陈 卫，陈 波，尹 峰，罗志浩

（浙江省电力公司电力科学研究院，杭州 310014）

自动发电控制（Automatic Generation Control，简称AGC）是并网发电厂向电网提供的有偿辅助服务。在AGC方式下，并网发电机组在规定的负荷调节范围内，跟踪电力调度中心下发的指令，按照一定调节速率实时调整发电出力，以满足电力系统频率和功率控制要求。理论上，发电机组与网调约定的负荷调节范围应该和机组实际能达到的负荷变动范围一致。目前国内大中型火力发电机组大多采用直吹式制粉系统作为锅炉燃料的供给系统，相对于中间仓储式制粉系统而言，直吹式制粉系统磨煤机组（以下简称磨组）的运行台数和出力需和机组负荷保持同步，根据负荷的增减及时调整。而磨组启动需要一定时间，因而造成负荷变化过程中出现断点。

为了提高浙江电网火电机组的AGC控制水平，扩大机组AGC的调节范围，根据AGC控制方式和机组的控制特点，通过省内600MW等级火电机组的AGC调节范围扩大化试验，结合试验数据展开研究，实现磨组启停时机的智能预判，在磨组自动顺控启停的基础上实现了火电机组AGC全程自动运行。

1 磨组启停时机判断

制粉系统启停需要相对较长的时间，因此不能至磨组煤量到达上/下限时才启停磨组，同时由于无法判断AGC指令的超短期趋势，采用煤量固定余量作为磨组启停判断条件会造成制粉系统不必要的频繁启停。因此智能判断制粉系统的启停时机是机组侧实现AGC过程无断点的保障，该判断过程主要采用如下手段：

（1）综合考虑AGC的指令特点、磨煤机的带载能力、机组的燃料热值特性、磨煤机的启停方式等因素，动态给出在AGC过程中磨组的最佳启停时机。

（2）采用基于时间序列数据挖掘的机组负荷时间趋势智能预判算法，综合考虑机组负荷随时间变化的趋势，动态挖掘负荷变化的相关信息，通过有效数据及离群数据的处理，得到AGC指令在某时段内的短期变化方向。

（3）在磨组启停过程中采用智能优化调整手段，对处于启停操作过程中的磨组，综合考虑其汽温变化趋势、汽压响应特性、机组运行磨组布置、磨组运行的切换要求和磨组的检修或故障等情况，减小磨组启停过程对系统的冲击。

对于本项目问题，每次磨组启停时间和磨组运行台数可以被描述为1个二元组（t，o）。其中t为磨组启停的时间变量，o为磨组数量变化的方式（o=1，磨组运行数量增加；o=-1，磨组运行数量减少）。在此基础上，磨组启停时间序列定义如下：磨组启停时间序列R是1个有限集{（t1，o1），（t2，o2），…，（tn，on）}，满足ti＜ti+1（i=1，2，3，…，n-1）。项目需要通过数据集中时间序列的数据变换，挖掘磨组启停时间序列的相似性，并对该时间序列进行预测。

按照上述方法，对某机组周一至周五的磨组启停进行统计，磨组启停时间序列R的二元组映射到平面空间，空间中数据点分布如图1所示。

从图1可以看出，磨组启停时间序列R具有较强的空间分布特性，利用特定的知识发现算法后，可以根据磨组启停时间序列R挖掘出负荷变化趋势和时间的关系，制定动态数据挖掘体系结构如图2所示。

2 制粉系统柔性顺控启停

图1 某机组磨组启停时序点分布

图2 动态数据挖掘体系结构

制粉系统顺控启停是实现AGC无缝运行控制的首要问题。在传统的DCS控制中一般都含有磨组的顺控逻辑，但由于相关辅机不能满足自动控制要求，时常出现如闸板门卡涩、调节阀漏风、电机设备启动失败等异常工况，导致磨组顺控逻辑执行不连续，适应性较差。

本研究首次提出制粉系统柔性顺控的概念，利用等效分析的手段作为设备状态或实际工况的辅助判据，有效提高了系统的容错性；并通过解析运行经验、按照运行人员操作习惯人性化模拟故障处理过程，减少过程中断，实现了真正意义上的磨组顺控自启停，其主要研究内容包括：

（1）分级控制：磨组顺序控制的控制级别分为子回路控制级、设备驱动级和系统控制级。其中子回路控制级将复杂的生产过程按控制功能分解成许多局部的独立过程进行控制。设备驱动级又称执行控制级，是分级控制的基础，作为最底层的控制，将直接控制各个被控对象。系统控制级则通过分析与判断发出各种控制命令，控制子回路控制级的动作，制粉自动启停控制APS的系统主要接口信号包括：FSSS的制粉系统启动/停止允许条件、制粉系统保护启/停要求、CCS的制粉系统加/减煤量要求、RB/FCB的制粉系统跳闸请求、冷/热态工况下暖磨时间及升温速率的外部设定请求等。

（2）基于等效判断的柔性顺控：柔性顺控是通过对已经获取的信号进行等效分析从而准确捕获目标信息，作为设备反馈或实际工况的辅助判据，规避参数或设备故障引起的程控断点。例如磨组正常投运过程中，经常发生出口挡板卡涩或位置反馈不到位的情况，传统的磨组顺控逻辑会在该步序故障停步，而柔性顺控则通过对出口风温、风量的辨识处理，以及与历史运行数据的比对校正，推断出口挡板实际可能的状态，只要当前工况的表征参数满足启动要求，在提示报警后程控即可继续下行。

