基于SCPS標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)電機組AGC控制策略

張永軍，魏路平

（1.浙江省電力試驗研究院，杭州 310014； 2.浙江電力調(diào)度運行技術(shù)中心，杭州 310007）

合理的機組AGC（自動發(fā)電控制）性能評價標(biāo)準(zhǔn)，可以促進機組改善控制策略，約束機組AGC的控制行為，對改善系統(tǒng)的頻率特性有重要作用。同時，如果控制標(biāo)準(zhǔn)可以促使機組的控制目標(biāo)與區(qū)域控制目標(biāo)一致，將更有利于全區(qū)域控制性能的改善。華東電網(wǎng)參照北美電力可靠性協(xié)會（North America Reliable Commit，NERC）提出的控制區(qū)服務(wù)提供者的性能評價標(biāo)準(zhǔn)（Supplier Control Performance Standards,SCPS）， 研 究 該 標(biāo)準(zhǔn)的特點及適用性，于2009年制定并頒布了華東電網(wǎng)控制區(qū)AGC機組性能評價標(biāo)準(zhǔn)（SCPS），即通過計算各發(fā)電廠實際發(fā)出功率和計劃發(fā)出功率的偏差得出標(biāo)準(zhǔn) 1（SCPS1）、標(biāo)準(zhǔn) 2（SCPS2）的值。以各省、市調(diào)度管轄區(qū)域一個月為周期的SCPS指標(biāo)來評價所有AGC機組在一定時間內(nèi)負(fù)荷跟蹤、響應(yīng)AGC信號等輔助服務(wù)的能力。

通過實施SCPS標(biāo)準(zhǔn)，使電網(wǎng)對機組的考核在量化的基礎(chǔ)上體現(xiàn)公平，對機組提供輔助服務(wù)的評價更加合理，鼓勵發(fā)電機組改善AGC控制策略，提高輔助服務(wù)的能力，適應(yīng)區(qū)域控制目標(biāo)，從而進一步改善區(qū)域頻率控制性能。本文通過對SCPS標(biāo)準(zhǔn)的研究提出了相應(yīng)的機組AGC優(yōu)化控制方式，以期全面提高機組AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)和電網(wǎng)的頻率質(zhì)量。

1 SCPS標(biāo)準(zhǔn)及計算

1.1 SCPS標(biāo)準(zhǔn)

SCPS標(biāo)準(zhǔn)考察發(fā)電廠實際發(fā)出功率和計劃發(fā)出功率的偏差，即考慮供應(yīng)控制偏差（Supplier Control Error，SCE），從而直觀地反映機組在測試期間內(nèi)負(fù)荷跟蹤及響應(yīng)AGC信號的能力。

式中：P實際為機組實際發(fā)出功率；P目標(biāo)為控制中心對該機組發(fā)出的功率調(diào)節(jié)指令。

由式（1）可知，SCE值在不同時刻可能為正，也可能為負(fù)，僅憑單個SCE值并不能反映機組的負(fù)荷跟蹤能力，必須考察一定時期內(nèi)的SCE值，考察時間可以是1個月或1 h，在考核期內(nèi)要求每6 s記錄1個SCE值。在此基礎(chǔ)上制定了由SCPS1和SCPS2兩部份組成的SCPS標(biāo)準(zhǔn)，來對AGC服務(wù)的提供者（可以是單臺發(fā)電機組，也可以是多臺發(fā)電機組的等值機）進行控制性能評價。

1.2 SCPS1標(biāo)準(zhǔn)

SCPS1要求機組的控制性能滿足以下條件：（1）長期（如1個月）控制性能滿足SCE≈0。（2）SCE應(yīng)有利于減少電力系統(tǒng)的頻率偏差，或?qū)﹄娏ο到y(tǒng)頻率偏差的影響不超出規(guī)定范圍，應(yīng)滿足：

式中：SCE為機組控制偏差1 min的平均值；Δf為頻率偏差1 min的平均值；PF為機組的分配因子；B為控制區(qū)的頻率偏差系數(shù)（負(fù)值，MW/0.1 Hz）；ε1為互聯(lián)電網(wǎng)對全年1 min頻率平均偏差的均方根的控制目標(biāo)值；ACE為控制區(qū)控制偏差1 min的平均值；γ1為控制區(qū)機組控制偏差的目標(biāo)限值。

