并網發電廠運行考核系統的設計與研究

孟 榮 褚 罡 楊 豐

（河北超高壓分公司，石家莊 050070）

1 引言

2003年下半年部分省份出現嚴重缺電局面，電網發電市場無法有效運行而被迫停止。同時，與發電市場相配套的統調電廠輔助服務機制也相應中止，在一定程度上影響了電網的運行質量。為了保障電力系統安全、穩定、有序運行，國家電力監管委員下發了電監市場[2003]23號文《關于發電廠并網運行管理的意見》，將建立發電廠運行和管理水平與月度發電量計劃掛鉤的激勵和約束機制[1]。根據要求對發電廠的發電計劃執行、機組AGC、頻率調節、電壓控制、設備檢修等多項內容進行考核。

本系統建立在能量管理系統（EMS）、電能量計量系統、超短期實時調度系統和調度管理信息系統（DM IS）的基礎上，對六項內容進行考核，并對每一項設置權重。省調根據考核周期各發電廠的考核結果，采取預提參與考核的電廠次月總發電量一定百分比作為獎勵電量，最終按考核結果分配給各電廠，并通過Web方式實時發布。本系統2006年初在浙江省開始試運行。

2 系統總體設計

本系統架構采取STRUTS架構,并根據J2EE的特點做了相應的變化與擴展[2]，具有穩定可靠的系統內核及強大的網絡支持。考慮到系統的安全性，采用完整的用戶權限管理、網絡安全加密技術及防火墻技術。系統使用3層體系結構將數據庫與Web服務器隔離，客戶端只與應用服務器交互，提高數據庫的安全性。

2.1 系統硬件體系結構

數據采集服務器定期或實時采集SCADA/DM IS/超短期實時調度系統的數據，通過網絡隔離裝置傳送到數據接受服務器；數據接受服務器對接受到的數據進行預處理，并保存到考核系統的Oracle數據庫中進行考核計算；通過應用和Web服務器對計算進行控制，并可以查詢考核結果；考核結果通過局域網下發到電廠工作站。系統硬件結構圖如圖1所示。

圖1 系統硬件結構圖

2.2 系統應用軟件層次結構

本系統應用軟件層次結構是在技術支持的三層結構基礎上進行部署，表示層部署了信息監視、考核結果、考核發布以及動態調整計劃的操作等功能；應用層部署了各考核所需的算法模型、數據處理業務邏輯功能等；數據層在公共數據集成總線的基礎上，部署了實時數據與管理數據的采集與集成處理觸發功能。應用軟件層次結構如圖2所示。

2.3 系統應用功能

系統應用功能包括：信息資源管理、電廠考核模塊、考核結果計算、信息發布與查詢。

圖2 應用軟件層次結構圖

3 考核算法的改進

3.1 發電計劃考核

發電廠的調度發電計劃管理與考核分為兩類機組。一類是負荷控制機組（可以通過AGC系統進行實時控制的機組），以實時調度發電計劃進行管理與考評；另一類是非負荷控制機組（不具備AGC功能的機組和需要按照特殊方式運行的機組），以日前調度發電計劃進行管理與考評。考評周期電廠執行調度發電計劃的電量合格率，以全廠的每5m in的調度發電計劃與實際發電出力作為評價依據。原計算公式為

式中，EQj為考評周期執行調度發電計劃的電量合格率；QJHj為考評周期電廠調度每天發電計劃電量（按調度發電計劃，以5m in一點，通過梯形積分獲得）；為考評周期電廠5m in偏離調度計劃電量之和，（按實際發電量，以5m in一點，通過梯形積分獲得）。

從試運行考核結果得到各發電廠的電量合格率均大于99%，對考評結果的影響不大，通過對算法和數據的分析，發現在投入負荷控制并且CPS1（電網頻率性能）＜100%時才計算5m in偏移電量，而每天并不是時刻都在投入負荷控制，并且CPS1＜100%的點也很少，所以在計算電量合格率時應該把公式中QJHj改進為投入負荷控制時段的調度計劃的積分電量。發電計劃考核中首次結合CPS指標，使機組發電功率的調整有利于改善電網頻率質量[3]。

