自動發(fā)電控制（AGC）技術(shù)的運用研究

趙樹權(quán)，李金航

（昆明工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明650302）

0 引 言

近些年，我國電力企業(yè)不斷加快電力系統(tǒng)自動化發(fā)展，電力系統(tǒng)不斷朝向調(diào)度自動化、智能化方向邁進(jìn)。電力系統(tǒng)自動化實現(xiàn)了對電能生產(chǎn)、傳輸與管理的自動控制、調(diào)度與管理[1]。目前，自動發(fā)電控制技術(shù)結(jié)合遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)、執(zhí)行分配裝置、發(fā)電機(jī)組自動化裝置等，形成了一個整體閉環(huán)式控制系統(tǒng)。通過對電力系統(tǒng)頻率的實時監(jiān)測與快速調(diào)整，實現(xiàn)了對發(fā)電機(jī)運轉(zhuǎn)出力的自動化控制[2]。目前，國外發(fā)達(dá)國家自動發(fā)電控制的發(fā)展趨勢主要有零散發(fā)電預(yù)測與跟蹤、環(huán)境污染背景下綜合燃料的計劃性控制等[3]。

1 自動發(fā)電控制（AGC）概述

1.1 自動發(fā)電控制基本功能

自動發(fā)電控制通過對電網(wǎng)機(jī)組的二次調(diào)整來滿足控制目標(biāo)，降低運行成本[4]。當(dāng)前，自動發(fā)電控制投入到電力系統(tǒng)自動化調(diào)度建設(shè)應(yīng)用中，主要是為了解決電力系統(tǒng)運行頻率調(diào)節(jié)與負(fù)荷分配的問題，同時滿足電力系統(tǒng)功率交換需求。供電頻率是電力系統(tǒng)正常運行的重要參數(shù)之一。系統(tǒng)電源總輸出功率與功率消耗相對平衡的情況下，供電頻率保持恒定。如果總輸出功率與總功率消耗之間失衡，就會引發(fā)電力系統(tǒng)波動，造成頻率的崩潰[5]。

1.2 自動發(fā)電控制系統(tǒng)組成

這里介紹一種結(jié)合自動裝置與計算機(jī)程序，對系統(tǒng)頻率與有功功率進(jìn)行二次調(diào)整的自動發(fā)電控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由能量管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)方終端機(jī)構(gòu)、單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)構(gòu)成。

能量管理系統(tǒng)EMS（Energy Management System）置于電網(wǎng)調(diào)度中心，主要實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度與機(jī)組之間的通信聯(lián)系。

微波通道及電廠端的遠(yuǎn)方終端RTU（Remote Terminal Unit），對電網(wǎng)調(diào)度及各機(jī)組之間的通信進(jìn)行指令發(fā)布。

單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)CCS（Coordinated Control System），將電網(wǎng)調(diào)度負(fù)荷指令轉(zhuǎn)換為機(jī)組實際負(fù)荷[6]。

2 自動發(fā)電控制技術(shù)介紹

2.1 基本控制原理

基于電網(wǎng)安全運行的條件，在電網(wǎng)頻率與對外凈交換功率計劃基礎(chǔ)上，協(xié)調(diào)發(fā)電機(jī)組出力的最優(yōu)化分配機(jī)制，確保發(fā)電機(jī)組出力經(jīng)濟(jì)性達(dá)到要求[7]。

區(qū)域控制偏差A(yù)CE的表達(dá)式為：

2.2 與系統(tǒng)頻率相關(guān)的元件模型

控制系統(tǒng)特性一直是電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制技術(shù)的重要研究內(nèi)容。對于負(fù)荷-頻率控制而言，發(fā)電機(jī)組調(diào)速器是最基本的控制工具[8]。

2.2.1 調(diào)速器模型

調(diào)速器為頻率一次調(diào)節(jié)控制單元，包含飛球調(diào)速器、液壓機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)速改變器結(jié)構(gòu)。液壓機(jī)構(gòu)由一個伺服閥和一個液壓伺服閥馬達(dá)構(gòu)成，低功率水平運動被轉(zhuǎn)換為高功率水平運動，進(jìn)而對高壓蒸汽管道的蒸汽閥進(jìn)行開閉操作。

2.2.2 原動機(jī)模型

閥門位置變化導(dǎo)致進(jìn)氣量發(fā)生改變，以此調(diào)整發(fā)電機(jī)出力。調(diào)節(jié)閥門與第一噴嘴之間存在一定空間。閥門啟閉時，盡管蒸汽量有所改變，但空氣壓力無法突變，進(jìn)而形成機(jī)械功率滯后于開度變化，形成汽容影響。

控制特性一般表示為：

其中，ΔPt為要求增加的功率；Yv為蒸汽閥開啟給定值；Tu為調(diào)速器時間常數(shù)；Tu一般在0.5～4s，取值與進(jìn)水管參數(shù)相關(guān)。

2.3 系統(tǒng)頻率二次調(diào)節(jié)

圖1為二次調(diào)頻原理，P1為用電頻率特性，PG為發(fā)電頻率特性。當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行為n1時，發(fā)電總負(fù)荷與用電總負(fù)荷平衡，即PG1=PL1，此時系統(tǒng)工作頻率為額定頻率。當(dāng)系統(tǒng)用電負(fù)荷為PL2時，控制發(fā)電總負(fù)荷平衡，系統(tǒng)工作點位a時，工作頻率為fa，則工作頻率減少Δfa，此時系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。隨后，提高發(fā)電負(fù)荷為PG2，系統(tǒng)工作點轉(zhuǎn)到n2，則工作頻率再次回到額定頻率，系統(tǒng)重新趨于穩(wěn)定。

