自动发电控制（Automatic Generation Control， 以下简称AGC）方式是基于机组协调控制系统 （CCS）和电力系统高度自动化的能量管理系统 （EMS）间闭环控制的1种先进技术手段，是国内多 数电网采用的基本控制方式之一。机组协调控制 系统的正常运行是AGC系统投入的前提条件，也是 AGC方式能否有效投入的关键因素^[1]。 1 设备概况 1.1 机组简介

北方联合电力有限责任公司达拉特发电厂4号 机组的容量为330 MW，汽轮机组是由法国阿尔斯 通公司制造的亚临界、中间一次再热、单轴、3缸2排 气、冲动、凝汽式汽轮机，锅炉由威尔科斯有限公司 制造，属亚临界参数、一次中间再热、单汽包自燃循 环、水管式煤粉炉。2012年，4号机组的DCS由INFI-90控制系统改造为XCU-800控制系统，机组的 负荷控制方式有锅炉站手动方式、汽轮机站手动方 式、锅炉跟随方式、汽轮机跟随方式和协调控制方 式。 1.2 机组负荷控制方式

AGC投入后，要求机组能够快速响应电网负荷 的变化，所以4号机组负荷控制系统采用由汽轮机 侧调整机组功率，并直接以汽轮机的能量需求来控 制锅炉的能量输入，即采用以直接能量平衡为基础 的协调控制方式。 1.3 控制方式特点

4 号机组协调控制方式以直接能量平衡为基 础，主要特点有：

（1） 机组功率由汽轮机侧调节，能快速地控制 机组的输出功率，使其与外界负荷需求相匹配。

（2） 以能量平衡信号作为锅炉主控负荷指 令。能量平衡方式适应于定压或滑压任何运行方 式，且不受锅炉燃烧率的影响。该信号作为调节锅 炉燃烧率的输入指令，能准确代表汽轮机对锅炉的 能量需求。

（3） 以热量信号作为锅炉侧压力变化率的反 馈，与汽轮机的能量需求信号相平衡，无需以主汽 压力作为被调量的反馈控制^[1]。 2 优化前存在的问题及分析 2.1 存在的问题

4号机组投入协调控制方式运行后，当AGC指令变化较大时存在以下问题：

（1） 机组实际负荷不能及时跟随负荷指令的 变化，实际负荷指令与实发功率偏差较大。运行参 数记录曲线如图 1所示。

图 1(Figure 1)

图 1 机组AGC投入后的运行参数记录曲线

（2） 机前设定压力与主汽压力偏差较大，不能 保证机组各参数的稳定运行，如图 1所示。 2.2 原因分析 2.2.1 设备老化

4号机组投产已达18 a，部分设备陈旧，但经过 2012年的大修改造，已经基本解决了由于设备老化 原因带来的影响。 2.2.2 组态不合适

当电网负荷发生变化时，机组负荷要想有较快 的响应，就必须及时调整锅炉的蓄热来满足机组负 荷的要求。4号机组投入AGC后，CCS锅炉主控制 器及汽轮机主控制器原理分别如2图、图 3所示。

图 2(Figure 2)

图 2 锅炉主控制器原理图

图 3(Figure 3)

图 3 汽轮机主控制器原理图

分析以上各图可以看出，造成4号机组实际负 荷指令与实发功率偏差较大、机前设定压力与主汽 压力偏差较大的可能原因有：

（1） 锅炉主控制器中主汽压力设定值回路中 微分器DIFF的微分时间较小，压力设定值的变化不 能快速地反馈给锅炉主控制器。

（2） 不论是锅炉主控制器还是汽轮机主控制 器，只有反馈作用而没有引进前馈作用。在控制系 统中，反馈控制的主要作用是提高控制精度和克服 内扰，在控制过程中起细调作用；而前馈控制则能 够补偿机组的动态延迟和惯性，加快负荷响应，在 控制过程中起粗调作用^{[1, 2, 3]}。从图 1中的负荷曲线可 3 优化方案

针对以上问题提出了优化方案，优化后的锅炉 主控制器及汽轮机主控制器原理分别如图 4、图 5所 示。

图 4(Figure 4)

图 4 优化后锅炉主控制器原理图

图 5(Figure 5)

图 5 优化后汽机主控制器原理图

将锅炉主控制器中主汽压力设定值回路中微 分器时间常数Td和比例系数Kd的设定值调大，加强 微分作用。调整后只要主汽压力设定值有变化，微 分器就能有较大的阶跃输出，再经放大后送到PID 调节器中，可以实现对锅炉燃料量的及时调整，减 少控制系统的滞后时间。 3.2 前馈量的确定

