自动发电控制的基本理论

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1、自动发电控制(AGC)的基本理论自动发电控(Automatic Generation Control)简称AGC，作为现代电网控制 的一项基本功能，它是通过控制发电机有功出力来跟踪电力系统的负荷变化，从 而维持频率等于额定值，同时满足互联电力系统间按计划要求交换功率的一种控 制技术。它的投入将提高电网频率质量，提高经济效益和管理水平。 自动发电控制有四个基本目标：(1) 使全系统的发电出力和负荷功率相匹配；(2) 将电力系统的频率偏差调节到零，保持系统频率为额定值；(3) 控制区域问联络线交换功率与计划值相等，实现各区域内有功功率的平衡；(4) 在区域内各发电厂间进行负荷的经济分配。上述第一个

2、目标与所有发电机的调速器有关，即与频率的一次调整有关。第 二和第三个目标与频率的二次调整有关，也称为负荷频率控制LFC(Load Frequency Control)。通常所说的AGC是指前三项目标，包括第四项目标时，往 往称为AGC但DC(经济调度控制，即Economic Dispatching Control)，但也有把 EDC功能包括在AGC功能之中的。负荷频率控制通过对区域控制偏差(ACE)调整到正常区域或零来实现系统频 率和网间的联络线交换功率的调整。ACE表达式如下：ACE =(P - P )- 10B【f - f )+ K(T - T )(1. 1)A SA ST A S试中：P

3、 , P分别表示实际、预定联络线线功率；T、T分别表示实际电钟时A SA S间和标准时间；f、f分别表示实际、预定系统频率；B表示系统频率偏差系数;ASK 表示电钟偏差系数。T联络线频率偏差控制方式，TBC(Tie Line Bias Control), ACE按上式形成； 定频控制方式，。CFC(Constant FrequencyControl)，ACE不含(P -P )；定净交 AS换功率控制方式 CNIC(Cons tan t Net In terchange Con trol)，ACE 不含(f - f )。ASACE体现的是电网中电力供需不平衡的程度，即在电网实际运行中，由于系统

4、总的发电水平和负荷水平的不一致，导致系统的频率或(和)联络线交换功率与其 额定值(计划值)的偏差。负荷频率控制将ACE分配给AGC受控机组，通过调整机组 的出力来改变系统总的发电水平，以达到将ACE减到零的目的。自动发电控制(AGC)的基本理论1自动发电控制(AGC)概述自动发电控制在当今世界已是普遍应用的一项成熟与综合的技术。它是能量 管理系统(Energy Management System，即EMS)中最重要的控制功能。它的投入 将提高电网频率质量，提高经济效益和管理水平。电力系统频率和有功功率自动控制统称为自动发电控制(AGC)。由于系统发 电机组的输出功率不能与系统总负载功率相平衡，

5、引起系统频率变化。在系统紧急状念时，大量功率缺额引起系统频率的很大偏移。系统正常运行时，因系统中 众多负载瞬息万变，引起系统频率变化58，如图3. 1所示。由于各种负载变动 性质差异，引起系统频率动态响应的性质也不同。负载变动性质可归纳为三种：第一种是幅值小但波动频率较高的随机分量，称为随机波动的负荷分量59， 变化周期一般小于10s,可以由发电机组的惯性和负荷本身的调节效应自然地吸 收掉。对应的调整方式是发电机组的一次调节。如图3. 2：第二种是变化幅值较大的脉动分量，称为分钟级负荷分量，变化周期是10s 到(23)min之间，由于脉动分量引起的频率偏移较大，一次调频是有差调节，调 整结束后

6、，存在频率偏移和联络线父换功率不能维持规定值，更不能保证系统功 率的经济分配。这就需要旌加外界的控制作用，即二次调频，才能将频率调整到 允许范围之内。二次调频是用手动或通过自动装置改变调速器的频率(或功率) 给定值，调节进入原动机的动力元素来维持电力系统频率的调节方法，也称为电 力系统的二次调节。可见，脉动分量是AGC需要调节的主要变量。如图3. 3：420011 速转定额/速转际实100989620406080100实际出力/额定出力图3.3 二次调节第三种是变化缓慢的持续分量，它的变化有一定规律，可根据经验用负荷预测的方法预先估计出来，通过调度部门预先编制系统发电计划与之平衡。2 自动发电

