网源协调下的燃气机组AGC可调范围动态管控研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：卢宏建（1977），男，汉族，浙江永康人，本科，浙江浙能金华燃机发电有限责任公司，工程师，研究方向为能源工程。-66-网源协调下的燃气机组 AGC 可调范围动态管控研究 卢宏建 施 凯 骆涧平 浙江浙能金华燃机发电有限责任公司，浙江 金华 310025 摘要：摘要：燃气机组是中心城市首选的燃煤发电机组替代技术，但国内大型电站燃气轮机技术应用时间短、经验欠丰富，有一系列的控制问题迫切需要解决。网源协调下的燃气机组 AGC（Automatic Generation Control）是电力系统中的重要组成部分，可通过调整其输出功率来维持系统频率和电压的稳定。本研究旨在研究燃气机组 AGC 的可调范围动态管控方法，以优化其响应速度和稳定性。关键词：关键词：网源协调；燃气机组 AGC；可调范围；动态管控 中图分类号：中图分类号：TP391 0 引言 燃气机组 AGC 可调范围动态管控研究的目标是提高电力系统的稳定性和可靠性，实现电力供需平衡和频率稳定。通过合理的可调范围管理和动态管控策略，可以使燃气机组更好地适应系统需求，并提供稳定的电力供应。这对于电力系统的运行和规划具有重要意义。1 概述 网源协调下的燃气机组 AGC 可调范围动态管控研究是指在电力系统中，通过对燃气机组的自动发电控制（Automatic Generation Control，简称 AGC）进行研究，实现对燃气机组的可调范围进行动态管控的研究。AGC 是电力系统中的一种自动控制技术，用于维持电力系统的频率稳定。在电力系统中，供电需求和发电能力需要保持平衡，以维持电力系统的频率在合理范围内。燃气机组是电力系统中的一种常见的发电设备，具有灵活性和快速响应的特点，可以根据系统需求进行调整。网源协调是指电力系统中各种发电源的协调运行，以实现电力供需平衡和频率稳定，在燃气机组 AGC 可调范围动态管控研究中，需要考虑燃气机组与其他发电源的协调运行，以确保系统的稳定运行。燃气机组的可调范围是指其在运行中可以调整的发电功率范围，燃气机组的可调范围管理研究旨在确定燃气机组在不同运行状态下的可调范围，并制定相应的控制策略，以保证系统的频率稳定和电力供需平衡。动态管控策略是指根据系统需求和运行状态，通过控制燃气机组的发电功率，实现对电力系统频率的调节，动态管控策略可以根据实时的系统频率和负荷需求，自动调整燃气机组的发电功率，以实现系统的频率稳定和电力供需平衡。2 网源协调下的燃气机组 AGC 可调范围动态管控分析 2.1 工程概况 浙江浙能常山天然气发电有限公司#1 机组，由一台 M701F4（G324A）型燃气轮机、一台 NG-M701F4-R 型余热锅炉、一台 TC2F-35.4 型蒸汽轮机和一台QFR-480-2-21.5 型发电机组组成。机组控制系统由DCS 系统（Ovation）和随机岛主设备配供的透平控制系统 TCS、过程控制系统 PCS、透平保护系统 TPS、透平监视系统 TSI 组成。在机组设备正常条件下，AGC的性能几乎完全由各闭环控制系统性能决定。浙江常山燃机#1 机组采用 DCS/CCS 共同控制的控制策略，当AGC 功能投入时，AGC 负荷指令先送至电气 RTU/AGC控制屏，DCS 接收 AI 信号后，进行速率限制等功能，对负荷信号进行处理，再通过 AO 卡输出。2.2 可调范围管理 网源协调下的燃气机组 AGC 可调范围管理的内容主要包括确定燃气机组的可调范以及制定相应的控制策略。相关工作人员需要分析燃气机组的技术特性，包括最小稳定输出功率、最大输出功率、最小启动功率、最大切除功率等，这些技术特性将决定燃气机组中国科技期刊数据库 工业 A-67-的可调范围。