CN114609902A - 一种基于agc指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制方法及装置 - Google Patents

一种基于agc指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于AGC指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制方法，包括：指令接收装置接收负荷指令，生成AGC指令，并采集主汽压力信号与发电机功率信号，送入工业控制计算机；工业控制计算机将对AGC指令的状态进行判断和处理，并根据判断结果，在汽机侧与锅炉侧采用不同的负荷变速率策略，再根据变速率处理结果进行机组负荷和压力的控制运算，生成汽轮机的调门开度指令。本发明的有益效果是：本发明将AGC指令分为稳定与动态两种状态。在稳定状态下，发挥汽轮机快速调节负荷的特性，采用较快速率进行变负荷调整；在动态工况下，以常规速率进行负荷响应，有效提升机组的负荷调节性能指标，提高机组的AGC响应能力。

Description

一种基于AGC指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制 方法及装置
技术领域
本发明涉及火力发电技术领域，更确切地说，它涉及一种基于AGC指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制方法及装置。
背景技术
为保证电网供电质量的要求，电网调度机构对并网运行的火力发电汽轮机组实行自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)，同时对火电机组的AGC指令响应速率、响应时间和控制精度等指标提出了控制要求。
火力电发电机组通过锅炉燃烧将煤的化学能量转换成热能，并利用水作为工质吸收热能后在汽轮机中做功，带动发电机发电的方法，实现由燃煤化学能到电能的一系列能量转变过程，以此满足社会的用电需求。水和蒸汽的热力循环***主要由锅炉和汽轮机等设备组成，并通过与汽轮机组同轴驱动的发电机，将机械能转换为电能。其中调速汽门是满足电网负荷调度而设置的主要调节设备。
机组的整体负荷由分散控制***(Distributed Control System,DCS)进行实时控制。DCS将接收到的AGC负荷指令进行限幅与限速处理，生成机组负荷指令与主汽压力设定值，再将其与机组实时功率与实时压力比较，调节锅炉燃料量、送风量与给水流量，以此改变锅炉的出力，以满足汽轮机的做功需求；同时，DCS对汽轮机调速汽门开度进行控制，改变汽轮机出力，进而调整机组的发电功率。DCS通过协调锅炉与汽轮机间的能量供需平衡，实时调整机组出力，实现对AGC指令的响应。
随着电力市场调频辅助服务工作的推进，目前调度下发至机组的AGC指令特性发生了较大变化。AGC指令的频次与幅度较以往有大幅提升，而电力市场调频运行规则对机组的AGC响应性能也提出了更高的要求。传统负荷控制中针对AGC指令采用固定变负荷速率进行处理，在负荷指令较为平缓的工况下能够满足调度的相关需求。但目前AGC指令向着高频次、大幅度变化的特性发展，在调节过程中极易出现调节滞后，机组的响应不及的问题，导致调节精度等指标无法满足要求，影响机组的考核结果。特别是在机组的锅炉燃烧惯性较大，出力变化较慢时，采用传统的定速率负荷控制策略，将难以满足当前AGC调度的要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于AGC指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制方法及装置。
这种基于AGC指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制方法，由基于AGC指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制装置执行，包括以下步骤：
步骤1、指令接收装置接收调度机构下发的负荷指令，生成AGC指令信号，并采集机组的主汽压力信号与发电机功率信号，送入工业控制计算机；
步骤2、工业控制计算机将对AGC指令的运行状态进行判断，并对AGC指令进行相应的处理；
步骤3、工业计算机根据AGC指令状态判断结果，在汽机侧与锅炉侧分别采用不同的负荷变速率策略，以适应不同AGC指令状态的控制需求；
步骤3.1、在锅炉侧，负荷指令始终采用固定速率方式；
步骤3.2、在汽机侧，对其负荷指令进行变速率处理；
