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辽宁电网a g c 调整方式优化研究 摘要 随着电网规模的不断扩大，由调度人员凭运行经验调整个发电出力与全网负荷平衡， 保持电网频率为额定值并控制网际联络线潮流的劳动强度大大提高，调节难度也大大增 加。由计算机系统辅助人工调节保证电网安全稳定、经济运行已成为现代大电网发展的 趋势。自动发电控制a g c 正是实现这一目标的重要手段。虽然a g c 原理并不复杂，但 其实现及各个环节的关系远非模型那么简单。在实际电网运行中，我们发现a g c 调节 效果并不理想，主要体现在负荷高峰低谷时调节速率降低，机组间反调现象明显等问题。 本文通过对传统a g c 控制过程的详细分析，从理论上论证了造成a g c 控制效果不 理想的原因主要在于传统a g c 控制中的功率分配环节忽视了a g c 机组间的性能差异。 而正是机组性能上的差异使有些机组执行指令快而有些执行指令慢，无法达到协调一 致。 本文所提出的a g c 分组分配策略考虑了机组间性能差异，将所有a g c 机组按执行 指令的快慢分组，分组间分配不同的控制目标，快的分组负责调节变化周期快的波动， 慢的分组负责调节前组分组返回基点功率。分组内部各实际a g c 机组按目前功率状态 使用变系数功率分配策略。 本文最后使用仿真系统对优化方案进行仿真验证，结果显示无论负荷在平稳还是急 剧波动时期，新分配策略均保证了充足的调节速率，整体调节效果明显提高且总调节次 数有所降低。本文的优化方案如果实际应用于电网，将有望降低a g c 调节成本，为电 网带来可观的经济效益。 关键词：自动发电控制；a g c 分配策略；a g c 控制策略 大连理工大学专业学位硕士学位论文 s t u d yo no p t i m i z a t i o no fa g cr e g u l a t i o n 。l i a o n i n gp o w e rsysteminl l a o n m g o w e rs y s t e m a b s t r a c t a st h es i z eo fp o w e rs y s t e mg e t t i n gl a r g e r , i ti sg e t t i n gm o r ea n dm o r ed i f f i c u l t 、t ob a l a n c e l o a da n dp o w e rb yd i s p a t c h e r se x p e r i e n c e n e e d so f u s i n ga u t o m a t i cc o n t r o lm e t h o da r e g e t t i n gs t r o n g e r a g ci so n eo ft h e s em o s ti m p o r t a n tm e t h o d s t h o u g ha g ct h e o r yi ss i m p l e i ti sn o ts oe a s yw h e nz o o mi n i na c t u a lp o w e r s y s t e mw eh a v ef o u n da g cr e g u l a t i o nr e s u l t i sn o ts ow e l l 皿em a i np r o b l e ma r el o wr e g u l a t i o nr a t ed u r i n gp e e kl o a da n d r e g u l a t i o n d i r e c t i o nr e v e r s a l b y t h ed e t a i la n a l y s i so f t r a d i t i o n a la g c s e q u e n c e ，t h ea r t i c l es h o w si nt h e o r yt h ec a u s e o ft h ep r o b l e mi sm a i n l ya tn e g l e c t i n ga g c p e r f o r m a n c ed i f f e r e n c e t 1 1 i sp e r f o r m a n c e d i f f e r e n c er e s u l t si ns o m ea g c r e s p o n d i n gf a s ta n do t h e r ss l o w ，s ot h ea g c sc a t ln o t c o o r d i n a t c n e wa g c d i s p a t c h i n gm e t h o dc o n c e r n sa b o u ta g cp e r f o r m a n c ed i f f e r e n c e i tm a k e st h e a g c si n t og r o u p sb yt h e i rp e r f