7、控制的一般过程图 3.4 表示某一联合电力系统，由 3 个区域及 3 条联络线组成。各区域内部 有较强的联系，各区域间有较弱的联系。正常情况下，各区域应负责调整自己区 域内的功率平衡。例如，在图3.4的区域B中接入一个新的负荷时，起初联合电 力系统全部汽轮机的转动惯性提供能量，整个联合电力系统的频率下降。系统中 所有机组调节器动作，加大出力，提高频率到某一水平，这时整个电力系统发电与负荷达到新的平衡。一次调节留下了频率偏差f和净交换功率偏差，AGC因 此而动作。提高区域B的发电功率，回复频率达到正常值（f0）和交换功率到 计划值，这就是所谓的二次调节。此外，AGC将随时调整机组出力执行发电计划

8、（包括机组停机），或在非预计的负荷变化积累到一定程度时按经济调度原则重 新分配出力，这就是所谓的三次调节。负荷图 3.4 联合电力系统3 自动发电控制的基本功能和控制方式在互联电力系统中，各区域承担各自的负荷，与外区域按合同卖卖电力。各 区域的调度中心要维持电力系统频率，维持区域间净交换功率为计划值，并希望 区域运行最经济。自动发电控制是满足以上要求的闭环控制系统。具体地说自动 发电控制有以下四个基本控制目标：(1) 使全系统的发电出力和负荷功率相匹配;(2) 将电力系统的频率偏差调节到零，保持系统频率为额定值；(3) 控制区域间联络线交换功率与计划值相等，实现各控制区域有功功率平 衡；(4)

9、 在区域内各发电厂间进行负荷的经济分配。 上述的第一个目标与所有发电机的调速器有关，即与频率的一次调整有关。第二和第三个目标与频率的二次调整有关，也称为负荷频率控制(LoadFrequency Control,即LFC)。通常所说的AGC是指前三项指标，包括第四项指标时，往往被 称为AGC/EDC(经济调度控制，卩Economic Dispatching Control),也有把EDC 功能包括在AGC控制功能之中的。在讨论CPS控制策略时，只针对狭义的AGC，即 LFC。为了实现AGC，要求在调度中心的计算机上运行AGC程序。AGC程序的控制目 标是使由于负荷变动所产生的区域控制偏差ACE(

10、Area Con trol Error)不断减少 直至为零。根据具体控制方式的不同，ACE可以定义为系统频率偏差”、联络线 交换功率偏差AP、联络线交换电量偏差AE或系统电钟时间与天文时间偏差At 等变量的函数。根据ACE中控制变量的选取不同，有三种基本的频率功率控制模式：(1) 定频率控制方式FFC采用定频率控制方式可以保持电网频率不变，即Af二0，该方式适合于独立 的电网或联合电网中的主网中。其区域控制偏差为：ACE = KAf (3. 1)式中K值采用全系统的频率响应特性值0。由于系统中的运行条件不断变化，设 定K值只能在实际测定的条件下达到最好的调节效果，对其它运行条件则不一定 给出很

11、精确的频率特性。然而，只要ACE取负号，频率下降时发电则总是增加的。(2) 定交换功率控制方式FTC采用定交换功率控制方式能保持联络线交换功率的恒定，可用于联合电网中 的小容量电网，这时有主网采用定频率控制，以维持整个联合电网频率稳定。其区域控制偏差为：ACE = AP (3. 2)T式中：apt一联络线交换功率偏差。但是这样的控制方式存在问题：a. 采用FFC控制的区域在频率和功率控制中必须进行大量的发电出力调整，让一 个区域来负担全部系统的频率变化，显然是不公平的。特别是当电厂为汽轮机组， 经常运行在扰动的输出功率情况下，会降低效率，增加机组磨损。b. FTC控制模式不能对FFC控制的区域