步骤4、工业控制计算机根据变速率处理结果进行机组负荷和压力的控制运算，并生成汽轮机的调门开度指令，控制汽轮机的调门。
作为优选，步骤2具体包括以下步骤：
步骤2.1、在机组开始接收AGC指令瞬间，将当前的AGC指令存入寄存器中，并将AGC指令状态信号置位为“动态”；
步骤2.2、不断接收到调度机构新下发的AGC指令，并将该指令与之前存入寄存器的指令进行比较；
步骤2.3、若新指令与当前存储指令相比，变化超过预定的死区(一般设计为机组5％额定负荷)，则认为负荷指令变化较大，发出“动态”脉冲信号；同时，将接收到的新AGC指令存入寄存器，作为下一轮指令比较的基准；
步骤2.4、当AGC指令进入“动态”状态一段时间内，新指令与当前存储指令相比未超过死区，“动态”脉冲信号未被触发，则认为AGC指令进入相对稳定状态，此时将AGC指令状态信号置位为“稳态”状态；同时，将当前的AGC指令存入寄存器，作为指令比较的基准值；
步骤2.5、在维持“稳态”状态一段时间后，逻辑将更新寄存器内存储的AGC指令，将当前的AGC指令存入寄存器作为比较基准值；
步骤2.6、当机组控制退出协调控制时，将AGC指令状态信号置位为“动态”。
作为优选，步骤2.4中，“稳态”状态的等待时间，由AGC的指令幅度及当前机组的变负荷速率决定。
作为优选，步骤3.2中，汽机侧负荷指令生成采用与锅炉侧相同的结构，但其变负荷速率由外部写入，并与机组状态及AGC状态相关。
作为优选，步骤3.2中，汽机负荷变速率设定值以机组负荷变速率设定值为基准，通过AGC状态及当前主汽压力对速率值进行校正。
作为优选，步骤3.2具体包括以下步骤：
步骤3.2.1、当机组AGC指令处于“动态”状态，或AGC未投入时，汽机侧变负荷速率保持与机组变负荷速率一致；
步骤3.2.2、当机组AGC指令处于“稳态”状态时，将汽机侧变负荷速率乘以1.5倍的系数。
作为优选，步骤3.2还包括：
步骤3.2.3、当升负荷时汽压偏高、降负荷时汽压偏低时，加快汽机侧变负荷速率；当升负荷时汽压偏低、降负荷时汽压偏高时，降低汽机侧变负荷速率。
作为优选，步骤3.2还包括：
步骤3.2.4、在出口处进行限制，限制值为当前机组变负荷速率乘以系数。
作为优选，步骤2.3中，所述预定的死区为机组5％额定负荷
本发明还提供了一种基于AGC指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制装置，所述装置包括：指令接收装置、机组功率测量设备、蒸汽压力测量设备、汽轮发电机组、调速汽门和工业控制计算机。
本发明的有益效果是：本发明通过对AGC指令状态进行判断，将AGC指令分为稳定与动态两种状态。在稳定状态下，充分发挥汽轮机快速调节负荷的特性并利用锅炉蓄热，采用较快速率进行变负荷调整；在动态工况下，机炉协调动作，以常规速率进行负荷响应。在保证运行安全的基础上，有效提升机组的负荷调节性能指标，提高机组的AGC响应能力。
附图说明
图1为发电机组负荷控制***结构示意图；
图2为AGC指令状态判断回路示意图；
图3为锅炉侧负荷指令生成回路示意图；
图4为汽机侧负荷指令生成回路示意图；
图5为汽轮机负荷变速率设定值生成回路示意图；
图6为实施例中1000MW等级机组24小时内的AGC调节曲线及状态判断结果示意图；
图7为实施例中机组汽机与锅炉侧负荷指令变化情况示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例1：
一种基于AGC指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制装置，如图1所示，该装置包括：指令接收装置、机组功率测量设备、蒸汽压力测量设备、汽轮发电机组、调速汽门和工业控制计算机。
其中，指令接收装置用于接收调度AGC指令；机组功率测量设备是测量发电机功率的功率变送器；蒸汽压力测量设备是测量主蒸汽压力的压力变送器；汽轮发电机组包括汽轮机、与汽轮机相连的发电机；调速汽门用于调节汽轮机出力；工业控制计算机用于进行调速汽门开度控制。
运行时，工业控制计算机将接收调度给出的AGC指令，对其进行处理后生成汽轮机负荷设定值，并将其与实时测量的机组功率进行比较，运算生成调速汽门的开度指令，改变汽轮机及发电机的出力，以此实现对被机组功率的精确闭环控制。
实施例2：
本发明具体包括以下步骤：
步骤1、指令接收装置接收调度机构下发的负荷指令，生成AGC指令信号，并采集机组的主汽压力信号与发电机功率信号，送入工业控制计算机。
步骤2、工业控制计算机将对AGC指令的运行状态进行判断，并对AGC指令进行相应的处理。
步骤2具体包括以下步骤：
步骤2.1、在机组开始接收AGC指令瞬间，将当前的AGC指令存入寄存器中，并将AGC指令状态信号置位为“动态”。
