广西火电厂厂级AGC改造与实施

刘明宝，周先哲，彭勃，冯桂荣，罗鹏，莫恭坤，陈友良

（1. 广西桂能科技发展有限公司，广西 南宁 530007；2. 广西电网电力调度控制中心，广西 南宁 530023）

自动发电控制（Automatic Generation Control，简称AGC），即在确定的区域内，当电力系统频率或联络线功率发生变化时，通过远程调节发电机组的有功功率，以维持系统频率或确保区域之间预定的交换功率。其技术装备体系主要包括总调、各省（区）中调电网运行控制系统、远动传输通道、发电厂远程终端设备或计算机监控系统、发电机组协调控制系统、发电机组及其有功功率调节装置，以及实现 AGC 功能的应用软件等。

早在1997年，我国专家就已经提出了火电厂厂级监控信息系统（SIS）的概念[1]，并形成了比较规范的火电厂分散控制系统（DCS）、SIS和MIS三级信息的控制网络结构。随着系统设备的成熟和发展，又提出了火电厂厂级控制系统（PSCS）的概念，并预言厂级控制系统的建设是我国进入21世纪第二个十年火电厂自动化技术发展的一个目标，将推动火电厂一步一步向智能化目标发展[2]。厂级 AGC 指将火电厂全厂有功出力作为一个 AGC控制对象的出力协调控制系统，通过其对各机组出力进行优化分配，保证全厂的出力目标和性能的同时兼顾节能降耗减排等优化。具有两台及以上机组的火电厂可装备能实施厂级 AGC 监控功能的子站系统，以实现全厂集中监视、优化协调、联合控制[3]。

1 广西火电厂厂级AGC现状

厂级 AGC 方式是近年节能发电调度和节能减排形势下的一种科学调度方式，广西中调的AGC采取对水电厂统一控制全厂、对火电厂分单机进行控制的模式。由于发电厂的计划曲线按全厂下达，所以跟踪负荷曲线的AGC控制模式对火电厂一般只能按照平均分配单机负荷的方式下发控制指令。这种控制方式无法顾及火电厂机组的运行工况，容易造成机组跟踪指令滞后、调节受阻等不良情况的发生。为了提升广西电网整体自动发电控制水平，减轻运行人员负荷调整工作量，减少火电厂因负荷调整指令执行不利的考核，平衡水火电AGC辅助服务补偿,有必要进行厂级AGC改造。

截至2019年底，广西区域内已完成的厂级AGC改造有贺州电厂、防城港电厂一期和二期、钦州电厂一期和二期、北海电厂。南网区域内广东、贵州、云南的火电厂厂级AGC改造实施均早于广西，实践也证明了厂级AGC既能满足电网安全、优质、经济运行需要，又能提高发电厂高效、节能、协调运行水平。

2 厂级AGC系统改造重点

2.1 厂级AGC功能要求

厂级AGC应具备以下功能：

2.1.1 具备全厂/单机两种控制模式，可根据调度要求切换，两个模式相互闭锁。

2.1.2 可设置调度远方控制/本地自动控制/手动操作控制/开环模拟控制方式，不同控制方式可切换。

2.1.3 按遥调指令、运行值班员设定或日负荷曲线给定的目标值优化分配、自动调整机组出力，分配策略应满足节能发电调度的要求。

2.1.4 自动监测机组运行状态和控制性能。

2.1.5 自动校核各项限制条件，条件不满足自行闭锁，条件恢复自动解锁。

2.1.6 全厂AGC控制模式时，全厂的整体调节性能不应低于单机模式下的全厂整体性能。在小幅值调节命令下，为达到优化目的，全厂AGC可将命令分给其中部分机组调节，对整体调节速率的要求可以适当降低。

2.1.7 全厂AGC控制模式下，出力分配应该考虑煤耗及厂用电的优化策略。

2.1.8 全厂AGC控制模式下，可以人工指定各机组的分配比例。

2.2 厂级AGC技术指标要求

根据《南方区域发电厂并网运行管理实施细则（2020版）》[4]和《南方区域并网发电厂辅助服务管理实施细则（2020版）》[5]中的要求，不论单机还是厂级AGC均考核三个技术指标：响应时间、调节速率和调节量误差,具体要求数值见表1。

表1 厂级AGC技术要求（燃煤机组）

厂级AGC 考核电量公式=[1-（厂级 AGC 调节速率合格率×0.5+响应时间合格率×0.25+调节精度合格率×0.25）]×全厂装机容量×0.5 小时，可以看出厂级AGC对速率的考核比重大。

2.3 厂级AGC改造过程

厂级AGC系统是建立在电网调度和机组负荷控制中间的枢纽控制系统，将接收到的调度指令分配给机组，也可以根据需要自行下发指令分配机组。厂级AGC改造可分为硬件与软件部分，改造完成后应进行相应的厂级AGC验收试验[6~7]。