3.2 機組AGC考核

AGC是保證電網頻率質量和聯絡線交換功率恒定的重要手段。對機組AGC的考核，原考核主要以調節精度進行綜合考核。常用算法對機組AGC的考核對調節速率的考慮比較少，而調節速率又是AGC調節性能中最重要的部分，調節速率往往反映機組對系統的貢獻大小。實時測定AGC機組的調節速率依據主站AGC軟件實時記錄的指令跟蹤曲線，選取有效的計算區間，由于火電機組慣性大滯后時間長，尤其是當下發反向指令時，會出現指令調節方向與實際發電調節方向相反的情況，這樣會影響實時測定的調節速率的準確性。因此進行速率測定時要選取有效的計算區間，從AGC投入并超過響應時間到AGC指令和實際發電之差小于控制死區或者反向為止記作一個有效的計算區間，并且該計算區間要大于一定的時間間隔。為了提高調節速率計算的準確性，應根據實際情況把時間間隔縮小。

考慮到人為因素對AGC機組調節速率的干擾，少數電廠為了多發電，人為的調整機組AGC控制參數，升負荷速率調整的遠大于降負荷速率，所以機組升、降負荷速率分開統計。

考慮到機組調節性能的差異，某些機組出力無法達到負荷指令值，一直在控制死區之外，此時實際出力變化很小，計算得到的調節速率偏低。為了消除這一影響，可以在指令發出時同時根據電廠需申報調節速率的實驗值預估出機組達到指令之所需要的最大調節時間，當出現實際調節時間達到最大調節時間，則認為該調節過程結束，利用此時的出力變化量和按計算得到調節速率[4]。

3.3 頻率調節的考核

機組頻率調節按貢獻電量百分比進行考核。頻率調節的貢獻電量百分比實際是反映頻率調節貢獻電量與理論貢獻電量的比值，調頻貢獻電量計算程序根據電網頻率、機組頻率調節動作死區及機組頻率調節狀態自動累計機組頻率調節貢獻電量。嚴格講，若期間AGC指令或機組發電計劃使機組出力變化，變化量中應減去機組以正常爬坡速率變化的部分。

增加對機組頻率調節響應行為約束的考評，即當電網頻率超出機組頻率控制死區時，機組在20s內完全響應調節目標，在以電網頻率超過機組一次調頻死區開始計時的45s內的機組實際出力與機組響應目標偏差的平均值應在機組額定有功出力的3%內。

從試運行考評結果可以看出各電廠頻率調節的能力差異很大，主要由于很多機組的頻率調節功能都在退出狀態，浪費了電網中保證頻率穩定的寶貴資源，所以增加對投運率的考核。

3.4 電壓控制的考核

對機組的電壓控制的考核，以電壓合格率進行考核。通過對考核結果和其他系統數據的分析，發現由于各廠站只關注自身的母線電壓，沒有從全局角度協調無功分配，電網無功功率搬運現象突出，造成不必要的有功損耗，而且部分地區電網電廠集中，大電廠之間距離短，發電廠之間無功功率調節對相互母線的電壓影響大，無功調節矛盾突出。在發電廠、發電機之間無功協調仍需調度員人工實時監視和干預發電機組無功分配的勞動強度大。因此有必要從發電廠角度對電網無功潮流和發電機組無功功率進行協調控制，現在一般采取自動電壓控制（AVC），進行離線的電網無功優化軟件計算，保證電網電壓和無功功率分布滿足上述要求。

作為發電廠應該調節時應使發電機組無功出力分布盡量均衡，機組功率因數應大致相等，即增加無功出力時，在滿足安全的條件下，優先增加功率因數高的機組，反之則優先減少功率因數低的機組。從電網的安全經濟運行角度，對發電廠電壓及其無功的考評，只對電壓合格率進行考評是不夠的，還需進一步改進考評規則[5]。

