自動發(fā)電控制（AGC）的結(jié)構(gòu)分析和應(yīng)用

祁杰 趙斌

摘 要：自廠網(wǎng)分離、競價(jià)上網(wǎng)后，AGC成為連接電網(wǎng)和電廠之間的橋梁，廠網(wǎng)之間的密切協(xié)作既保證了電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和負(fù)荷的靈活調(diào)度，又使電廠發(fā)電機(jī)組高效運(yùn)轉(zhuǎn)。本文著重介紹AGC技術(shù)和AGC在電網(wǎng)和電廠的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：頻率；AGC；CCS

電力系統(tǒng)有功功率和頻率自動控制系統(tǒng)稱為自動發(fā)電控制（Automatic Generation Control）簡稱AGC。

AGC的目標(biāo)：

（1）保持區(qū)域間凈交換功率在計(jì)劃值。

（2）維持系統(tǒng)頻率50Hz，并在允許的誤差范圍內(nèi)。

（3）在保證區(qū)域間凈交換功率和系統(tǒng)頻率在計(jì)劃值的條件下，以經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化原則安排機(jī)組處理，使系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

1 AGC的結(jié)構(gòu)

AGC由能量管理系統(tǒng)（EMS）、遠(yuǎn)方終端單元和機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)組成。EMS通過遠(yuǎn)方終端單元（RTU），將控制信息傳遞給電廠機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS），由CCS完成AGC對機(jī)組出力的調(diào)節(jié)。

AGC通過調(diào)節(jié)區(qū)域內(nèi)各電廠發(fā)電機(jī)組的功率，使用電負(fù)荷變化和發(fā)電機(jī)組功率波動而形成的區(qū)域控制偏差（ACE）不斷減小，直至為零的過程。這個(gè)控制過程是一個(gè)多變量、串級調(diào)節(jié)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。其中，負(fù)荷分配器是串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的外回路控制器，即主控制器，承擔(dān)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的細(xì)調(diào)。負(fù)荷分配器依據(jù)頻率偏差、發(fā)電機(jī)出力和其它信號，按照一定的調(diào)節(jié)規(guī)律，分配各機(jī)組輸出的有功功率。負(fù)荷分配器設(shè)在區(qū)域電網(wǎng)調(diào)度處。

機(jī)組控制器是串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的內(nèi)回路控制器，即輔控制器，承擔(dān)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的粗調(diào)。根據(jù)負(fù)荷分配器設(shè)定的有功功率，使機(jī)組實(shí)發(fā)功率與設(shè)定有功功率一致。機(jī)組控制器的功能由機(jī)組CCS實(shí)現(xiàn)。

2 AGC信號傳遞和電力系統(tǒng)調(diào)頻

從發(fā)電機(jī)組CCS到地區(qū)中調(diào)EMS的上行信號有9個(gè)：機(jī)組功率調(diào)節(jié)運(yùn)行方式（就地/遠(yuǎn)方）、AGC允許、機(jī)組輸出功率、機(jī)組最大出力限值、機(jī)組最小出力限值、機(jī)組當(dāng)前升負(fù)荷速率（MW/min）、機(jī)組當(dāng)前降負(fù)荷速率（MW/min）、機(jī)組指令增閉鎖、機(jī)組指令減閉鎖。從EMS到發(fā)電機(jī)組CCS的下行信號有4個(gè)：機(jī)組功率設(shè)定值管理SPM（set point management）狀態(tài)信號、發(fā)電機(jī)功率設(shè)定值、切除機(jī)組遠(yuǎn)控模式、投入機(jī)組遠(yuǎn)控模式。EMS與RTU之間通過電力通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號傳遞， RTU與CCS之間通過電纜實(shí)現(xiàn)信號傳遞。

電力系統(tǒng)調(diào)頻有三種調(diào)頻方式。一次調(diào)頻采用CCS+DEH聯(lián)合方式，由發(fā)電機(jī)組自身實(shí)現(xiàn)。CCS的鍋爐主控利用前饋通道，快速改變?nèi)剂狭浚瑥亩淖冨仩t負(fù)荷和補(bǔ)充鍋爐的蓄熱損失，CCS的汽機(jī)主控經(jīng)過短時(shí)的延遲后，去維持機(jī)組負(fù)荷直至頻差信號回到死區(qū)。DEH在快速響應(yīng)頻差信號，通過修改流量指令直接改變調(diào)門開度。機(jī)組的一次調(diào)頻功能具有快速性、持續(xù)性、穩(wěn)定性的特點(diǎn)。

