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1、发电机电网供电负荷平衡自动调配研究 姚明亮 张培军 宋晓茹 兀伟 西安工业大学电子信息工程学院 中国石油集团测井有限公司技术中心 摘 要： 电力系统运行的根本目的是在保证电能质量符合标准, 维持电力系统的功率平衡。但由于负荷功率随机变化, 总存在一定偏差, 使频率偏离额定值。为了弥补这种偏差, 需要跟踪控制发电机组负荷实时变化, 因此引入自动发电控制 (AGC) , 使系统负荷重新达到平衡。因此课题的重点是将改进的粒子群优化算法应用到 AGC 机组的调配之中, 并通过算例分析验证, 比较了整数规划法、整数规划法、遗传算法和改进粒子群优化算法, 结果表明改进 PSO 提高了进化后期算法的收敛速度
2、和精度, 该方法能够在满足电力市场 AGC 运行的安全约束下, 降低 AGC 运行的总费用, 从而提高了电网公司、发电的经济效益。关键词： 自动发电控制; 粒子群优化; 机组调配; 作者简介：姚明亮 (1978-) , 男 (汉族) , 吉林长岭人, 硕士, 讲师, 主要研究领域为电力系统自动化;作者简介：张培军 (1979-) , 男 (汉族) 陕西西安人, 硕士, 工程师, 主要研究领域为检测技术;作者简介：宋晓茹 (1979-) , 女 (汉族) , 陕西西安人, 博士, 副教授, 主要研究领域为智能控制;作者简介：兀伟 (1977-) , 男 (汉族) , 陕西蓝田人, 硕士, 讲师,
3、 主要研究领域为电力系统自动化。基金：陕西省自然科学基金 (2014JM2-6093) The Research on Generator Power Grid Load Balancing Automatically DeployYAO Ming-liang ZHANG Pei-jun SONG Xiao-ru WU Wei School of Electronic and Information Engineering, Xian Technological University; Technology Center, China Petroleum Logging CO.LTD.; Ab
4、stract： The fundamental purpose of the power system operation is to ensure that the power quality meets the standards and maintains the power balance of the power system. However, due to random changes in load power, there is always a certain deviation which produces the frequency deviation from the
5、 rated value. In order to compensate for this deviation, track and control the generator load in real time needed, the automatic generation control (AGC) is introduced to the system making load back balanced. he focus of this paper is to apply the modified particle swarm optimization algorithm to th
6、e selection of AGC units, and through the analysis of examples which makes the comparison of the integer programming method, genetic algorithm and modified particle swarm optimization algorithm, it turns out that the modified PSO improves the convergence speed and precision of the late evolutionary
7、algorithm. This method can reduce the total cost of AGC operation under the security constraint of satisfying the power market AGC operation, thus improve the economic efficiency of the power grid company and power generation company.Keyword： AGC; PSO; Dispatch; 1 引言电力系统运行的根本目是电能质量符合标准条件下, 持续不断地供给用户
8、所需要的功率负荷, 维持电力系统的功率平衡。若偏离额定值过多, 对电能用户和电力系统的设备运行都将带来不利的影响。但维持电力系统频率在额定值, 靠控制系统内所有发电机组输入的功率总和等于系统内所有用电设备在额定频率时所消耗的有功功率总和实现的, 包括机组和电网损耗。这种平衡一旦遭到破坏, 电力系统的频率就会偏离额定值。但由于电力系统的负荷功率是随机变化的, 提前制定的发电计划和实际用电负荷之间总会存在一定的偏差, 反应在电网上将会使频率偏离额定值。为了弥补这种偏差, 需要实时控制发电机组跟踪负荷变化, 因此电力系统运行中引入了自动发电控制, 即通过频率偏差和 (或) 交换功率偏差自动调节机组出
