CN101917060B - 一种自动发电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动发电控制方法，它是采用自动控制发电系统即AGC系统完成的，具体步骤如下：(1)利用SCADA系统采集和计算电网的区域控制误差ACE；(2)对所述ACE值进行滤波；(3)设置ACE调节死区；(4)计算比例调节量；(5)计算负荷爬坡辅助调节量P_set2；(6)计算突变加力调节量P_set3；(7)计算误差积分调节量P_set4；(8)采用标幺值对机组进行出力分配。本发明的有益效果是能够快速、高效、平滑的调整电网有功功率平衡，大大提高了电网运行的经济性和安全性。

Description

一种自动发电控制方法

技术领域

本发明涉及一种自动发电控制方法，属于A1、A2控制标准下自动发电控制。

背景技术

自动发电控制简称AGC(Automatic Generation Control)，它是能量管理系统(EMS)的重要组成部分，按电网调度中心的控制目标将指令发送给有关发电厂或机组，通过电厂或机组的自动控制调节装置，实现对发电机功率的自动控制。

作为华北-华中互联电网的一部分，河北南部电网过去主要采用人工下达指令调节电厂出力。电网调度中心通过各个自动化终端采集到的数据，将频率误差和网间联络线的净交换功率误差进行综合，形成河北南部电网的区域控制误差(Area Control Error)，以下简称为ACE。值班调度员通过电话对发电厂下达机组出力指令，对各发电机组进行有功出力分配，使得ACE趋近于0。

河北南部电网ACE考核标准按北美可靠性委员会(NERC)A1、A2标准进行，由2部分组成：A₁，15min内ACE应至少过零一次，这是为了保证ACE在可控范围之内；A₂，即15min的ACE的平均值，应小于给定的限值，以便控制偏移于计划交易值的电量。

随着我国电力系统的规模越来越大，特别是特高压电网南北互联之后，网间功率交换以及系统负荷变化的幅度加大，传统的人工下达指令调节电厂出力难以适应电网有功调节要求。ACE的大幅波动势必会对电网安全运行造成不良影响。因此对发电机功率进行自动控制，快速、高效、平滑的调整电网有功功率平衡成为当务之急。

目前国内的AGC相关技术大多只是讨论控制模式与考核策略，并且大多论文是建立在仿真算例的基础之上，而在实际电网运行控制中的相关详细、具体的计算与控制方法鲜有论述。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供能够快速、高效、平滑的调整电网有功功率平衡的一种自动发电控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明采用自动控制发电系统即AGC系统完成的，其特征在于具体步骤如下：

(1)利用SCADA系统采集和计算电网的区域控制误差ACE：

ACE＝ΔP+KΔF    (1)

式中，ACE为区域控制误差，单位为Mw；ΔP为当前联络线功率偏差，单位为Mw；K为某地区电网的电网有功_频率特征值，单位为Mw/Hz；ΔF为当前频率偏差值，单位为Hz；

(2)对所述ACE值进行滤波：

滤波方法如下：采用5点平均法，即用最近的5个ACE值，取平均值；

(3)设置ACE调节死区：

ACE调节死区为：|A_f|＞55

A_f为ACE值；

(4)计算比例调节量P_set1：

当A_f突破所述调节死区后，所述AGC系统产生一个比例调节量P_set1；

P_set1＝(|A_f|-55)*1.05*(A_f/|A_f|)，|A_f|＞55    (2)

式中P_set1为比例调节量，1.05为与机组相应特性有关的比例系数；

(5)计算负荷爬坡辅助调节量P_set2；

当A_f突破所述调节死区后，并且某地区电网SCADA系统对负荷P每5秒钟采集计算一次，所述AGC系统对负荷P每15秒计算一次斜率，当负荷斜率A_x大于6MW/min时，负荷爬坡辅助启动，产生负荷爬坡辅助调节量P_set2；

$A_x=\frac{\∂P}{\∂t}=(P_3-P_1)*4---\left(3\right)$

式中，A_x为负荷斜率，单位为Mw/min；P₃为15秒时负荷，P₁为0秒时负荷，P₁、P₃的单位为Mw；

P_set2＝(A_x-6)*7.5，A_x＞6    (4)