4 工作流

考核系統在考核模塊中還穿插著數據的管理功能，所以引進工作流程是相當必要的，這樣就避免了電廠人員通過郵件遞交修改或免考申請、獎勵電量確認、調度相關科室在界面上逐項查找核實的麻煩，極大減少了有關人員的工作量。系統采用先進的工作流平臺，實現符合現代化管理要求的分布式、開放式、模塊化、可擴充、可移植的考核系統，每一個功能模塊的維護和擴展對其余模塊的影響都最小，同時采用規則管理、內容管理引擎技術。工作流全面覆蓋省調和各考核單位，能夠適應網廠間復雜業務流程的交互需要。工作流業務對象應包括以下幾個方面：數據免考、數據修改、及月考核結果數據審批和確認[6]。

5 系統評價及展望

5.1 系統架構

本系統采用struts架構，雖然struts功能強大，在開發過程中具備很多優點，但隨著計算機技術的發展和產品質量的不斷提高，建議用Struts+Hibernate+Spring輕量級架構來對系統進行改進[7]。這種架構用成熟的開源產品實現各層，能縮短開發周期，且架構所用到的開源產品均有相當廣泛的用戶群．經受過多個項目實踐的考驗其質量和性能更有保障。降低層與層之間的耦合程度，增加代碼重用率，各層分工明確，這樣也利于項目小組的明確分工。

5.2 圖形顯示

考核系統對監視、查詢、顯示和考核計算等功能要求比較高，以便于監視和分析各類信息，及時做出決策。因此集成信息的圖形顯示也是本系統設計的重點。現在系統使用的圖形軟件，提供了一些接口函數，調用接口函數，將數據傳入，將圖形顯示出來，但由于接口函數的有限性，致使圖形顯示形式固定，不利于系統的進一步開發。使用新技術創建曲線圖，使得系統的圖像顯示能進一步查詢和考核的需要[8]。比如能任意放大某點的局部曲線用于查詢和修改，并且修改數據能在修改表中自動進行改動并置標志位。

電網統調電廠調度運行管理考核系統嚴格按照《關于發電廠并網運行管理的意見》建設。目前，

對于計劃考核、機組AGC考核、機組頻率調節考核、電壓考核模塊已進入正式運行，其他附加功能正在研究開發中。考核系統不僅為統調電廠的調度運行提供了先進科學的管理手段，而且充分體現了電力“三公”調度，確保電網安全穩定運行奠定了堅實的基礎，其社會效益和經濟效益十分顯著。

[1] 關于發電廠并網運行管理的意見.電監市場[2003]23號文.

[2] 楊爭林,宋燕敏,沈利華.基于J2EE的電力市場技術支持系統研究[J].電力系統自動化,2004,28(8):35-39.

[3] 唐躍中,張王俊,張健,陳明.基于CPS的AGC控制策略研究[J].電網技術,2004,28(21):75-79.

[4] 孟榮,趙舫. 電力市場下AGC機組運行管理考核算法的研究[J].華北電力技術, 2007(4):8-11.

[5] 洪光,潘先偉,蔣道鐘.自動電壓控制系統(AVC)在發電廠的應用[J].安徽電力, 2005(4): 23-27.

[6] 戴月明,吳軍,錢雪忠,夏鴻斌.基于工作流的電力生產管理信息系統設計實現[J].微計算機信息 (管控一體化), 2006年:169-171.

[7] 胡曉丹,魏長軍.基于Struts+Spring+Hibernate架構的能源管理系統的研究[J].計算機與現代化,2006(12):25-27.

[8] 劉哲理,劉金蟾,王劍飚.基于J2EE的火電機組性能監控優化系統的設計與實現[J].計算機工程與設計，2006,27(5):839-943.