o r m a n c e d i f f e r e n tc o n t r o la i m sa p p l yt od i f f e r e n tg r o u p s f a s t g r o u pr e s p o n d sr a p i dl o a d ，w h i l es l o wg r o u pr e t u r n st h ef a s tg r o u pb a c kt ob a s ep o w e r 1 1 1 e a g c si no n eg r o u pa p p l y sv a r i a b l ed i s p a t c h i n gm e t h o db a s eo nt h e i rs t a t u s n l ea r t i c l ev e r i f i e st h en e wm e t h o du s i n gs i m u l a t i o n ，n l er e s u l ts h o w st h en e wm e t h o d g u a r a n t e e ss u f f i c i e n tr e g u l a t i o nr a t ei ns p i t eo fn o r m a ln o r m a ll o a do rp e e kl o a d 1 1 1 e r e g u l a t i o nr e s u l tg e t sb e t t e r 、加t l lar e d u c eo fr e g u l a t i o nf r e q u e n c y i tw i l lr e d u c ea g cc o s t s a n db r i n gp r o f i t st or e g u l a t i o nf a c t o r yw h e ni ta p p l y st ot h ep o w e r s y s t e m k e yw o r d s ：a g c ；a g cs t r a t e g y ；a g cd i s p a t c h i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目： 作者签名：筮竺望 日期：型年! 月生日 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目：邈堡望生垒兰塑鳖巡竺堕 作者签名：筮兰竖日期：型年，月生日 导师签名_ 一趸薄 日期型年月上日 辽宁电网a g c 调整方式优化研究 引言 自电力系统诞生以来，对电力系统的实时运行控制一直是广大科研工作者及运行实 践人员重点关注的问题。电力系统实时控制，直接影响着系统的安全运行和经济效益。 自动发电控制技术的产生及完善促进了系统可靠性及经济性的提高。自动发电控制 技术英文名称是a u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o n t r o l ，这里简称a c c ，这已经是一种成熟的控制 技术。由于电网负荷的波动，常常出现发电和用电不能同步平衡的情况，这种波动最终 将导致系统频率和电压的崩溃。a g c 技术的出现，实时消除了这种发用电之间不平衡。 所以我们把这种根据负荷的波动，利用计算机系统和反馈控制组成的闭环发电控制系统 称为a g c 系统【l 训。 a g c 控制技术的存在和蓬勃发展，促进了电力市场的兴起。电力市场化，就发电 侧而言，实际上是对发电控制策略以经济效益为中心的具体实践。当然，在经济效益的 目标下，要满足系统安全稳定的基本要求。从电力市场的时间交易周期来看，可以分为 年( 月) 度交易、日前交易和实时交易，其中实时有功平衡交易和a g c 控制技术的联系最 为紧密。由于实时有功平衡交易和a c r c 控制，完成了对电力系统发电侧最主要的实时 控制，对电力系统的安全稳定经济运行的影响最大，因此对实时有功平衡交易和a g c 控制技术的研究也越来越得到理论界和工程技术人员的重视。c p s 标准的引入与使用， 也促进了对a g c 控制策略的研究工作l j j 。 我国现正处在电网改革的关键时期。五大发电集团的成立、国家电网公司从国家电 力公司的剥离标志着厂网分开的初步完成，电力市场化的脚步已越来越加快。然而，作 为电力市场化最彻底、运行经验最丰富的美国、加拿大电网却接连发生全网稳定破坏、 电网瓦解、大而积停电的事故1 4 1 。这不得不提醒人们需要重新认识电力市场条件下的实 时控制问题，在电网安全的基础上寻求经济效益。 最近几年，国内外逐渐认识到a g c 控制理论及方法对电力系统发展的重要意义， 各类研究成果不断涌现。但在实际使用时，我们发现现有的研究程度还远远不能满足实 际a g c 控制要求，主要体现在： ( 1 ) 现有针对a g c 研究的仿真平台还未完善。目前还没有出现专门仿真a g c 过 程的商业仿真平台，因而各研究机构的a g c 仿真多是在科学计算软件上自己搭建。由 于没有同一平台环境，针对a g c 的各类研究很难互相比较，某一机构的研究成果在其 他地方很难再现。