火电厂全厂负荷优化控制系统

• 作者：华海

一. 引言
随着电力事业改革的进一步深入，电力企业必须面对更为严峻的市场考验。“厂网分开，竞价上网”等一系列措施的实行，迫使每个电力企业从自身利益出发，多角度深层次地考虑如何切实降低电厂运行成本，延长机组的使用寿命和检修周期。 在“AGC对机组的影响”一节分析了目前单机AGC的调度方式对燃煤发电机组的一些负面影响。由于调度端的机组信息比较少，难以实现机组的优化调度，而且随着厂网分开，电网对于机组运行职责更少，所以把机组负荷的调度交给电厂或发电公司更为合适。在电厂或发电公司设置一个“全厂负荷优化控制系统”来控制其所属机组的负荷，而电网调度以一个发电厂或发电公司为单位进行负荷调度。 全厂负荷优化控制系统（以下筒称PLACS）根据电网调度的全厂负荷指令调节全厂负荷，使全厂的负荷及时满足电网要求。保证机组运行在允许的负荷范围内和安全的工况下。合理地调配各台机组的负荷调节任务，降低机组的负荷调节频度，提高机组的稳定性，延长主、辅机组设备的寿命。经济分配各台机组的负荷，降低全厂的供电煤耗。

二. 全厂负荷优化分配
全厂负荷优化分配是全厂负荷优化控制系统的一个最重要功能，其任务是优化分配全厂机组的负荷，使全厂综合运行成本最低，它应充分考虑机组运行的经济性、稳定性、机组寿命的损耗、机组的负荷调节余量等因素，另外它还应顾及全厂的负荷调节性能。

（一） 提高机组运行的稳定性，延长机组的使用寿命
调度的AGC指令有很大一部分是频繁小幅度的变化，如果这种负荷指令直接作用于某一台机组，则机组不能稳定运行。全厂负荷控制系统可以采用轮流调节的方法，以投入最少机组来完成负荷调节任务为原则来分配机组的负荷调节任务，最大程度地减少机组变负荷的频度。如四台机组由全厂负荷控制系统控制，机组的变负荷频度大约是原来的1/3。
另外在选择机组加或减负荷时，避免机组在短时间内反向变负荷，即机组完成一次加负荷任务后，让其稳定运行一段时间后再去承担减负荷任务，这样能防止机组热负荷上下波动产生的疲劳损耗，另外短时间内反向变负荷时，由于机组的热负荷有较大的惯性，机组负荷的调节性能也比较差。通过这些措施能有效地延长机组使用寿命和检修周期。

（二） 负荷经济分配
负荷经济分配对电厂由于全厂各台机组的煤耗与负荷曲线有一定的差异，所以同样全厂负荷下，不同负荷分配的运行成本有一定的差异。PLACS根据在线的每台机组供电煤耗或发电成本与负荷的函数关系，计算出不同全厂负荷下最经济的机组负荷分配。
根据实际运行来看，如果每个负荷点都要达到最经济分配，则要求变负荷时有些机组加负荷，有些机组减负荷，这会严重降低全负荷的负荷响应性能，另外每台机组都会不停地变负荷，对机组寿命和设备损耗带来不利的影响，还有如果经济性好的机组始终在高限点，而经济性差的机组始终在低限点，也会影响全厂的负荷调节性能。基于这些原因，PLACS的负荷优化分配也应该是一个综合指标，而不是一个纯经济指标，实际上全厂机组负荷分配在经济点附近。

三. 全厂负荷控制
全厂负荷控制功能要求全厂负荷快速跟随调度全厂负荷指令，它是一个实时控制系统，其负荷控制方式好比把全厂作为一个单元机组，其总体的负荷调节品质应和单机负荷控制相当。全厂负荷控制功应有更高的智能化要求，应在确保机组安全的前提下，根据全厂负荷优化分配的结果，选择最有利的机组承担电网的变负荷任务。
改成全厂负荷控制后，负荷的调节性能是否会降低是调度人员最关心事情，为此让我们详细分析一下四台300MW机组在二种调节方式下全厂负荷的调节性能。
燃煤机组的是主要靠改变煤量来调节机组的发电量的，如电网有一个幅度不大的负荷变化要求，单机AGC时四台机组同时改变一定量的煤量，全厂负荷控制方式下，用其中的一台机组改变单机AGC方式四台的总煤量，可见这二种方式下负荷变化的数量是一样的。另外煤量变化后机组负荷变化延迟时间基本上是固定的，而且煤量变化的幅度较大时，负荷变化延迟时间较短，所以全厂负荷控制方式的全厂负荷平均变化速度是不会低于单机AGC方式的。
为了加快机组负荷的变化速度，一般都利用机组蓄热来快速响应电网的负荷变化要求，为此在全厂负荷控制系统中应设计了一种功能，在变负荷时，四台机组的调门同时变化，充分利用全厂机组的蓄热快速响应电网的负荷变化要求。
当调度指令有加负荷要求时，所有机组适当开大汽机调门，使机组负荷快速增加；当调度指令有减负荷要求时，所有机组适当关小汽机调门，使机组负荷快速减小。
为了保证机组的安全运行，主蒸汽压力的变化幅度和速度应限制在允许的范围内。承担变负荷任务机组的燃料量有一下的超调，在完成一次变负荷过程后，使机组调门回到原位，主蒸汽压力恢复正常值。通过这种方式可以使二种调节方式的初期变负荷速度基本相同。
另外为了提高全厂负荷的调节性能，当调度指令变化幅度较大时，系统应同时选择二台或三台机组承担变负荷任务。当处于赶峰时段，应选择所有机组同时参与加或减负荷。

四. PLACS的其他功能
（一） RB或MFT工况负荷处理
机组发生RB或MFT时，PLACS能快速提高其余正常运行机组的出力，在全厂可能的最大出力前提下，尽力弥补由于机组RB或MFT引起的负荷缺口，减小对电网的影响。

（二） 磨煤机启停时负荷控制
PLACS应有较强抗内扰能力，在磨煤机启停过程中能保持全厂负荷基本不变。在单机AGC时，磨煤机启动或停止时机组负荷波动由电网平衡。采用全厂负荷控制后，当某台机组磨煤机启动、停止或跳闸时，此机组由于磨煤机的启动或停止负荷会有较大的波动，PLACS通过调整其他机组的负荷，使全厂负荷保持基本不变。

（三） 磨煤机启停指导
由于磨煤机启停时需要较长时间，而在同一全厂负荷指令下，不同机组的投运磨煤机数量可以有不同组合，为了保证全厂系统具有较大的负荷调节裕量以满足下一阶段的负荷变化，提高机组的负荷响应能力，避开机组负荷调节断点，PLACS根据负荷的上、下调节裕量判断何时启停机组的磨煤机。

（四） 机组负荷闭锁增、减的处理
机组出现负荷调节受到限制时会禁止加或减负荷，在单机AGC时由于调度得不到这此详细的信息，经常出现实现负荷的响应不能及时满足调度的要求。PLACS能根据机组的闭锁增、减信息及时调换变负荷的机组，当某台机组出现闭锁增（或减）时，PLACS及时选择另一台机组承担变负荷任务，使全厂负荷及时响应调度要求。

五. 全厂负荷控制的展望
随着电力市场改革的深化，一个独立发电厂（或公司）为了降低全厂（或公司）发电成本、延长机组的使用寿命、降低机组的检修成本，将会要求改变原来传统的单机负荷调度方式，实施全厂负荷优化分配，但要实现全厂负荷控制在管理和技术上还要做大量的工作。