二次調(diào)頻是機(jī)組通過一次調(diào)頻無法完成時(shí)，由AGC調(diào)節(jié)機(jī)組的有功功率，從而將頻率偏差控制到允許的范圍內(nèi)。

三次調(diào)頻以經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化原則，依據(jù)超短期、短期負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，分配用電負(fù)荷組成中，變化周期最長、變化幅度最大的負(fù)荷部分。電力系統(tǒng)有功功率最優(yōu)分配的內(nèi)容包括機(jī)組組合和經(jīng)濟(jì)調(diào)度。機(jī)組組合決定哪臺發(fā)電機(jī)組運(yùn)行、哪臺發(fā)電機(jī)組停止；經(jīng)濟(jì)調(diào)度是運(yùn)行機(jī)組應(yīng)用等微增率原則或購電成本最小原則，實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷在各機(jī)組之間的最優(yōu)分配。

3 AGC的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)

調(diào)節(jié)速率是AGC控制性能的一個(gè)非常重要的指標(biāo)。鍋爐的熱慣性和汽輪機(jī)的遲延，使機(jī)組在AGC控制時(shí)有慣性特性。電網(wǎng)對機(jī)組AGC響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)品質(zhì)的考評標(biāo)準(zhǔn)分為擾動負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)和平穩(wěn)負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。？

擾動負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)分為NERC新標(biāo)準(zhǔn)和B1、B2。NERC新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在擾動負(fù)荷發(fā)生后10分鐘內(nèi)，ACE必須回到擾動前水平或者回到零。B1規(guī)定，在擾動負(fù)荷發(fā)生后10分鐘內(nèi)，ACE必須回到零；B2規(guī)定，在擾動負(fù)荷發(fā)生后1分鐘內(nèi)，ACE必須向絕對值減小的方向變化。

平穩(wěn)負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)分為NERC新標(biāo)準(zhǔn)CPS1、CPS2和A1、A2。NERC新標(biāo)準(zhǔn)CPS1，采用ACE和頻率偏差的1分鐘移動平均值（MAVG）計(jì)算；二者乘積大于閾值時(shí)，控制輸出是ACE的1分鐘移動平均值；NERC新標(biāo)準(zhǔn)CPS2規(guī)定，每1小時(shí)的ACE平均值均在允許范圍內(nèi)，控制輸出為預(yù)先給出的ACE最小控制值，或者ACE的1分鐘移動平均值。而A1規(guī)定在每10分鐘內(nèi)，ACE至少過零一次；A2規(guī)定在每1小時(shí)內(nèi)，以10分鐘為一固定時(shí)段，計(jì)算ACE的平均值，該平均值小于允許值。

蒙西電網(wǎng)目前采用A1、A2標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)具備管理和技術(shù)方面的條件時(shí)，嘗試引入CPS1和CPS2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制性能評價(jià)。為了鼓勵(lì)A(yù)GC機(jī)組多參與AGC調(diào)節(jié)，中調(diào)對調(diào)節(jié)好的機(jī)組給予獎(jiǎng)勵(lì)，機(jī)組退出AGC運(yùn)行方式，除了不再享有獎(jiǎng)勵(lì)和補(bǔ)償外，還要依據(jù)退出情況，給予一定的經(jīng)濟(jì)處罰。機(jī)組退出AGC運(yùn)行方式之前，需經(jīng)當(dāng)值調(diào)度員同意。

4 結(jié)語

隨著集散控制系統(tǒng)DCS、機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS和汽輪機(jī)電液調(diào)節(jié)DEH的廣泛應(yīng)用，為機(jī)組AGC提供了技術(shù)條件。AGC使電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)度、頻率調(diào)節(jié)更靈活便捷。

參考文獻(xiàn)：

[1] 包頭第二熱電廠AGC技術(shù)協(xié)議書，2014.

[2] 內(nèi)蒙古西部電網(wǎng)自動發(fā)電控制（AGC）運(yùn)行管理辦法.

作者簡介：

祁杰（1987-），男，內(nèi)蒙古人，碩士，助理工程師，從事熱工自動控制領(lǐng)域的研究；

趙斌（1985-），男，內(nèi)蒙古人，碩士，助理工程師，從事熱工自動控制領(lǐng)域的研究。