（电气工程专业论文）agc机组调节性能与补偿算法的研究.pdf

声明尸州 本人郑重声明：此处所提交的工程硕士专业学位论文 a g c 机组调节性能与补偿 算法的研究，是本人在华北电力大学攻读工程硕士专业学位期问，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。 学位论文作者签名： 互! ! 白 日期： 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：互。2 出 日期：丝l 皇：! 导师签名： 日期： 摘要 自动发电控制是能量管理系统中的一项基本功能，在保证电网频率质量和联络 线交换功率恒定等方面发挥着至关重要的作用。随着电网规模的不断扩大和自动化 水平的不断提高，具备自动发电控制功能的机组在电网中的比重越来越大，自动发 电控制技术己成为现代电网运行中不可缺少的调整手段。由于机组本身物理性能差 异较大，而且各电厂的运行管理水平参差不齐，因此a g c 机组在投运期间对a g c 控 制的贡献存在较大差别。在互联控制系统中，系统通过控制性能评价标准考核控制 区域的调节行为。而控制区域的a g c 调节是由区域内的a g c 机组完成的，因此，控 制区域必然要考核区域内各发电厂a g c 机组的调节行为。这就需要采取措施来跟踪、 判别各a g c 机组调节性能的优劣，制定相应的考核办法，用以评估a g c 机组执行a g c 指令的好坏。 本文以华北网调自动发电控制( a g c ) 工作为背景，分析了华北电网a g c 运行管理 工作。通过对机组调节速率、调节精度的实时计算方法进行研究，提出基于华北 c c 一2 0 0 0 系统a g c 机组实时调节性能指标的定量计算方法，并给出具体编制软件的 算法流程和算例分析。基于对a g c 机组调节性能指标的在线计算，对a g c 机组性能 考核结果进行分析，验证了在线测定软件的币确性和有效性。同时，通过华北网调 a g c 运行管理的具体实践，分析了华北网调a g c 机组考核和补偿的计算方法和存在 的问题。 关键词：电网；自动发电控制：a g c 考核：性能指标 a b s t r a c t a u t o m a t i o ng e n e r a t i o nc o n t r o l ( a g c ) i sa ni m p o r t a n tf u n c t i o ni ne n e r g ym a n a g e m e n t s y s t e m ( e m s ) t h es i z eo fp o w e rg r i d se x t e n d i n ga n da u t o m a t i o nl e v e li n c r e a s i n g , t h e p r o p o t i o no fa g c u n i t si np o w e rg r i d si sb i g e ra n db i g e r a n dt h ea u t o m a t i o ng e n e r a t i o n c o n t r o lt e c h n i ci sa l li n d i s p e n s a b l em e a n si nm o d e mp o w e rg r i d sr u n n i n g t h ed i f f e r e n c e so f a g cu n i t si n o p e r a t i o na r eg r e a tr e s u l tf r o mg r e a td i f f e r e n c e so fp h y s i c a lc a p a b i l i t yo f g e n e r a t o r sa n da d m i n i s t r a t i v el e v e l so fp o w e rp l a n t s i n i n t e r c o n n e c t e dc o n t r o ls y s t e m ，t h e r e g u l a t i o na c t i o n so fc o n t r o la r e a sa r ee x a m i n e db yc o n t r o lp e r f o r m a n c es t a n d a r d t h ea g c r e g u l a t i o no fac o n t r o la r e a i sa c c o m p l i s h e db ya g cu n i t si nt h i sa r e a t h e r e f