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自动发电控制 AGC AutomaticGenerationControl 国电南瑞科技股份有限公司 1 内容提要 基本概念系统特点具体实现CPS标准 2 电力系统的频率调整 电力系统的频率调整按照负荷变化的周期和幅值大小来区别对待 针对不同的负荷变动分量 划分为 一次调整 发电机和负荷本身的调节效应 快速性有差调节 二次调整 AGC无差调节 三次调整 负荷预计 发电计划 3 恒定频率控制FFC FlatFrequencyControl恒定联络线交换功率控制FTC FlatTie lineControl联络线和频率偏差控制TBC Tie lineandfrequencyBiasControl区域控制偏差ACE AreaControlError AGC的控制方式与ACE 4 5 控制方式FFC 恒定频率控制FTC 恒定联络线交换功率控制TBC 联络线和频率偏差控制基本原则是在执行计划的交换功率的情况下 每个系统负责处理本系统所发生的负荷扰动 只有在紧急情况下给予相邻系统以临时性支援 并在动态过程中得到最佳的动态性能 联合系统控制方式的配合 6 7 频率偏差系数B的重要性B系数 时无负荷扰动区ACE 0 AGC不调节一次调频有负荷扰动区 ACE PL AGC调节本区负荷变化区分功率不平衡是发生在本区还是外区 B系数 时无负荷扰动区ACE0 AGC反方向调节有负荷扰动区 ACE AGC欠调节延长了系统频率恢复时间 对控制系统频率稳定极为有害的 联合系统控制方式的配合 8 内容提要 基本概念系统特点具体实现CPS标准 9 提出了适应我国电网特点的多级调度模式下的AGC分层与协调控制技术 独创了的适应CPS标准的AGC控制策略 在区域调节功率中同时考虑ACE和 F 以体现互联电网在紧急情况下的相互支援 首次提出了按区域调节功率而非ACE划分AGC控制区 死区 正常 次紧急 紧急调节区 不同调节区有不同的控制策略 AGC的主要技术特点 10 提供AGC控制预案功能 减轻调度员日常操作负担 提供多种机组控制模式 可以满足不同特性的机组以及它们之间协调控制的要求 设置不同的AGC周期 在保证控制性能的前提下 减少控制命令的下发 AGC的主要技术特点 11 合理分配机组调节功率 考虑经济性和计划发电量等因素 AGC与超短期负荷预报 SSLF 结合实现AGC超前控制 AGC与安全约束调度相结合 构成闭环控制系统 实现稳定断面越限的预防和校正控制 AGC的主要技术特点 12 内容提要 基本概念系统特点具体实现CPS标准 13 AGC实时数据处理 在每个AGC数据采集周期内被调用 接收和处理从SACDA来的数据 区域量测联络线量测机组量测量测量除主测点外 还可以从不同量测点获得一个或多个后备量测量 一旦主测点无效时 程序自动选用后备量测 14 AGC实时数据处理 在每个AGC数据采集周期内 当发现下列情况之一时 自动作为无效测点处理 SCADA量测量带有不良质量标志 量测量超出指定的正常范围 量测量在指定的时间内不发生任何变化 15 AGC实时数据处理 当在每个AGC数据采集周期内 当发现下列情况之一时 自动作为无效量测处理 所有测点都是无效测点 存在多个有效测点 但它们之间的偏差太大 在连续几个AGC数据采集周期内 有突变发生 16 AGC运行状态 在线状态RUN离线状态STOP暂停状态PAUSAGC控制方式为FFC或TBC 但无有效的频率量测 AGC控制方式为FTC或TBC 但无有效的交换功率量测 17 AGC周期 原则 在确保控制性能的前提下 尽量避免频繁下发控制命令AGC数据采集周期 最小一秒 AGC控制命令周期 采集周期的整数倍 机组控制命令周期 调节命令 响应速度 设置各机组最大调节命令 18 AGC机组命令响应判据 机组是否已响应上次的控制命令有两个判据 