)只連接一個設(shè)備，所以當(dāng)一個連接點(diǎn)出現(xiàn)故障時只影響相應(yīng)的設(shè)備，不會影響整個網(wǎng)絡(luò)，便于故障診斷和設(shè)備隔離，重新配置網(wǎng)絡(luò)也十分方便。其主要缺點(diǎn)是未考慮交換機(jī)的冗余配置，一旦中心節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生故障，則全網(wǎng)不能工作。因此必須要有交換機(jī)備件，作為緊急更換使用。

    系統(tǒng)采用冗余控制器，并能實(shí)現(xiàn)故障自動切換，保證了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。#1、#2I/O站以硬接線（信號走向見下表）方式實(shí)現(xiàn)與#1、#2、#3、#4單元機(jī)組的遙控、遙調(diào)、遙信、遙測數(shù)據(jù)交換，#3I/O站以硬接線方式實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)動RTU裝置的數(shù)據(jù)交換，且所需數(shù)據(jù)又通過OPC協(xié)議由DCS通訊站單向提供給性能服務(wù)器以及控制器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，增加了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

    各臺機(jī)組的通訊接口站與性能服務(wù)器之間采用光纜進(jìn)行通訊連接，通過兩者之間OPC協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸，性能服務(wù)器采集相關(guān)機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對各臺機(jī)組進(jìn)行煤耗計(jì)算，并存儲各項(xiàng)歷史數(shù)據(jù)，供其他節(jié)點(diǎn)查詢。值長臺通過從網(wǎng)絡(luò)上獲取的數(shù)據(jù)對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，并可實(shí)現(xiàn)對單元機(jī)組的煤耗設(shè)定和負(fù)荷干預(yù)。#1、#2控制器根據(jù)設(shè)定煤耗或性能服務(wù)器的計(jì)算煤耗對單元機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化分配，或由值長選擇直接進(jìn)行比例分配。

    整體來說，該系統(tǒng)相對獨(dú)立，結(jié)構(gòu)簡單，且改造過程中保留了原有的負(fù)荷分配系統(tǒng)，并能實(shí)現(xiàn)快速切換，確保機(jī)組能正常運(yùn)行。

    4 系統(tǒng)運(yùn)行方式

    根據(jù)單元機(jī)組實(shí)際運(yùn)行狀況和操作選擇，全廠負(fù)荷分配系統(tǒng)（LDS）有以下幾種運(yùn)行方式：
（1）機(jī)組非AGC方式。包括機(jī)組手動、CCS協(xié)調(diào)控制等。機(jī)組負(fù)荷指令從DCS操作員站手動給出。
（2）機(jī)組AGC方式。機(jī)組CCS投入AGC自動，但機(jī)組負(fù)荷指令從LDS上由值長手動給出。
（3）廠級AGC方式。機(jī)組處于AGC方式，廠級負(fù)荷指令從LDS上由值長手動給出總負(fù)荷指令，然后通過優(yōu)化或比例分配給出單元機(jī)組負(fù)荷指令。
（4）調(diào)度AGC方式。總負(fù)荷指令由調(diào)度EMS系統(tǒng)給出，經(jīng)LDS系統(tǒng)優(yōu)化或比例分配給出單元機(jī)組負(fù)荷指令。
以上四種運(yùn)行方式由值班值長根據(jù)當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行狀況與調(diào)度協(xié)商選擇。正常情況下，機(jī)組處于調(diào)度AGC方式運(yùn)行狀態(tài)，其中優(yōu)化模式涉及的性能計(jì)算模塊又提供了正平衡法和反平衡法兩種算法供選擇。采用優(yōu)化模式，在滿足電網(wǎng)響應(yīng)速度的同時，自動根據(jù)各臺機(jī)組的當(dāng)前運(yùn)行工況對全廠機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化分配，按節(jié)能最優(yōu)方式運(yùn)行；采用比例模式，在滿足電網(wǎng)響應(yīng)速度的同時，參考各臺機(jī)組的當(dāng)前運(yùn)行工況，可按照運(yùn)行人員的設(shè)置進(jìn)行負(fù)荷分配。以充分利用全廠負(fù)荷分配系統(tǒng)的自動控制權(quán)限，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

