自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）技術(shù)的運(yùn)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(guó)電力企業(yè)不斷加快電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展，電力系統(tǒng)不斷朝向調(diào)度自動(dòng)化、智能化方向邁進(jìn)。電力系統(tǒng)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了對(duì)電能生產(chǎn)、傳輸與管理的自動(dòng)控制、調(diào)度與管理[1]。目前，自動(dòng)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(dòng)化裝置等，形成了一個(gè)整體閉環(huán)式控制系統(tǒng)。通過對(duì)電力系統(tǒng)頻率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與快速調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)出力的自動(dòng)化控制[2]。目前，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家自動(dòng)發(fā)電控制的發(fā)展趨勢(shì)主要有零散發(fā)電預(yù)測(cè)與跟蹤、環(huán)境污染背景下綜合燃料的計(jì)劃性控制等[3]。

1 自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）概述

1.1 自動(dòng)發(fā)電控制基本功能

自動(dòng)發(fā)電控制通過對(duì)電網(wǎng)機(jī)組的二次調(diào)整來滿足控制目標(biāo)，降低運(yùn)行成本[4]。當(dāng)前，自動(dòng)發(fā)電控制投入到電力系統(tǒng)自動(dòng)化調(diào)度建設(shè)應(yīng)用中，主要是為了解決電力系統(tǒng)運(yùn)行頻率調(diào)節(jié)與負(fù)荷分配的問題，同時(shí)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(yùn)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(duì)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(huì)引發(fā)電力系統(tǒng)波動(dòng)，造成頻率的崩潰[5]。

1.2 自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)組成

這里介紹一種結(jié)合自動(dòng)裝置與計(jì)算機(jī)程序，對(duì)系統(tǒng)頻率與有功功率進(jìn)行二次調(diào)整的自動(dòng)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(shí)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(duì)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(shí)際負(fù)荷[6]。

2 自動(dòng)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(yùn)行的條件，在電網(wǎng)頻率與對(duì)外凈交換功率計(jì)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(dòng)發(fā)電控制技術(shù)的重要研究?jī)?nèi)容。對(duì)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(gè)伺服閥和一個(gè)液壓伺服閥馬達(dá)構(gòu)成，低功率水平運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)換為高功率水平運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而對(duì)高壓蒸汽管道的蒸汽閥進(jìn)行開閉操作。

2.2.2 原動(dòng)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(shí)，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(shí)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(yùn)行為n1時(shí)，發(fā)電總負(fù)荷與用電總負(fù)荷平衡，即PG1=PL1，此時(shí)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(shí)，控制發(fā)電總負(fù)荷平衡，系統(tǒng)工作點(diǎn)位a時(shí)，工作頻率為fa，則工作頻率減少Δfa，此時(shí)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(diǎn)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(duì)各機(jī)組的控制響應(yīng)速率決定了AGC的整體性能?？蓪C(jī)組鍋爐控制與汽輪機(jī)控制視為一個(gè)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(yùn)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?，F(xiàn)階段，燃煤火電機(jī)組為了實(shí)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）?，F(xiàn)階段，我國(guó)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(hào)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(hào)接口

3 自動(dòng)發(fā)電控制技術(shù)的應(yīng)用

自動(dòng)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(dòng)發(fā)電控制在長(zhǎng)期實(shí)踐中存在較高的磨損度，同時(shí)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(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)與投入運(yùn)營(yíng)。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(shí)際運(yùn)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(jì)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(dòng)AGC系統(tǒng)建設(shè)，通過全廠控制輪流集中在一臺(tái)或多臺(tái)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(yùn)行穩(wěn)定，控制指標(biāo)均滿足調(diào)節(jié)需求，在國(guó)內(nèi)處于較高水平。

4 結(jié) 論

隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)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(guó)自動(dòng)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(duì)電網(wǎng)頻率實(shí)行手動(dòng)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(yùn)用能夠快速、實(shí)時(shí)減小供需偏差，以平衡用電負(fù)荷。自動(dòng)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(duì)于提高電網(wǎng)自動(dòng)化水平具有重要意義?？梢?，要扎實(shí)提高AGC機(jī)組調(diào)節(jié)水平、控制頻率與網(wǎng)間潮流，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化調(diào)控，從而降低調(diào)控成本。

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