根据控制命令和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 19 时差校正和电量偿还 时钟误差作为量测量由SCADA采集得到 纠正所采取的方法是在ACE的计算公式中 引入频率偏移量 fo 无意交换电量 E由AGC程序按时段 结合无意交换电量的考核时段 进行累计 矫正无意交换电量时在ACE的计算公式中 引入交换计划的偏移量 Io 20 时差校正和电量偿还 时钟误差和随机电量的矫正可以有下述两种启动方式 人工启动 当超过指定死区时手动设置 回到死区时本次矫正自动结束 自动启动 当超过指定死区时自动启动矫正 回到死区时处于休眠状态 手动设置启动和结束自动矫正功能 21 AGC调节区域划分 按区域总调节功率而非区域控制偏差ACE的大小和给定的静态门槛值将控制区域划分为 死区正常调节区次紧急调节区 也称紧急辅助调节区紧急调节区 死区正常调节区次紧急调节区紧急调节区 0PDPAPEPR MW 22 AGC控制区域划分 划分控制区域有如下几个目的 在不同的控制区域将有不同的机组承担ACE调节分量 在不同的控制区域将有不同的AGC控制策略 在线指定不同区域的分担策略 在不同的控制区域将有不同的比例增益系数和积分增益系数 23 24 PLC由一台 多台或全厂所有机组组成 AGC将PLC作为一台虚拟机处理 AGC将控制命令发送给PLC 可以方便地实现对机组的直接控制 对全厂以及对梯调中心的集中控制 AGC的控制对象 电厂控制器PLC 25 AGC发电模型 运行区域 发电机组 各类机组计划 机组量测 发电厂 电厂控制器 PLC 电厂发电计划 区域量测 26 机组的控制模式分为 手动控制模式 不管机组是否处于AGC控制都可以设置手动控制模式自动控制模式 只有处于AGC控制下的机组才可投入自动控制模式 不能进行正常控制时 进入暂停状态并报警 AGC机组控制模式 27 OFFL机组离线 该模式由程序自动设置 MANU机组由电厂执行当地控制 不参加AGC调节 RAMP向机组下发给定的目标出力 不承担调节功率 TEST执行机组响应测试功能 具体的测试过程在机组响应测试功能中定义 PUMP抽水蓄能机组在抽水状态 该模式由程序自动设置 AGC机组手动控制模式 28 WAIT当机组在当地控制下 可以设置该控制模式 AGC不断地向处于WAIT状态下的机组发设点控制命令 当机组转为远方控制时 自动由WAIT控制模式转换成预先指定的缺省的自动控制模式 当机组转为远方控制时 或真或假 自动转换成WAIT控制模式 AGC机组手动控制模式 29 目标出力 基本功率 调节功率 AGC机组自动控制模式 30 AGC机组自动控制模式 31 机组的基本功率相当于计划功率 有如下方式获得机组的基本功率 AUTO 机组的基本功率取当前的实际出力 SCHE 机组的基本功率由电厂 机组的发电计划曲线确定 用于执行电厂 机组的发电计划 BASE 机组的基本功率为当时的给定值 调度员可根据需要随时输入机组的基本功率 AGC机组基点功率模式 32 CECO 机组的基本功率由经济调度EDC程序计算 PROP 机组的基本功率按相同上 下 可调容量比例分配 设置这种模式是为了使各机组间同步增减负荷 以避免速度快的机组很快到达调节上下限而失去调节能力 这对CPS1指标的提高有重要作用 AGC机组基点功率模式 33 LDFC 机组的基本功率由超短期负荷预报确定 这类机组将承担由超短期负荷预报所预计的负荷增量 实现AGC的超前控制TIEC 机组的基本功率由相关线路 或稳定断面 的传输功率确定 用来跟踪指定断面的传输功率 使之尽可能多送功率而又不超过指定的断面极限 YCBS 机组的基本功率是指定的实时数据库中某一遥测量 AGC机组基点功率模式 34 AGC将机组承担调节功率模式分为 O Off regulated 在任何情况下都不承担调节功率 R Regulated 在任何需要的情况下 都承担调节功率 A Assistant 在次紧急或紧急调节区域时 