    5 應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)效益分析

    廠級AGC負(fù)荷分配系統(tǒng)2009年5月在貴州黔西發(fā)電廠成功投運(yùn)后，通過對AGC進(jìn)行運(yùn)行優(yōu)化，可有效降低和節(jié)約電廠的發(fā)電成本，促進(jìn)發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。同時，該系統(tǒng)投運(yùn)后，在對機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)和經(jīng)濟(jì)方面已經(jīng)體現(xiàn)出來諸多的優(yōu)越性。

    5.1 應(yīng)用期間的間接經(jīng)濟(jì)效益

    （1）使用期間，我廠曾發(fā)生個別機(jī)組的垮焦熄火事件，由于該系統(tǒng)的投運(yùn)，其余運(yùn)行機(jī)組很快調(diào)整負(fù)荷，將停機(jī)機(jī)組的負(fù)荷迅速轉(zhuǎn)移至運(yùn)行機(jī)組，減小了電網(wǎng)的波動，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性具有一定的保障作用。

    （2）通過廠級AGC的投入使用，電廠側(cè)可以根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行需要（如某臺機(jī)組存在缺陷需要穩(wěn)定負(fù)荷或做試驗(yàn)需要穩(wěn)定負(fù)荷）維持個別機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定，既保證了電廠的安全，也保證了電網(wǎng)的穩(wěn)定。

    （3）通過廠級AGC的投入使用，我廠在低谷時可以很靈活的調(diào)整機(jī)組間的負(fù)荷分配，在不影響電網(wǎng)所需負(fù)荷的前提下保證任意機(jī)組輔機(jī)的缺陷得到及時消除。

    （4）運(yùn)行主畫面除負(fù)荷控制外還包含了各接口站狀態(tài)監(jiān)視、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)視、報警設(shè)置、趨勢查看等，給值長集中監(jiān)視提供了便利。

    5.2 應(yīng)用期間的直接經(jīng)濟(jì)效益

    在廠級AGC負(fù)荷分配系統(tǒng)投用之前，我廠機(jī)組的供電煤耗相對較高，通過統(tǒng)計(jì)（統(tǒng)計(jì)月份13個月），2008年5月至2009年5月，我廠共發(fā)電量82.056億kWh，累計(jì)消耗原煤90.43萬噸，平均供電標(biāo)煤耗為346.055g/kWh。2009年6月，廠級AGC投用后，同時通過我廠的節(jié)能技改項(xiàng)目的投用，我廠的煤耗大大下降。2009年6月至2010年5月（統(tǒng)計(jì)月份11個月），我廠共發(fā)電量85.053億kWh，累計(jì)消耗原煤418.9萬噸，平均供電標(biāo)煤耗336.019g/kWh，降低了10.36g/kWh，共節(jié)約標(biāo)煤：85.053×10.36=85539噸。

    2009年3月，我廠完成1號機(jī)組汽機(jī)通流部分改造；09年3月、6月、10月分別完成1-4機(jī)變頻器節(jié)能技改、真空系統(tǒng)技改、電除塵技改項(xiàng)目，其中變頻器節(jié)能技改、真空系統(tǒng)技改、電除塵技改項(xiàng)目節(jié)約標(biāo)煤57415噸。1號機(jī)組汽機(jī)通流部分改造，降低發(fā)電標(biāo)煤耗約5.2g/kWh，09年6月至2010年6月發(fā)電230548萬kWh，節(jié)約23.0548×5.2=11988噸。09年3月、6月、10月分別完成1-3爐衛(wèi)燃帶改造，降低發(fā)電標(biāo)煤耗約1.0g/kWh，節(jié)約62.73×1.5=6273噸。

