（电力系统及其自动化专业论文）内蒙古电网agc优化控制策略及实现.pdf

声明 本人郑覃声明：此处所提交的硕士学位论文内蒙古电网a g c 优化控制策略及实 现，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 学位敝储签名是蠡窿日期：丑! ：! ! 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 燃 日期：1 21 笸：墨 导师签名： 日期：乙力7 彳。留日期：生堑型 ，多。fb 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题的背景和意义 第一章引言 自动发电控制( a g c ，a u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o n t r 0 1 ) 是现代化电网运行控制的 基本技术之一，在我国起步较早，2 0 世纪6 0 年代在东北、华东和华北三大电网付 诸应用，在2 0 世纪8 0 年代中期到初期9 0 年代进行的区域省( 市) 电网能量管理 系统( e m s ) 的建设过程中，国内电力系统普遍进行了基于计算机集中控制的现代 自动发电控制技术的研究和应用，从1 9 8 5 开始，1 9 8 9 年基本完成的由电力部直接 组织的华北、东北、华东和华中四大区域电网调度自动化引进工程的实施，使各区 域电网的a g c 功能达到实用化要求，随着各地区a g c 可控机组容量的增加，各区 域电网频率合格率有了较大提高，电能质量明显提高。内蒙古电网第一台a g c 机 组自1 9 9 6 年投入运行，从此开始自动发电控制的历史，随着电网规模的不断扩大， a c r c 机组容量不断增加。2 0 0 2 年6 月，内蒙古电网e m s 系统投运，具备了a g c 机组大规模集中控制的基础，同时作为华北区域电网的电力重要西电东送输送基 地，开始对东送华北潮流进行t b c 模式进行调整。 随着我国电力工业的改革深化，“厂网分开、竟价上网”格局初步确立，加上各 区域电网发电机组装机容量的不断增加，一方面要求系统建立多方协调机制，确保 电力系统安全、优质、经济运行，另一方面也对a g c 控制的应用提出更高的要求， 以适应中国电力市场发展。针对内蒙古电网现今5 0 0 k v 网架结构仍然薄弱，网内 a g c 机组的控制调整方式单一，调整效果不能满足电网规模不断扩大的控制现状， 迫切需要对全网a g c 机组进行分区控制和优化控制。 本a g c 优化控制策略的实现，一方面可以大大减轻调度员在日常工作中潮流 调整和电网断面监视方面的劳动强度、提高工作效率和效果，同时可降低内蒙古电 力公司作为辅助服务支付给发电企业的a g c 机组的补偿成本，另一方面可通过优 化调整电网控制策略，从而实现内蒙古电网安全、稳定、优质和经济运行。 1 2 国内外研究综述 根据国内外对a g c 的研究方向和有关专业文献查阅结果以及对全国各网、省 调的a g c 功能调查研究表明，现在全国各网省调的自动发电控制功能大多处于单 一功能状态，而且各项功能采用单一功能程序实现，即大多采用所有或大部分a g c 机组均进行频率调整或区域偏差控制，未考虑对各区域电网内部稳定断面进行控 制，均未实现a g c 机组的分区优化控制功能。同时对资源在电力系统内部的优化 华北电力大学硕士学位论文 配置，以及由于电力市场的发展，对作为辅助服务范畴的a g c 功能的成本、定价 与交易等经济因素问题也研究较少。近年来，全国各网、省调逐渐开始了电力市场 环境下a o c 各方面功能的优化研究工作，其中上海电网开始大力推进a g ct 作、 应用超短期负荷预计、燃气轮机调整等新技术、开发和应用a g c 扩展系统；广东、 安徽也开始都采用超短期负荷预测闭环实现a g c 超前控制的策吲1 1 。 1 3 本文的主要研究内容 本文研究的内蒙古电网a g c 优化控制策略的主要工作内容包括： ( 1 ) 根据计算分析，实现各发电企业机组功率的自动调整，保证内蒙古电网 在正常运行中，各稳定断面运行在控制极限范围内； ( 2 ) 在满足电网各稳定断面控制要求的基础上，自动调整网内各台发电机组 功率，实现对内蒙网东送华北电网潮流的区域交换偏差a c e 值的控制； ( 3 ) 按照国家能源政策或考虑电网经济性要求对各发电企业的发电机组给出 调整意见或进行功率自动调整，实现内蒙古电网的最优运行、发电成本最小和电网 公司购电成本最低等优化目标； ( 4 ) 能够根据e m s 系统超短期负荷预测结果，对全网的a g c 机组进行优化组合， 减少机组的频繁调整和过度调整，合理安排作为辅助服务的a g c 功能的补偿工作，达 到网厂协调发展和资源合理调配的目标； ( 5 ) 能够对各发电企业机组a g c 使用情况进行统计和考核；并预留c p s 标准下 的控制策略接口，以便在华北电网实行c p s 考核后能够根据c p s 标准进行a g c 控制【2 】。 