o r e ，i ti s n e c e s s a r yt oe v a l u a t e ，e x a m i n et h er e g u l a t i o ne f f i c i e n c yo fa g cu n i t sa n di n s t i t u t er e l e v a n t m e a s u r e s t h e s ec a l lp r o m o t et h ep e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o no fa g cu n i t s ，i m p r o v et h e e n t h u s i a s mo fp u t t i n gt h e mi no p e r a t i o n ，a n di ti sh e l p f u lt oc o n t r o lg n d sm o r es a f e l ya n d s t e a d i l y i n c o r p o r a t i n gt h er e a l i t yo fn o r t hc h i n ap o w e rg r i d ，f r o mt h ep o i n to f v i e wo fp o w e r 鲥dd i s p a t c h i n g , s u m m i n g - u pa n da n a l y s i so na g ce v a l u a t i o no fn o r t hc h i n ap o w e rg r i d a g ca p p l i c a t i o no fm u l t i r e g i o nb a s e do nc c 2 0 0 0e m s d m ss y s t e m ，c a l c u l a t i n go fa g c p e r f o r m a n c ei n d e x ，p e r f o r m a n c ea n a l y s i so fo p e r a t i n go f a g cg e n e r a t i n gs e t s w a n gy a h ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f y a n gj i n g y a n k e yw o r d s ：p o w e rg r i d ；a g c ：a g ce v a l u a t i o n ；p e r f o r m a n c el n d e x i 目录 中文摘要i 英文摘要i 第一章绪论1 1 1 自动发电控制( a g c ) 概述l 1 1 1 电网安全运行中的自动发电控制l 1 1 2 电网经济运行下的自动发电控制2 1 2a g c 机组的调节性能评估1 0 10000000 0d 2 1 3 机组调节性能考核方法研究现状3 1 3 1a g c 机组调节效能定量评估方法3 1 3 2 自动发电控制的后验评估方法5 1 3 3 “喇叭”曲线评价机组a g c 调节性能方法6 1 4 本文所做工作7 第二章自动发电控制的原理8 2 1 电力系统频率控制原理8 2 2 自动发电控制的一般过程9 2 3a g c 的调节目标l o 2 3 1 自动发电控制的基本控制目标1 0 2 3 2 自动发电控制的调节目标1 0 2 3 3 自动发电控制( a g c ) 软件功能l l 2 4 自动发电控制中a c e 的计算1 l 2 4 1 自动发电控制方式l l 2 4 2a c e 调节量的计算1 2 2 5 目前常用a g c 机组的控制策略1 3 2 5 1 等额平均法1 3 2 5 2 等可调比例法1 3 1 4 1 5 1 5 1 6 1 7 19 1 9 3 1 1 多区域分层控制模式1 9 3 1 2 华北电网a g c 控制模式2 0 3 1 3a g c 机组控制模式2 0 3 2 特高压联网后华北电网a g c 控制模式2 0 3 2 1 特高压联网对华北a g c 工作的影响2 0 3 2 2 特高压联网后华北a g c 控制模式2 1 3 2 3 特高压联网情况下a c e 的计算2 l 3 3 华北电网a g c 控制策略2 2 3 3 1 基于a 1 、a 2 标准的华北a g c 控制策略2 2 3 3 2 电网稳定控制策略2 3 3 4 华北电网a g c 考核标准2 3 3 5a g c 机组补偿考核相关指标2 4 3 6 华北电网a g c 软件设计2 4 3 6 1a g c 数据流程2 4 3 6 2a g c 数据库设计2 5 