    總的節(jié)能效益扣除變頻器節(jié)能技改、真空系統(tǒng)技改、電除塵技改、汽輪機(jī)汽封改造以及鍋爐衛(wèi)燃帶改造產(chǎn)生的效益后，廠級AGC自2009年6月投入使用至2010年5月，使我廠節(jié)約的標(biāo)煤數(shù)量：85539噸-57415噸-11988噸-6273噸=9863噸，每一噸標(biāo)煤按照458元計(jì)算，一年節(jié)約451.7254萬元，產(chǎn)生了良好的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益。

    5.3 廠級AGC負(fù)荷分配系統(tǒng)投入使用前及使用后我廠各機(jī)組的主要指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如下

統(tǒng)計(jì)時間：2008年5月～2009年5月
機(jī)組
指標(biāo)1號機(jī)組2號機(jī)組3號機(jī)組4號機(jī)組
累計(jì)發(fā)電量184513 210399 196532 229114
累計(jì)耗煤量875252 995102 948412 1085520
發(fā)電標(biāo)煤耗323.28 323.49 326.86 323.53
統(tǒng)計(jì)時間：2009年6月～2010年5月
機(jī)組
指標(biāo)
1號機(jī)組2號機(jī)組3號機(jī)組4號機(jī)組
累計(jì)發(fā)電量230548 203052 193839 223087
累計(jì)耗煤量1116188 1004065 968572 1100209
發(fā)電標(biāo)煤耗311.28 316.95 321.14 317.54

    通過以上兩個表中的數(shù)據(jù)對比分析可以看出，廠級AGC負(fù)荷分配系統(tǒng)投用后各機(jī)組的發(fā)電標(biāo)煤耗總體呈下降趨勢，特別是1號機(jī)組，在發(fā)電量增加的同時，煤耗下降趨勢明顯，這充分體現(xiàn)廠級AGC負(fù)荷分配系統(tǒng)在電廠各機(jī)組間經(jīng)濟(jì)分配負(fù)荷的作用，大大提高了電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

    6 結(jié)束語

    傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)負(fù)荷調(diào)度方式限制了電廠內(nèi)部對機(jī)組負(fù)荷的自主分配，未對機(jī)組煤耗量等實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行考慮，無形中增加了全廠的煤耗量，而全廠負(fù)荷分配系統(tǒng)很好的解決了這個問題。

    全廠負(fù)荷分配系統(tǒng)接收調(diào)度下發(fā)的總負(fù)荷指令，可根據(jù)擬合煤耗曲線或設(shè)定煤耗曲線自動對各臺機(jī)組負(fù)荷指令進(jìn)行優(yōu)化分配，且保證機(jī)組運(yùn)行出力在允許范圍的情況下避免機(jī)組長期停留在臨界負(fù)荷（高于該負(fù)荷將啟動某臺輔機(jī)，低于該負(fù)荷將停運(yùn)某臺輔機(jī)），或在比例分配模式下，由值長根據(jù)實(shí)際情況對機(jī)組指令進(jìn)行分配。無論哪種負(fù)荷分配方式，都是建立在節(jié)能降耗的基礎(chǔ)上，即煤耗低的機(jī)組多發(fā)電，煤耗高的機(jī)組少發(fā)電，從而降低整體的煤耗量，提高全廠的經(jīng)濟(jì)效益。

    雖然當(dāng)前該系統(tǒng)在煤耗計(jì)算和優(yōu)化分配方面存在一定偏差或問題，但在同類系統(tǒng)中性能已具有超前意識，相信隨著后期性能試驗(yàn)、源參數(shù)及計(jì)算方法修正等工作的開展，系統(tǒng)將更加完善。之后將有望進(jìn)一步在火力發(fā)電企業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

    參考文獻(xiàn)：
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    摘自《自動化博覽》2010年第十二期