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 ( 2 ) 现有对a g c 研究成果还未成体系，研究成果要么是拘泥于某一具体细节，要 么是从宏观角度的阐述，难以实际应用。缺乏对a g c 整个过程从原理、理念、方法上 的连贯表述。 ( 3 ) 各类研究成果主要是针对某一特定电力系统，换了电网环境由于发电机负荷 的构成不同就不再适用。研究结论缺乏普适性。 在整个a g c 控制过程中，可以分为两个环节。其一是区域控制需求的计算；其二 是a g c 功率分配。目前国内外研究成果多注重区域控制需求计算的环节。本文则将研 究重点放在易被忽视的a g c 功率分配环节上。通过研究发现，a g c 功率分配环节在整 个a g c 调节过程中同样非常重要。并通过仿真结果找出目前辽宁电网在a g c 功率分配 环节中存在的问题，并加以改进，提出了一套改进的a g c 功率分配方式，改善了a g c 整体调节效果。 通过本文的研究发现，整个a g c 控制过程看似简单，但从控制理论角度看，作为 控制对象的a g c 发电机组是一个大时变，大延时且具有分布特性的系统。因而本文认 为随着对a g c 控制过程的更深入研究，a g c 的控制效果还有非常大的提升空间。 一2 一 辽宁电网a g c 调整方式优化研究 1 概述 1 1 电力系统调频概述 1 1 1 电力系统频率 电力系统频率是衡量电能质量的重要指标之一。当电力系统频率偏离额定频率时， 发电设备的效率会降低，严重时将产生功能异常并可能导致电力系统崩溃。因此世界各 国电力系统都将频率控制在很小的范围内波动，如我国国家标准g b t 1 5 9 4 5 1 9 9 5 规定， 电力系统频率在( 5 0 h z 0 2 h z ) 范围内的时间应达到9 8 以上。 电力系统频率波动与发电机输入输出功率平衡有关，其中的输入功率指发电机的原 动机功率，输出功率指发电机电磁功率，当两者不平衡时，必然引起发电机转子转速的 变化，也就是系统频率的变化。在众多发电机组并联运行的电力系统中，尽管原动机功 率不是恒定不变的，但它主要取决于本台发电机的原动机和调速器特性，因而是相对容 易控制的因素；而发电机的电磁功率不仅与本台发电机的电磁特性有关，更取决于电力 系统的负荷及负荷特性，是难以控制的因素，这正是引起电力系统频率波动的主要原因 【5 】 o 1 1 2 电力系统负荷构成及其频率响应特性 如图1 1 所示，一般认为电力系统负荷通常是由三种不同变化规律的负荷分量组成： 第一种是变化周期有1 0 秒以内、变化幅度较小的随机负荷分量；第二种是变化周期在 1 0 秒到数分钟之间的脉动负荷分量；第三种是变化缓慢的持续变动负荷分量，引起这类 负荷变化的原因主要是各行业的作息制度、居民生活方式、天气变化等。这类分量中很 大一部分是可以预测的，通常提前一日或数小时制定负荷计划曲线，并将曲线功率下发 到指定发电机，从而消除这部分不平衡。针对快速且难以提前预测的前两类负荷分量， 电力系统分别使用频率一次调节、频率二次调节等技术措施来消除原动机功率和发电机 功率之间的不平衡1 6 1 。 电力系统中的负荷由各种电气设备组成。白炽灯、电加热器之类的电阻性负荷的电 功率与频率无关，风扇、电泵之类马达负荷的电功率与频率有关【| 7 1 。可以把合成负荷的 总的频率特性表示为： a p = 必+ d a c o ， ( 1 1 ) 式中，为不受频率影响的负荷变化功率； 大连理工大学专业学位硕士学位论文 d a m ，为受频率影响的负荷变化功率； d 为负荷阻尼系数，它通常表示为频率变化1 g i 起负荷的百分比变化。 图1 1 电力系统负荷构成 f i g 1 1l o a ds t r u c t u r eo fp o w e rs y s t e m 1 1 3 电力系统频率调节 ( 1 ) 电力系统频率一次调节 一次调节针对负荷中变化最快速的分量。当电力系统频率发生变化时，系统中所有 的发电机组的转速即发生变化，如转速的变化超出发电机组规定的不灵敏区，该发电机 组的调速器就会动作，改变其原动机的阀门位置，调整原动机的功率，力求改善原动机 功率和负荷功率不平衡状况。即当系统频率下降时，汽轮机的进汽阀门或水轮机的进水 阀门的开度会增大，增加原动机的功率；当系统频率上升时，汽轮机的进汽阀门或水轮 机的进水阀门的开度就会减小，减少原动机的功率。发电机一次调节对系统频率变化响 应较快，电力系统综合的一次调节特性时间常数一般在1 0 3 0 秒之间。但频率一次调节 是有差特性法，它不能实现对系统频率的无差调整。 一台发电机组的发电功率与频率之间的关系也称为发电机静态功频特性。在电力系 统稳运行分析和控制中，机组调速器动作范围的频率变化不大，可以认为功频特性呈线 性变化，即有式1 1 表示的关系： 1 屹d = 一蜕 ( 1 2 ) ( g 式中屹d 为偏离正常发电功率的增量； 蜕为偏移正常频率兀的增量； 辽宁电网a g c 调整方式优化研究 如为机组的调差系数。 一个区域内包含许多不同型号、容量的机组，它们的调速特性不完全相同。