3 6 3a g c 界面设计2 5 第四章华北电网a g c 机组调节效能在线测定软件开发2 7 4 1a g c 机组调节过程“2 7 4 2 在线测定计算方法2 7 4 2 1 调节速率效能系数( k 1 ) 的计算2 7 4 2 2 调节精度效能系数( k 2 ) 的计算2 8 4 2 3 响应时间效能系数( k 3 ) 的计算2 9 4 2 4 调节效能综合指标( k p ) 的计算2 9 4 3 程序算法流程3 0 第五章在线测定计算算例3 2 5 1 应用算例3 2 5 1 1 单一机组在线测试分析3 2 5 1 2 不同容量机组在线测试比较3 3 5 2 考核应用实践3 3 5 2 1 华北网调系统2 0 0 9 年全年a g c 机组调节性能分析3 3 5 2 2 问题分析3 6 第六章机组效能考核及服务补偿计算方法3 8 6 1a g c 考核原则3 8 6 2a g c 可用率考核电量计算3 8 m 6 3a g c 调节效能考核电量计算3 8 6 4a g c 机组辅助服务补偿计算3 9 6 4 1 同调节深度3 9 6 4 2 调节性能指标k p d 4 0 6 4 3a g c 服务贡献只( 月) 补偿费用4 0 第七章结论与展望4 1 7 1 全文总结4 l 7 2 工作展望4 1 参考文献4 2 致谢4 4 在学期间发表论文和参加科研情况4 5 i v 华北电力人学l ：样硕十专业学位论文 第一章绪论帚一早殖化 1 1 自动发电控制( a q c ) 概述 电力系统频率和有功功率的自动控制统称为自动发电控制( a u t o m a t i o n g e n e r a t i o nc o n t r o l a g c ) ，自动发电控制是能量管理系统( e n e r g ym a n a g e m e n t s y s t e m e m s ) 中的一项重要功能。电力系统运行的基本任务是保证发供电平衡，向 用户提供稳定可靠、高质量的电能。电力系统频率是衡量电能质量的重要指标，它 反映了发电有功功率和负荷之间的平衡关系，是电力系统运行的重要控制参数。 1 1 1 电网安全运行中的自动发电控制 电力系统的发供电平衡被破坏时，电网频率将产生波动。然而，电力系统的负 荷无时无刻不在无规则地变化，负荷的波动将给电网造成频率偏差和联络线功率偏 差。自动发电控制在当今世界己是普遍应用的一项成熟与综合的技术，它的投入将 提高电网频率质量，提高电力生产的经济效益和管理水平。 传统的频率调节方法是依靠调度员指令或指定的调频厂的调节来保持频率的质 量，但随着电力系统规模的不断扩展，负荷的变化速率不断提高，依靠传统的频率 调节方法，要将电网频率始终控制在规定的范围内是相当困难的。以华北电网为例， 在正常情况下，负荷波动的最高速率达到2 0 0 m w 分钟，在这种快速的负荷变化情况 下，人工控制难于协调配合，不可能由一个容量足够大的调频厂( 主调频厂) 来承担 全部调频容量，也不便吸收更多的电厂参加调频。 负荷除了有瞬间波动以外，在一天中还会有较大幅度的变化，这需要改变大量 发电机组的出力，才能得到发电有功功率和负荷之间的平衡。尽管各级电网调度所 根据负荷预计对管辖范围内的发电厂安排了发电计划曲线，但是，负荷预计本身一 般存在着1 2 的偏差；同时，发电厂在执行发电计划曲线时，存在着未按照规定 时间加减出力的情况，这些问题都会造成系统频率的波动。电力系统中意外故障的 发生，也会打破发电有功功率和负荷之间的平衡。随着电力系统的发展，发电机组 单机容量的增大，输电线路传输容量的提高，电网中单台设备故障带来的发电功率 损失越来越大。如这些设备发生故障，都会造成发电有功功率和负荷之间的严重偏 差，而靠人工调整发电出力则需要较长的时间，才能达到新的平衡，显然不能满足 要求。另外，在手动调频方式下，系统对计划内负荷的分配( 即预定的机组发电计 划，包括开停计划) 能考虑经济分配原则，但计划外负荷则不能按经济原则进行分 配，而只能由调频厂承担，难以做到电力系统负荷在各机组问的最佳分配，不能完 全实现经济调度，对互联电力系统也难以做到联络线交换功率维持在规定值。这样， 采用自动发电控制( a g c ) 的技术手段，对电力系统中的大部分发电机组，根据其本 身的调节性能及在电网中的地位，分类进行控制就成为必然。自动发电控制作为频 华北电力人学i ：稃硕十专业学位论文 率二次调整的自动实现方式，目的就是通过调整发电机出力，恢复区域电网的负荷 与发电之间的平衡，保证电网频率质量和联络线交换功率恒定。因此，自动发电控 制是保证电网安全、经济运行的重要措施之一心1 。 1 1 2 电网经济运行下的自动发电控制 近年来，以发、输、配企业重组和电力、电量竞争交易为主要特征的电力行业 市场化进程在世界各国迅速展丌。