上海電網(wǎng)自動發(fā)電控制(AGC)原理與運行
隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，由調(diào)度人員憑運行經(jīng)驗調(diào)整全網(wǎng)發(fā)電出力與全網(wǎng)負(fù)荷平衡，保持電網(wǎng)頻率為額定值并控制網(wǎng)際聯(lián)絡(luò)線潮流的勞動強度大大提高，調(diào)節(jié)難度也大為增加。由計算機(jī)系統(tǒng)輔助人工調(diào)節(jié)保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行已成為現(xiàn)代大電網(wǎng)發(fā)展的趨勢。自動發(fā)電控制AGC(Automatic Generation Control)正是實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要手段。雖然AGC原理并不復(fù)雜，但其實現(xiàn)及各個環(huán)節(jié)的關(guān)系遠(yuǎn)非模型那么簡單。下面將參照一些資料和幾年的工作實踐，簡要地介紹AGC的原理及其運行操作。
1 自動發(fā)電控制(AGC)基本原理
自動發(fā)電控制(AGC)的基本原則是要求各控制區(qū)域負(fù)責(zé)供應(yīng)本區(qū)域的負(fù)荷，并經(jīng)常假設(shè)整個互聯(lián)系統(tǒng)中各控制區(qū)的頻率基本相等。當(dāng)某控制區(qū)域負(fù)荷發(fā)生變化時，起初的這個負(fù)荷變化是由各發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動動能來提供的，隨著動能的消耗，整個互聯(lián)系統(tǒng)的頻率開始下降，系統(tǒng)中的所有發(fā)電機(jī)組都將響應(yīng)這個頻率的變化，增加出力并使頻率達(dá)到一個新的穩(wěn)態(tài)，此時，AGC的職責(zé)是經(jīng)濟(jì)地調(diào)整發(fā)電，使負(fù)荷的變化僅由本控制區(qū)域的電廠來供應(yīng)，并使頻率回升到它原來的整定值。總結(jié)起來講，AGC有四個基本目標(biāo)：
(1)使整個互聯(lián)系統(tǒng)的發(fā)電與負(fù)荷基本平衡。
(2)保證電力系統(tǒng)的頻率偏差在某一范圍內(nèi)，并使均值為零。
(3)在各控制區(qū)域內(nèi)調(diào)節(jié)發(fā)電出力，使聯(lián)絡(luò)線功率偏差為零。
(4)控制本區(qū)域內(nèi)的分配發(fā)電，使發(fā)電成本最小。
其中第四項是經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題。下面分析在AGC中是如何實現(xiàn)以上前三項目標(biāo)的。
1．1 區(qū)域負(fù)荷頻率控制誤差(ACE)
AGC的基本概念是區(qū)域負(fù)荷頻率控制誤差(ACE)。在國外，大約在50年代起，聯(lián)絡(luò)線功率頻率偏差就被廣泛應(yīng)用于各互聯(lián)系統(tǒng)。AGC的控制目標(biāo)就是把本區(qū)域的控制誤差(ACE)調(diào)整到零。
ACE = Pa-Ps+K(fa-fs)=△PaK△f （1）
式中：Pa——本控制區(qū)域凈交換功率，輸出為正（單位MW）；
Ps——本控制區(qū)域計劃交換功率（單位MW）；
K——區(qū)域頻率偏差常數(shù)（上海電網(wǎng)目前取54MW/0.1Hz）；
fa——實際頻率數(shù)（單位Hz）；
fs——計劃頻率數(shù)（單位Hz）。
式(1)定義的AGC控制模式稱為聯(lián)絡(luò)線偏差模式(TLBC)；式(1)中去除功率偏差項，此時的AGC控制模式稱為恒定頻率控制模式(CFC)；式(1)中去除頻率偏差而僅保留功率偏差項，此時的AGC控制模式稱為恒定聯(lián)絡(luò)線功率控制模式(CIC)。
ACE提供了AGC控制的一個靜態(tài)目標(biāo)，根據(jù)這個目標(biāo)，每個區(qū)域在互聯(lián)系統(tǒng)正常運行情況下能滿足本區(qū)域的負(fù)荷需求。由于尺的存在，使該控制區(qū)域?qū)ヂ?lián)系統(tǒng)頻率的調(diào)整作出貢獻(xiàn)。ACE如此定義是有其明確的物理意義的：設(shè)某區(qū)域中有APL的負(fù)荷變化。根據(jù)電力系統(tǒng)負(fù)荷以及汽輪機(jī)調(diào)速器的功率一頻率特性可以導(dǎo)出以下兩式(1)，見式(2)、式(3)。