但是，运 行经验和理论分析均表明，可以把一个区域中的所有机组用一台等值机组的调速特性来表 示，形成系统的功频特性，即有等值机组的调差系数为： r = 音 ( 1 3 ) 善玄 式中，尺，为第f 台机组调差系数。通常调差系数是以额定功率为基准的标幺值。 岛 f l 图1 2 扰动后一次调节的频率曲线 f i 9 1 2f r e q u e n c yc u r v eb yp r i m a r yf r e q u e n c yr e g u l a t i o na f t e rl o a dc h a n g e ( 2 ) 电系统频率二次调节 由于脉动分量引起的频率偏移较大，而一次调频是有差调节，调整结束后，存在频 率偏移和联络线交换功率不能维持规定值，更不能保证系统功率的经济分配。这就需要 施加外界的控制作用，才能将频率调整到允许范围之内。二次调节是由系统调度中心根 据各节点相关遥测数据计算出当前功率不平衡量，将此不平衡量下发到承担二次调节的 机组上，通过机组自动装置改变调速器的频率( 或功率) 给定值，调节进入原动机的动力 元素来维持电力系统频率的调节方法。要实现频率的无差调整，必须依靠频率的二次调 节。现代二次调节由于整个过程使用自动控制算法而无需人工，因此频率的二次调节也 称为自动发电控制( a u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o n t r o l ，a g c ) ，承担二次调节功率的机组 也通常称为a g c 机组。 二次调节原理图如图1 3 所示。 图1 3 二次调三删姗 f i g 1 3s e c o n d a r y f r e q u e n q “弓” 五) 一6 一 辽宁电网a g c 调整方式优化研究 在此模式中，控制区的区域控制偏差( a c e ) 只包括联络线净交换功率分量，其计 算公式如下： a c e = p t i 一( i o i 一i o j ) ( 1 5 ) 式中，跳为控制区所有联络线的实际量测值之和； k 为控制区与外区的交易计划之和； l i 为偿还无意交换电量而设置的交换功率偏移； 这种控制模式通过控制调频机组有功功率来保持区域联络线净交换功率偏差 p 。= 0 。利用这种模式进行控制，不论哪个控制区的功率不平衡，都会影响互联电力系统 的频率。由于直至ap t = 0 时，调节过程才停止，此时系统频率不可能保持在既定状态。 因此，这种控制方式只适合于互联电力系统中小容量的电力系统，对于整个互联电力系 统来说，必须有另一个控制区采用f f c 模式来维持互联系统的频率恒定，否则互联电力 系统不能进行稳定的并联运行。 ( 3 ) 联络线功率频率偏差控制模式( t i e l i n eb i a sf r e q u e n c yc o n t r o l t b c ) 在此模式中，控制区的区域控制偏差( a c e ) 需要同时检测a p 。和f ，同时判别负 荷的扰动变化是在哪个系统发生，其计算公式如下： a c e = p 廿一( i 巧一a i o j ) 】- 1 0 b f ( 品+ ) 】 ( 1 6 ) 式中，p 。为控制区所有联络线的实际量测值之和； k 为控制区与外区的交易计划之和； b 为系统控制区的频率响应系数； ，f 为系统频率的实际值； 毛为系统频率的额定值； b 为偿还无意交换电量而设置的交换功率偏移； 最为校正时差而设定的频率偏移。 对于这种控制模式，在控制系数选取合理的前提下，不论负荷扰动发生在哪个控制 区，在频率波动较小的情况下，只有发生扰动的控制区才产生控制作用，其他控制区一 般不会进行控制。在互联电力系统中，一般推荐采用这种控制模式。 1 2 2a g c 机组端调整方式 ( 1 ) b l o 调整方式。此方式根据当前区域发电计划要求，给本区域a g c 控制下 的各发电机组控制器提供功率基值，其功率基值由软件提供，调度员可以根据当天负荷 变化的实际情况修改各电厂的发电计划，其a g c 提供的功率基值也随之改变，各电厂 机组控制器将所收到的功率基值作为目标值进行调整机组出力。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 ( 2 ) b l r 调整方式。此方式下，a g c 主站系统首先接受与处理s c a d a 数据，确 定a g c 控制区域内的发电、负荷与受电量确定区域控制偏差a c , - c 的值，为避免a g c 曲线小的波动引起a g c 频繁调整，在a c e 曲线0 附近设定一区域，控制误差a c e 值 在该区域时a g c 不下发调整指令，这一区域称为死区。设定死区调节范围按a c e 控制 上下限的百分数设定。如果区域控制误差a c e 超过其设定的死区控制范围，则a g c 随 即下发相应控制指令，机组控制器收到指令后立即参与调整。 ( 3 ) b l a 调整方式。此方式下，首先设定辅助调节范围，按a c e 控制上下限的百 分数设定。如果区域控制误差a c e 超过其设定的辅助调节范围，则a g c 随即下发相应 控制指令，机组控制器收到指令后立即参与调整。 ( 4 ) b l e 调整方式。此方式下，首先设定紧急调节范围，按a c e 控制上下限的百 分数设定。如果区域控制误差a c e 超过其设定的紧急调节范围，则a g c 随即下发相应 控制指令，机组控制器收到指令后立即参与调整。 1 2 3a g o 机组指令执行过程 整个a g c 执行过程由以下几个周期构成： ( 1 ) a g c 的执行周期。一般为1 8 秒，由调度员设定。每个执行周期内，a g c 更 新实时数据、计算a c e 、执行性能监视等。一般来说，对系统频率的监视以1 秒为周期， 因此a g c 的执行周期最小可设为1 秒。 ( 2 ) a g c 控制周期。由调度员设定，应为执行周期的整数倍，一般为4 1 6 秒。在 每个a g c 控制周期，除完成执行周期的各个任务外，还要计算a g c 控制下的各机组的 基点功率，并根据系统当前a c e 大小给机组分配调节量，即机组应承担的调节功率， 从而得到机组的目标出力，但是否下发控制命令还取决于机组控制命令周期。 ( 3 ) 机组的控制命令周期。这个周期长度是可变的，它由a g c 控制周期和机组的 实发控制命令共同决定。在每个a g c 控制命令周期都计算机组的目标出力。如果机组 已响应上次的控制命令，则将本次的控制命令立刻下发，但对应的调节增量受给定的每 次最大调节量的限制。如果机组未响应上次的控制命令，本次控制命令暂不下发。机组 是否已响应上次的控制命令有两个判据： 根据上次的控制命令所对应的调节增量和给定的机组响应速率计算需要多少时 间去响应该控制命令，该时间已过； 虽然该时间未到，但机组实际出力已达到控制目标。 每个二次控制的有效指令周期，开始于上一个指令的完结，与此同时新的指令有效， 在二次控制延迟后，以一定速率调节机组出力，直至上述两个判据判定该指令完成，此 控制指令周期结束。 一8 一 辽宁电网a g c 调整方式优化研究 1 3 区域控制性能评价标准概述 1 3 1a 系列标准 北美电网早在1 9 7 3 年就正式采用a 1 a 2 标准来评价电网正常情况下的控制性能， 其内容是： ( 1 ) a 1 标准即a c e 过零，控制区域的a c e 在任意1 0 m i n 内必须至少过零一次。 a c e 的频繁过零，目的是最大限度地减少无意交换电量的产生。但是，a c e 的频繁过 零，会导致系统进行无谓的反向调节，对系统频率的稳定和a g c 机组设备产生负面的 影响。 ( 2 ) a 2 标准即a c e 值的限制，a c e 的1 0 m i n 平均值小于规定值。即 a v g l o 曲( a c e ) l d ( 1 7 ) 式中， l d = 0 0 2 5 a l + 5 m w ( 1 8 ) 其中，l 可以由以下两种方式获得： ( 1 ) al 只指控制区在冬季或夏季高峰时段，日小时电量最大变化量( 增或减) 。 ( 2 ) a l 只指控制区在一年中，任意十个小时电量变化量( 增或减) 的平均值。 一般情况下，各控制区的l d 每年修改一次。 由于a c e 的1 0 m i n 平均值小于规定的乙，在某个控制区域较大发电缺额且备用容 量短时间无法上来，其它控制区域因需控制a 2 指标，不能发挥支援作用，从而可能使 电网频率长时间不能恢复，限制了互联电网优越性的发挥。 n e r c 要求各控制区域达到a 1 ，a 2 标准的控制合格率在9 0 以上，我国要求在7 5 以上。这样通过执行a 1 ，a 2 标准，使各控制区域的a c e 始终接近于零，从而保证用 电负荷与发电、计划交换和实际交换之间的平衡。 1 3 2c p s 系列标准 在n e r c 提出的c p s 标准中，对某控制区域，定义了如下一个基本控制变量 ( c o n t r o lp a r a m e t e r ) ： 瓯。= 等甑妯 ( 1 9 ) 大连理工大学专业学位硕士学位论文 这里下标l m i n 表示数据取一分钟的平均值。这个参数用于评价本控制区域的a g c 控制对整个互联系统的频率的影响。可以看到不仅包含着a c e 分量，而且还包含由系 统频率偏差分量，因此该变量变对系统非常敏感。 c p s 性能评价标准由两部分组成，即c p s l 和c p s 2 。c p s l 采用基于统计方法来衡 量某控制区a c e 的变化特征及其与系统频率偏差的关系。c p s 2 用于评估某控制区域控 制联络线潮流偏差的能力。 c p s l 可以表述为：在某确定的时间段内( 如一个月或一年) ，由式( 2 ) 定义的控制变 量c p 在该时间段内的算术平均值必须小于某确定的频率误差的平方。如下式所示： 配合因子( c o m p l i a n c ef a c t o r ) 耐= a v g 胆删( ( ：em j i i ) 0 ) ，为了模拟此延时，新仿真系统中的发电机模块将t 1 时间内的所有系统频率 值保存起来，在当前步的计算中，使用使用保存的t t 1 时刻的f 值代入公式计算， 其中b 为此发电机的一次调节特性系数。所得出的ap 即为包括了一次调节及一次调节 延时的发电机功率变化。 由于能量转换时间的存在，发电机一次调节具有最大的调节速率v _ p l m a x 。