但是，电力市场的_ 丌展需要有良好的环境，一个 安全、优质、经济运行的电力系统是进行电力、电量交易的重要条件。 电力市场需要稳定、可靠的运营环境，自动发电控制是保证发、用电平衡，维 持系统频率在规定值的有效手段，对保证电力系统可靠性发挥着重要的作用。 电力市场运营的目标之一就是要利用市场机制优化资源配置，降低用户电价， 为用户带来经济利益。自动发电控制是实现在线经济调度的必备条件，在线经济调 度可通过优化发电调度，降低发电费用；同时，在北美标准电力市场的设计中，带 安全约束的在线经济调度( s c e d ) 是实时电力市场运营的主要工具。因而，自动发 电控制是电力市场运营的重要技术手段。 在电力市场中，联络线电力、电量交易是互联电力系统常用的交易形式，交易 各方都必须严格遵守合同，按交易量控制好联络线功率，而自动发电控制讵是控制 联络线功率的有效手段。历史的经验告诉我们，没有自动发电控制的技术手段，依 靠人工调节是很难控制好联络线功率的。 如前所述，自动发电控制对电力系统的安全、优质、经济运行发挥着重要的作 用，因而自动发电控制足保证电力市场j 下常开展的重要工具之一。 总之，自动发电控制技术是电力市场的重要支持工具。随着a g c 功能的投入， 电能质量和电力系统供求平衡得到极大程度的改善，并对减轻电力调度人员和电厂 运行人员的工作强度，提高电网的负荷反映速度起到积极的作用。 1 2a g o 机组的调节性能评估 随着电网规模越来越大和电网a g c 工作深入开展，具备a g c 功能机组在电网中 的比重也越来越大。由于机组性能各异，机组a g c 调节性能的差异，以及a g c 机组 投a g c 控制期问对电网的贡献大小存在差别等因素。如果这种差别在考核上得不到 体现，就不能真正体现市场的公平性，也不能促进a g c 机组性能进一步提高与运行 实效的改善。随着电力经营体制改革和电力市场化不断深入开展，科学合理地实施 a g c 运行与技术管理，使a g c 机组对电网的贡献进一步在经济上得到体现，是制定 电力市场运营规则和市场经营应考虑的重要问题。 在互联控制系统中，系统通过控制性能评价标准，考核控制区域的机组调节行 为。区域内自动发电控制的执行依赖于a g c 机组对控制指令的响应。因此，控制区 域必然要对区域内各发电厂a g c 机组的调节行为进行考核。这就需要采取措施来跟 华北电力人学i ：程硕十专业学位论文 踪、判别各a g c 机组调节性能的优劣，制定相应的考核办法，用来评估a g c 机组执 行a g c 指令的好坏。 1 3 机组调节性能考核方法研究现状 目前，对于a g c 机组性能考核方法主要有以下三种方法：一种是基于经验分析 的a g c 机组调节效能的定量评估方法晴1 ，另一种是基于概率学指标的a g c 机组的后 验评估方法哺1 ，第三种方法是将调节控制和负荷跟踪分离，通过机组的有功出力和 控制中心的需求来评价机组的性能h 1 ，第一、二种评估方法比较贴近电厂生产实际， 在现有的电厂或交易中心的实时数据基础上都能实现。 另外，近年新提出的“喇叭”曲线评价机组a g c 调节性能的方法，有效整合机 组各方面性能评价的方法，以统一的指标对机组的综合执行效果进行评价，其评价 结果直观且直指a g c 执行效果的本质，也是非常值得关注的评估考核方法。 1 3 1 a g c 机组调节效能定量评估方法 调节效能评估法的主要思想是用a g c 机组的各性能要素，如调节速率，调节精 度等，分别与机组的运行时间合成性能指标，作为评价a g c 机组调节效能的依据m 1 。 以下描述调节容量效能系数( k i ) ，调节速率效能系数( k 2 ) 和调节精度效能系数 ( k 3 ) 的计算方法。 1 ) a g c 机组调节容量效能系数( k 1 ) 的计算 。 调节容量，就是指正常情况下a g c 机组受控期间所能达到的最大负荷和最小负 荷的差值。a g c 机组调节容量一般相对固定，由电厂根据控制系统性能上报，即当 机组运行负荷达到某一值( 即a g c 机组调节下限) 时，机组控制系统便可投自动并交 远方控制。实际运行中也可根据机组投a g c 控制时的负荷值由程序确定其调节下限， 调节上限可取机组额定容量或根据机组实际运行状况设定。一般情况下，a g c 机组 实际运行调节容量等于电厂申报值。根据电网a g c 机组调节容量的实际情况，可确 定调节容量达到某一水平时，其调节容量效能系数k l 为1 0 ，以此为标准，调节容 量高于或低于此水平时，k 1 作相应调整。