正常运行时，机组的功率控制信号直接施加于 汽轮机主控制器，以获得最快的功率响应，而锅炉 的控制指令则是根据汽轮机对锅炉的能量需求计 算获得的（该信号代表着机组在各种工况下汽轮机 对锅炉的能量需求），能够实现锅炉的燃烧率与汽 轮机能量需求的匹配^{[4, 5]}。当电网负荷发生变化时， 锅炉燃料量的补充除了要适应负荷改变的需求外， 还需要补充因锅炉蓄热改变所需要的能量，只有这 样才能保证主汽压力的稳定并跟踪设定值^{[4, 5]}。因 此，锅炉燃烧率的控制应具有超前和过燃料功能， 若将负荷指令、机组负荷、主汽压力目标值和主汽 压力偏差信号引入锅炉主控前馈控制中，不但能够 增加锅炉的蓄热，减少由于锅炉燃烧延时带来的滞 后，还能提高机组对负荷变化的响应能力。 3.3 优化后的功能

从图 4可以看出，优化后机组负荷指令通过静 态微分和动态微分2种方式来调整给煤量信号。

（1） 当机组负荷指令保持不变时，则通过函数 F（x）折算出相应的需求煤量信号，并把该信号作为 锅炉主控制器的前馈信号来调整实际煤量（这相当 于静态微分作用，F（x）是根据实际运行经验得出 的）。

（2） 机组负荷指令变化时，信号经微分作用 （DIFF）后有较大的输出，作为锅炉主控制器的前馈 信号能及时改变煤量，以满足机组负荷变化的热量 需求。

（3） 机组负荷变化时，主汽压力的目标值也要 相应变化，此时将主汽压力目标值的变化经微分作用后作为锅炉主控制器的前馈信号。由于主汽压 力的变化不能过快，在微分作用后加入了高、低限， 以保证机组的稳定运行。

（4） 为了进一步提高机组响应负荷指令的能 力，在汽轮机组主控逻辑中也增加了负荷前馈信 号，根据运行经验建立了机组负荷指令与调门开度 之间的函数关系^{[6, 7]}。当机组工况发生变化时，调节 汽阀的开度指令也会相应地变化，输出的阀门开度 指令作为汽轮机主控的前馈信号，可及时调整阀门 的开度，使机组负荷快速跟踪负荷指令的变化。因负荷主站的输出没有经过速率变化的限制，克服了 惯性延迟，提高了机组负荷的响应速度^[6]。 4 实施效果

AGC策略优化后，对机组的自动增、减负荷功 能和机组的负荷响应特性进行了测试。图 6、图 7分 别为优化后机组以定压方式运行时的升、降负荷曲 线。图 8为AGC优化后机组滑压运行方式下的升、 降负荷曲线图。

图 6(Figure 6)

图 6 AGC优化后机组升负荷曲线图

图 7(Figure 7)

图 7 AGC优化后机组降负荷曲线图

图 8(Figure 8)

图 8 AGC优化后机组升、降负荷曲线图

从图 6 可以看出，主汽压力设定值为12.56 MPa，在负荷指令由179.00 MW增至219.05 MW的 过程中（用时约11 min），机组实际负荷能够快速跟 随负荷指令的变化，机组的主汽压力也能紧紧跟随 主汽压力设定值而变化，压力偏差最大为0.27 MPa。

从图 7 可以看出，主汽压力设定值为12.52 MPa，在负荷指令由219.74 MW降至180.00 MW过 程中（约15 min），机组实际负荷不但能快速跟随负 荷指令的变化，而且机组的主汽压力也能紧紧跟随 主汽压力设定值的变化，压力偏差最大为0.2 MPa。 4.2 滑压运行方式

机组滑压运行曲线是根据实际压力变化试验 做出的4阶惯性环节，可以保证机组负荷的变化不 因压力偏差的增大而受到限制。从图 8可以看出， 在AGC负荷指令呈锯齿形变化过程中，机组实际负 荷能快速跟随负荷指令的变化，满足电网要求的机 组调整负荷响应时间应﹤1 min的要求；同时机组的 主汽压力波动小，最大压力偏差为0.24 MPa，能够保 证机组的稳定运行。 5 结束语

从以上分析可以看出，经过优化后，4号机组的调节速率、响应时间、调节精度等性能明显改善，不 论定压运行还是滑压运行，机组都能快速调整，机 组的调节性能和安全稳定性都得到提高。

达拉特发电厂4号机组AGC逻辑经过优化，机 组的协调控制品质和AGC投入率都明显提高，优化 方案可供其他机组进行类似的优化改造工作时参 考。