SCPS1標(biāo)準(zhǔn)注重判斷SCE是否影響控制區(qū)的ACE，當(dāng)SCE與ACE符號相反時，該SCE對減

或SCE應(yīng)有利于減小控制區(qū)的AGC控制偏差，或?qū)刂茀^(qū)AGC的影響不超出規(guī)定范圍。應(yīng)滿足：小控制區(qū)的ACE是有利的；當(dāng)SCE與ACE符號相同時，則該SCE對減小控制區(qū)ACE是不利的，但如果SCE的數(shù)值較小，但仍滿足式（2）或式（3），則表示該SCE對控制區(qū)ACE的影響未超出規(guī)定的范圍。

SCPS1標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計方法為：

SCPS1標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計指標(biāo)的含義：SCPS1≥200%，表示SCE對減小控制區(qū)的ACE或電力系統(tǒng)的頻率偏差有利；200%>SCPS1≥100%，表示SCE對控制區(qū)的ACE或電力系統(tǒng)的頻率偏差的影響未超出規(guī)定范圍；SCPS1<100%，表示SCE對控制區(qū)的ACE或電力系統(tǒng)的頻率偏差的影響已超出規(guī)定范圍。

1.3 SCPS2標(biāo)準(zhǔn)

SCPS2要求機組每10 min的SCE平均值應(yīng)控制在規(guī)定范圍內(nèi)，即：

式中：Tq為機組AGC性能合格時間；T為機組投入AGC的時間。

SCPS2要求控制區(qū)域內(nèi)的機組（或機組組合）在10 min內(nèi)的平均控制偏差絕對值小于控制目標(biāo)值L10乘以該機組的分配因子，滿足上述要求的時間段記為1個合格點，合格點數(shù)占10 min時間段總個數(shù)的百分比記為SCPS2。要求機組日、月、年的SCPS2高于90%。

由此可見，SCPS標(biāo)準(zhǔn)采用SCPS1對機組AGC的調(diào)節(jié)精度進行了約束和評價，采用SCPS2限制對SCE有利情況下的偏差值。評價方法主要基于測量值的1 min平均值，根據(jù)機組對電網(wǎng)頻率所作的貢獻鼓勵機組增大響應(yīng)速率，積極參與調(diào)頻，抑制超調(diào)或欠調(diào)現(xiàn)象。SCPS與CPS（區(qū)域系統(tǒng)控制性能標(biāo)準(zhǔn)）評價指標(biāo)對區(qū)域頻率偏差和控制偏差的控制目標(biāo)是一致的，區(qū)域內(nèi)機組在滿足SCPS標(biāo)準(zhǔn)的同時，使CPS性能指標(biāo)得到改善。區(qū)域控制目標(biāo)與機組的控制目標(biāo)一致，有利于改善區(qū)域的頻率控制性能。

2 機組控制狀態(tài)分區(qū)

SCPS標(biāo)準(zhǔn)不僅適合于單臺發(fā)電機組，也適用于多臺機組的評價，可實現(xiàn)對AGC機組的調(diào)節(jié)速率和調(diào)節(jié)精度的考核，促使機組相應(yīng)調(diào)整控制策略，以滿足區(qū)域電力系統(tǒng)的要求。

以單臺機組為例（暫不考慮機組分配因子），根據(jù)機組運行狀態(tài)下SCE和ACE的關(guān)系定義不同的控制區(qū)，其控制分區(qū)如圖1所示。

圖1 SCPS控制分區(qū)

圖1中，以區(qū)域內(nèi)ACE為橫坐標(biāo)，機組SCE為縱坐標(biāo)，根據(jù)SCPS1和SCPS2的計算方法及含義，將機組運行狀態(tài)分為6個不同區(qū)域：