华北电力人学硕士学位论文 第二章内蒙古电网a g c 控制现状 2 1 内蒙古电网a g c 运行情况 2 1 1 内蒙古电网a g c 情况介绍 内蒙古电网能量管理系统系统于2 0 0 2 年6 月投入运行，该系统是由中国电科 院科东公司研制开发的基于开放式、面向对象的c c 2 0 0 0 支撑平台上的电力系统能 量管理系统，而作为内蒙古电网e m s 系统中的重要控制功能的自动发电控制也开 始进入集中控制阶段。 内蒙古电网从1 9 9 8 年开始与华北电网联网运行，通过5 0 0 k v 丰万双回线与华 北主网联系，并按照定交换功率( f t c ) 进行控制，近几年来送华北潮流计划逐年 增加，今年已经达到2 1 0 0 m w 。从2 0 0 2 年起内蒙古电网与华北主网的联络线潮流 开始采用联络线净交换功率与频率偏移控制方式( t i el i n eb i a sc o n t r 0 1 ) ，即t b c 控制模式进行控制，并于2 0 0 3 年7 月开始正式按a 1 a 2 标准考核( 即：每4 s 采样 一次系统频率和联络线功率并计算a c e 值，要求a c e 值在每1 5 m i n 内至少过零一 次；并且要求在每1 5 分钟内，a c e 的平均值都在规定的区域l d 之内) p j 。 在联络线t b c 控制方式下，a g c 的控制目标是维持系统的频率及联络线净交 换功率在计划值，即使 a c e i 逐渐减小直至为0 ，a g c 机组响应的依据是a c e 值本 身，a c e 包括频率偏移产生的a c e 分量及净交换功率偏移产生的a c e 分量，其计 算式为：a c e = b * a f + x p 。具体实施方式为：华北电网公司根据采集到的电网频率 和内蒙网东送联络线5 0 0 k v 丰万i 、n 线的潮流、系统电钟时差，计算出内蒙古电 网区域控制偏差( a c e ) ，并下传给内蒙古电网调通中心，内蒙古调通中心接收后， 根据a c e 值的大小向网内各a g c 机组发出调整信号，由各a g c 机组完成a c e 偏 差调整，维持内蒙古电网对华北电网输送的联络线5 0 0 k v 丰万l 、i i 线的净交换功 率在计划值，并满足每月的a l 值( a c e 每十五分钟未过零的数量) 、a 2 值( a c e 每十五分钟的平均值超过规定的l d 值的数量) 在允许的范围内。其中，华北电网 规定内蒙古电网的自然频率响应特性系数k ，= 8 0 0 ( m w h z ) ，l d 值为6 0 m w ，a 1 、 a 2 月度合格率要求在9 7 以上，合格率= 合格点数当月实际日历天数与9 6 的乘 积【4 】。 为保证a g c 机组良好的调整效果，更好地满足华北区域电网调频要求，在电 力公司领导的关心支持和有关科室积极配合下，调通中心调度专业人员和自动化专 业人员认真运行维护系统，结合现场实际情况做了大量研究和调整工作，并在提高 t b c 控制的效果方面积累了很多宝贵的经验。在近四年多的运行实用考核期间，内 蒙古电网的e m s 系统中高级应用软件的a g c 基本功能运行情况良好，一方面提高 3 华北电力大学硕士学位论文 了内蒙古电网东送华北电网潮流t b c 控制模式要求的合格率，另一方面在生产实际 中为电网的安全、优质、经济运行发挥了应有的作用，给华北电网的频率质量带来 了质的提高，并为内蒙古电网创造了巨大的经济效益。 2 1 2 内蒙古电网a g c 机组情况 内蒙古电网第一台a g c 机组达拉特电厂l # g k 于1 9 9 6 年投运，随着新机组 的不断投产和部分二十万机组的控制系统改造，参与a g c 机组逐渐增多，截止到 2 0 0 7 年5 月，内蒙古电网a g c 可控机组容量达1 3 8 0 0m w ，占电网总装机容量的 7 3 左右，a g c 可调容量达6 8 0 0 m w ，具体情况为： 6 0 0 m w 机组：华电包头发电厂1 # g k 、2 # g k ；达拉特发电厂7 # g k ，合计 1 8 0 0 m wo 3 3 0 或3 0 0 m w 机组：达拉特发电厂l # g k 、2 # g k 、3 # g k 、4 # g k 、5 # g k 、 6 # g k ；海勃湾发电厂5 # g k 、6 # g k ；国华准格尔发电厂l # g k 、2 # g k ；鄂绒 自备电厂l # g k 、2 # g k ；华电东华热电厂l # g k 、2 # g k ；乌拉山发电厂4 # g k 、 5 # g k ；临河热电厂l # g k 、2 # g k ；金桥热电厂l # g k 、2 # g k ；包头二电厂3 # g k ；包头三电厂1 # g k ：准大发电厂l # g k ；锡林发电厂1 # g k ；新丰发电厂 1 # g k ，合计7 8 6 0 m w ： 2 0 0 m w 机组：丰镇发电厂1 # g k 、2 # g k 、3 # g k 、4 # g k 、5 # g k 、6 # g k ； 包头二电厂l # g k 、2 # g k ；乌海蒙华泰发电厂l # g k 、2 # g k ；海勃湾发电厂3 # g k 、4 # g k ：呼市丰泰热电厂1 # g k 、2 # g k ；华电卓资发电厂1 # g k 、2 # g k 、 3 # g k 、4 # g k ，合计3 6 0 0 m w ； 1 8 0 m w 水电机组：万家寨水电站1 # g 、2 # g 、3 # g ，合计5 4 0 m w ； 以上可以看出，现内蒙古电网3 0 0 m w 及以上容量机组和大部分2 0 0 m w 机组 已具备a g c 功能投入条件。