西北區(qū)域火電機組AGC性能指標分析及優(yōu)化

引言

2018年12月,國家能源局西北監(jiān)管局修訂發(fā)布了《西北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細則》及《西北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實施細則》(以下簡稱"兩個細則")。2021年12月,國家能源局西北監(jiān)管局公開征求了"兩個細則"補充規(guī)則。AGC控制系統(tǒng)作為火電機組DCS中的核心控制部分[1],其控制性能直接影響著機組運行的安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性,所以針對西北區(qū)域火電機組AGC性能指標進行分析及優(yōu)化對于火力發(fā)電企業(yè)意義重大。

1"兩個細則"及其補充規(guī)則中AGC指標考核、補償

"兩個細則"及其補充規(guī)則中AGC指標體系,可分為AGC調(diào)度管理考核、AGC調(diào)節(jié)性能考核、AGC免考核條款(考核說明)、AGC補償指標、AGC免補償條款、頂峰能力補充規(guī)定這幾大部分。

1.1AGC調(diào)度管理考核

主要包括并網(wǎng)是否具備AGC功能,是否按照管理流程進行規(guī)范化檢修申請以及根據(jù)調(diào)控機構(gòu)要求進行AGC相關(guān)性能測試或試驗,此部分考核絕大部分火電機組都能滿足。

1.2AGC調(diào)節(jié)性能考核

此部分考核包含4個指標:

(1)可用率考核:AGC月可用率應(yīng)達到.8%,每降低1%,按0.5分/(萬kw·h)考核。

并網(wǎng)AGC機組可用率一般都沒問題,可用率不僅是考核指標,同時也是考核指標中的補償指標,AGC月可用率每提高1%,補償1分/(萬kw·h)。

(2)投退頻次考核:任意6h內(nèi),因電廠原因造成機組AGC狀態(tài)改變次數(shù)n≥6,認定為頻繁投退,按5n分考核。正常并網(wǎng)運行AGC機組,一般不會出現(xiàn)非人為性頻繁投退,如果頻繁投退,需要對機組AGC控制系統(tǒng)進行全面優(yōu)化。

(3)調(diào)節(jié)速率考核:機組當月歷次平均調(diào)節(jié)速率的平均值。直吹式制粉系統(tǒng)汽包爐的火電機組為每分鐘機組裝機容量的1.5%,每降低0.1%,按1分/(萬kw·h)考核。深度調(diào)峰期間,機組平均調(diào)節(jié)速率考核分數(shù)乘以深調(diào)考核系數(shù)m。深調(diào)考核系數(shù)m取值范圍如表1所示。

調(diào)節(jié)速率是西北區(qū)域火電機組"兩個細則"中最重要的AGC指標之一,它表征了AGC控制系統(tǒng)的動態(tài)性能。AGC控制系統(tǒng)實質(zhì)上包括了機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和其他重要閉環(huán)控制子系統(tǒng)(主再熱汽溫控制、風(fēng)量及氧量控制、制粉系統(tǒng)控制等)。調(diào)節(jié)速率雖然是考核指標,實際上它直接影響很多其他補償指標。

(4)響應(yīng)時間考核:自AGC指令開始變化時刻引起,至機組實際負荷開始變化,且變化幅度超過負荷穩(wěn)態(tài)偏差允許范圍(火電機組穩(wěn)態(tài)偏差是指不超過裝機容量的±0.5%),并在趨勢上不再返向的時刻之間的時間差。機組AGC響應(yīng)時間月度合格率應(yīng)不低于.8%。采用直吹式制粉系統(tǒng)的火電機組AGC響應(yīng)時間d60s。AGC響應(yīng)時間考核分數(shù)=(.8%-入)×100×P×α×0.25。其中,入為機組AGC月度平均合格率:P為機組額定容量:a為機組月度運行系數(shù)。響應(yīng)時間表征控制系統(tǒng)反應(yīng)及時與否。

1.3AGC免考核條款(考核說明)

設(shè)備故障檢修可申請一段時間內(nèi)一次免考核:機組啟、停機過程中,一次調(diào)頻與AGC同時動作期間,不進行AGC考核。AGC考核說明規(guī)定考核總分最大不超過30分/(萬kw·h)。

1.4AGC補償指標

包括調(diào)節(jié)容量補償和貢獻電量合格率補償。

(l)調(diào)節(jié)容量補償:按日統(tǒng)計AGC機組在AGC指令下的實際最大出力和最小出力,按0.2分/(萬kw·h)補償。經(jīng)深度調(diào)峰靈活性改造的火電機組,調(diào)節(jié)容量補償指標的盈利潛力巨大,以600Mw機組為例,20%深調(diào)區(qū)間,日最大理論補償分數(shù)可達9.6分。

(2)貢獻電量合格率補償:按月統(tǒng)計機組AGC歷次下發(fā)指令期間實際貢獻電量累積值與理論貢獻電量累積值的比率。貢獻電量合格率補償=火電貢獻合格率×6分/(萬kw·h)。AGC實際調(diào)節(jié)速率滿足要求,AGC控制系統(tǒng)能較好處理常見的AGC控制問題,貢獻電量合格率補償分數(shù)就會比較高。

1.5AGC免補償條款

若常規(guī)電源因AGC設(shè)備優(yōu)化或按照調(diào)控機構(gòu)要求進行AGC相關(guān)性能試驗,試驗期間給予免補償。

1.6頂峰能力補充規(guī)定

用電高峰時段為07:00一l0:00和l8:00一23:00,最大發(fā)電能力負荷率Ri=Pm/Pc×l00%。其中,Pm是機組日前最大發(fā)電能力申報值:Pc是機組額定容量。Ri補償/考核計算如表2所示。