（1）當(dāng) SCE和 ACE處于 1區(qū)時， SCPS1≥200%，SCPS2≤L10，此時對區(qū)域電力系統(tǒng)有利。

（2）SCE和ACE處于2區(qū)時，200%>SCPS1≥100%，SCPS2≤L10，滿足區(qū)域系統(tǒng)要求。

（3）SCE和ACE處于3區(qū)時，SCPS1<100%，SCPS2≤L10，此時SCPS1指標(biāo)不符合要求。

（4）當(dāng)SCE和ACE處于4區(qū)時，SCPS1<100%，SCPS2>L10，對區(qū)域系統(tǒng)不利。

（5）當(dāng)SCE和ACE處于5區(qū)時，200%>SCPS1≥100%，SCPS2>L10；SCPS2指標(biāo)不符合要求。

（6）當(dāng)SCE和ACE處于6區(qū)時，SCPS1≥200%，SCPS2>L10，此時對區(qū)域電力系統(tǒng)有利。

機組AGC控制的目的是服務(wù)于區(qū)域電網(wǎng)的穩(wěn)定，因而根據(jù)6個狀態(tài)區(qū)域的特征可知，當(dāng)發(fā)電機組狀態(tài)處于區(qū)域1，2，6時，其控制狀態(tài)有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定，而當(dāng)發(fā)電機組狀態(tài)處于區(qū)域3，4，5時，則需要通過AGC調(diào)節(jié)使機組向有利于系統(tǒng)穩(wěn)定的狀態(tài)進行調(diào)整。

3 基于SCPS標(biāo)準(zhǔn)的機組AGC控制策略

根據(jù)機組運行狀態(tài)的定義，可將AGC劃分為3個控制區(qū)：TIGHT區(qū)、NORMAL區(qū)和RELAXED區(qū)。當(dāng)機組進入不同的控制區(qū)，根據(jù)SCE的變動，機組AGC調(diào)節(jié)策略也有所不同。表1給出了進入不同控制區(qū)的條件及相應(yīng)的對策。

3.1 TIGHT控制區(qū)

進入TIGHT區(qū)的條件為：不論系統(tǒng)頻率在何種范圍，SCPS1≥200%，即SCE的方向?qū)ο到y(tǒng)頻率有利；或200%≥SCPS1>100%且SCE的絕對值小于L10，此時機組不需要參與AGC調(diào)節(jié)。

3.2 NORMAL控制區(qū)

進入NORMAL控制區(qū)，說明SCE不能滿足SCPS1的控制性能要求，區(qū)域SCE對電力系統(tǒng)質(zhì)量的影響已經(jīng)超過了所允許的范圍，需機組參與調(diào)節(jié)。NORMANL區(qū)分正常和輔助調(diào)節(jié)二種方式：當(dāng)SCPS1≤100%且SCE的絕對值大于L10時（對應(yīng)區(qū)域4），對SCE值不進行特殊修正，保持AGC控制方式使 SCE過零（對應(yīng)區(qū)域2）；當(dāng)SCPS1≤100%且SCE的絕對值小于L10時（對應(yīng)區(qū)域3），此時ACE過大，按輔助控制方式進行調(diào)節(jié)，使SCE調(diào)節(jié)到與其反方向的1/3 L10處（對應(yīng)區(qū)域1），AGC控制機組令其迅速使SCE及SCPS1/SCPS2返回到正常范圍。

表1 AGC控制區(qū)與調(diào)整策略

3.3 RELAXED控制區(qū)

進入RELAXED區(qū)，條件為200%＞SCPS1≥100%且SCE大于L10（對應(yīng)區(qū)域5）。此區(qū)域的特點在于：系統(tǒng)ACE在小范圍內(nèi)波動，SCPS1的指標(biāo)正常，但SCPS2的指標(biāo)偏大。此時AGC控制不需要過零，SCE可以控制在同方向SCE的1/3 L10處（對應(yīng)區(qū)域2）。