根据电网实际情况，原则上这些参与a g c 调整的机组 的发电出力调整范围确定为：5 0 1 0 0 机组额定功率，就是说a g c 机组调整下 限值为5 0 额定功率，调整上限值为1 0 0 额定功率。但现有a g c 机组出力上下限 由各电厂设定，一般为6 0 1 0 0 机组额定功率。 参与a g c 调整的发电机组调节速度分为：慢速、快速、实际三种，一般采用 慢速，根据实际情况可以修改。现有内蒙古电网已投入a g c 的发电机组最大调节 速率分别为：丰镇电厂1 # 、2 # 、3 # 、4 群机组为4 m w m i n ；5 群、6 撑机组为5 m w m i n ； 达拉特电厂机组均为6 m w m i n ；国华准格尔电厂l # 、2 # 机组为5 m w m i n ，海勃 湾电厂机组为1 0 m w m i n ，万家寨水电机组 = 1 0 m w m i n ，其余电厂机组大部分为 5 m w m i n 或 = 3 m w m i n 。 华北电力大学硕士学位论文 2 i 3 内蒙古电网a g c 控制策略及运行情况 作为全国的煤炭生产基地，内蒙古电网的全网的发电机组装机容量正在迅猛增 长，同时外送电力也在不断增加，已由1 9 8 9 年的5 0 0 m w 增长为2 0 0 6 年底的 2 1 0 0 m w ，是华北区域电网最大的外送电力的省网，预计在2 0 0 7 年底，外送第二通 道建成后，总的外送电力将达到4 0 0 0 m w 以上。 现行的a g c 控制策略采取由电力调通中心e m s 系统接收华北电网下传的实时 5 0 0 k v 丰万双线联络线的a c e 值，根据其值的正负，考虑全网内不同类型的a g c 机组的调节速率，给全网的a g c 机组下发目标功率值。调通中心e m s 系统中a g c 系统给下发调整目标功率指令时，只对网内的万家寨水电站是下发到全电厂，再由 电厂将出力调整值分配到各台水电机组，而网内其他参与a g c 的火电机组都是发 电机组单独接受控制指令，从而调整各台机组发电功率。 2 1 3 1 首先对内蒙古电网东送华北电网潮流的a c e 值进行说明： 现内蒙古电网a c e 值一般取自华北局传过来的数据，经过滤波后作为a g c 调 整的依据；在与华北局通讯发生故障时，a g c 一般改用自行计算，a c e 值取自丰 万双回功率与计划值偏差以及系统频率偏差，经过计算a c e 值与华北局数据相差也 不大射。下图为2 0 0 7 年内蒙古电网东送华北潮流协议曲线： 图2 12 0 0 7 年东送华北潮流图 区域控制偏差a c e 的计算公式由a g c 的控制方式嗍，a c e 的基本分量计算公 式有如下三种； 定频率控制：彳c e = k ，a f 式中置，为本电网负荷频率偏移系数 7 1 ，单位为m w h z ，鲈为系统频率偏差 定联络线交换功率控制：a c e = a p 式中a p 为联络线交换功率偏差 华北电力大学硕上学位论文 定联络线交换功率与频率偏差控制8 1 ：a c e = p + 巧4 厂 2 1 3 2 区域控制偏差a c e 值的划分控制区间 根据滤波后的a c e 值不同的区间采用不同的控制策略，一般控制区间分为四 个，由a c e 值的大小，a g c 控制区域分为死区( d b a n d ) ，正常区( n o r m ) ，帮 助区( a s s ) ，紧急区( e m e ) 四个区。根据电网实际情况，调度员可以调整死区、 正常调节区、帮助区、紧急调整区的范围值。并可以改变a g c 机组状态，确定各 个控制区域下响应a g c 信号的机组【9 】： 死区 当a c e 值在死区范围内时，a g c 不给电厂控制器( p l c ) 发送控制命令。 正常调节区 当a c e 值在此区间时，a g c 根据p l c 的控制方式、基点功率承担方式及调节 功率承担方式计算p l c 的功率设定值及控制信号，不考虑a c e 的方向，将p l c 的 设定功率控制命令发送到机组的调功装置。 帮助调节区 a g c 计算出p l c 功率增量可能有正有负，当a c e 值处于此区间时，a g c 只允 许功率增量与a c e 异号的p l c 改变其所控制的机组出力，其他p l c 的出力维持原 值不变。 紧急调节区 当a c e 值处于紧急调节区时，a g c 忽略掉考虑机组经济性的机组出力分配原 则，直接按紧急情况下的机组带出力原则调节出力，使a c e 值迅速减小。 2 1 3 3 内蒙古电网a g c 的运行状态 内蒙古电网a g c 的运行状态一般情况下分为三种：在线控制、监视、停运， 分别为： 在线控制( 0 n ) ：当a g c 的状态为在线控制时，a g c 计算区域控制误差a c e 、 系统总出力及总负荷，发送控制命令到机组，监视机组的响应性能及a g c 的控制 效果即完成a g c 的一个功能过程。 