此指標既是補償指標,也是考核指標。算術(shù)平均值達到90%及以上,補償/考核打五折。供熱機組供熱期間實際運行中,若日前申報最大發(fā)電能力低于考慮供熱后能源監(jiān)管機構(gòu)核定的最大發(fā)電能力,則在用電高峰時段,對實際最大發(fā)電能力低于考慮供熱后核定的最大發(fā)電能力部分產(chǎn)生的積分電量,按l0分/(萬kw·h)考核。發(fā)電企業(yè)實際頂峰能力與上報頂峰能力不符,按l0分/(萬kw·h)考核。頂峰能力補充規(guī)定,突出火電機組高負荷段的AGC穩(wěn)定帶負荷能力。

2西北區(qū)域某火電機組AGC考核及分析

西北區(qū)域某火電機組2022年一季度"兩個細則"AGC考核如圖1所示。

2022年一季度月平均考核金額是4.74萬元,AGC性能指標不理想,會影響整個機組調(diào)峰、一次調(diào)頻的考核跟補償,另外還有分攤費用支出,對機組運行的經(jīng)濟性、安全性、穩(wěn)定性很不利。在運機組AGC控制主要可能出現(xiàn)以下典型問題:

(l)機跟爐的協(xié)調(diào)控制方案不夠完善,負荷控制精度較差,無法滿足考核指標要求。

(2)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)參數(shù)不好,協(xié)調(diào)控制品質(zhì)較差。

(3)機組投入順序閥控制方式后,汽機閥門流量線性不好,導(dǎo)致機組有功調(diào)節(jié)精度較差。

(4)風(fēng)量測量不準,特別是一次風(fēng)測量存在問題導(dǎo)致一次風(fēng)不能投入自動控制,影響了鍋爐燃燒效果,導(dǎo)致鍋爐響應(yīng)速度較慢,主汽壓力有較大波動。

(5)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的前饋環(huán)節(jié)設(shè)計或參數(shù)不合理導(dǎo)致負荷響應(yīng)慢或主汽壓力波動大。

(6)減溫水控制品質(zhì)不好,主汽溫超溫次數(shù)增多。

(7)啟停磨過程中,煤量預(yù)測計算不理想導(dǎo)致對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的擾動太大,主汽壓力和機組負荷波動較大。

(8)煤質(zhì)不穩(wěn)定導(dǎo)致機組AGC控制品質(zhì)較差。

(9)大幅度變負荷控制系統(tǒng)常會出現(xiàn)控制不穩(wěn)定。

3針對性AGC性能提升優(yōu)化

3.l針對性AGC性能提升方案及措施

根據(jù)"兩個細則"及其補充規(guī)則AGC指標考核、補償計算導(dǎo)向,為專門解決火電機組AGC控制中難點問題,采用融合了多種先進控制技術(shù)的針對性AGC優(yōu)化方案,如圖2所示。

針對本機組存在的自動調(diào)節(jié)精度低、參數(shù)偏差大、自動調(diào)整性能無法滿足需求的問題,進行了機組協(xié)調(diào)控制優(yōu)化及燃燒優(yōu)化。

(1)增加機組煤水比自動邏輯,原機組僅有燃料主控自動,缺少燃料與給水之間限制自動邏輯。

(2)使用邏輯折線函數(shù)進行線性調(diào)節(jié),偏差越大調(diào)節(jié)速率越快,反之越慢:實現(xiàn)負荷變化過程中快速響應(yīng)負荷、燃料設(shè)定、給水設(shè)定、風(fēng)量設(shè)定。

(3)使用鍋爐主控輸出對應(yīng)給水折線函數(shù),經(jīng)過三階慣性環(huán)節(jié),使用升降負荷條件對給水前饋進行修正。原邏輯未進行升降負荷對給水前饋邏輯的修正,給水前饋量變動范圍小,升降負荷時不能快速達到設(shè)定值,現(xiàn)邏輯考慮升降負荷,在升降負荷中使用分離器出口溫度來調(diào)節(jié)給水前饋量。

對機組閥門流量特性進行優(yōu)化:

(1)經(jīng)過全負荷、全閥位試驗有效記錄各負荷及閥位下汽輪機流量特性:

(2)完成優(yōu)化后解決了順序閥運行時3、4閥全開1閥未開時對負荷的影響。

3.2針對性AGC優(yōu)化成果

(1)針對性AGC優(yōu)化前后指標對比如圖3所示,1月一3月為AGC優(yōu)化前數(shù)據(jù),4月一6月為AGC優(yōu)化后數(shù)據(jù)。

優(yōu)化前平均響應(yīng)時間合格率為92.64%,優(yōu)化后平均響應(yīng)時間合格率為97.78%。優(yōu)化前平均調(diào)節(jié)速率為94.01%,優(yōu)化后平均調(diào)節(jié)速率為99.45%。

(2)優(yōu)化前后兩則考核、補償對比如圖4所示。

4結(jié)語

本文對"兩個細則"及其補充規(guī)則中AGC的技術(shù)指標要求、考核及補償計算方法進行了介紹說明,并就西北區(qū)域某火電機組"兩個細則"AGC考核現(xiàn)狀進行分析,確定了針對性AGC性能提升優(yōu)化方案。應(yīng)用結(jié)果表明,該AGC優(yōu)化方案切實有效,使火電廠在減少考核的同時,盡量提高補償收入,適應(yīng)了西北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行和輔助服務(wù)管理的新形勢和新要求,進一步優(yōu)化了電力資源配置,保障了西北電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行。