发电机 模块保存上步计算出的一次功率，与本次的一次功率比较，若差值变化速率大于最大调 节速率，则修正舻为最大调节速率所允许的功率交化后的a p 。 由于蓄热限制，发电机的一次调节一般具有最大一次调节功率。在仿真中使用条件 判断廿是否超过了限值，若尸大于发电机的最大一次调节功率，则使a p 等于最大的 次调节功率。 经过限速限幅后的凹即为本计算周期的发电机一次功率。 辽宁电网a g c 调整方式优化研究 1 5 3 对区域二次调节算法的仿真 由于一次调节无法使频率完全回复到额定值，必须对频率进行二次调节。二次调节 是由区域调度机构通过采集电网相关运行参数计算出区域的功率不平衡也就是区域需 求量( a r ) ，采用一定的算法将a r 值分配到a g c 机组，a g c 机组执行指令升降功率使频 率进一步恢复。 二次调节算法主要包括a r 值的计算及功率分配两个环节，这两个环节都需要相应 的算法，这也是二次调节主要研究方向。此部分总是改变，作为仿真系统的外挂模块独 立于仿真。 1 5 4 对发电机二次调节的仿真 二次调节的发电机部分主要是在接收到区域的二次指令后，发电机的执行过程。主 要参数包括二次调节延时、二次调节速率，二次调节最大最小值，不同类型的发电机通 过设定不同参数区别。 二次调节延时包括算法计算延时、通讯延时及执行延时。与信道，机组类型、型号 相关。 二次调节速率，指机组经过各种延时后，实际升降功率的速率，单位为m w s 。调节 速率与机组类型、型号相关。 二次调节变化最大最小值，单位m w ，表示二次调节的上下限值。 执行过程，空闲机组在收到指令后开始进入执行模式，对于后来的指令直接丢弃不 再执行。对于执行的指令，经过一段时间的延时( 包括通讯延时与执行延时) 后，发电 机开始按设定的调节速率变化输出功率。当输出功率达到指令要求功率或达n - 次调节 变化最大最小值时，本轮执行完成。发电机进入空闲状态，准备接收并执行下一条二次 指令。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 辽宁电网a g c 概况及相关仿真环境设置 2 1 辽宁电网a g c 现状 1 9 9 9 年1 0 月起东北电网开始采用省间联络线关口调度模式，共有东北网调、辽宁 省调、吉林省调、黑龙江省调四个调度中心，分别负责东北公司直管电网及三省公司电 网的调度包括所辖发电厂机组发电控制调度和所辖输、配电网的调度。东北网调a g c 控制分为t b c ( 联络线功率频率偏差控制) 、f t c ( 定联络线功率控制) 、f f c ( 定频 率控制) 三种方式。三省调控制中心的频率调节系数由东北网调统一确定，三省公司互 送不平衡电力由东北网调承担，东北网调对辽宁、吉林、黑龙江三省调的a g c 控制性 能实施电力频率和电量两方面考核。目前东北、华北联网采用t b c 控制方式，东北网 调与华北网调控制中心的频率调节系数由国调中心统一确定，国调对东北、华北两个区 域控制中心及东北网调对辽宁、吉林、黑龙江三省调控制中心均采用a 标准考核，因此 东北电网a g c 控制按a 标准设定。从2 0 0 1 年及2 0 0 2 年东北、华北联网情况看，两个 大区电网均满足国调提出的考核标准要求。 辽宁电网负荷及容量在东北电网中所占比例近5 0 ，并且平均每天受东北网公司及 北两省的电量4 0 0 0 m w h 左右，平均实时受电电力在1 0 0 0 m w 以上。由于辽宁电网容 量所占东北电网比例大，辽宁电网的发电控制对东北电网的频率影响最大，所以电网频 率与辽宁联络线受电潮流之间存在正反馈的关系，即辽宁电网受电潮流与计划相比偏 小，a c e 曲线超上限，辽宁省调下令减出力，系统频率下降，由于负荷的频率特性关系 辽宁省受电潮流也下降，a c e 曲线反而有继续上升的趋势，反之亦然。同时辽宁电网机 组多，特性不一，下令后到实际出力调整有着不同的延时性，调度员很难掌握，使a c e 曲线人工调整几乎不可能。现辽宁电网a g c 容量6 6 0 0 m w ( 辽宁水电容量比重很小， 只起辅助调节作用所以不包括水电机组) ，其总容量及总的机组调节速率之和都满足了 辽宁电网a c e 曲线调整的需要，但是否所有a c - c 机组全部投入去调整联络线的效果好 还是有选择性投效果好；各机组按同一方式参与调整的效果好还是按不同方式参与调整 的效果好都是一个值得考虑的问题。这里还有个调节频度、机组出力波动对设备的影响 等问题。 表2 1 是辽宁省电网各电厂投运a g c 机组的参数情况。 