监视( m o n ) ：当a g c 状态为监视时，a g c 只进行计算，不发送控制命令至 华北电力大学硕士学位论文 机组，也不监视机组的响应情况。 停运( o f f ) ：当a g c 处于停运状态时，a g c 不进行任何计算和处理。 在日常的东送潮流调整过程中，内蒙古电网值班调度员和维护人员可以根据内 蒙古电网实际情况改变a g c 状态，也可以设定a c e 越限值。当频率量测值、联络 线量测值不刷新或出现坏数以及a c e 值超过越限值，a g c 功能自动暂停，频率值、 联络线变化超过设定值，a g c 功能自动挂起。 2 1 3 4 内蒙古电网a g c 传统控制策略 内蒙古电网a g c 控制的采样周期设定为4 s ，指令信号设定为8 s ，每个周期内， a g c 采集联络线、电厂、a c e 值等信息，判断a c e 值的a g c 控制区域，根据电 网已投入a g c 机组方式，选择调整机组，现在一般机组都选择b l r 方式，a c e 在 死区时机组不调整，在其他区域采用同一调整策略：a g c 机组的基点功率为机组当 前功率，a g c 机组的上升下降速度为一定值，每次a g c 向机组发送的指令为机组 目标功率，且目标功率= 机组基点功率+ a g c 机组的上升下降速度。若a g c 机组 响应指令信号，a g c 再根据a c e 值决定是否继续向机组p l c 发送指令：若a g c 符号不变且不在死区，a g c 继续向机组p l c 发送指令，且目标功率仍等于机组基 点功率加上a g c 机组的上升下降速度；若机组不响应指令信号，a g c 也继续向机 组p l c 发送指令，但目标功率不变；若a g c 机组响应指令信号，但此时a c e 值符 号改变，则机组仍执行先前指令，待2 3 个指令周期后再执行以前指令；若机组 已到达可调功率上下限，则发送的指令功率即为基点功率也即为当前功率。 当a g c 对机组进行控制时，电厂控制器p l c 要选择承担基本功率的方式，一 般有人工计划方式( b l 方式) 、平均方式( a v 方式) 、经济调度方式( c e 方式) 选择b l 方式时，控制机组的基点功率从调度员输入的基本功率计划获取；a v 方式 下，控制机组的基点功率是经济功率上下限的平均值；c e 方式下，经济调度e d 程 序计算控制机组的基点功率。b l 方式又可以分为b l o ( 跟踪发电计划曲线，不参 与a c e 调节) 、b l r ( 跟踪发电计划曲线，a c e 处于死区以外时参与调节) 、b l a ( 跟踪发电计划曲线，a c e 位于帮助区、紧急区时参与调节) 、b l e ( 跟踪发电计 划曲线，a c e 位于紧急区时参与调节) 几种方式，配合a g c 各个控制区域调节， 现一般采用b l 方式，但由于没有方式计划则基点功率取当前功率，且机组一般选 择b l r 方式，机组在a c e 值处于死区以外时调整。 下表2 1 为a c e 值在紧急区( a c e = 6 0 m w ) 时，a g c 系统向内蒙古电网已具 备a g c 功能的发电机组发送的控制信号，各台a g c 机组的调节因子都为1 ，出力 降低比例相同，且各台机组选择承担基点功率方式为b l r ，基点功率取当前功率， 但因为各台机组调节速率不同，发送的调节功率信号即为当前功率减去机组调节速 华北电力大学硕士学位论文 以下以内蒙古电网内的3 3 0 m w 机组为例说明：国华l 群机组( a g c 数据库中机 组调节速率为5 m w m i n ，可调范围为1 8 0 - - 3 3 0 ：机组实际调节速率为4 m w m i n ， 实际可调范围为2 4 0 - - 3 0 0 m w ) 在不同a c e 值时，a g c 下发的指令功率，从下表 可以看出国华1 # g k 响应a g c 指令较快，功率下降到指定功率，由于机组速率限 制，功率维持一段时间，则下发功率也不变。 表2 2 国华1 # 机组响应情况 2 1 4 现有a g c 控制考核情况 华北电力大学硕士学位论文 内蒙古电网现行的a g c 考核指标要求为：系统a g c 年投运率 = 8 0 ：系统 a g c 年控制合格率 = 9 9 ；电厂发电机组a g c 月投运率 = 8 0 。但现有a g c 机组 曰投运率仅有2 0 左右，月投运率更低。 内蒙古电网2 0 0 m w 及以上机组大部分具备a g c 功能，但由于各发电厂对a g c 认识不够，因此在发电机组正常运行时不愿投入a g c 功能；或者投入后并不按规 定执行；有些电厂自行改变本厂发电机组的可调功率上下限及调节速率，导致网内 的多台发电机组的a g c 投运率和跟踪率不能满足内蒙古电网要求。 2 2 内蒙古电网a g c 控制策略存在的问题 内蒙古电网近几年发展迅猛，已基本形成了西起阿拉善东至锡林浩特地区的 5 0 0 k v 主网架，地区2 2 0 k v 坚强环网的现代化大电网，但由于特殊的地理环境限制， 5 0 0 k v 网架呈带状，还没有形成坚强的环网网架，电网部分结构仍然比较薄弱。 