如取a g c 调节容量达到机组额定容量的 5 0 时，其调节容量效能系数k 1 为1 0 ，在此基础上，调节容量每升降1 ，k 1 相应 增减b l ，即： k i = i o + ( r c - 5 0 ) b l( i - i ) 其中：k i 为a g c 机组调节容量效能系数： r 为a g c 机组调节容量： c为a g c 机组额定容量： b l 为考核权重系数。 2 ) a g c 机组实际调节速率效能系数( k 2 ) 的计算 调节速率是指机组响应负荷指令的速率，它包括上升速度和下降速度。测定机 华北电力人学i ：稗硕十专业学位论文 组速率时需确定能使机组起响应的负荷指令及指令最小保持时间，称为“有效控制 段”，从a g c 机组负荷指令和实际发电相差超过一个门槛值起到实际发电和负荷指 令之差小于机组控制死区或反向时止，为一个控制段，若该控制段大于一给定时间 间隔时即定义其为有效控制段，此时便可计算该有效控制段内机组实际的响应速 率： r i = ( p e i p s i ) ( t e i t s i ) ( 1 2 ) 其中：r i 为a g c 机组第i 有效控制段的响应速率( m w m i n ) ； p e i 为a g c 机组第i 有效控制段终点实际发电值( m w ) ； p s i 为a g c 机组第i 有效控制段起点实际发电值( m w ) ； t e i 为a g c 机组第i 有效控制段终点时刻( m i n ) ； t s i 为a g c 机组第i 有效控制段其起点时刻( m i n ) ； r i o 时计为机组升负荷速度r r i ，r i o 时则计为降负荷速度r d i 。一个固定的 统计段内( 如- d , 时) 可能有几个有效控制段，通过以上计算便可计算出机组几个 升降速度，由于负荷指令反复变化和机组运行工况的变化，这几个测定值可能并不 相同，可以根据这几个测定值确定机组在该统计时问段内的升降负荷速度( 如取几 个测定值的平均值或其中最大值为机组升降负荷速度) 。计算a g c 机组同平均升降 调节速率r r 和r d ，即 r t 一( yr x j ) m ( 1 - 3 ) r d = ( y r d j ) n ( 1 - 4 ) j 二j 其中：r r 为a g c 机组同平均升负荷速度( m w m i n ) ； m 为a g c 机组同升负荷统计时间段数； r r j 为a g c 机组第j 统计时间段内平均升负荷速度( m w m i n ) ： r d 为a g c 机组日平均降负荷速度( m w m i n ) ； n 为a g c 机组日升负荷统计时间段数： r d j 为a g c 机组第j 统计时间段内平均降负荷速度( m w m i n ) 。 根据速率，可以照一定的原则确定调节速率效能系数k 2 。如果a g c 机组同平均 实际调节速率等于其额定容量l ，定其调节速率效能系数k 2 为1 o ，则 k 2 = 1 0 + ( r a c - 1 ) b 2( 卜5 ) 其中：k 2 为机组实际调节速率效能系数； r a 为机组平均实际调节速率； c 为机组的额定容量； 华北电力人学i ：l q 硕十专业学位论文 b 2 为考核权重系数。 3 ) a g c 机组实际调节精度效能系数( k 3 ) 的计算 在机组平稳运行阶段，以1 秒为一个时问段，对机组实际调整量与目标调整量 之差的绝对值进行积分，然后除以积分时间算出该时段机组的平均调节偏差量， a p i = ( ( j lr ( f ) 一只l x d t ) ( t 2 i - t l i ) ( 卜6 ) 其中：a p ；为第i 有效控制段的控制偏差量( m w ) ； p i ( t ) 为第i 有效控制段的终点后的机组实际发电( m w ) ； 只为第i 有效控制段的终点时机组负荷指令( m w ) ： n 为第i 有效控制段的终点所对应的时问； r 2 t 为第i 有效控制段后负荷指令变化时对应的时间。 将每个时段内机组的平均调节偏差与机组允许偏差量( 机组额定容量的1 ) 相 比较，确定本次调节工程的机组调节偏差合格率，即 s=dn(i-7) 其中：d 为本次调节过程中机组平均调节偏差在允许范围内的时段数；配 n 为本次调节过程中机组统计总时段数。 根据机组调节偏差合格率s 按照一定方法折算出机组调节偏差效能系数k 3 ，规 定9 8 为标准合格率，与其对应的调节偏差效能系数k 3 为1 0 ，在此基础上，机组 偏差合格率每升高1 ，k 3 相应增加b 3 ，则 k 3 = 1 0 + ( 1 0 0 d n 1 ) x b 3( 1 - 8 ) 其中：k 3 为机组实际调节精度效能系数； b 3 为考核权重系数。 1 3 2 自动发电控制的后验评估方法 这种自动发电控制的后验评估方法1 是基于概率学所提出的，用统计学的“相 关系数 作为考核机组跟踪能力的指标。