摘 要：就AGC在宁夏的应用发现的控制指标、相关信号、直接能量平衡、锅炉微分环节、锅炉前馈等问题进行了探讨。
关键词：直接能量平衡（DEB） 自动发电控制（AGC） 锅炉前馈 锅炉微分
自动发电控制（AGC）是保证电网安全经济运行的重要手段。AGC正常可靠的运行，一方面提高了电网的运行水平，保障了用户电能质量的可靠性，另一方面对电厂的控制系统提出了更高的要求。
目前宁夏电网所辖电网总装机6000MW左右，自2002年开始，宁夏新建及扩建300MW及以上机组陆续投入AGC运行，目前火电机组已全部投入AGC运行。
1 火电规程及调度控制指标的差异
《火电机组模拟量验收规程》2006版指出：
直吹式机组，AGC负荷跟随试验的负荷指令变化率为1.5%Pe/min，负荷响应时间为小于1.5min，机组的实际功率变化率不小于1.5% Pe/min，机/组的动态功率偏差小于3% Pe/min，机组稳态下功率的允许偏差为1.5% Pe/min。
中贮式机组，AGC负荷跟随试验的负荷指令变化率为3%Pe/min，负荷响应时间为小于40smin，机组的实际功率变化率不小于2.5% Pe/min，机/组的动态功率偏差小于3% Pe/min，机组稳态下功率的允许偏差为1.5% Pe/min。
在投入AGC过程中发现，电网方面的要求和火电机组的规程不尽相同，且对机组的控制要求提出了较高的要求，虽然这些要求火电机组也不是不可以达到，但是AGC指令在1小时内10多次（如图3所示）甚至更高的往复变化对于电厂的锅炉、汽机等的影响是不可忽视的，更高的要求是以电厂设备的损耗及机组效率相关的，同时有相当一些电网自动控制人员对火电的验收规程一无所知。这一点说明了电网同电源侧的沟通的缺乏，需要协会加强这方面的工作。
2 AGC相关信号
AGC主要由3 部分组成：
l 电网调度中心的能量管理系统（EMS），由调度的自动化部门管理；
l 电厂端的远方终端单元（RTU），由电厂的电气分场管理；
l 分散控制系统（DCS），由电厂热工分场管理。
EMS 与 RTU 之间的信息传递通过微波通道实现，目前一般传输为数字信号，在RTU内转化为热工的标准4-20mA模拟量信号或干接点开关量信号，RTU 与DCS/CCS 之间通常由硬接线连接。
图1中的前四项为AGC投入的必备信号。先由电厂DCS系统发出“CCS允许投入AGC”（协调已投入且给水已投入的综合），调度接收到后发出“中调要求投入（切除）AGC”脉冲信号，由DCS记忆后，由电厂运行人员投入AGC控制并发出“AGC已投入”长信号给中调。
在未投入AGC控制以前，按DCS的要求“中调指令（AGC指令）”是应该跟踪电厂单元机组的实际功率的，火电运行人员在投入之前应当注意AGC指令和当时机组功率的偏差，以保证AGC的正常投入。
除必须的信号之外，在DCS设计时往往设计有机组RB、增闭锁、减闭锁、机组迫升、机组迫降等信号，遗憾的是的在传动测试时，调度对于这些信号很少关注。诚然，这些信号对于调度来讲确实无关紧要，但对于火电机组，这些信号恰恰反映了机组的运行状态及对AGC指令的响应能力。例如，当机组运行于高负荷的定压工作段，如果额定压力为16.7MPa，旁路动作为17.2MPa，当机组处于AGC控制之下，由于AGC的频繁变化（如3图），加之有时甚至是30%负荷的变化量，很可能出现主汽压力升高接近旁路动作值，此时机组处于不安全的状态。为了保证机组的安全，DCS会自动发出负荷减闭锁的指令，防止主汽压力进一步升高而引发事故。
这些信号所反映的确实是单元机组的一些基本特点，而调度人员对此可能并不理解。这同上面所说的控制指标一样，说明了发电厂同电网缺乏沟通和对不同系统特点的相互认同。
3 AGC控制问题
火电机组的控制有协调控制下的汽机组跟随（CCTF）和锅炉跟随（CCBF）两种方式，AGC控制主要要求的是机组负荷的快速响应。CCTF压力控制较好而负荷波动较大,因而平种方式不适合AGC投入的要求。而CCBF因为有着良好的负荷控制特点，可以做为AGC投入的首选协调方式，但由于锅炉蓄热及高频的负荷变动，在其投入AGC时需要考虑如何减少主汽压力的波动，同时减小其它主要参数的波动。
3.1 直接能量平衡（DEB）
如图2中所示，
热量信号HR=P1+C（dPd/dt）其中：Pd为汽包压力，C为锅炉蓄热系数。
热量信号代表单位时间内燃料燃烧传给锅炉的热量。
能量信号BD=（P1/PT）*PT0+（P1/PT）*PT0*K1*d(（P1/PT）*PT0)/dt+K2* dPTo/dt
能量指令由三部分组成：
l （P1/PT）*PT0——BD的主体。在稳态时，PT=PT0，（P1/PT）*PT0等于P1，它代表汽机的即时功率。在过渡过程中，PT≠PT0，（P1/PT）*PT0等于未来达到稳定时的P1值，代表汽机的预期功率。