（3）基于专家系统的故障处理单元：在发生工况异常或设备故障需要人为处理时，通过模拟运行人员操作习惯，开放控制断点的故障处理时间，并利用专家系统作出故障提示，将异常工况的处理模式化。

（4）离散控制原则：离散顺序控制系统实现制粉系统所属设备按规定步序正确启停，规划合理的主线逻辑，在特定工况下提供程控断点。

（5）连续控制要求：连续控制系统实现冷/热风调节挡板在暖磨、布煤及正常工作阶段对风量/风温的合理匹配，启动过程中温度、风量提升平稳。保证暖磨过程中升温率满足设计规定，布煤阶段风温和风量变化平缓，制粉系统正常投运时控制及时、准确。

3 现场试验及数据分析

3.1 试验过程

系统在某电厂1号机组（600MW汽包炉）离线投运的近半年期间内，不间断地对DCS的相关数据进行读取和记录，并根据所获取的数据实时进行了计算和专家数据库的整合。

试验前，机组负荷稳定于400 MW，运行参数平稳。并投入火电机组全程AGC运行智能控制系统。当负荷升至系统定义的启动时机时，智能控制系统向DCS发出磨组E顺控启动指令。顺控启动过程如下：启动磨煤机E电机润滑油泵→启动磨煤机E润滑油泵→开磨煤机E出口门→开磨煤机E冷风隔绝门→开磨煤机E密封风门→启动磨煤机E→启动动态旋粉分离器（运行手动配合完成）→开磨煤机E热风隔绝门→启动暖磨程序→启动给煤机E布煤→置给煤机E自动位→置给煤机E给煤指令偏置为零，并入燃料主控完成磨组E启动全过程。

制粉系统智能停运的过程与此相逆，当负荷降至停磨时机时，智能控制系统向DCS发出磨组顺控停止指令，启动自动停磨程序，停运相关设备，吹扫降温，系统复归。

3.2 试验结果及分析

制粉系统的自动启停应同时兼顾磨煤机、给煤机等重要设备的自身运行安全及煤粉在炉膛内的稳定燃烧，防止爆燃。因此在启停过程中首先应确保一次风压稳定不越限，这样才能保证磨煤机进口的一次风有足够高的静压头，以克服磨煤机及粉管的阻力，维持正常的一次风量和出口温度；同时协调暖磨、布煤及正常控制各阶段磨煤机通风量和风温的关系。系统按照规程并模拟运行人员的实际操作习惯进行逻辑编程，组态后由DCS进行自动操作和调整。图3为制粉系统智能程控启动控制框图。

图3 制粉系统智能程控启动控制

根据历史运行数据，启动吹扫时对应的冷风挡板开度约为30%，此时所维持的冷一次风量为110t/h（保证大于设计吹扫风量）。吹扫完成后，冷/热风门投入闭环后开始暖磨，热风门控制的设定风量为当前吹扫风量；冷风门控制磨煤机出口温度，设定值由当前的实际温度通过自加速回路以6℃/min的升温率趋近65℃。在此环节中冷/热风门的动作幅度尽量平缓以保证风量调节不发生剧烈扰动。在暖磨后期，出口温度接近设定值时，应尽量缩短冷/热风门的调节稳定时间，以风温、风量为判断依据，满足暖磨设计要求后视为暖磨结束，立即加速布煤，利用咬煤过程防止后期温度窜高。

暖磨结束后，程控启动给煤机，一旦磨煤机的电流大于启动电流后即视为咬煤成功，该步骤完成后给煤指令偏置自动置零，降至最小给煤量，完成整个布煤工作，并准备投入燃料主控。根据试验分析，该过程时间（即给煤指令置最小）不宜过长，条件一旦满足即复位并入燃料主控，因为给煤机长时间处于低位运行容易造成煤量测量信号不稳定。

制粉系统自动停运试验过程相对简单。由智能控制系统发出停磨指令后，自动将给煤指令降至最小并撤出自动，冷风门至预置位（50%）后进行吹扫降温；热风门全关；磨煤机停运、密封风门全关后停运过程即结束。

4 结论

基于制粉系统全程顺控启停的火电机组AGC全范围无断点运行控制系统的研究与开发，不仅可以满足网调侧扩大调节范围和提高AGC控制品质的要求，同时在机组侧有效减轻了运行人员工作强度与操作风险，有助于提高机组的制粉系统控制水平，为实现全程AGC的自动无断点运行打下基础。电力系统辅助服务细则修订后，对机组AGC里程补偿的幅度有所提高，增加机组AGC申报范围，将大大提高机组辅助服务补偿量，同时使电网AGC的调度能力得到显著提高，在提高机组辅助服务能力与改善电网电能质量方面将产生显著的经济和社会效益。

[1]韩忠旭.顺序控制技术在火电厂的应用—兼论顺控技术与计算机控制系统的协调发展[J].电网技术，2001，25（10）∶63-68.

[2]朱北恒，尹峰，孙耘，等.火电厂热控系统的容错设计[J].浙江电力，2007，26（5）∶1-5.

[3]孙长生，朱北恒，王建强，等.提高电厂热控系统可靠性技术研究[J].中国电力，2009，2∶56-59.

[4]尹峰，朱北恒，项谨，等.火电机组全工况自动RB控制策略的研究与应用[J].浙江电力，2008，27（4）∶5-8.