该方法的基本思路是基于每小时的实时运 行记录，用机组收到a g c 指令和实际的发电有功出力的数据，按下式计算它们之间 的相关系数： 肛= 6 0 皑( f ，j ) a p ( i ，_ ，) j = l 叱( f ，j ) = p d ( i ，) 一 a p g ( i ，j 、) = p s ( i ，n x e j 其中：p d ( i ，j ) 为机组i 在时段j 收到a g c 指令的平均值： ( i - 9 ) ( 1 - 1 0 ) ( i - 1 1 ) 华北电力人学l ：稃硕十专业学位论文 r ( i ，j ) 为机组i 在时段j 实际的有功出力的平均值； 叱( f ，) 为机组i 在时段j 接收的指令和基准点之间的差； 配( f ，j ) 为机组i 在时段j 有功出力和基准点之间的差； 肛为指令和实际发电功率的相关系数； x 。；为机组的基础容量，是预留了a g c 上调容量以后的机组申报容量； f i a g c ，j = l ，2 ，6 0 ，为时段( 每个时段的长度为l m i n ) 。 式中分母的作用仅仅是将相关系数限定在( 一l ，1 ) 范围内，即实现标准化。相关 系数等于最大值1 时为完全j 下相关，等于最小值一l 时为完全反相关，等于0 时为不 相关。合格的a g c 服务是一个小于1 的正值；而当相关系数为负时，表示a g c 服务 起了反作用，应当对其进行惩罚。 1 3 3 “喇叭一曲线评价机组a g e 调节性能方法 上述两种a g c 机组性能评估方法虽然能反映机组的基本特性，但都不能真正对 机组总体执行效果进行有效的评价。为了解决上述问题，通过分析机组的a g c 调节 过程，“喇叭”曲线评价方法总结了机组响应指令的几个典型过程；针对这几个过程， 构造出一条理想调节曲线：通过该理想调节曲线与实际调节曲线的对比，将机组的 各性能要素合成，构造出一个可评价机组综合性能的评价指标，进而提出理想调节 曲线评价方法。由于理想曲线形状似喇叭，应此将其称为“喇叭”曲线评价方法。 “喇叭”曲线评价方法的设计思路是： ( 1 ) 首先区分机组类型，对同一类机组，整合各项性能要素，构造理想a g c 调节 执行曲线； ( 2 ) 考察机组实际执行状态，将机组实际调节曲线与标准理想a g c 调节执行曲线 比较，确定其执行作用的大致优劣； ( 3 ) 以机组动作对a g c 调节目标的j 下负面影响为依据，构造各分指标、确定分指 标的权重，描述机组执行指令过程中的效果； ( 4 ) 最终将各分指标整合成统一的综合指标，使a g c 机组整体执行效果的评价清 晰、客观。 在评价参数和指标的构造方面，将评价曲线根据动作性质不同分成两个区：执行 a g c 指令的i 部分和稳定运行的i i 部分。i 部分包括纯延迟过程和升负荷过程，i i 部分是稳定运行过程。然后，分别对这两个部分求指标。指标包括调节速率，调节 精度和响应时间。对i 部分和h 部分分别求指标，是因为机组在每个部分的调节动 作性质不同，而且对不同的电厂和机组，指令的执行效果也有不同的要求和标准。 分开讨论能够根据对调节性能的不同要求，有针对性地严格评价每个过程的实际执 行效果，更有科学性： 华北电力人学l i j 鼙硕十专业学位论文 同理，以机组动作对a g c 调节目标的正负面影响为依据，每个部分又分成几个 区域分别讨论，计算指标后再加权。最后，将两个部分的加权指标相加即得到a g c 机组调节性能综合指标 i 4 本文所做工作 本文以华北网调自动发电控制( a g c ) 工作为背景，分析了华北电网a g c 运行管理 工作。基于对a g c 机组调节性能指标的在线计算，对a g c 机组性能考核数据和辅助 服务补偿数据进行整理分析，验证了在线测定软件的正确性和有效性。同时，通过 华北网调a g c 运行管理的具体实践，分析了华北网调a g c 机组考核和补偿的计算方 法和存在的问题。 论文的主要研究内容包括： 1 ) 以华北网调a g c 工作为背景，分析了华北电网多区域自动发电控制的模式和 控制策略。同时，对特高压联网对华北电网a g c 工作产生的影响做了一定的实践探 讨。 2 ) 通过对机组调节速率、调节精度的实时计算方法进行研究，一次典型的a g c 设定控制过程分析，提出基于华北c c 一2 0 0 0 系统a g c 机组实时调节性能指标的定量 计算方法，并给出具体编制软件的算法流程和算例分析。该方法已运行于实际e m s 中，计算结果和调度员的运行经验吻合的很好，证明了该方法是有效和可行的。 3 ) 对华北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则和华北区域发电厂并网 运行管理实施细则( 简称两个细则) 实施前后a g c 机组各项调节性能指标的实 测数据比较，分析了华北电网对机组a g c 机组调节性能考核的具体实践和经验。 