式中P_set2为负载爬坡辅助调节量，6为负荷斜率死区值，7.5为系数；

(6)计算突变加力调节量P_set3；

当A_f突破所述调节死区后，并且当电网发生异常，ACE发生突变，对每个A_f由所述AGC系统计算其突变量A_m：

A_m＝(A_f1-A_f2)*60/5＝(A_f1-A_f2)*12    (5)

式中A_m为ACE值的突变量，单位为Mw；A_f1、A_f2分别为前后两个相邻时刻的ACE值的滤波值，然后当A_m大于3Mw时，产生突变加力调节量P_set3：

P_set3＝6*(A_m-3)    (6)

式中：P_set3为突变加力调节量，3为突变量死区，6为系数；

(7)计算误差积分调节量P_set4；

当A_f突破所述调节死区后，并且在一个15min考核期内对A₁持续偏离0轴产生误差积分量A_j，使得A₂趋近于零，当A_j大于误差积分量死区值后，产生误差积分调节量P_set4；

$A_j=\underset{0}{\overset{15\min }{\∫}}{A}_1\∂t=\underset{1}{\overset{180}{\mathrm{\Σ}}}{A}_1---\left(7\right)$

P_set4＝6.29*(A_j-23)    (8)

式中，P_set4为误差积分调节量，A_j为误差积分量，单位为Mw；6.29为系数，23为误差积分量的死区值；

所述P_set1-P_set4的单位均为Mw；

(8)采用标幺值对机组进行出力分配

上述4个调节量产生之后，代数相加得到一个最终的综合调节量P_set，将此综合调节量在各控制机组中进行分配；

分配时采用等小时分配法，即以调节范围为基准值，用机组出力与调节下限的差为偏移量，即标幺值，标幺值＝(机组出力-调节下限)/(机组容量-调节下限)；当P_set为正时即升出力时，按标幺值由低到高的顺序下达指令，按照机组容量的4％依次分配；当所有机组都分配完，则从头开始再次将剩余调节量分配，直至分完；当P_set为负时即降出力时按标幺值由高到低的顺序下达指令，分配方法同上。

本发明的有益效果是能够快速、高效、平滑的调整电网有功功率平衡，大大提高了电网运行的经济性和安全性。

附图说明

图1为AGC系统工作流程图(控制模式)。

图2为AGC系统原理框图。

具体实施方式

实施例(参见图1、2)：

本实施例的具体步骤如下：

1.ACE的采集、计算与滤波

电网中的各个运行单元，包括发电厂以及变电站的各个设备，都有负责采集数据的终端(SCADA系统)，这些终端将采集到的数据通过光纤网络传输到省调自动化机房。然后省调对上述数据进行转换和计算，得到电网运行控制的各个数据，ACE是其中之一。华北电网各区域电网调整采用TBC控制方式。

ACE＝ΔP+KΔF    (1)

其中ΔP为当前联络线功率偏差，K为河北南部电网的电网有功-频率特性值，ΔF为当前频率偏差值。

为了避免AGC控制过于频繁，首先将ACE值进行滤波，滤波方法是：5点平均法，用最近的5个ACE值，取平均值。

由于发电厂机组收到省调AGC指令后，机组调整会有滞后效应(河北南网电源基本为火电，火电机组调节速率相对水电来说较慢)。经过滤波后ACE曲线变化比较缓和，趋势也比较固定，AGC指令也能够有效减少发电机的调节量。

2.设置死区

由于网间联络线及负荷变化频繁，ACE值呈现快速震荡的趋势。为了避免AGC的频繁和过量调整，对ACE值设置了调节死区。河北南网ACE调节死区为55，即A_f值偏离0轴55后，AGC调节程序启动，对机组发出出力调节指令，以将ACE值拉回至0。偏离值低于55后，停止下发指令。

3.比例调节量P_set1的产生

对于A_f突破死区后的值，AGC系统对其产生一个比例调节量P_set1：

P_set1＝(|A_f|-55)*1.05*(A_f/|A_f|)，|A_f|＞55    (2)