由式(2)、(3)可知，如果選取本區(qū)域的頻率偏差項k等于本區(qū)域的自然頻率特性Ka，則在負(fù)荷不變的各區(qū)域內(nèi)ACE均為零，而在負(fù)荷變化的區(qū)域內(nèi)ACE值等于負(fù)荷變化值本身。這樣，有負(fù)荷變化的控制區(qū)，通過AGC的二次控制，最后全部承擔(dān)了其負(fù)荷的變化。可見尾的選擇，對于有效和合理的頻率控 制是十分重要的。
1．2 自動發(fā)電控制結(jié)構(gòu)概述
2 AGC的考核標(biāo)準(zhǔn)及其定義
2．1 北美電力可靠性委員會的(NERC)AGC控制性能的定義
北美電力可靠性委員會認(rèn)為控制區(qū)可用以下兩個方法中的一個方法來衡量其控制性能：24h報告，或月度報告。對24h報告，控制區(qū)量測由性能分析委員會隨意選擇的每個月的24個小時期間的A1和A2。對月度報告，控制區(qū)連續(xù)監(jiān)視A1和A2的一致性并在每個月末報告其結(jié)果。
對照控制性能準(zhǔn)則(CPC)測量的控制性能的基礎(chǔ)是控制區(qū)的區(qū)域控制誤差(ACE)。用于控制性能計算的ACE值應(yīng)是實際的、未經(jīng)過濾的量。不正確的讀數(shù)，諸如由于遙測誤差或其它故障影響，應(yīng)從計算中排除。CPC調(diào)查提供ACE的性能的兩種指標(biāo)：即A1——過零點和A2——Ld一致性。
2．2 北美電力可靠性委員會的(NERC)AGC控制性能準(zhǔn)則控制性能的衡量指標(biāo)需要區(qū)分控制區(qū)是在正常狀況或擾動狀況下運行。
2．2．1 正常狀況控制性能準(zhǔn)則：
(1)A1準(zhǔn)則——過零點。A1準(zhǔn)則要求一個控制區(qū)的ACE在前一次達(dá)到零的10min內(nèi)回到零。控制誤差定期地相交于零，目的是使不當(dāng)交換的累積時趨向減至最小。
(2)A2準(zhǔn)則——Ld一致性。A2準(zhǔn)則要求在每小時內(nèi)的6個10min期間的每一個平均ACE都在規(guī)定的極限內(nèi)，該極限稱之為Ld。這個準(zhǔn)則以規(guī)定一個控制區(qū)ACE的平均最高范圍來補充A1準(zhǔn)則。
2，2．2 Ld計算
Ld＝(0．025)△L+5 MW (4)
式(4)中的Ld可用以下兩個方法之一來計算：
方法A-△L是本控制區(qū)的冬季或夏季最高峰負(fù)荷一天從一個時鐘小時至下一個時鐘小時控制區(qū)負(fù)荷凈電量的最大變化(增加或減小)。
方法B-△L是發(fā)生在一年內(nèi)從一個時鐘小時至下一個時鐘小時負(fù)荷的任何10個變化(增加或減小)的平均。
控制區(qū)在性能分析員要求每年應(yīng)確定其Ld。新的Ld在每年的3月1日生效。
2．2．3 擾動(事故)狀況控制性能準(zhǔn)則
在擾動期間，控制一般不能維持ACE在正常負(fù)荷變動的準(zhǔn)則范圍內(nèi)。當(dāng)由于突然失去發(fā)電或負(fù)荷突變而使ACE的采樣值超過某一被稱為Lm的極限時，就認(rèn)為該控制區(qū)發(fā)生了擾動。Lm的值為Ld的函數(shù)，如式(5)所示： Lm＝3Ld (5)
造成超過Lm的ACE的正常負(fù)荷和發(fā)電的偏移(例如：抽水蓄能、電弧爐、軋鋼機(jī)等)不包括在擾動狀況的定義之內(nèi)。
(1)B1準(zhǔn)則——系統(tǒng)恢復(fù)。B1準(zhǔn)則要求在擾動開始之后在10min內(nèi)將ACE退回到零。屬于以上規(guī)定的一個擾動狀況變化之后，在一個不超過10min的期間內(nèi)，ACE必須達(dá)到零讀數(shù)。一個系統(tǒng)應(yīng)保持足夠的備用能力以完全恢復(fù)控制并在10min內(nèi)回到正常運行。
(2)B2準(zhǔn)則——恢復(fù)開始。B2準(zhǔn)則要求在擾動開始后的1 min之內(nèi)ACE開始趨向于零。屬于以上所規(guī)定的擾動狀況的擾動之后，ACE被允許在不超過1min的期間趨向于與階躍變化相同的方向。
一個系統(tǒng)應(yīng)保持能夠的備用能力在1 min之后，ACE開始趨向于零。
3 AGC系統(tǒng)構(gòu)成
AGC系統(tǒng)可分為兩部分，即調(diào)度自動化EMS／AGC系統(tǒng)與廠站端CCS系統(tǒng)。本文僅介紹調(diào)度自動化EMS／AGC系統(tǒng)的構(gòu)成。