4 ) 结合具体算例数据给出华北电网现行基于机组调节性能的a g c 机组辅助服务 补偿算法。同时，对现行补偿方法存在的问题和辅助服务惩罚的新方法进行初步的 探讨。 华北电力人学i ：程硕十专业学位论文 第二章自动发电控制的原理 2 1 电力系统频率控制原理 电力系统频率波动的直接原因是发电机输入功率和输出功率之间的不平衡旧1 。 电力系统的功率平衡是一个供需功率实时平衡的动态过程。当电力系统负荷变动 时，电力系统频率会发生变换，同步发电机的调速器会自动控制和调整汽轮机的进 气量或水轮机的进水量，从而控制和调整发电机的输出功率，使电力系统频率趋于 稳定。另一方面，根据电力系统负荷频率特性的特点，负荷本身在电力系统频率变 动下，也会相应改变其吸收的功率。所以说，电力系统的频率调节和控制是与发电 机组频率特性和负荷的频率特性密切相关的。当电力系统发生频率波动时，同步发 电机的调速器控制作用和负荷的频率调节效应是同时进行的。由于发电机调速器是 按照偏差负反馈原理构成的，所以具有正调差，具有下斜的特性。也就是说，当电 力系统频率下降时，同步发电机的输出功率增加，发电机调差系数越小，发电机组 所分担的变动功率a p 越大，反之则越小。另外，负荷的频率特性系数具有正的调 节效果。也就是说，当电力系统频率下降时，负荷所吸收的功率也相应减小。这一 特点有助于在电力系统频率变动时功率重新取得平衡。 0 p 图2 一l 电力系统频率控制原理 电力系统中有许多台发电机组和不同种类的负荷，为了分析的方便，将所有发 电机组和负荷，分别归并为一个等效的发电机组和等效负荷。如图2 - 1 所示。图中 心为等效发电机组的频率调节特性曲线，p 。为等效负荷频率调节特性曲线。两条 华北电力大学工程硕士专业学位论文 曲线的交点a 即为其初始工作点，表示电力系统在该点工作的有功功率( 发电机组 输出的功率和负荷取用的功率相等) 为p 1 、频率为f 1 。当系统负荷增加x p o 时，电 力系统负荷的频率特性变为p 。：。假设发电机没有调速器，发电机组的输出功率为恒 定值p 1 ，则电力系统频率将逐渐下降，负荷所取用的有功功率也将逐渐减小，依靠 负荷的调节效应使运行点稳定在d 点。这是负荷取用的有功功率仍然为p 1 ，系统频 率下降到为f 3 ，频率偏差( f 3 - f 1 ) 决定p 。的大小。但是由于发电机组装有调速器， 频率调节特性为p 6 。，所以新的稳定点将是p 。：和p 。的交点b ，此时电力系统频率为 f 2 ，频率偏差为f = f 2 - f l 。这一调整控制过程是由各发电机组的调速器共同控制 来完成的，称作频率的一次调整。 由于发电机组的频率调节具有调差率，所以最终控制和调整的结果只能缩小频 率的偏差，而无法使电力系统频率恢复到原有的数值状态。如果系统负荷变动较大， 采取频率一次调整后，系统频率的偏差仍然不能限制在允许的范围内，那么就必须 启动自动发电控制( a g c ) ，将图2 - i 中p 6 。曲线平行上移到p 。：的位置与负荷曲线p 。： 相交于c 点，这是系统频率就可恢复到f 1 或高于f 1 的数值，而电力系统总的电源 功率或负荷功率也将因系统频率回升而略有增加。这一控制过程称为频率的二次调 整控制。 2 2 自动发电控制的一般过程 自动发电控制( a 6 c ) 是根据波动，利用计算机系统和反馈控制组成的一个闭环 发电控制系统。它是能量管理系统( e m s ) 中最重要的控制功能。它的广泛使用促 进了电网的频率质量，提高经济效益和管理水平。 图2 - 2 互联电力系统 图2 - 2 表示某一联合电力系统，由3 个区域及3 条联络线组成。各区域内部有 较强的联系，各区域间有较弱的联系。这3 个区域由相应联络线组成，各区域内部 华北电力大学工程硕士专业学位论文 自行结算，各区域间有联络线交换功率。正常情况下，各区域应负责调整自己区域 内的功率平衡( 系统联络线按照合同约定输送额定功率) 。假如，当b 电网公司发生 随机的负荷波动或突发的有功事故时，整个联合电力系统的频率就会偏移额定值， 于是系统中所有机组调节器动作、调整出力，提高频率达到某一水平，这时整个电 力系统发电与负荷达到新的平衡“们。图2 - 3 一次调节留下频率偏差f 和区域间净 交换功率偏差ap a b ，p b c ，p c a 。各区域系统a g c 因联合电网统一的考核标准 而动作，区域间内a g c 机组可以按照区域内部各自的控制策略而分配各机组的调节 值。对b 区域电网来说，可以通过a g c 调整b 的发电功率，恢复频率到达正常值和 功率交换到计划值( 二次调节) ，也可以通过实时交易市场来平衡自己的有功差额 ( 三次调频) 。 