12、提供有效的帮助，且存在使系统频率恶化 的反方向的重复调整。c. FFC区域存在大量重复调整。(3) 定频率定交换功率控制方式TBC采用定频率定交换功率控制方式要同时检测系统的频率偏差W和联络线交 换功率偏差AP,判断出负荷变化发生的区域，即由该区域内的调频机组做出相应 的响应，平衡负荷的变动。这是一种同时兼顾了上述两种控制方式的综合控制方 式。即ACE既反映频差W又反映功差AP,这种方式又称为联络线交换功率和频率 偏差控制(Tie line Bias Control)方式。其区域控制偏差为：ACE = AP + KAf (3. 3)现代大型互联系统几乎无一例外地采用这种控制方式。采用这一控制模

13、式， 可以使系统运行达到较理想运行状态。TBC控制模式有以下特点：a.在正常运行时，各区域均履行各自的控制任务。规定各区域内发生的负荷变 化都由该区域调节发电功率来达到平衡，即各区域发电功率的变化是根据区域负 荷的变化来决定。在各区域调节平衡(ACE=0)的稳念情况下，联络线传输的净交 换功率维持在计划值，所有区域共同负担系统频率调节任务，维持系统频率为正 常值。b在事故状态或紧急状态下，如果系统中一个或几个区域不能履行它们的控制 任务，只要整个系统仍处于同步状态，则正常区域可对事故区域进行紧急功率支 援。即在某一区域仍处于调整的暂态过程中或没有能力使ACE=0的非正常情况下, 允许区域传输的

14、净交换功率偏离计划值，通过联络线向事故区域提供支援(此时 非事故区域ACE=0)，以免发生反向调整。c. 不存在FTC控制模式的重复调整的问题。不发生负荷变化的区域ACE=0,不会 出现重复调整。d. 式3. 3中K系数通常设定为区域的自然频率响应特性0值。在Af =0条件下， 全部区域相当于以FTC模式控制；如果不考虑联络线交换功率的变化，即去掉AP 项，则全部区域相当于以FFC模式控制运行。e. 用TBC控制的电网，当某一区域因备用不足不能使其ACE恢复到零，则由于没 有任何一个区域对系统频率负责，系统频率会在较长时间存在偏差。 虽然每个区域的净交换功率维持在计划值，但并不意味着各条联络线

15、的潮流都会 维持在计划值。尽管每个区域的净交换功率与计划值相符合，在功率调整的暂态 过程中，联络线上的潮流不但可能在数值上与计划值不符，甚至还可能在方向上 相反。因此，TBC模式的控制具有比FFC和FTC明显的优点，这也是北美电力可靠性 委员会(NERC)制定CPS标准中，规定各个区域必须采用的控制方式。3.4自动发电控制的基本原理自动发电控制(AGC)由自动控制器装置和计算机程序对频率和有功功率进行 二次调整实现的。所需的信息(如频率，发电机的实发功率，联络线的交换功率 等等)是通过SCADA系统经过上行通道传递到调度控制中心的。然后根据AGC的计 算机软件功能形成对各发电厂(或发电机)的AGC命令，通过下行通道传送到各调频发电厂(或发电机)。此时，ACE的计算公式可写成:ACE = AP -10BAf 二(PTA-P ) -10B(f - f ) (3. 4)SA S式中：P 一实际交换功率，是本区域所有对外联络线实际交换功率代数和；AP计划交换功率，是本区域所有对外联络线计划交换功率代数和；Sf 一电网实际频率；Af 一电网计划频率；SB电网频率偏差系数，MW/0.1Hz,为负值。自动发电控制(AGC)功能通常是分成两部分实现的。既负荷频率控制(LFC)和经济调度(EDC)。通过调节电网中可控发电机组的出力来改变P