另一方面，内蒙古地区作为国家的能源基地，随着近几年的新机组大规模投产 运行，电网装机总容量已突破1 9 0 0 0 m w ，这些新投产机组均为热控装置完善，可 控性能良好的3 0 0 一6 0 0 m w 大容量a g c 主力机组，因此内蒙古电网的a g c 机组总 容量比例不断增加，同时由于三台6 0 0 m w 机组全部投运在包头地区的5 0 0 k v 侧， 加上包头地区只通过两条5 0 0 k v 线路向东部地区进行较重潮流的输送，电网运行压 力较大，而大批发电机组按照现行的a g c 控制策略运行，已经不适应电网发展的 多方面需要，现阶段的内蒙古电网a g c 控制调整方式主要存在以下问题： ( 1 ) 控制对象单一，控制策略简单，易导致控制混乱。现在内蒙古电网全部a g c 机组均按华北网调下传的a c e 值进行偏差调整，且目前的a g c 控制策略是在a c e 值各个调整区，每台a g c 机组的调节系数相同，即所有的a g c 机组都会参与调整， 各机组平均分配调整量，由于每台发电机组响应速度和调节速率区别较大，出现同 步性较差问题，导致网内大部分a g c 机组不参与正常的功率调整； ( 2 ) 未考虑电网存在的各个断面稳定限制。发电机组在按a g c 系统下传a c e 指 令调整机组出力时，只考虑机组的调节能力而未考虑系统的安全约束。易导致网内 部分断面功率超稳定限制，严重威胁电网安全；现有内蒙古电网稳定断面较多，限 制也比较多，现有a g e 并未考虑到这个问题； ( 3 ) 调整功能单调。由于a g c 系统算法未进行优化，因此a g c 系统对发电机 组出力的控制，没有考虑经济性和电网最优运行等多种因素，尤其不适应国家最新 的节能降耗政策以及内蒙古电网的电力市场发展要求； ( 4 ) 机组调节性能不等，导致调节效果不佳。内蒙古电网网内只有一座调整性能 较好的万家寨水电厂，但因为水库库容小，不能正常发挥调峰避谷的作用【i o 】；而火 电机组中调节性能好的只有个别的中储式的发电机组，如丰镇电厂l # 、2 # g k ， 华北电力大学硕士学位论文 其它的中速磨直吹送粉式机组，由于存在启、停磨阶段的控制死区，且受制粉系统 的制约，导致a g c 调节性能较差。因此在实际运行中，经常出现当调整速率快的 机组已经没有调整容量，而调整速率慢的机组还有很大调整容量的情况，这时就需 要依靠电网调度员人工干预来调整，加大了调度员的劳动强度； ( 5 ) 现行控制策略使参与调整的a g c 发电机组的生产运行成本增加，影响使用 寿命和检修周期，并增加电网辅助服务成本。参与a g c 的发电机组在起、停磨时， 机组出力变化较慢且较长时间不受a g c 控制，现行的电网a g c 控制并未考虑此问 题，调整机组出力时仍按平均分配，导致有些机组在起、停磨时，a g c 机组虽能接 受信号，但不能进行调节，并且由于机组起、停磨后应该改变可调功率上、下限， 这给实际调节带来了麻烦【i i 】； ( 6 ) a g c 机组考核指标单一，只对a 1 、a 2 值进行考核，不适应实际系统长期 运行的要求i i2 1 。现行考核指标存在不完全有利于系统频率质量调整和长期目标控制 等不利因素。a g c 不能实时监视到机组的可调功率上下限及机组的实际调整速率， 而这些比较重要的数据由电厂自行设定，在实际运行过程中，某些电厂将a g c 机 组调整下限值设定较高，甚至设定为当前出力，电厂机组p l c 只能执行a g c 的升 出力信号，致使a g c 调整范围更小，严重影响a g c 调整以及a g c 考核；并且由 于a 1 指标要求a c e 值经常过零，造成a g c 机组无益调节较多，增加了机组及辅 助设备的负担。 2 3 现阶段内蒙古电网对a g c 机组的控制要求 针对内蒙古电网5 0 0 k v 网架由于地理条件限制，电网部分结构仍然比较薄弱， 存在很多需进行功率控制的输电断面的实际情况，要求网内各台a g c 机组在按照 东送华北潮流a c e 值进行功率调整，控制东送潮流曲线在合格范围内的同时，对内 蒙古电网内部各输电断面进行控制，以保证输送功率在断面规定的稳定极限内，即 各台a g c 机组在实现稳定断面控制的基础上，完成东送潮流a c e 偏差控制，并适 应不同控制策略要求，包括：实现电网购电成本最低、最优运行、节能调度等，据 此对本a g c 系统控制策略确定以下控制要求： ( 1 ) a g c 机组调整策略采用控制各稳定输电断面功率不超极限的基础上，同时保 证东送潮流的a c e 调整偏差在合格范围内； ( 2 ) 按照国家节能降耗原则及电网最优运行要求，根据内蒙古电网现行的各项经 营和发电原则，并考虑各台机组的上网电价等因素，对全网的a g c 机组进行优化组 合，实现内蒙古电网的最优运行和电网公司购电成本最低； ( 3 ) 根据国家电监会近期出台的并髓发电厂辅助服务实旌办法，合理安排作为辅 助服务的a g c 功能的补偿工作。