圖2給出了適應(yīng)SCPS性能的AGC控制策略框圖。

圖2 AGC控制策略

為了適應(yīng)SCPS標(biāo)準(zhǔn)，在SCE調(diào)節(jié)過程中，引入動態(tài)AGC控制區(qū)概念，根據(jù)不同的SCPS實時控制指標(biāo)，使SCE進入3個控制區(qū)，此外還應(yīng)作相應(yīng)的調(diào)整以滿足SCPS標(biāo)準(zhǔn)的需要，如：在區(qū)域控制功能引入實時SCPS性能控制和長期性能指標(biāo)自動矯正環(huán)節(jié)；在SCE的控制區(qū)加一定的控制裕度0.8～0.9，并增加1 min移動平均值和10 min時段累計SCPS1/SCPS2平均值的判別條件，以確保AGC對機組的控制命令有利于控制區(qū)的考核指標(biāo)要求。

4 實際應(yīng)用分析

為驗證上述控制策略的可行性，在某600 MW機組上進行了測試：人工模擬ACE曲線，并以30 s作為SCPS控制周期生成SCE的控制目標(biāo)指令，目標(biāo)指令下發(fā)至DCS后疊加在機組負(fù)荷指令中，通過機組實際負(fù)荷響應(yīng)情況來判斷其是否滿足SCPS標(biāo)準(zhǔn)所要求的響應(yīng)時間及響應(yīng)量。

圖3為測試時的機組負(fù)荷動作曲線。SCE控制指令首先由0 MW變?yōu)?.27 MW，機組實際負(fù)荷由300.19 MW升至302.69 MW，負(fù)荷調(diào)節(jié)量2.50 MW，響應(yīng)時間約10 s；當(dāng)ACE曲線變化后，SCE控制指令由2.27 MW變?yōu)?2.34 MW，機組實際負(fù)荷響應(yīng)由303.84 MW降至299.45 MW，負(fù)荷調(diào)節(jié)量－4.39 MW，響應(yīng)時間約15 s。動作過程中負(fù)荷調(diào)節(jié)量與SCE目標(biāo)指令相差無幾。由此可見，在該運行方式下，機組完全可以迅速準(zhǔn)確地響應(yīng)由于ACE偏差所產(chǎn)生的負(fù)荷調(diào)節(jié)需求。

圖3 負(fù)荷動作曲線

統(tǒng)計較長時間的測試結(jié)果表明：ACE產(chǎn)生的負(fù)荷調(diào)節(jié)需求按預(yù)定目標(biāo)生成SCE控制指令，以使機組出力快速響應(yīng)，測試期間機組實際負(fù)荷響應(yīng)的正確動作率達到90%，其實際負(fù)荷調(diào)節(jié)量平均為目標(biāo)調(diào)節(jié)量的75%，負(fù)荷響應(yīng)時間約15 s。與正常的AGC工況相比，該運行方式下，機組能更迅速準(zhǔn)確地響應(yīng)由于電網(wǎng)頻率偏差或ACE偏差所產(chǎn)生的負(fù)荷調(diào)節(jié)需求，其調(diào)節(jié)精度和響應(yīng)速度均有明顯改善。

5 結(jié)語

SCPS標(biāo)準(zhǔn)可以有效地控制發(fā)電機組嚴(yán)格按照其上報的響應(yīng)速率跟蹤主站的負(fù)荷指令，有利于系統(tǒng)的頻率控制性能；SCPS鼓勵機組提高響應(yīng)速率、積極參與區(qū)域電網(wǎng)一次調(diào)頻，有利于區(qū)域改善其CPS控制指標(biāo)；SCPS與華東電網(wǎng)現(xiàn)行的CPS一脈相承，CPS的執(zhí)行已經(jīng)為SCPS做好了前期準(zhǔn)備，引入SCPS有利于改善華東電網(wǎng)的頻率控制性能，提高系統(tǒng)的控制效率。本文所述控制策略為SCPS標(biāo)準(zhǔn)在華東電網(wǎng)的執(zhí)行提供了一種實用且可行的技術(shù)路線和方式，無論對發(fā)電機組本身調(diào)節(jié)性能的提高，還是對電網(wǎng)頻率控制特性的改善都具有積極的意義。

[1]賈燕冰，高翔，嚴(yán)正.NERC與華東電網(wǎng)AGC評價標(biāo)準(zhǔn)的比較[J].華東電力，2008，36（4）:41-44.

[2]周毅.華東電網(wǎng)CPS考核標(biāo)準(zhǔn)運行分析[J].華東電力，2006，34（5）:41-43.