才承担调节功率 E Emergency 在紧急调节区域时 才承担调节功率 机组调节功率分担因子给定值 上网电价 调节容量 调节速率 AGC机组调节功率模式 35 机组控制命令的校核 机组反向延时校验 控制信号死区校验 机组响应控制命令校验 最大调节量校验 机组运行限值校验 调节功率允许测试 机组禁止运行区域校验 36 AGC性能监视 合格率定义功能可以方便地定义如下各量在不同偏差下的合格率 系统频率区域控制误差ACE交换功率按不同时段 将上述各性能指标存放在商用历史服务器 并提供方便的查询手段 37 机组响应测试 向机组发预先定义的控制信号测试机组的响应 支持自动加负荷实验和自动减负荷实验 程序自动记录测试开始时间 测试结束时间 被测机组的出力和机组升降速率等 38 设置AGC控制预案 用户可预先将机组控制模式 交换计划偏置 升降控制等各种功能定义在预案中 不同的时间段里设置相应的预案 预案使用的方式可以选择自动或手动 控制预案同时还提供了模板功能 39 备用监视 备用监视和AGC计算周期同时进行 具备多种备用等级 如旋转备用 非旋转备用 上 下调节备用等 以及典型响应时间 如5分钟 10分钟 30分钟等 的备用情况 40 AGC对稳定断面的控制 从有功传输的安全性角度出发 系统状态分为 1 正常状态没有出现越限和重载 AGC执行正常控制功能 2 预警状态没有出现越限 但存在重载 AGC在分配机组出力时 应防止由于AGC机组的正常调节而引起的越限 这种控制措施称之为预防控制 3 紧急状态出现越限 AGC既要执行正常控制功能 又要根据安全约束调度结果自动完成消除越限的调整 这种控制措施称之为校正控制 41 稳定断面越限的预防控制 当稳定断面重载时 利用灵敏度分析方法 对某些机组在执行AGC控制时 禁止上调禁止下调灵敏度分析方法的改进 考虑发电机频率特性不依赖于平衡机的选择预防控制策略 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他机组出力调节不加限制 42 稳定断面越限的校正控制 安全约束调度算法 内点算法 灵敏度法 混合算法原 对偶内点算法基于灵敏度的反向等量配对法将校正目标作为AGC机组调节限值 增加出力 校正目标为AGC机组调节下限减少出力 校正目标为AGC机组调节上限AGC将选择适当的时机 将实际出力处于调节范围之外的机组拉回到调节范围之内 从而自动完成解除稳定断面过负荷的调整 43 内容提要 基本概念系统特点具体实现CPS标准 44 A1 A2标准 NERC制订的AGC性能评价指标 互联电网CPS标准下的AGC控制策略研究 CPS标准 ControlPerformanceStandard 引言 45 NERC要求各控制区域达到A1 A2标准的控制合格率在90 以上 这样通过执行A1 A2标准 使各控制区域的ACE始终接近零 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 A1 ACE在任意的十分钟必需至少过零一次A2 ACE十分钟平均值必须在规定的范围Ld内 A1 A2标准简介 46 A1 A2标准的缺陷 控制ACE的主要目的是为了保证频率质量 但在A1 A2标准中却未体现对频率质量的要求 A1标准要求ACE经常过零从而在一些情况下增加了发电机的无谓调节 由于要求各控制区域严格按LD控制ACE十分钟平均值 从而在某控制区域发生事故时 与之相连的控制区域在未修改交换计划前难以作出较大支援 47 CPS标准较A系列标准的优越性 正因为A1 A2标准并不完美 北美在总结多年运行经验后 于98年推出新的控制性能标准CPS1 CPS2 CPS标准对频率的控制目标有明确规定因而可用于对各种频率控制的电网 48 CPS标准较A系列标准的优越性 CPS标准不要求在规定得时间内过零 这样可以减少不必要的调节 改善机组的运行条件 CPS标准对各控制区域对电网频率质量的 功过 评价十分明确 