l （P1/PT）*PT0*K1*d(（P1/PT）*PT0)/dt——代表由于汽机功率的变化在单位时间内锅炉所需补充的蓄热。
l K2* dPTo/dt——代表由于压力定值变化在单位时间内锅炉所需补充的蓄热。
DEB 中的热量信号最快地反映锅炉燃烧率及蒸发量的变化, 能迅速消除锅炉内扰；DEB 能量平衡信号能正确快速地反映汽机对锅炉的能量需求，两者的偏差信号作为锅炉主控制器的入口偏差, 动态时响应速度快, 静态时可消除主汽压力偏差。但的实际运用中，如何确定锅炉的蓄热系数，如何确定两者动态偏差的幅值是一个较为困难的问题。经过对宁夏境内的火电机组的试验发现，在保持两部分的主体P1和（P1/PT）*PT0正常工作的情况下，多数原设计的动态变化率部分产生的作用都很小，它所产生的影响几乎可以不计。进一步对汽包微分的变化率进行研究，即使是在负荷变化率达到100MW/min的情况下，汽包微分的变化率也十分有限。为了能更有效的利用快速变化的DEB动态部分，将中宁及马莲台电厂的DEB动态变化率部分进行放大，使其在正常的负荷变化率下（1.5%-3%MCR）下能够有效的反映动态变化情况，但对其所产生的变化量也做了不超过相当于产生0.2MPa偏差输入的限制。实践证明，在这样的改变提高了锅炉对能量变化的响应速度，提高了对负荷变化带来压力变化的适应性，也提高了对煤质变化的响应速度。
另外，火电机组一般在70%-100%负荷下采用定压方式运行，而机组的负荷同一级压力P1有着线性的关系，一定P1可以基本上代表着一定的功率。由于这种原因，机组在100%负荷到70%负荷由实际压力和设定压力所产生的锅炉侧PID入口偏差会减小。例如：设100%负荷下P1=11MPa，70%负荷P1=8MPa，PT/PT0=1.1，则100%负荷偏差=1.1*11-11=1.1，70%负荷下偏差=1.1*8-8=0.8。可以看出，在低负荷但为定压运行时锅炉的调节速度会有所下降。
3.2 锅炉主控的微分控制
由于锅炉是一个大惯性大迟延的对象，如何克服锅炉的惯性将是协调及AGC控制好坏的关键因素。在实际应运中，在锅炉调节中加入微分环节，不但可以有效的克服锅炉的惯性，同时对煤质等引起的热量变化也有着很好的效果。实践证明，锅炉主控微分同直接能量平衡信号相互配合可以非常有效的克服20t/h的煤质变化。
3.3 锅炉主控前馈
前馈控制做为一种对控制对象影响量的估算，在AGC控制中有着重要的作用。图4中，在控制系统中设计有两种方式的前馈：
第一种为机组实际指令的前馈，其定义为，机组的给定指令*系数，它所达到的作用是将机组产生的负荷指令在经过限幅、限速后再乘以系数转化为锅炉所需要加入的煤量，这一部分所叠加的负荷前馈是主要因素，它将随着实际负荷指令的变化而不断变化。
第二部分为AGC指令同实际负荷的偏差对应产生的前馈量或者是纠偏量，在机组AGC不变的情况下，当AGC指令同实际负荷偏差大于某一定值时，将对给煤量进行一定量的纠正；当实际AGC指令变化时，将产生快速的给煤量前馈，这时的前馈量是次要性的，它的主要目的不在于跟随负荷的变化而改变给煤量，而在于产生一定量的动态变化以尽可能消除锅炉侧的大惯性和大迟延。
如图4：设AGC指令的变化为20MW，最终的给煤量变化在10t/h ，图中向上的虚线表示第一种前馈量下给煤量的变化，向下的虚线为第二种前馈给煤量的变化，弯曲的实线是实际给煤量的变化。当指令增加时，汽机快速开大调门，锅炉蓄热释放，负荷快速跟进，如果没有第二种前馈，主汽压力由于锅炉蓄热的消耗将可能会下降。由于前期给煤量的快速增加，补充了锅炉蓄热，从而减小的主汽压力的变化。当AGC指令减小时，两种前馈量的变化会快速减小锅炉蓄热，防止主汽压力上升过多。实际运用中，这种控制方式可以有效的消除锅炉的惯性。
AGC控制是火电机组的一项重要工作，它对电网的安全运行有着重要的作用，但它的运行对电厂的寿命和效率有着很大的影响，如何融合这两方面的矛盾，要求电厂热控不断提高控制水平，一方面保障机组AGC正常投入，另一方面保障机组主要参数的稳定，维护机组安全运行。
作者简介：
1993年7月毕业于华北电力大学，8月进入宁夏电力试验研究所（2004年4月更名为宁夏电力科技教育工程院）热工室工作。十多年来主要从事火力发电厂的热工控制研究和现场服务，以及计算机应用等工作。现任宁夏电力科技教育工程院热工室主任。电话：0951－4911860 1370957329，地址：宁夏银川黄河东路716号，宁夏电力科技教育工程院 热工室，邮编：750002，电子邮件：yujianyc@163.com |