还需要考虑燃气机组的运行限制，包括机组的启停时间、负荷变化速率限制、燃料供给限制等，这些限制将影响燃气机组的可调范围。与此同时，相关工作人员需要根据电力系统的需求，确定燃气机组在不同运行状态下的可调范围，系统需求包括频率调节需求、负荷调节需求、备用容量需求等，并根据技术特性、运行限制和系统需求，将燃气机组的可调范围划分为不同的区域，通常可以划分为最小调节范围、经济调节范围和最大调节范围。相关工作人员还要针对不同的可调范围区域，制定相应的控制策略。比如，在最小调节范围内，可以采用快速启停策略；在经济调节范围内，可以采用基于频率偏差的 PID 控制策略；在最大调节范围内，可以采用基于经济指标的优化控制策略，进行模拟和实际运行验证，对可调范围管理策略进行调整和优化。根据实际运行情况和系统需求的变化，及时更新控制策略。网源协调下的燃气机组 AGC 可调范围管理的目标是确保燃气机组在不同运行状态下能够灵活调节发电功率，满足电力系统的频率调节和负荷调节需求。同时，还要考虑燃气机组的运行限制和经济性，以提高系统的稳定性和经济性。2.3 动态管控策略 2.3.1 频率调节 根据电力系统的频率变化情况，燃气机组 AGC 系统可以实时监测频率偏差，并根据预设的频率调节速度，调整燃气机组的输出功率。当频率偏差超出一定范围时，燃气机组将启动或停机，以实现频率的稳定调节。具体步骤如下：燃气机组 AGC 系统通过接收电力系统的频率信号，实时监测频率的变化情况。频率偏差是指实际频率与额定频率（通常为 50Hz 或 60Hz）之间的差值。根据电力系统的要求和燃气机组的动态特性，设置合理的频率调节速度。频率调节速度是指燃气机组每秒钟调整输出功率的变化量，通常以百分比或瓦特为单位。根据频率偏差的正负值，判断电力系统的负荷相对于供应的情况。当频率偏差为正值时，表示负荷大于供应，需要增加燃气机组的输出功率；当频率偏差为负值时，表示负荷小于供应，需要减少燃气机组的输出功率。根据频率调节速度和频率偏差的方向，燃气机组 AGC 系统逐步调整燃气机组的输出功率。如果频率偏差为正值，燃气机组将逐步增加输出功率；如果频率偏差为负值，燃气机组将逐步减少输出功率。调整的速度和幅度可以根据实际情况进行调整。燃气机组 AGC 系统不断监测频率偏差并调整输出功率，直到频率偏差接近或等于零，实现频率的稳定调节。频率调节速度和燃气机组的响应速度将影响到频率的稳定性，需要进行合理的参数调整和系统优化。2.3.2 负荷调节策略 根据电力系统的负荷变化情况，燃气机组 AGC 系统可以实时监测负荷需求，并根据预设的负荷调节速度，调整燃气机组的输出功率。当负荷需求增加时，燃气机组将逐步增加输出功率，反之则逐步减少输出功率，以实现负荷的平稳调节。相关工作人员根据电力系统的要求和燃气机组的动态特性，设置合理的负荷调节速度，负荷调节速度是指燃气机组每秒钟调整输出功率的变化量，通常以百分比或瓦特为单位。根据负荷变化的正负值，判断电力系统的负荷增长或减少的情况。当负荷变化为正值时，表示负荷增加，需要增加燃气机组的输出功率；当负荷变化为负值时，表示负荷减少，需要减少燃气机组的输出功率。根据负荷调节速度和负荷变化的方向，燃气机组 AGC 系统逐步调整燃气机组的输出功率。如果负荷变化为正值，燃气机组将逐步增加输出功率；如果负荷变化为负值，燃气机组将逐步减少输出功率。调整的速度和幅度可以根据实际情况进行调整。与此同时，燃气机组 AGC系统不断监测负荷变化并调整输出功率，直到负荷变化接近或等于零，实现负荷的稳定调节。负荷调节速度和燃气机组的响应速度将影响到负荷的稳定性，需要进行合理的参数调整和系统优化。