表2 1 辽宁电网a g c 机组参数 辽宁电网a g c 调整方式优化研究 t a b 2 1a g c g e n e r a t i o np a r a m e t e ro fl i a o n i n gp o w e rs y s t e m 机组 容量 a g c 调节 调节速率 响j 立 给煤起停磨煤机 电厂名范围时间 编号 m w ( m w m i n )方式阀值( m w ) ( m w )( s ) 清河电厂5 ，82 0 01 4 0 - - 2 0 0 4 2 5 中储无 锦州电厂 l 一62 0 01 4 0 - - 2 0 081 5 中储无 能港电厂 1 42 0 01 4 0 - - 2 0 061 5 中储无 朝阳电厂 1 ，22 0 01 4 0 2 0 039 0 直吹 1 6 0 沈海电厂 1 ，22 0 0 1 4 0 2 0 0 72 0 直吹 1 8 0 铁岭电厂 13 0 01 8 0 3 0 0 7 9 0直吹2 4 0 营口电厂 13 0 02 0 0 3 0 079 0 直吹无 丹东电厂 1 ，23 5 02 1 0 一3 5 079 0 直吹无 大连电厂 1 43 5 02 0 0 3 5 052 5 直吹 2 7 0 抚顺电厂 12 0 0 1 4 0 2 0 0 52 5 中储无 阜新电厂 12 0 0 1 4 0 2 0 0 52 5 中储 无 2 2 仿真环境设置 2 2 1 参与仿真的a g c 机组 为简化问题，本文实验基于以下合理假设： ( 1 ) 忽略机组给煤方式的差异，忽略直吹式发电机磨煤起起停时的功率白j 断及时 间延迟，从而所有机组的功率升降速率均是线性且连续的。 ( 2 ) 假设a g c 机组在收到调度指令后，经过指定的响应时间机组才开始按指令要 求增减功率，在响应延迟时保持原二次功率不变。 ( 3 ) 响应时间过后，机组按照其调节速率以一次直线线性升降功率，直到达到指 令所指定功率或到达最大最小调节功率。 ( 4 ) 在发电机接到指令后到指令执行完毕期间，机组对其他调度指令不再响应。 ( 5 ) 为保证a g c 升降功率容量，每台机组的基点功率为其调节范围的中值。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 基于以上假设，即可将表2 1 中当前辽宁电网所有投入a g c 运行的机组按响应时 间分为三组，( 其中响应时间2 0 秒的规到2 5 秒组中) ，并将相关参数合并计算。仿真 中a g c 机组参数如表2 2 所示。 ( 1 ) 每组调节速率为组中机组调节速率的代数和。 ( 2 ) 以每台机组调节范围的中值做为机组初始基点，相应调节范围变换为以初始 基点为基准点的调节范围。如调节范围是1 4 0 - - 2 0 0 m w 的机组，以中值1 7 0 为基准点， 则变换后的调节范围是3 0 3 0 m w 。将每组变换后的调节范围代数和做为这组a g c 的 总调节范围。 表2 2 仿真中a g c 机组参数 t a b2 2a g cp a r a m e t e ri ns i m u l a t i o n 调节范围调节速率 编号响应时间( s ) ( m w )( m w 恤i n ) 02 1 0 2 1 05 41 5 l- 4 2 0 4 2 05 22 5 23 1 0 3 1 03 49 0 2 2 2 负荷取得及处理 由于负荷分布广大且具有频率特性原因，负荷数据是不能直接取得的。好在本文研 究重点在于负荷的变化，而不是负荷量本身，因此只要得到负荷变化的大体形态即可。 在忽略频率特性因素条件下，根据能量平衡原理有下式成立： 本区发电功率+ 联络线受电功率= 负荷功率 ( 2 1 ) 其中，联络线受电功率每天变化由联络线计划决定，一般比较平稳。则根据上式则 可以直接使用本区发电功率总加值来模拟负荷功率变化的形态。 本文实验负荷量数据基于辽宁电网2 0 0 8 年4 月某日发电总加数据，原始数据为每5 秒采样，为仿真需要使用差值法填充为每秒一个数据，共8 6 4 0 0 点负荷数据点 发电总加原始数据如图2 1 所示。 2 2 3a g c 机组承担的调节量 有了负荷总量，则可以进一步模拟发电计划功率，将负荷总量减去计划功率作为 a g c 应该承担的功率不平衡量。本文使用四次曲线对负荷总量拟合，代表发电计划， 也即是非a g c 机组及a g c 机组基点所承担的功率，如下图2 2 所示。 辽宁电网a g c 调整方式优化研究 其差值为a g c 承担的功率，如图2 3 所示。 图2 。1原始发电总加数据 f i g 2 1o r i g i n a ls u mo fg e n e r a t i o np o w e rd a t a 图2 2 模拟负荷及发电计划 f i g 2 2s i m u l a t i o no fl o a dp o w e ra n dp o w e rg e n e r a t i o ns c h e d u l e - 2 3 - 大连理工大学专业学位硕士学位论文 图2 3a g c 负担的功率不平衡量 f i g 2 3a g cd u t yp o w e ro fu n b a l a n c e dp o w e r 2 2 4 其他仿真参数设置 本文研究重点是二次调节策略研究，因此与二次调节关系不大的参数一般使用典型 值，其他仿真参数如下表2 3 及表2 4 所示。 