特别有利于某一控制区域内发生故障时 其他控制区域对其进行支援 有利于充分发挥大电网的优越性 49 50 控制性能标准CPS1 CPS1 2 CF 100 CF ACEAVE min FAVE min 10B n 12 当CPS1 200 时 即CF 0 说明这段时间内ACE对互联网的频率是有帮助的 当100 CPS1 200 时 即01时 说明ACE对电网频率质量的影响已超过允许的范围 51 控制性能标准CPS2 CPS2 ACE10分钟平均值 L10L10 1 65 10 SQRT 10B 10B网 B 控制区域的频偏系数B网 整个互联电网的频率偏差系数 10 互联电网对全年十分钟频率平均偏差的均方根的控制目标 如0 02HZ 52 研究并实施适应于CPS标准的AGC控制策略已非常迫切 随着国内各大电网互联程度的日益加强 从A1 A2标准过渡到CPS标准 是AGC控制的必然趋势 互联电网CPS标准下的AGC控制策略研究 A1 A2标准 CPS标准 适应A标准的传统控制策略 适应CPS标准的新型控制策略 过渡 过渡 AGC的控制目标是保证A1指标 即ACE过零 AGC的控制目标是要维持一定的ACE 以获得较好的CPS1指标 考核AGC性能 53 互联电网CPS标准下的AGC控制策略研究 两套标准下的理想控制效果比较 A1 A2标准 10分钟内控制区的ACE至少过零一次 10分钟内ACE的平均值在规定的范围内 控制区的ACE是AGC控制的唯一目标 控制时要求 54 互联电网CPS标准下的AGC控制策略研究 A1 A2标准下的控制策略 A1 A2标准下的理想控制效果 按照 ACE 的大小来划分AGC的控制区域 设定门槛值ED EA EE 除死区外 在不同的AGC控制区域有不同数量的机组参与调节 控制目标使ACE为零 当负荷变化发生在本控制区时 ACE完全反映了负荷的变化量 当负荷变化发生在外区域时 本控制区的ACE无任何变化 仅在一次调频中给予外区域以临时性支援 55 互联电网CPS标准下的AGC控制策略研究 A1 A2标准 CPS标准 ACE中虽然包含频率分量 但当负荷变化发生在外区域时 A控制策略并不能实现对外区域的支援 CPS标准下的理想控制策略 同时考虑1minACE和 F的平均值 56 互联电网CPS标准下的AGC控制策略研究 CPS标准下的理想控制策略 追求在每个1min内 使ACE的平均值和 F的平均值保持相反的符号 是CPS控制策略的关键所在 将ACE和 F的瞬时值作为判断依据 快速调节本控制区ACE 使得ACE的瞬时值和 F的瞬时值始终满足相反的符号 并且满足 ACE C F 理想控制策略 CPS标准 同时考虑1minACE和 F的平均值 57 CPS标准下的理想控制效果 互联电网CPS标准下的AGC控制策略研究 CPS标准下的理想控制策略 A1 A2标准下的理想控制效果 58 互联电网CPS标准下的AGC控制策略研究 调节功率 比例分量 积分分量 CPS分量 CPS控制策略中的调节功率 CPS分量是特地为CPS控制策略而引入的 积分分量和比例分量与A1 A2控制策略中相同 59 互联电网CPS标准下的AGC控制策略研究 比例分量PP 积分分量PI 用于控制ACE到零 用于控制ACE平均值在给定的考核时段内 如10分钟 不超过规定的范围L10 以保证CPS2指标 ACE积分值IACE在每个考核时段开始重新累计 当IACE超过给定的下限IMIN时方才引入积分分量PI 为了防止引入过大的积分分量PI 使ACE发生严重偏离 将IACE限制在给定的上限IMAX上 CPS控制策略中的调节功率 60 互联电网CPS标准下的AGC控制策略研究 CPS分量Pcps 用于对电网频率恢复提供功率支援 PCPS 10 GCPS F频率增益系数Gcps的取值非常重要 它有着明确的物理意义 反映了当系统频率偏差达到0 1Hz时 控制区对系统频率恢复提供多大的功率支援 CPS控制策略中的调节功率 61