2.3.1 厂级AGC硬件改造

硬件部分主要是加装AGC前置器和AGC服务器，AGC前置器作为通讯中枢，提供厂级AGC系统所需外部接口，AGC服务器负责负荷优化分配算法及提供厂级AGC系统的人机界面[8]。图1、图2分别为广西某火电厂进行厂级AGC改造前、后的网络系统构架图。

图1 厂级AGC改造前结构图

图2 厂级AGC改造后结构图

2.3.2 厂级AGC软件改造

软件部分主要新增了一套厂级AGC的上位机操作系统，投运后一般交由电厂值长操作，在操作画面上除了能实时接收机组实发功率、AGC投入状态、AGC报警等数据，还可以控制厂级AGC的投入，下发负荷指令。图3是广西某电厂的厂级AGC上位机画面。

图3 厂级AGC改造上位机画面

2.3.3 厂级AGC验收试验项目

厂级AGC验收试验包含静态试验和动态试验。静态试验主要是验证厂级AGC系统的可靠性和安全性，动态试验主要是通过试验后计算相应的技术指标是否合格来考察机组的AGC调节能力。厂级AGC验收试验内容见表2[9~13]。

表2 厂级AGC验收试验内容

根据区内几个火电厂厂级AGC改造情况可以看出，功能性的合理和安全性的可靠，是保障厂级AGC项目顺利改造的重中之重。为此，依据厂级AGC功能要求，对广西区内主要火电厂厂级AGC改造后功能投入情况进行了统计，内容见表3，而安全性测试则依据《南方电网自动发电控制（AGC）技术规范》内容制定。

由表3可知，大部分厂级AGC功能均能按照要求投入。厂燃煤成本占整个发电成本的70%~85%，全厂煤耗愈省，全厂经济性愈优，但像考虑煤耗这种更高的要求负荷分配策略几乎不使用，因为煤耗测量具有滞后性，且煤耗与负荷之间的函数关系制约条件多，计算方法复杂，计算量大，往往大部分厂级AGC电厂不考虑投入，只使用厂级AGC简单的负荷分配策略。

表3 区内主要火电厂厂级AGC改造后功能投入情况统计

3 厂级AGC改造过程中出现的问题

3.1 负荷指令转移功能缺陷

某厂级AGC系统设计了负荷转移功能，其功能主要是当两台机组需要全厂变负荷时，当其中一台机组工况异常（因为自身原因无法升降负荷），经过延时判断后会把这台机组需要升降的指令余量转移到另外一台机组，实现负荷转移。在进行厂级AGC变负荷试验时，1号和2号机组均投入AGC，系统处于全厂AGC模式，值长将全厂负荷指令由900MW设成1090MW，两台机组开始慢慢根据分配的升负荷指令进行变负荷，突然2号机组负荷出力带不上，发生工况异常报警，把剩下的负荷指令转移到1号机组，而此时AGC总指令却变化为1120MW，直接改变了设定的1090MW的指令值。发生该情况后试验人员立即退出了厂级AGC变负荷试验，退出厂级AGC模式。

3.2 调节速率不合格

根据“两个细则”可看出，对火电厂AGC性能中调节速率提出了更快的要求，从之前的按机组单机容量区分，基本要求是额定容量的1%/分钟，到最新要求，不论机组大小，统一要求是额定容量的1.5%/分钟，等于需要提速50%。广西区内厂级AGC改造电厂中各电厂变负荷能力各不相同，同一电厂一二期也出现过二期速率达标，一期速率不达标的情况。某电厂在进行厂级AGC变负荷试验前集结了试验、厂家、电厂专工和运行人员进行了技术交底和方案讨论，在讨论中运行人员对于试验中使用的调节速率有担心，以往运行时维稳为主，速率都设得很小，那么高的速率正常运行不会用到，尤其是升负荷增出力时对于机组设备和协调控制都是考验，试验过程中也发现减负荷时机组调节基本没有什么问题，加负荷时由于过快的速率指令，燃料调节跟不上，造成了DCS协调控制报了给水闭锁的报警，紧急情况下直接退出了厂级AGC，调节速率不达标。

3.3 协调控制画面目标值不跟踪AGC指令

当机组没投入厂级AGC时，机组的负荷指令是运行人员直接在DCS机组协调控制画面的负荷目标值进行输入设置，也是电厂机组常规进行负荷调整的方式，当投入厂级AGC模式后，机组协调控制接收厂级AGC指令。某电厂厂级AGC改造后在进行厂级AGC投入测试时，试验人员发现机组协调控制画面上的负荷目标值没有跟踪AGC指令，经检查发现逻辑有缺陷。当厂级AGC模式退出的时候，机组指令会接收画面上的负荷目标值，缺少无扰切换逻辑；如果指令偏差过大，AGC退出时，机组接收协调目标值，容易造成较大的扰动。