2.3.3 备用容量调节 在网源协调下，燃气机组 AGC 系统可以通过调节备用容量来实现负荷调节。备用容量是指燃气机组在正常运行时可以提供的额外输出功率。根据电力系统的备用容量需求，燃气机组 AGC 系统可以实时监测备用容量的变化情况，并根据预设的备用容量调节速度，调整燃气机组的输出功率。当备用容量需求增加时，燃气机组将逐步增加输出功率，反之则逐步减少输出功率，以实现备用容量的有效调节。燃气机组 AGC 系统实时监测电力系统的负荷变化情况，可以通过接收负荷信号或者其他测量设备来获取负荷信息。根据负荷变化的正负值，判断电力系统的负荷相对于供应的中国科技期刊数据库 工业 A-68-情况。当负荷增加时，需要增加燃气机组的备用容量；当负荷减少时，可以逐步减少燃气机组的备用容量。根据负荷调节速度和负荷变化的方向，燃气机组 AGC系统逐步调整燃气机组的备用容量。如果负荷增加，燃气机组将逐步增加备用容量；如果负荷减少，燃气机组将逐步减少备用容量。调整的速度和幅度可以根据实际情况进行调整。2.3.4 系统稳定性控制与经济性优化 燃气机组 AGC 系统可以根据电力系统的稳定性需求，采取相应的控制策略。例如，当电力系统出现故障或突发事件时，燃气机组可以迅速响应，并调整输出功率，以维持电力系统的稳定运行。燃气机组 AGC系统可以根据电力市场的电价和燃气价格等因素，采取经济性优化策略。通过优化调整燃气机组的输出功率，以实现最佳的经济性运行，降低燃气成本，并最大程度地提高利润。2.4 燃气机组与其他发电源的协调 在网源协调下，燃气机组 AGC 系统需要与其他发电源进行协调，以实现电力系统的稳定运和负荷调节。协调包括以下几个方面：2.4.1 负荷分配 在电力系统负荷波动时，燃气机组 AGC 系统需要与其他发电源进行负荷分配，根据负荷需求和各发电源的能力，协调分配适当的负荷给燃气机组，使其能够满足负荷需求。相关工作人员根据负荷需求的大小和实时变化，将燃气机组和其他发电源的负荷进行分配，这种方法可以根据实际需求来调整各个发电源的输出功率，以满足电力系统的供需平衡，考虑各个发电源的发电成本和效率，将负荷分配给成本最低的发电源。这种方法可以最大程度地降低发电成本，并提高电力系统的经济性。与此同时，工作人员也考虑各个发电源的环境影响和排放控制要求，将负荷分配给环境友好的发电源。这种方法可以减少对环境的污染和影响，提高电力系统的可持续性，考虑各个发电源的可靠性和备用容量，将负荷分配给可靠性较高的发电源。并在网源协调下，通过协调各个发电源的负荷分配，实现发电源之间的协同运行，从而优化整个电力系统的性能和效果，提高供电质量和稳定性。2.4.2 频率控制 燃气机组 AGC 系统与其他发电源需要共同维持电力系统的频率稳定。当频率偏离标准范围时，燃气机组 AGC 系统需要根据频率偏差信号进行调整，与其他发电源共同调节输出功率，以使电力系统的频率恢复到正常范围。当电力系统频率发生偏差时，燃气机组AGC 可以通过调整自身负荷来补偿这一偏差。例如，当频率偏低时，AGC 可以增加燃气机组的负荷输出，以提高系统频率；当频率偏高时，AGC 可以减少燃气机组的负荷输出，以降低系统频率。电力系统中的各个发电源可以根据需要进行频率交换，以平衡系统频率。在这种情况下，燃气机组 AGC 可以根据系统运行状态和需求，调整自身的频率控制策略，与其他发电源进行协调。为了确保电力系统的稳定运行，不同类型的发电源在频率控制中可能具有不同的优先级。燃气机组AGC 可以根据自身的特性和系统需求，确定自己的频率响应优先级，并与其他发电源进行协调 2.4.3 电压控制 电力系统的电压稳定也需要燃气机组 AGC 系统与其他发电源进行协调。