表2 3 区域参数 t a b 2 3 a r e ap a r a m e t e r s 区域0 区域负荷b ( m w 0 1 h z ) 1 0 0 区域b 系数( m w 0 1 h z ) - 1 3 0 区域二次指令周期( s ) 4 辽宁电网a g c 调整方式优化研究 表2 4 发电机参数 t a b 2 4g e n e r a t o rp a r a m e t e r s 发电机0发电机1发电机2 所属区域 0oo 发电机1 3 ( m w 0 1 h z ) 1 0 0- 1 0 01 0 0 发电机一次死区( h z ) 0 0 20 0 20 0 2 发电机一次延时( s ) 0 40 40 4 发电机最大功率( m w ) 2 1 04 2 03 1 0 发电机最小功率( m w ) 2 l o - 4 2 0 3 1 0 发电机二次延时( s ) 1 52 59 0 发电机调节速率( m w m i n ) 5 45 23 4 2 5 大连理工大学专业学位硕士学位论文 3 对当前使用的a g c 控制策略的仿真分析 3 1 区域调节需求的计算 由于a r 计算不是本文研究重点，因此对于以下实验均使用同一a r 计算方法。另 外，虽然本文研究基于a 标准，但由于a r 功率分配环节与使用的具体考核标准关系较 小，因此本文的研究也可以方便地应用在c p s 标准下。 由于本文中的a r 计算基于a 标准下，因此所使用的a r 计算策略由典型a 标准下 a r 计算策略相似。具体计算流程如下： ( 1 ) 采集并计算本区域a c e ，采样及计算周期为1 秒。由于使用单区仿真，a c e 公式中没有联络线功率，即a c e = 一1 0 b a f ； ( 2 ) 将a c e 乘以比例系数作为a r 中的比例分量。其中比例系统设为0 9 ； ( 3 ) 将a c e 量积分，所得量乘以积分系数作为a r 中的积分分量。其中积分系数 为o 1 ，积分时间长度为6 0 秒。 ( 4 ) 将a c e 的比例分量与积分分量相加即为当前a r 总量。 3 2 当前a g c 功率分配策略 辽宁电网目前所使用的a g c 控制策略为a 标准下的控制策略。其控制算法使用传 统a g c 控制中常用的a r 分区控制。 a r 的分区，将上步骤计算出的区域调节需求a r 分为四个区域：死区0 5 0 m w ， 正常调节区5 0 1 0 0 m w ，辅助调节区1 0 0 3 0 0 m w ，紧急调节区3 0 0 m w 以上。如图3 1 所示。 - 3 0 0 - 1 0 0 - 005 01 0 03 0 0 图3 1a r 分区 f i g 3 1 d i v i s i o no f a r a r 在死区时，给机组发调节指令均为零。a r 在正常调节区时调节功率全部由0 号分组承担。a r 在辅助调节区时，调节功率由0 号和1 号分组共同承担，每组承担a r 总量的5 0 。a r 在紧急调节区时，调节功率由三组机组共同承担，每组承担a r 总量 的三分之一。 辽宁电网a g c 调整方式优化研究 3 。3 仿真结果及分析 仿真参数如上设置以后，我们对其迸行了天时间的仿真，仿真结果的采样周期为 1 秒，共8 6 4 0 0 点数据。 3 3 1 总调节功率与负荷功率比较结果 其中，负荷与a g c 总功率对比图如图3 2 所示。在此图中，两曲线重合部分越多， 说明a g c 的调节效果越好。 从图中可以看出，a g c 总功率曲线大部分时间内在实际负荷曲线波动内部，说明 三组a g c 机组的总功率与总负荷功率基本一致，也就是证明了传统a 标准下的控制策 略可以在一定程度上满足区域的调节需求。但从局部图中可以看到在某些尖峰或低谷时 a g c 总功率与实际负荷功率差异较大，说明传统a 标准下的控制策略在负荷波动较大 时调节效果变差。 图3 2 负荷功率与a g c 总功率比较 f i g 3 2c o m p a r i s o no fa g cp o w e ra n dl o a dp o w e r 为了方便比较总a o c 功率与负荷功率的一致程度，我们引入区域调节不平衡功率 这一概念，其计算公式如下： 区域调节不平衡功率e = 负荷功率一a g c 总发电功率( 3 1 ) 大连理工大学专业学位硕士学位论文 在得到区域调节不平衡功率后，可以使用区域调节不平衡功率的方差，来比较不同 策略下的调节效果。方差值越小的说明a g c 的实际调节偏差越小，也就是调节效果越 好。本次实验中，区域调节不平衡功率的方差为：s t d ( e 0 ) = 6 5 6 8 0 7 3 3 2 三组机组功率结果 图3 3 是三组机组功率全图，横轴是时间轴为8 6 4 0 0 点，纵轴为机组功率。图中在 功率平稳时的小范围波动是由a g c 机组的一次调节引起的功率小幅变化，本文研究不 考虑a g c 机组的一次调节效应。 图3 3 负荷功率与a g c 总功率比较( 局部) f i g 3 - 3c o m p a r i s o no f a g cp o w e ra n dl o a dp o w e r ( p a r t ) 图3 5 为三组a g c 机组功率的比较，从图中可以看出，三组机组在调节配合上还 存在很多问题。 ( 1 ) 第2 组机组调节明显较少，并没有承担起调节任务。从图中可以看出，第2 组机组功率在整个仿真过