4 问题的解决

4.1 负荷指令转移功能缺陷

问题出现后，相关试验人员、厂家和业主组织讨论，原有的负荷偏移逻辑是当某台机组发生工况异常时，负荷转移至正常机组，当异常机组恢复正常后再重新分配负荷指令，当重新分配负荷指令的时候导致了下发指令错误，将原有的机组指令覆盖。在厂级AGC系统中修改以下逻辑：当某台机组发生异常时，将负荷转移至正常机组，异常机组的目标值以及指令值立即跟随实发值，从而使此台机组异常消失，之前转移走的负荷不再进行重新分配。该策略更适应现场，即使单台机组异常，也能更快更准地响应全厂AGC指令。

在厂级AGC系统修改逻辑，判断若出现1号机组异常，直接将1号机组需要变化的负荷量叠加到2号机组的AGC指令中去，1号机组当时的实发值赋予1号机组指令值，保持不变，且机组异常复位。修改好控制策略后重新进行了测试，1号和2号机组均投入厂级AGC模式，厂级AGC处于全厂本地模式，直接由值长在画面上进行目标值的设置，试验前全厂实发557MW其中1号机组283MW，2号机组274MW，试验开始后值长下发了578MW的全厂目标值，1号和2号机组按照步长接收分配的指令进行升负荷，模拟1号机组工况异常，1号机组负荷维持在281MW，1号机组指令跟随实发值，把剩余的指令转移至2号机组，全厂目标值578MW还是持续不变，2号机组继续升负荷。经测试证明，机组工况异常时，厂级AGC负荷转移功能使用正常。

4.2 调节速率不合格问题的解决

对于厂级AGC系统而言，它只是一个指令接受发送的中转站，对于调节速率等技术指标，更多地是考验机组的协调能力以及机组设备的调节能力，试验结果发现速率不达标后，试验人员结合运行人员的配煤记录也发现使用优质煤的机组在响应速率方面都有很大的提升，而且试验时由于升负荷的区间处于该机组的起磨点，起磨的过程也需要时间，无疑也会影响厂级AGC速率的指标，从这几方面着手，试验人员修改了协调的逻辑参数，提升协调对于快速指令的响应，启停磨的操作让运行人员提前准备，最终测试机组调节速率满足指标要求。

对于机组调节速率不够的机组可从以下几个方面进行解决：

4.2.1 减少指令响应时间。AGC指令从调度的EMS发出到机组的协调控制系统执行，需要经历多个时间间隔，使用快速的通讯装置，优化AGC响应逻辑均能减少指令响应时间。

4.2.2 进行协调优化工作。可从以下几个方案考虑①弱化压力拉回回路对CCS的影响，提高机组对负荷指令的响应速度；②精简负荷闭锁增/减逻辑，只保留燃烧、给水等主要回路的触发条件，加快机组对AGC指令的响应速度；③在机组可承受范围内，牺牲一下主汽压力品质，再适度提高DCS侧负荷设定值变化率[14]。

4.2.3 合理配煤。采用优质煤充分燃烧，以便改善AGC调节速率，提高调频市场下机组竞价发电的能力。

表4为广西区内主要火电厂厂级AGC改造后变负荷试验记录。

表4 厂级AGC改造后变负荷试验过程记录表

除此之外国家现在也有出台对于火电厂灵活性改造的政策指导，比如储能系统技术值得关注，相较于常规机组的大惯性、大延迟特性，储能系统可以提供更优质的调频功能，可在在毫秒级的时间范围内，高精度完成指定功率的输出，其综合响应能力完全满足在AGC调频时间尺度内的功率变换需求，因此，以常规火电机组支撑电网基本负荷，联合储能系统响应AGC调频指令将满足电网对常规机组参与电网 AGC 调频的要求[15]。

4.3 协调控制画面目标值不跟踪AGC指令问题的解决

出现问题后，新增逻辑，当在厂级AGC投入的情况下，厂级AGC指令赋值给协调机组指令，保持一致。因为厂级AGC与火电厂DCS在测点通讯和逻辑控制都有关联，改造中往往会忽略一些功能逻辑，比如当厂级AGC投入，协调机组指令应该跟随厂级AGC指令，这样在退出厂级AGC的时候才能不让机组指令有波动。热控人员往往为了减少风险，DCS修改逻辑下装一般会采取在机组停机时进行，但厂级AGC改造有时并不是在机组停机时进行，热控人员也没有机会去修改DCS逻辑，也就忽略了一些无扰切换的逻辑，建议厂级AGC改造后要认真检查信号通讯是否正确，相关联的逻辑是否有缺漏。

5 结语

本文从硬件改造和软件改造两方面着手，对广西区内火电厂厂级AGC改造与实施进行了介绍，对改造过程中发现的问题和解决办法做了说明，可为同类型改造工程提供参考。厂级AGC改造既能满足电网安全、优质、经济运行需要，又能提高发电厂高效、节能、协调运行水平，更好地适应网源协调、电力市场运营和电力体制改革的需要，达到节能减排的目的，从而最终实现厂网双赢。