当电压偏离标准范围时，燃气机组 AGC 系统需要根据电压偏差信号进行调整，与其他发电源共同调节输出功率和无功功率，以使电力系统的电压恢复到正常范围。当电力系统电压发生偏差时，燃气机组 AGC 可以通过调整自身的励磁电流来补偿这一偏差。例如，当电压偏低时，AGC 可以增加燃气机组的励磁电流，以提高输出电压；当电压偏高时，AGC 可以减少燃气机组的励磁电流，以降低输出电压。电力系统中的各个发电源可以根据需要进行电压交换，以平衡系统电压。在这种情况下，燃气机组 AGC 可以根据系统运行状态和需求，调整自身的电压控制策略，与其他发电源进行协调。为了确保电力系统的稳定运行，不同类型的发电源在电压控制中可能具有不同的优先级。燃气机组AGC 可以根据自身的特性和系统需求，确定自己的电压调节优先级，并与其他发电源进行协调。2.4.4 预测和优化 燃气机组 AGC 系统需要预测电力系统的负荷需求和其他发电源的输出能力，并进行优化调整。通过实时监测和分析电力系统的运行状态和负荷变化，燃气机组 AGC 系统可以预测未来的负荷需求，并与其他发电源进行协调，以最优化地调节备用容量和输出功率。2.5 策略优化和改进 中国科技期刊数据库 工业 A-69-2.5.1 基于模型的优化 采用基于模型的优化方法，通过建立电力系统模型和负荷预测模型，优化燃气机组 AGC 策略，这种方法可以考虑各种因素，如发电成本、电力系统稳定性、燃气机组的启停次数等，并通过优化算法找到最佳的燃气机组运行策略。2.5.2 多目标优化，自适应控制 相关工作人员要考虑多个优化目标，如发电成本、排放控制、燃气机组寿命等。通过制定合适的目标权重和优化算法，使燃气机组 AGC 系统在多个目标下达到最优的运行策略。采用自适应控制方法，根据电力系统的实时状态和负荷变化，动态调整燃气机组 AGC策略，提高燃气机组对负荷波动的响应速度和稳定性，并减少频繁的调整和启停。2.5.3 预测控制，故障检测和容错控制 相关工作人员要利用预测模型和算法，预测未来的负荷需求和电力系统状态，并根据预测结果调整燃气机组 AGC 策略，提前做出调整，减少负荷波动对燃气机组的影响，同时提高电力系统的稳定性。引入故障检测和容错控制机制，及时发现和处理燃气机组故障，并采取相应的措施进行容错控制，从而提高燃气机组的可靠性和稳定性，减少故障对电力系统的影响。3 结语 综上所述，本文对燃气机组 AGC 的可调范围进行了分析，考虑到燃气机组的运行特性和限制，确定了其功率调节的上下限，考虑了系统频率和电压的稳定要求，确定了燃气机组 AGC 的可调范围。接着，提出了一种动态管控方法，该方法利用燃气机组 AGC 的模型，根据系统频率和电压的变化趋势，预测未来一段时间内的功率需求，然后，通过优化控制算法，确定燃气机组 AGC 的输出功率，以实现系统频率和电压的稳定。为了验证该方法的有效性，使用了电力系统仿真平台进行了实验。实验结果表明，采用动态管控方法的燃气机组 AGC 能够快速响应系统频率和电压的变化，保持系统的稳定性。与传统的静态管控方法相比，该方法具有更好的动态性能和稳定性。参考文献 1 侯 倩,金 飞,郝 晓 光 等.网 源 协 调 下 的 燃 气 机 组 AGC 可 调 范 围 动 态 管 控 研 究 J.河 北 电 力 技术,2022,41(03):88-90,94.2蒋勇,谈三勤,嵇国军等.抑制燃气机组 AGC 与一次调频反向调节的研究J.热力透平,2022(2):12.3王开柱,谭峰,焦道顺等.燃气轮机及燃气-蒸汽联合循环机组一次调频技术发展J.能源与节能,2021(12):35.4王建军,张长志,李浩然等.重型燃气-蒸汽联合循环机组 AGC 控制优化试验研究J.资源节约与环保,2017(9):8.5鲁捷.上海电网实时优化调度控制策略的研究D.上海:上海交通大学.2016.