金煒（1976-）男，貴州畢節(jié)人，助理工程師，學士，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)單元機組煤耗量自動對各臺機組負荷進行優(yōu)化分配，或在比例分配模式下，由值長根據(jù)實際情況對機組負荷進行分配。本文主要介紹了這套全廠負荷分配系統(tǒng)的結構、功能、可靠性、運行方式及在貴州黔西發(fā)電廠應用效果等。

    關鍵詞：負荷分配；節(jié)能降耗；煤耗量；運行方式

    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，并使頻率偏移指標符合規(guī)定要求，實現(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)電廠機組控制系統(tǒng)間閉環(huán)控制的一種先進技術手段。AGC作為連接電網(wǎng)負荷指令與電廠負荷控制的中間樞紐系統(tǒng)，既能促進電網(wǎng)的經(jīng)濟運行，又能保證發(fā)電廠的經(jīng)濟運行，是當前和今后一段時間技術革新的一個新課題。
發(fā)電廠全廠負荷分配系統(tǒng)（即廠級AGC，以下簡稱系統(tǒng)）投運改變了傳統(tǒng)的點對點調(diào)度方式。AGC在接受電網(wǎng)調(diào)度的全廠負荷總指令或計劃負荷曲線后，根據(jù)各臺機組的煤耗率、脫硫效率、負荷響應速率、調(diào)節(jié)余量、上網(wǎng)電價等，自動合理地進行全廠機組最優(yōu)化負荷分配，從而實現(xiàn)節(jié)能調(diào)度及負荷經(jīng)濟分配，實現(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)首套全廠負荷分配系統(tǒng)在貴州黔西電廠成功投運。該項目在參與各方的共同努力下，僅用一年半時間就完成了設計、編碼、調(diào)試等工作，并在試點電廠成功投運。

    2 系統(tǒng)介紹

    為實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，并考慮機組實際運行狀況，全廠負荷分配系統(tǒng)考慮了多種運行工況，建立了強大的子功能，其主要特點有：

    （1）接收中調(diào)實時發(fā)送的全廠負荷指令，同時在線采集生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)，在滿足負荷快速響應的同時實現(xiàn)機組間負荷的經(jīng)濟最優(yōu)分配。

    （2）中調(diào)實時指令未及時送達時，【全廠手動模式】及【96點負荷曲線運行方式】能保證全廠負荷在特殊情況下按照電網(wǎng)要求運行。系統(tǒng)根據(jù)已經(jīng)接收到的中調(diào)負荷調(diào)度計劃，在滿足負荷快速響應的同時實現(xiàn)機組間負荷的經(jīng)濟最優(yōu)分配。

    （3）系統(tǒng)能根據(jù)各機組在多個負荷點的煤耗值，自動擬合出各臺機組的煤耗特性曲線，根據(jù)煤耗曲線實現(xiàn)機組最優(yōu)經(jīng)濟負荷分配。

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

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

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

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

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

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

    （7）可實現(xiàn)負荷分配的手/自動無擾切換，值長站具有選擇運行方式及手動調(diào)整各機組負荷指令的功能。

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

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

    3 系統(tǒng)結構

    3.1 全廠負荷分配系統(tǒng)（廠級AGC）控制結構

    傳統(tǒng)AGC在電廠的控制結構：中調(diào)電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)EMS（energy manage system）將單機AGC指令發(fā)至電廠側遠方終端單元（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)對單元機組的調(diào)節(jié)任務。

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

    3.2 全廠負荷分配系統(tǒng)（LDS）網(wǎng)絡拓撲結構及系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

                       
                                                   圖  2

    如圖2所示，該控制系統(tǒng)網(wǎng)絡為100Mbps星型拓撲以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸均通過#1、#2交換機連接，每一個連接點只連接一個設備，所以當一個連接點出現(xiàn)故障時只影響相應的設備，不會影響整個網(wǎng)絡，便于故障診斷和設備隔離，重新配置網(wǎng)絡也十分方便。其主要缺點是未考慮交換機的冗余配置，一旦中心節(jié)點產(chǎn)生故障，則全網(wǎng)不能工作。因此必須要有交換機備件，作為緊急更換使用。

    系統(tǒng)采用冗余控制器，并能實現(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）方式實現(xiàn)與#1、#2、#3、#4單元機組的遙控、遙調(diào)、遙信、遙測數(shù)據(jù)交換，#3I/O站以硬接線方式實現(xiàn)與遠動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器以及控制器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余，增加了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

    各臺機組的通訊接口站與性能服務器之間采用光纜進行通訊連接，通過兩者之間OPC協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸，性能服務器采集相關機組的運行數(shù)據(jù)，對各臺機組進行煤耗計算，并存儲各項歷史數(shù)據(jù)，供其他節(jié)點查詢。值長臺通過從網(wǎng)絡上獲取的數(shù)據(jù)對系統(tǒng)進行監(jiān)視，并可實現(xiàn)對單元機組的煤耗設定和負荷干預。#1、#2控制器根據(jù)設定煤耗或性能服務器的計算煤耗對單元機組負荷進行優(yōu)化分配，或由值長選擇直接進行比例分配。