9、力, 使系统负荷重新达到平衡。自动发电控制 (Automatic Generation Control, AGC) , 也叫负荷频率控制 (Load Frequency Control, LFC) , 作为调度自动化系统中一项重要的控制功能, 指根据系统频率、电线负荷变化或它们之间关系的变化, 对某一规定地区内发电机有功功率进行调节, 目的是保持电网计划的交换功率和标准频率, 并尽可能经济地保持电力系统运行发供电平衡, 维持区域间净交换功率为计划值。文献1为了提高调节速度和响应延迟时间等选择 AGC 服务, 可能会使某高性能服务为高价边际服务, 增加购买费用, 也可能导致系统频率调整后期阶段,
10、 出现频率调整能力不足问题;同样若选择价格较低的 AGC 服务, 其性能较差, 系统会因频率不能及时调整而不得不额外购买 AGC 服务, 给系统的安全和稳定性带来潜在威胁, 其经济性难保证。文献2采用文献3中的 AGC 服务性能评估办法, 综合考虑 AGC 服务性能和容量报价两方面因素, 但计算性价指数的合理性有待商榷, 且在选择 AGC 服务时不应把容量作为 AGC 服务性能而简单地认为其量越大对系统的贡献也越大。文献4提出考虑 AGC 服务被调用概率的兼顾容量和电量价格, 利用价格排序, 把调用概率高的 AGC 服务排在后面, 原理存在一定的缺陷, 且忽略了 AGC 服务的性能。文献5用
11、AGC 服务容量价格与性能比作为新的容量价格, 性能采用文献3的评估办法, 没有考虑性能对 AGC 服务电量价格的影响, 新的容量价格作为结算依据的合理性有待商榷。文献4-7把 AGC服务的价格和性能中四个不可比量糅合在一起对 AGC 服务进行评估。文献8中的 AGC 机组调配方案也存在与文献5同样的缺点。文献9-13以调节速率和容量作为约束, 不同的优化算法对 AGC 机组进行调配, 但不能保证一定最优。设计出一种既简单、方便, 又能体现电力市场特征的 AGC 服务调配方法, 无论是对 AGC 服务提供者还是购买者都具有重要的意义。为此本课题以改进粒子群优化算法为重点, 采用后续所提的 AG
12、C 服务调配方案, 以期不但能够保证电力系统的安全性, 且能够提高电力系统运行的经济性。2 自动发电控制的基本理论与数学模型2.1 自动发电控制的基本原理AGC 是建立在以计算机为核心的数据采集与监控系统 SCADA、发电机组协调控制系统及高可靠信息传输系统基础上的高层控制技术手段, 通过遥测输入环节、计算机处理环节和遥控输出环节构成电力生产过程的远程闭环控制系统。主要涉及到调度中心计算机系统、通道、RTU、厂站计算机、调功装置和电力系统等。AGC 是通过一个闭环系统来实现的, 其系统构成图见图 1。如图 1 所示 AGC 总体结构, AGC 系统主要由三个控制环组成: (1) 区域计划跟踪控
13、制环; (2) 区域调节控制环; (3) 机组控制环。计划跟踪环的控制目的是按照计划提供发电基点功率, 与负荷预测、机组经济组合、水电计划及交换功率计划有关, 承担主要的调峰任务。若无该计划软件, 应由人工填写;区域调节控制环的目的使区域控制误差 ACE 调节至零, 此也是 AGC 的核心, 功能是在可调机组之间分配区域控制误差。将这一可调分量加到机组跟踪计划的发电基点功率值之上, 设置发电功率值, 并送往电厂控制器。机组控制环是通过基本控制回路来调节机组控制误差, 使之减小至零, 在许多情况下, 特别是水电厂, 一台电厂控制器能同时控制多台机组。AGC 的信号送到电厂控制器后再分到各台机组。
14、图 1 发电系统构成图 下载原图自动发电控制 (AGC) 的基本目标是通过调整被选定发电机的输出, 使系统频率恢复到正常值, 及保证控制区域之间的功率交换为给定值。这个功能通常称之为负荷-频率控制 (LFC) 。第二个目的是在发电机组之间分配所需的发电量以使运行费用最小, 即经济分配 (Economic Dispatched, ED) 。2.2 自动发电控制机组调配的数学模型文中在竞标评价中采用常量 Ki表征机组综合调节质量, 称为机组综合因子。即ISO 根据 Pri+KiPdi排序。根据价格排序及实际可用容量, 确定各台机组的参调容量, 直到满足总需求。当电力调度交易中心根据各机组发电计划和
15、负荷预测偏差, 确定出系统所需 AGC 调节容量和应具备的调节速率后, 选择 AGC 机组的目标函数描述为式中, P ri第 i 台机组的容量报价 (元/MWh) ;P di第 i 台机组的电量报价 (元/MWh) ;Si第 i 台机组的调节容量 (MW) , 表示交易中心最终向 AGC 机组购买的 AGC 调节量, 即机组的中标容量, 为某一实数闭区间内的连续变量;X i为机组参与 AGC 调节的决策因子, 取值为整数 0 或 1, 且当 Xi为 1 时, 表示机组被指定参与 AGC 调节;当 Xi为 0 时, 表示机组未被指定参与 AGC 调节;常量 Ki为 0-1之间的实数, 须由 IS
16、O 在各机组申报后确定, 由专家统计打分确定各机组的综合调节因子, 并向所有机组公开。目标函数即式 (1) 考虑的是交易中心购买的AGC 辅助服务费用最, 其中 Si、X i为所求变量。对 AGC 的选择除了要满足上述目标函数外, 还必须满足下列约束条件的要求:1) 调节容量约束式 (2) 表示所有中标机组参与 AGC 调节的容量之和要大于或等于系统所需要的调节容量。式中 Si为第 i 台机组的调节容量 (MW) ;S AGC max为目标容量或某一时刻系统所需的 AGC 调节容量 (MW) 。2) 响应速率约束式 (3) 表示所有中标机组的向上 (向下) 调节速率要满足系统所需要的向上 (向下) 调节速率。式中 VAGC为在某一时刻系统所需的 AGC 响应速率 (MW/min) ;Vi是指第 i 台机组的响应速率 (MW/min) 。3) 单机容量的调节区间约束式 (4) 表示机组的基点调节容量 Si必须是某一正实数闭区间的变量值。式中Si Max和 Si Min是指 AGC 机组 i 的