步骤2.2、不断接收到调度机构新下发的AGC指令，并将该指令与之前存入寄存器的指令进行比较。
步骤2.3、若新指令与当前存储指令相比，变化超过预定的死区(一般设计为机组5％额定负荷)，则认为负荷指令变化较大，发出“动态”脉冲信号；同时，将接收到的新AGC指令存入寄存器，作为下一轮指令比较的基准。
步骤2.4、当AGC指令进入“动态”状态一段时间内，新指令与当前存储指令相比未超过死区，“动态”脉冲信号未被触发，则认为AGC指令进入相对稳定状态，此时将AGC指令状态信号置位为“稳态”状态；同时，将当前的AGC指令存入寄存器，作为指令比较的基准值。
需要说明的是，步骤2.4中，“稳态”状态的等待时间，由AGC的指令幅度及当前机组的变负荷速率决定。
步骤2.5、在维持“稳态”状态一段时间后，逻辑将更新寄存器内存储的AGC指令，将当前的AGC指令存入寄存器作为比较基准值。
步骤2.6、当机组控制退出协调控制时，将AGC指令状态信号置位为“动态”。
经过以上逻辑判断，可将机组当前的AGC指令状态分为“稳态”或“动态”两类，判断逻辑示意图如图2所示。
步骤3、工业计算机根据AGC指令状态判断结果，在汽机侧与锅炉侧分别采用不同的负荷变速率策略，以适应不同AGC指令状态的控制需求。
步骤3具体包括以下步骤：
步骤3.1、在锅炉侧，机组负荷指令始终采用固定速率方式，以避免对机组参数造成过大冲击。指令生成逻辑如图3所示。
步骤3.2、在汽机侧，为了在AGC指令相对平稳时充分利用汽轮机快速响应特性，将对其负荷指令进行变速率处理。
在步骤3.2中，汽机侧负荷指令生成采用与锅炉侧相同的结构，但其变负荷速率由外部写入，并与机组状态及AGC状态相关。汽机侧负荷指令生成回路如图4所示。
此外，汽机负荷变速率设定值以机组负荷变速率设定值为基准，通过AGC状态及当前主汽压力对速率值进行校正。
步骤3.2具体包括以下步骤：
步骤3.2.1、当机组AGC指令处于“动态”状态，或AGC未投入时，汽机侧变负荷速率保持与机组变负荷速率一致。
步骤3.2.2、当机组AGC指令处于“稳态”状态时，将汽机侧变负荷速率乘以1.5倍的系数。
步骤3.2.3、为充分利用锅炉的蓄热，在汽机侧负荷指令生成回路中还增加了主汽压力校正回路，当升负荷时汽压偏高、降负荷时汽压偏低时，加快汽机侧变负荷速率；当升负荷时汽压偏低、降负荷时汽压偏高时，降低汽机侧变负荷速率。
步骤3.2.4、为避免校正后变负荷速率过低，在出口处进行了限制，限制值为当前机组变负荷速率乘以系数。具体逻辑设计为图5所示。
步骤4、工业控制计算机根据变速率处理结果进行机组负荷和压力的控制运算，并生成汽轮机的调门开度指令，控制汽轮机的调门。
经过以上述装置的调节，汽轮机可在AGC指令较为平稳时加快负荷调节的速率，并充分利用锅炉蓄热，提升机组的AGC调节速率。
实施例3：
传统的负荷控制策略对于AGC指令仅进行简单的限幅与限速处理后，即作为机组锅炉及汽机的负荷指令。但在当前AGC指令频繁波动及调整的工况下，机炉同步调节势必将锅炉存在的惯性与滞后传递给汽轮机，从而无法完全发挥汽轮机快速负荷调节的优势，导致AGC指令波动时调节性能的下降。
对此，本发明对AGC指令进行判断，将AGC指令分为“稳态”及“动态”两种状态，并在“稳态”时充分利用汽轮机快速性与锅炉的蓄热，实现快速负荷调节，提升机组的调节性能。图6为某1000MW机组在某一天内的AGC指令下发曲线，实线为AGC指令，虚线为AGC状态判断结果，“0”表示为动态，“1”表示为稳态。由图可见，在AGC指令出现明显爬坡过程后，AGC状态信号将迅速变为“0”，并按照动态模式进行指令处理；当指令稳定一段时间后，该状态信号将变为“1”，进行稳态模式的控制。
实施例4：
如图7所示，某1000MW等级机组在某日某时段内的AGC运行曲线如图所示。在开始一段时间内，由于AGC指令逐步上升，逻辑判断机组处于升负荷阶段，将AGC状态信号置位为“动态”，故汽机侧负荷指令与锅炉侧负荷指令重叠，均以预设的速率12MW/min进行负荷指令调节。至13:00:16时，由于AGC指令在一段时间内变化幅度未超过预设阈值，逻辑将AGC运行状态由“动态”变为“稳态”。此后，锅炉侧负荷指令与汽机侧负荷指令出现明显区别。在“稳态”工况下，为充分利用汽轮机的快速响应特性与锅炉蓄热，汽机侧负荷指令被加速至1.5倍，即提速至18MW/min，以提高机组的负荷响应速率。

Claims (10)

1.一种基于AGC指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制方法，其特征在于，所述方法由基于AGC指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制装置执行，包括以下步骤：