    整體來說，該系統(tǒng)相對獨立，結構簡單，且改造過程中保留了原有的負荷分配系統(tǒng)，并能實現(xiàn)快速切換，確保機組能正常運行。

    4 系統(tǒng)運行方式

    根據(jù)單元機組實際運行狀況和操作選擇，全廠負荷分配系統(tǒng)（LDS）有以下幾種運行方式：
（1）機組非AGC方式。包括機組手動、CCS協(xié)調(diào)控制等。機組負荷指令從DCS操作員站手動給出。
（2）機組AGC方式。機組CCS投入AGC自動，但機組負荷指令從LDS上由值長手動給出。
（3）廠級AGC方式。機組處于AGC方式，廠級負荷指令從LDS上由值長手動給出總負荷指令，然后通過優(yōu)化或比例分配給出單元機組負荷指令。
（4）調(diào)度AGC方式。總負荷指令由調(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組負荷指令。
以上四種運行方式由值班值長根據(jù)當前機組運行狀況與調(diào)度協(xié)商選擇。正常情況下，機組處于調(diào)度AGC方式運行狀態(tài)，其中優(yōu)化模式涉及的性能計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)響應速度的同時，自動根據(jù)各臺機組的當前運行工況對全廠機組負荷進行優(yōu)化分配，按節(jié)能最優(yōu)方式運行；采用比例模式，在滿足電網(wǎng)響應速度的同時，參考各臺機組的當前運行工況，可按照運行人員的設置進行負荷分配。以充分利用全廠負荷分配系統(tǒng)的自動控制權限，達到節(jié)能降耗的目的。

    5 應用效果及經(jīng)濟效益分析

    廠級AGC負荷分配系統(tǒng)2009年5月在貴州黔西發(fā)電廠成功投運后，通過對AGC進行運行優(yōu)化，可有效降低和節(jié)約電廠的發(fā)電成本，促進發(fā)電機組經(jīng)濟高效運行。同時，該系統(tǒng)投運后，在對機組的負荷調(diào)節(jié)和經(jīng)濟方面已經(jīng)體現(xiàn)出來諸多的優(yōu)越性。

    5.1 應用期間的間接經(jīng)濟效益

    （1）使用期間，我廠曾發(fā)生個別機組的垮焦熄火事件，由于該系統(tǒng)的投運，其余運行機組很快調(diào)整負荷，將停機機組的負荷迅速轉(zhuǎn)移至運行機組，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，電廠側可以根據(jù)機組的運行需要（如某臺機組存在缺陷需要穩(wěn)定負荷或做試驗需要穩(wěn)定負荷）維持個別機組負荷穩(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)整機組間的負荷分配，在不影響電網(wǎng)所需負荷的前提下保證任意機組輔機的缺陷得到及時消除。

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

    5.2 應用期間的直接經(jīng)濟效益

    在廠級AGC負荷分配系統(tǒng)投用之前，我廠機組的供電煤耗相對較高，通過統(tǒng)計（統(tǒng)計月份13個月），2008年5月至2009年5月，我廠共發(fā)電量82.056億kWh，累計消耗原煤90.43萬噸，平均供電標煤耗為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)計月份11個月），我廠共發(fā)電量85.053億kWh，累計消耗原煤418.9萬噸，平均供電標煤耗336.019g/kWh，降低了10.36g/kWh，共節(jié)約標煤：85.053×10.36=85539噸。

    2009年3月，我廠完成1號機組汽機通流部分改造；09年3月、6月、10月分別完成1-4機變頻器節(jié)能技改、真空系統(tǒng)技改、電除塵技改項目，其中變頻器節(jié)能技改、真空系統(tǒng)技改、電除塵技改項目節(jié)約標煤57415噸。1號機組汽機通流部分改造，降低發(fā)電標煤耗約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)約的標煤數(shù)量：85539噸-57415噸-11988噸-6273噸=9863噸，每一噸標煤按照458元計算，一年節(jié)約451.7254萬元，產(chǎn)生了良好的節(jié)能經(jīng)濟效益。

    5.3 廠級AGC負荷分配系統(tǒng)投入使用前及使用后我廠各機組的主要指標統(tǒng)計如下

統(tǒng)計時間：2008年5月～2009年5月
機組
指標1號機組2號機組3號機組4號機組
累計發(fā)電量184513 210399 196532 229114
累計耗煤量875252 995102 948412 1085520
發(fā)電標煤耗323.28 323.49 326.86 323.53
統(tǒng)計時間：2009年6月～2010年5月
機組
指標
1號機組2號機組3號機組4號機組
累計發(fā)電量230548 203052 193839 223087
累計耗煤量1116188 1004065 968572 1100209
發(fā)電標煤耗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負荷分配系統(tǒng)投用后各機組的發(fā)電標煤耗總體呈下降趨勢，特別是1號機組，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負荷分配系統(tǒng)在電廠各機組間經(jīng)濟分配負荷的作用，大大提高了電廠的經(jīng)濟效益。

    6 結束語

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

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

    雖然當前該系統(tǒng)在煤耗計算和優(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、源參數(shù)及計算方法修正等工作的開展，系統(tǒng)將更加完善。之后將有望進一步在火力發(fā)電企業(yè)得到廣泛應用。

    參考文獻：
[1] 張斌. 自動發(fā)電控制及一次調(diào)頻控制系統(tǒng)[M]. 北京: 中國電力出版社,2005.
[2] 王遠輝等. 廠級負荷分配系統(tǒng)總體規(guī)劃, 2008.
   
    摘自《自動化博覽》2010年第十二期