需要电力公司做好电网负荷预计a g c 和经济调度工 华北电力大学硕士学位论文 作，安排好不同类型的机组，实施不同的控制目标，对参加a g c 的机组容量及相应 调整速度提出恰当的要求，并给予相应补偿费用，从而达到网厂协调发展和资源合 理调配的目标“； ( 4 ) 结合正在完善的内蒙古电网e m s 系统的超短期负荷预测功能，合理指导网内 a g c 机组的功率调整，同时尽量减少由于过调导致的a g c 机组的磨损。系统对发电 机组出力采用线性分段控制策略，负荷调整曲线采用线性结构“”； ( 5 ) 采用a g c 机组控制及跟踪合格率模式进行机组考核，并在发电机组无能力调 整或a g c 调整不利的情况下，自动报警并给出处理意见，具有提示功能。根据电网 e m s 系统采集的开关及线路潮流情况，在发生事故时，系统给出报警提示，待调度 员确认后，自动退出a g c 功能； ( 6 ) 根据国家出台的各项新政策，充分结合内蒙古电网发展情况，并根据调度员 的实际经验对a g c 系统规则库进行灵活修改，使系统具有良好的扩展功能。 华北电力大学硕士学位论文 第三章内蒙古电网a g c 优化控制策略及分析 现阶段电力系统最优化技术应用非常广泛，已具备应用前景，但全国各网省调 对a g c 机组的优化控制还未开始进行大规模使用。内蒙古电网a g c 机组的最优控 制策略的实现，是降低内蒙古电网东送华北电网潮流考核罚款、提高电网稳定断面 控制水平、保证电网安全稳定运行、提高全电力公司经济效益的有效手段。 根据第二章对内蒙古电网a g c 机组在控制策略及考核方面存在的问题的深入 分析，为了最大限度地发挥网内大批a g c 机组的调整优势，实现电网的最优控制， 本次研究目的主要在于结合内蒙古电网a g c 机组现状及电网实际情况，通过对网 内现有a g c 机组调节速率、调节特性、负荷变化特性进行全面研究，并采用优化 技术，合理进行a g c 机组的优化和分阶段调整”，在保证内蒙古电网的各个稳定 断面在控制范围内，实现a g c 机组对东送华北潮流的a c e 值进行有效跟踪调整， 从而达到提高a g c 机组调整东送潮流的合格率和保证内蒙古电网各个断面潮流安 全稳定运行。通过详细研究和对实际情况的考虑，本项目关于a g c 机组运行控制 策略计划实现以下功能： 3 1 内蒙古电网a g c 机组的分区 本项目首先对内蒙古电网的参与a g c 的机组进行分区，其主要目的是实现 a g c 机组对电网稳定断面控制功能，利用内蒙古电网现阶段各主要稳定断面及各发 电厂送出线路的输电极限对发电机组进行调整分区，保证a g c 机组调整首先控制 网内各断面潮流，并在满足各稳定断面功率极限的基础上，实现a g c 机组调整东 送华北潮流的偏差a c e 曲线在合格范围内 1 6 1 。 近两年，内蒙古电网大容量机组的不断投产，这些具备a g c 功能的发电机组 分别分布于电网的西部、中部和东部，其中在西部、中部投产较为集中。根据内蒙 古电网能量管理系统e m s 系统中已构建好电网拓扑结构，可以在拓扑结构上明确 内蒙古电网现阶段网架的各个稳定断面，并标定各分区内a g c 机组的电气接线位 置，随着电网的发展，还将根据网架变化情况调整a g c 机组的分区情况。 实现a g c 机组的分区控制，首先要完成全部a g c 机组的优化组合。结合e m s 的负荷预测、发电计划等程序模块，a g c 系统模块能周期性地建立a g c 机组的分 区优化组合，并能实现火电机组计划、水电机组计划、东送潮流计划等发电计划的 一次自动负荷分配，确定在正常运行情况下网内各a g c 机组的发电基点功率 第二是建立a g c 机组的离散数学模型，通过现代控制理论中最优及次优控制 模式，实现离散状态的a g c 机组的调整，避免线性调整存在的诸多弊病，从而实 华北电力大学硕士学位论文 现在分区调整域内a g c 机组分区优化调整功能。 第三是结合e m s 系统的超短期负荷预测技术，对不同调整时段进行预调节处 理，实现a g c 机组调整策略计算与预调整的最小二次误差拟合，编制最优调整步 长，指导各自分区内的a g c 机组调整，尽量减少a g c 机组在断面和a c e 调整中 的过调和调整次数的最小化。 3 。2 现阶段内蒙古电网存在稳定断面 电力系统稳定断面可分为两种：分别为完全断面和不完全断面。完全断面是指 可将电力网络分为两个不同区域的割集组成的断面( 比如图1 断面a ，例如内蒙古 电网中的布乌断面、永丰断面) ，这种断面的潮流只跟所在区内的发电机组出力和 地区负荷相关；不完全断面是由电网拓扑图不完全割集组成的，不能将电网严格的 分为两个不同的区域( 比如图l 断面b ，例如内蒙古电网中的达包断面、永丰断面 等) ，此类断面的潮流还受相关线路及机组方式有关，其潮流的调整和控制的策略 相对复杂，需要计算和确定断面以内相关各发电机组的灵敏度，从而按照相关机组 灵敏度的大小来调整各机组发电出力进行断面潮流控制，达到预期控制效果。 图3 - 14 机9 节点电网简图 以下对内蒙古电网现阶段网架存在的各个稳定断面情况进行说明： 内蒙古电网东西狭长并跨越三千多公里长度的主网架，近年来发展迅速，于 2 0 0 6 年底已形成了西起阿拉善的吉兰太变、东至锡林郭勒塔拉变的5 0 0 k v 主网架。