f o f 1 it 厶f 二歹7 叮 图2 - 3 扰动后的一次调节频率变化 所有的发电机组都有调速器，即对频率具备一次调整控制，但并不是所有的机 组具备二次调整控制，我们将具备二次调整控制即自动发电控制的机组，称为a g c 机组。 2 3a g c 的调节目标 2 3 1 自动发电控制的基本控制目标 自动发电控制的基本控制目标是n 订： 1 ) 调整全电网发电出力和全电网负荷平衡； 2 ) 调整电网频率偏差到零，保持电网频率为额定值； 3 ) 在各控制区域内分配全网发电出力，使控制区域间连接线上的交换潮流与计 划值相同； 4 ) 在本区域发电厂之间分配发电出力，使区域运行成本最小。 2 3 2 自动发电控制的调节目标 a g c 的调节目标，从理论上来说是调节由于负荷波动引起的有功缺额。从实际应 用来看，如何从时间和幅度的角度来测算负荷的波动，是需要对负荷本身的特性做 研究的。由于各种负载变动性质差异，引起系统频率动态响应的性质也不同。负荷 变动性质可归纳为三种列： 华北电力人学i ：程硕十专业学位论文 第一种是变化周期在1 0 秒以内、变化幅度较小的负荷分量。这种快速的负荷波 动是各个独立负荷随机变化的集中表现。这类负荷的变化规律是：负荷变化的幅值 小：负荷变化率大：负荷变化改变方向的次数多。 第二种是变化周期在l o 秒到数分钟之间的较长期波动负荷分量。属于这类负荷 的主要有电炉、压延机械、电气机车等。这类负荷的变化规律是：负荷变化的幅值 较小：负荷变化率较大：负荷变化改变方向的次数较多。 第三种是变化缓慢的长期持续变动负荷。引起这类负荷变化的原因主要是各行 业的作息制度、人民的生活方式规律、天气的变化等。这类负荷的变化规律是：负 荷变化的幅值大：负荷变化率较小：负荷变化改变方向的次数少。 根据对负荷分量的分析，可以得出各种负荷的分量和对应的调整方式。随机波 动的负荷分量，对应的调整方式是发电机组的一次调节；分钟级负荷分量，对应的 调整方式是a g c 。对于变化缓慢持续时间较长的负荷变动，一般的负荷预测已能掌 握，采取人工预测及a g c 结合控制的方式较为合适。 因此，从系统有功( 频率) 调整的意义上来看，a g c 调节的是分钟级负荷的波动。 2 3 3 自动发电控制软件功能 在现代的能量管理系统中，自动发电控制( a g c ) 软件包中一般都包含两部分主 要功能：负荷频率控制( l f c ) 和经济调度( e d ) 。 l f c 最基本的任务是通过控制发电机组的有功功率，使系统频率保持在额定值， 或按计划值来维持区域间的联络线交换功率。l f c 对发电机组的控制量一般由经济 调节分量和区域控制偏差( a c e ) 调节分量两种分量组成，其中a c e 调节分量根据 频率偏差和联络线功率偏差计算得到；而经济调节分量则是由e d 给出的。 e d 的任务是根据给定的负荷水平，安排最经济的发电调度。它最终的计算结果 是一组发电机组的经济基点值( 即机组通常的基本出力) 和一组经济分配系数，并 将其传送给l f c ，作控制机组出力用。 由于e d 的计算需考虑发电机组和电网的诸多因素，计算量大，因此，不可能与 l f c 的计算( 每4 8 秒计算一次) 同步进行，一般每5 1 0 分钟计算一次。发电机 组在l f c 的控制下，有时会偏离经济运行点，而e d 的计算结果可以使偏离经济运 行点的机组重新纳入经济运行的轨道。 2 4 自动发电控制中a c e 的计算 2 4 1 自动发电控制方式 基于自动发电控制的基本目标和a g c 调节目标，在自动发电控制中，引入了区 域控制误差( a c e ：a r e ac o n t r o le r r o r s ) n 朝的概念。区域控制误差是每个区域的 调整准则，反映了实际发电与计划发电目标的差值。 根据不同的控制目标，自动发电控制可以分为三种控制方式4 1 ： 华北电力人学。i ：稃硕十专业学位论文 恒定频率控制( c f c ：c o n s t a n tf r e q u e n c yc o n t r 0 1 ) ，此时的区域控制误差的 表达式为：a c e = 1 3 af ，其中b 为该系统的单位调节功率。这种方式只能保证系 统的频率不变，不能控制联络线上的流通功率，主要适用于对系统频率变化要求较 高，系统结构紧凑以及电厂间有密切联系的场合。 恒定净交换功率( c n i c ：c o n s t a n tn e ti n t e r c h a n g ec o n t r 0 1 ) ，此时的区域控 制误差的表达式为：a c e - - ap ，其中ap 为区域间连接线与其它系统交换的功率代 数和。这种方式只能保证连接线上的交换功率不变，不能起控制频率作用，只能适 用于联合系统中各子系统间或同一系统中各区域内连接线上流通的交换