圖1 電力系統(tǒng)二次調(diào)頻

2.4 單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

單元機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)為AGC的核心部分，故協(xié)調(diào)系統(tǒng)對各機(jī)組的控制響應(yīng)速率決定了AGC的整體性能。可將機(jī)組鍋爐控制與汽輪機(jī)控制視為一個整體進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，確保鍋爐與汽輪機(jī)迅速適應(yīng)負(fù)荷變化需求，并保障機(jī)組安全穩(wěn)定運行。

根據(jù)能量平衡方式，它可以分為直接能量平衡與間接能量平衡。現(xiàn)階段，燃煤火電機(jī)組為了實現(xiàn)調(diào)度機(jī)制的快速響應(yīng)，主要采用以鍋爐為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（DEB）。現(xiàn)階段，我國發(fā)電機(jī)組為了滿足高效調(diào)度和快速響應(yīng)，主要采用CCBF與能量平衡控制系統(tǒng)。調(diào)度中心與單元機(jī)組之間AGC信號接口，如圖2所示。

圖2 調(diào)度中心與單元機(jī)組之間AGC信號接口

3 自動發(fā)電控制技術(shù)的應(yīng)用

自動發(fā)電控制技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用初期階段，大多以單機(jī)控制為主。單機(jī)自動發(fā)電控制在長期實踐中存在較高的磨損度，同時存在響應(yīng)可調(diào)范圍較小、調(diào)節(jié)頻繁等問題。隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟，先從單機(jī)控制轉(zhuǎn)換為全廠控制，通過全廠統(tǒng)一控制，提高發(fā)電經(jīng)濟(jì)型。

貴州電網(wǎng)是南方電網(wǎng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)自動發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計研發(fā)與投入運營。貴州電網(wǎng)采用定頻率控制作為AGC區(qū)域控制模式，區(qū)域控制偏差為：

Δf表示電網(wǎng)實際運行頻率與控制目標(biāo)頻率偏差；k表示電網(wǎng)頻率偏移系數(shù)，接近綜合頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)，取值為25MW/0.1Hz。

現(xiàn)有AGC機(jī)組中，三廠采用AGC控制到電廠模式，主站端調(diào)節(jié)指令發(fā)送到電廠側(cè)頻率調(diào)節(jié)裝置，再由調(diào)節(jié)裝置發(fā)送指令到電廠各AGC受控機(jī)組，出力達(dá)到預(yù)期調(diào)節(jié)值。子模式包括電廠AGC、計劃值控制、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、退出等。

貴州電網(wǎng)兩年來大力推動AGC系統(tǒng)建設(shè)，通過全廠控制輪流集中在一臺或多臺機(jī)組上，調(diào)整出力方式，有效降低機(jī)組調(diào)節(jié)的頻繁程度，減少機(jī)組磨損度，提高響應(yīng)機(jī)制總體效益。目前，AGC機(jī)組運行穩(wěn)定，控制指標(biāo)均滿足調(diào)節(jié)需求，在國內(nèi)處于較高水平。

4 結(jié) 論

隨著電力系統(tǒng)自動化調(diào)度的快速發(fā)展和電網(wǎng)智能建設(shè)的不斷推進(jìn)，我國自動發(fā)電控制技術(shù)進(jìn)一步成熟。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對電網(wǎng)頻率實行手動調(diào)節(jié)，已經(jīng)難以滿足用電負(fù)荷的變化。而AGC技術(shù)的運用能夠快速、實時減小供需偏差，以平衡用電負(fù)荷。自動發(fā)電控制技術(shù)構(gòu)建了電網(wǎng)頻率與潮流優(yōu)化控制系統(tǒng)，對于提高電網(wǎng)自動化水平具有重要意義。可見，要扎實提高AGC機(jī)組調(diào)節(jié)水平、控制頻率與網(wǎng)間潮流，實現(xiàn)精細(xì)化調(diào)控，從而降低調(diào)控成本。

參考文獻(xiàn)：

[1] 武亞光，張 銳，金鐘鶴.自動發(fā)電控制（AGC）系統(tǒng)運用控制方式與措施探討[J].東北電力技術(shù)，2015，22（10）：1-3.

[2] 王 焰.電網(wǎng)自動發(fā)電控制（AGC）技術(shù)應(yīng)用探討[J].工業(yè)計量，2016，20（3）：17-20.

[3] 張茂盛.自動發(fā)電控制（AGC）的結(jié)構(gòu)分析及實際應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2015，（13）.

[4] 海 晨，胡 萍，欒曉東.自動發(fā)電控制（AGC）技術(shù)的運用[J].三角洲，2015，（6）：1.

[5] 顏 偉，趙瑞鋒，趙 霞，等.自動發(fā)電控制中控制策略的研究發(fā)展綜述[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015，（8）：149-155.

[6] 陳松操，沈叢奇.自動發(fā)電控制（AGC）控制策略優(yōu)化的研究和應(yīng)用[J].華東電力，2015，34（5）：29-33.

[7] 姚 鵬，張靠社，周 樹，等.自動發(fā)電控制（AGC）服務(wù)調(diào)配應(yīng)用研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2016，39（21）：120-125.

[8] 張應(yīng)田，郭凌旭，馮長強(qiáng).自動發(fā)電控制技術(shù)研究及應(yīng)用[J].自動化與儀表，2014，26（9）：36-39.