由 于地理位置和特殊的自然条件的限制，现阶段的内蒙古主网存在多个输电功率稳定 断面，根据现有的网架结构，可清晰的为为三大区区域，分别是：西部：乌海、阿 盟地区；中部：包头、巴彦淖尔及鄂尔多斯地区；东部：呼市、乌兰察布和锡盟地 区，三个区域对应的稳定断面分别为：布乌断面( 5 0 0 k v 布乌双回) ；达包断面( 2 0 0 k v 达包i 、i i 回和达土线) ；呼包断面( 5 0 0 k v 达永双回、2 0 0 k v 土东i 、i i 回和土昭线) ， 华北电力大学硕士学位论文 其中布乌断面、呼包断面属上述介绍的完全断面，而达包断面属不完全断面。 3 3内蒙古电网a g c 优化控制策略分析 3 3 1 本研究的分区a g c 控制策略与现行a g c 控制策略最大的不同点 本研究实现在a c e 值调整的基础上增加断面调节和经济调节功能两种功能，并 且断面调节的优先级要大于a c e 调节和经济调节。本研究的a g c 控制策略分为东 送潮流的a c e 控制和各稳定断面控制，并把a c e 调整模式的控制区域分为：死区、 命令区、允许区、紧急调整区；断面控制区域分为：死区、稳定调整区、紧急调整 区，以下进行说明： ( 1 ) 本控制策略中对华北电网a c e 控制策略采取优化控制方式，区域是采用不 对称类型且随时段的改变而变化，由东送华北电网电量在不同时段电价的不同，决 定在高电价的峰段和平段时死区偏向a c e 上限，而在低电价的谷段时死区偏向a c e 的下限。具体方法可建立a g c 机组的离散数学模型，通过现代控制理论中最优及 次优控制模式，实现离散状态的a g c 机组的调整，避免线性调整存在的诸多弊病。 在一定程度上，实现a c e 曲线低估时段负偏差；平段、高峰时段正偏差，提高送电 效率。 ( 2 ) 对断面控制各分区的控制要求说明如下： 死区：系统中所有断面潮流均不过稳定极限，并具有一定的稳定裕度。此时所 有a g c 机组均不参与断面调节。 稳定调整区：系统中所有断面潮流均不过稳定极限，但已经在临界范围内。此 时根据系统备用容量的大小判断a g c 机组的断面调节方式：当系统备用不足时， 在爬坡时段应选取出力对各断面潮流灵敏度低的机组增加出力，在下坡时段应选取 出力对各断面潮流灵敏度高的机组降低出力；当系统备用充足时，应该首先根据机 组出力对断面潮流灵敏度的大小调整机组出力，使处于稳定调整区的断面潮流减 小。这里可靠准确地计算各发电机组对各断面潮流的灵敏度是关键问题。 紧急调整区：系统中已有断面潮流过稳定极限。此时应选取出力对过稳定极限 的断面潮流灵敏度高的机组进行调整出力降低该断面潮流，优先保证系统的安全 性。这里断面稳定极限值应能随时手工改写。 在不同的控制区域内，a g c 系统将根据a g c 机组控制模式确定哪些发电机组 参与上述三种调节的哪几种调节。 华北电力大学硕士学位论文 添加断面信息 生 扫描各断面状态 人 断面安全否 极限状态 到 紧急状态 完全桀断面哭 倒断断岔、 迤芝y 正方向l 负方向 计算断面潮流对于备 机组出力的灵敏度 ti 耐负灵敏度a 区内机组ii 区内机组ll 绝对值大的机 不增出力ii 不降出力ll 组不增，降出力 完：等师完全断面丫 不完全断面 例断断酚 迫吵 正方向丫负方向 计算断面潮流对于备帆 组出力的灵敏度 匠丙稠障耳闷i 正，负灵敏度凡绝对值大 降出力ii 增出力f 豹机维降，增出力 图3 2a g c 断面控制策略流程图 3 3 2 稳定断面潮流控制策略分析 根据内蒙古电网存在的各稳定断面潮流情况及负荷预测情况，系统通过计算， 自动对断面内相关发电机组进行出力控制，以保证电网各稳定断面运行在合格范围 内，并具备以下功能： ( 1 ) 若发电机组出力无法调整或调整不利的情况下，系统能够进行报警并进 行提示； ( 2 ) 可以对电网的稳定断面情况进行定义、修改、增加、删除等操作，应该 在图形界面下实现，做到维护灵活方便，而且使用现有的电力线路名称，不是只用 符号代表； ( 3 ) a g c 发电机组和各稳定断面相关性及灵敏度可以自动进行计算并显示， 根据电网的断面潮流情况及负荷预测的结果，合理分配和调整速率不同的a g c 发 电机组，调整并保持各断面在合格范围内； ( 4 ) 可以针对电网稳定断面的类型采取相应的控制策略： 对于完全断面，采用“暗箱”控制。假设断面a 潮流为流出方向且超出极限 2 0 m w ，此时区内任何机组( 1 群机组、2 撑机组) 降2 0 m w 出力即可，并且易知断面 i s 华北电力大学硕士学位论文 a 潮流对区内所有机组出力灵敏度均相等，而区外发电机组出力的任何调整对断面 a 潮流无影响。 对于不完全断面，依据稳定断面潮流与发电机组出力灵敏度确定相关机组，制 定调整策略。内蒙古电网中大部分属于完全断面，所以对于不同类型断面采用不同 控制策略可大大减少a g c 算法的计算量。 ( 5 ) 满足电网稳定断面安全性的各种状态控制要求，包括： 正常状态，系统中没有出现功率越限和重负荷的稳定断面，此时电网内a g c 机 组均可参与正常调整； 极限状态，系统中没有出现功率越限，但至少存在一个重负荷的稳定断面，此 时a g c 应进行预防控制，以防止在调整发电机组出力时由于a g c 机组的参与正常 a c e 调节导致稳定断面负荷加重或者越限； 紧急状态，系统中至少存在一个功率越限的稳定断面，此时a g c 要进行紧急 控制，既要执行正常控制功能又要完成稳定断面调整以消除稳定断面越限的情况。 ( 6 ) 对断面潮流功率越限进行预防控制 当由于a g c 机组进行的的a c e 调整致使某些稳定断面重负荷，系统进入极限状 态时，a g c 系统对某些a g c 机组的出力调节方向加以限制，以禁止某些发电机组 增加或降低出力。 a g c 在调整机组出力时遵循以下原则：对于每个已存在的重负荷稳定断面，灵 敏度为正且绝对值较大的机组不能增加出力；灵敏度为负且绝对值较大的机组不能 减少出力；其它机组出力调节方向不加限制。可以设定灵敏度门槛值，取值越小预 防控制效果越好，但对a g c 正常控制功能的影响越大。 ( 7 ) 对断面潮流功率越限进行紧急控制 当电网某些稳定断面由于特殊原因而大幅越功率极限时，系统选择对该断面灵 敏度最大的发电机组与最小的机组配对，灵敏度大的机组减少出力，灵敏度小的机 组增加出力，每一配对机组加减出力的值相等。根据灵敏度计算出每次配对可消除 的越限量，直至消除越限或没有可控机组可以选择。该方法简单，计算速度快，参 与调节的机组数目可达到最少，对a g c 正常控制功能的影响最小，但存在计算精度 差，无法处理电力系统中的各种安全约束，不能解决相关性很强的多个稳定断面越 限的问题，甚至校正越限的同时可能引起其它的稳定断面越限【1 7 1 。 3 3 3 实现断面控制并保证东送华北潮流a c e 值在合格范围内 根据a g c 系统计算出的a g c 机组出力对稳定断面潮流的灵敏度，来确定调整 各台发电机组和每台机组对总的功率调整量的分配系数，在保证各稳定断面不过功 率极限的情况下，根据现有东送潮流情况、各发电企业机组所处的状态及负荷预测 的结果，合理分配调整速度不同的机组组合，自动调整相关发电机组出力，保证a c e 在合格范围内。还可以灵活输入a c e 调整目标曲线及调整误差范围，灵活调整构成 1 6 华北电力大学硕士学位论文 a c e 目标函数的各项的权重，实现分时段、目标灵活的有效调整【”】。 3 3 4 实现内蒙古电网多种目标的控制策略要求 编制控制调整策略，实现多种目标函数是本a g c 系统控制策略的核心部分， 按照内蒙古电网的各种实际需要，考虑构建多种合适的目标函数，包括：电网最小 购电成本、节能环保、年度计划发电量完成情况、网损最小、三公调度、最优运行、 分段电价、多种结算电价、领导指示等多种电网实际要求，根据目标函数，建立适 应不同的控制策略的a g c 机组最优控制函数，从而实现a g c 控制策略的灵活调整 u 】。并可以按照不同的调整策略对a c e 调整进行修正，或满足多个目标而进行的综 合控制要求，例如今年首要考虑的国家节能降耗，并考虑电力公司购电成本最低， 再加上各发电企业发电量完成情况等，在满足调节容量的基础上进行优化控制，实 现当前发电策略的全面优化【l ”。 3 3 5 适应电力市场规则控制及最优辅助服务控制 根据内蒙古电网现行电力市场运营规则、辅助服务补偿办法等原则，编制a g c 机组的优化控制函数，完善的a g c 考核、补偿制度【2 们，督促各发电企业改进a g c 调整效果、制订统一标准，有助于提高各发电企业机组a g c 投运率和投运效果， 从而保证a g c 系统的有效使用【2 。 3 3 6 实现a g c 机组的使用情况监视、统计及考核 对各发电企业机组的a g c 投运情况进行监视、统计及考核。包括：根据同类 型标准统一，投运时间不同，燃煤情况不同，冷却方式不同等标准，对各机组a g c 情况进行全面监视、对异常情况自动记录。还能提供方便的图形环境，并可以根据 不同的要求生成统计报表；根据a g c 情况记录，根据考核标准( 投运时间、跟踪 速率、调整范围等) 自动生成考核报表，报表格式符合要求同时提供对报表的修 改功能，可以自动对其它数据进行修正，保证考核与补偿平衡；对a c e 现行a 1 、 a 2 标准可以生成报表，并提供数据过滤与查询功能，要求界面人性化，方便使用。 3 3 7 提供接口以方便未来功能的扩展 ( 1 ) 预留c p s 控制模式接口，实现c p s 标准下的c p s 值计算和控制策略，和 控制策略，实现控制策略的人工调整； ( 2 ) 预留接口，方便系统未来与金融潮流、a v c 等系统进行互相通信； ( 3 ) 预留备用负荷预测模块，方便对现有超短期负荷预测的功能和算法进行 完善，鉴于负荷预测对保证a g c 系统使用效果的重要性，在系统投运后必须根据 内蒙古电网实际情况对负荷预测方法进行专门研究并建立符合实际的负荷预测算 法 2 2 1 ： ( 4 0 合理构建数据库结构，方便未来使用各种优化算法对目标函数进行修正。 3 3 8a g c 系统具备的其它功能 ( 1 ) 调整速度快慢不等的发动机组之间实现协调，是采取奖快惩慢的管理方 1 7 华北电力大学硕士学位论文 法，还是在算法中使调整速