步骤1、指令接收装置接收调度机构下发的负荷指令，生成AGC指令信号，并采集机组的主汽压力信号与发电机功率信号，送入工业控制计算机；
步骤2、工业控制计算机将对AGC指令的运行状态进行判断，并对AGC指令进行相应的处理；
步骤3、工业计算机根据AGC指令状态判断结果，在汽机侧与锅炉侧分别采用不同的负荷变速率策略，以适应不同AGC指令状态的控制需求；
步骤3具体包括以下步骤：
步骤3.1、在锅炉侧，负荷指令始终采用固定速率方式；
步骤3.2、在汽机侧，对其负荷指令进行变速率处理；
步骤4、工业控制计算机根据变速率处理结果进行机组负荷和压力的控制运算，并生成汽轮机的调门开度指令，控制汽轮机的调门。
2.根据权利要求1所述基于AGC指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制方法，其特征在于，步骤2具体包括以下步骤：
步骤2.1、在机组开始接收AGC指令瞬间，将当前的AGC指令存入寄存器中，并将AGC指令状态信号置位为“动态”；
步骤2.2、不断接收到调度机构新下发的AGC指令，并将该指令与之前存入寄存器的指令进行比较；
步骤2.3、若新指令与当前存储指令相比，变化超过预定的死区，则认为负荷指令变化较大，发出“动态”脉冲信号；同时，将接收到的新AGC指令存入寄存器，作为下一轮指令比较的基准值；
步骤2.4、当AGC指令进入“动态”状态一段时间内，新指令与当前存储指令相比未超过死区，“动态”脉冲信号未被触发，则认为AGC指令进入相对稳定状态，此时将AGC指令状态信号置位为“稳态”状态；同时，将当前的AGC指令存入寄存器，作为指令比较的基准值；
步骤2.5、在维持“稳态”状态一段时间后，逻辑将更新寄存器内存储的AGC指令，将当前的AGC指令存入寄存器作为比较基准值；
步骤2.6、当机组控制退出协调控制时，将AGC指令状态信号置位为“动态”。
3.根据权利要求2所述基于AGC指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制方法，其特征在于，步骤2.4中，“稳态”状态的等待时间，由AGC的指令幅度及当前机组的变负荷速率决定。
4.根据权利要求1所述基于AGC指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制方法，其特征在于，步骤3.2中，汽机侧负荷指令生成采用与锅炉侧相同的结构，但其变负荷速率由外部写入，并与机组状态及AGC状态相关。
5.根据权利要求4所述基于AGC指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制方法，其特征在于，步骤3.2中，汽机负荷变速率设定值以机组负荷变速率设定值为基准，通过AGC状态及当前主汽压力对速率值进行校正。
6.根据权利要求5所述基于AGC指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制方法，其特征在于，步骤3.2具体包括以下步骤：
步骤3.2.1、当机组AGC指令处于“动态”状态，或AGC未投入时，汽机侧变负荷速率保持与机组变负荷速率一致；
步骤3.2.2、当机组AGC指令处于“稳态”状态时，将汽机侧变负荷速率乘以1.5倍的系数。
7.根据权利要求6所述基于AGC指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制方法，其特征在于，步骤3.2还包括：
步骤3.2.3、当升负荷时汽压偏高、降负荷时汽压偏低时，加快汽机侧变负荷速率；当升负荷时汽压偏低、降负荷时汽压偏高时，降低汽机侧变负荷速率。
8.根据权利要求7所述基于AGC指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制方法，其特征在于，步骤3.2还包括：
步骤3.2.4、在出口处进行限制，限制值为当前机组变负荷速率乘以系数。
9.根据权利要求2所述基于AGC指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制方法，其特征在于，步骤2.3中，所述预定的死区为机组5％额定负荷。
10.一种基于AGC指令状态变化判断的燃煤机组变速率负荷控制装置，其特征在于，包括：指令接收装置、机组功率测量设备、蒸汽压力测量设备、汽轮发电机组、调速汽门和工业控制计算机，由权利要求1至9任一的控制方法进行控制。
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