3．1 AGC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能
AGC作為EMS的核心功能包含在EMS系統(tǒng)的RTGEN(實時發(fā)電)應(yīng)用中，AGC與其他模塊之間的主要數(shù)據(jù)流程可以用圖1簡單描述。
其中AGC由SCADA獲得數(shù)據(jù)，其速率一般等于SCADA掃描速率的倍數(shù)。AGC的目標(biāo)是穩(wěn)態(tài)(較長期)控制而不是短期控制，主要支持以下功能：
(1)經(jīng)濟(jì)調(diào)度(ED)，其中經(jīng)濟(jì)調(diào)度分為控制型和建議型經(jīng)濟(jì)調(diào)度，建議型調(diào)度不用于控制用途。
(2)發(fā)電計劃(GS)。GS分為電廠基點計劃(BSKED畫面)、減出力(deration)計劃(DERATES畫面)、燃料成本計劃(FCOST)、燃料使用計劃(FSKED)、備用計劃(RESERVE)、交易計劃(TRSKALL)等。
(3)備用監(jiān)視。備用監(jiān)視包括全系統(tǒng)的備用監(jiān)視和機(jī)組備用監(jiān)視，周期執(zhí)行(一般2 min啟動一次)，所使用的數(shù)據(jù)是機(jī)組出力，各種限值和響應(yīng)速率。當(dāng)備用水平低于要求時，將發(fā)生告警信號，提醒調(diào)度人員注意，以便采取適當(dāng)措施，保證全系統(tǒng)有足夠的備用容量。其分為調(diào)節(jié)備用容量、旋轉(zhuǎn)備用容量、運行備用容量，調(diào)節(jié)備用容量是指在線運行并且AGC控制的機(jī)組的調(diào)節(jié)余量，包括上升和下降兩個方向。將所有被控機(jī)組的上升和下降萬向的備用容量相加，即為全系統(tǒng)的上升和下降方向的備用容量。調(diào)節(jié)備用容量監(jiān)視包括：系統(tǒng)調(diào)節(jié)備用容量的現(xiàn)有值和要求值；各機(jī)組調(diào)節(jié)備用值。
(4)與其它應(yīng)用的接口
①GENMODEL
②SCADA
③STGEN
④機(jī)組組合UC
⑤負(fù)荷預(yù)報LF
⑥實時網(wǎng)絡(luò)(交換)RTNET
⑦實時安全約束(RTSENH)
3．2 AGC的主要構(gòu)成模塊
AGC作為一相對獨立的應(yīng)用軟件，其基本功能即為負(fù)荷頻率控制(LFC，Load-Frequency-Control)，該部分主要由以下4個基本模塊組成；
3．2．1 區(qū)域控制模塊
該模塊的主要功能是控制LFC各任務(wù)的全部次序，這些LFC任務(wù)有：
(1)接受與處理SCADA數(shù)據(jù)；
(2)確定AGC控制區(qū)域內(nèi)發(fā)電、負(fù)荷與受電量；
(3)根據(jù)AGC的運行方式確定區(qū)域控制偏差，其中AGC的運行方式最主要的有；聯(lián)絡(luò)線交換一頻率偏差、恒定交換功率偏差、恒定頻率偏差。
該模塊在完成上述任務(wù)后，還自動調(diào)用其他AGC的模塊，以完成計算與發(fā)布控制命令到各電廠或機(jī)組。
該模塊在計算出ACE值的同時，還須判別當(dāng)前ACE的偏差程度以決定各AGC機(jī)組對ACE的響應(yīng)份額。
3．2．2 基值功率跟蹤模塊
該模塊的主要功能是根據(jù)當(dāng)前要求的區(qū)域發(fā)電給本區(qū)域AGC控制下的各發(fā)電廠控制器，提供功率基值。該功率基值的確定共有四種模式；
(1)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方式(Economic Dispatch，ED)
經(jīng)濟(jì)調(diào)度的功能是確定負(fù)荷在AGC機(jī)組間的經(jīng)濟(jì)分配，同時考慮機(jī)組運行的各種安全限制，如升降速率、出力限制等。AGC軟件提供兩種ED功能，分別為“實時經(jīng)濟(jì)調(diào)度(Real-time Dispatch)”和“建議性經(jīng)濟(jì)調(diào)度(Advisory Dispatch)”，其中實時經(jīng)濟(jì)調(diào)度模式可直接為AGC控制提供基點值(BasePoint)，建議性經(jīng)濟(jì)調(diào)度模式只計
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