其中1.05为与机组相应特性有关的比例系数。

4.负荷爬坡辅助调节量P_set2的产生

由于河北南网负荷峰谷差很大，特别是一些时段负荷呈现快速上升的趋势。对此，当A_f突破所述调节死区后，并且当负荷的变化速率大于一定值后，AGC系统产生负荷爬坡辅助调节量P_set2。河北南网SCADA系统对负荷P每5秒钟采集计算一次，AGC系统对P每15秒计算一次斜率。当负荷斜率A_x大于6MW/min时，负荷爬坡辅助启动，产生负荷爬坡辅助调节量P_set2。

$A_x=\frac{\∂P}{\∂t}=(P_3-P_1)*4,---\left(3\right)$

其中P₃为15秒时负荷，P₁为0秒时负荷。

P_set2＝(A_x-6)*7.5，A_x＞6    (4)

其中6为负荷斜率死区值，7.5为系数，。

5.ACE突变加力调节量P_set3的产生

当电网发生一些异常，如大容量机组掉闸或抽水蓄能机组启动时，此时负荷不会发生大的变化，但ACE值会发生突变，并且数值远远大于死区值，如600MW机组掉闸，A₁瞬间会达到-500Mw。此时需要大量机组迅速调整出力，避免A₁过低或过高引起的频率异常乃至电网事故。因此，对每个A_f计算其突变量A_m：

A_m＝(A_f1-A_f2)*60/5＝(A_f1-A_f2)*12    (5)

其中A_f1、A_f2分别为前后两个相邻时刻的滤波值，然后当A_m大于3MW时，产生突变加力调节量P_set3：

P_set3＝6*(A_m-3)    (6)

其中6为系数，3为突变量死区。

6.对ACE进行误差积分调节

上述各调节量基本能够符合A₁的考核要求。但若A₁长期偏离在50-55附近，当考核期最后几分钟内负荷突变，ACE持续大于死区值，则A₂难以达到考核要求。对此，在一个考核期内(15min)对A₁持续偏离0轴产生误差积分信号A_j，使得A₂趋近于零。当A_j大于误差积分量死区值后，产生误差积分调节量P_set4。

$A_j=\underset{0}{\overset{15\min }{\∫}}{A}_1\∂t=\underset{1}{\overset{180}{\mathrm{\Σ}}}{A}_1---\left(7\right)$

P_set4＝6.29*(A_j-23)    (8)

其中6.29为系数，23为误差积分量死区值。

7.采用标幺值对机组进行出力分配

上述4个调节量产生之后，代数相加得到一个最终的综合调节量P_set，将此调节量在各控制机组中进行分配。

分配时采用等小时分配法，即以调节范围为基准值，用机组出力与调节下限的差为偏移量(标幺值)。标幺值＝(机组出力-调节下限)/(机组容量-调节下限)。如沧东电厂#2发电机，容量600MW，此时出力400MW，则标幺值为(400-300)/(600-300)＝0.333。升出力(P_set为正)时，按标幺值由低到高的顺序下达指令，按照机组容量的4％依次分配。若所有机组都分配完，则从头开始再次将剩余调解量分配，直至分完。降出力时(P_set为负)按标幺值由高到低的顺序下达指令，分配方法同上。

AGC系统工作流程如图1所示，图示工作流程以15秒为一个循环周期。SCADA系统将采集到的数据传入AGC系统之后，经过滤波，产生滤波后的ACE曲线。如果未超出死区，则AGC系统程序不进行调节；如果超出死区，则AGC系统开始计算突变量、积分量以及负荷斜率。由比例调节、突变加力、积分量调节、爬坡助力产生的各调节量相加，得到一个总调节量。然后对各控制机组计算并传出调节量。

图2为AGC系统原理框图，表述了某地区电网AGC系统对控制机组发出调节指令来控制电网频率的过程，例如，第一发电机组将接收的来自省级调度中心AGC系统的AGC调节量P_set1与自身发电出力P₁₁在第一比较器中相加后得到当前出力的目标值P₁₂，然后由第一发电机组控制系统调节发电机组出力。

Claims (1)

1.一种自动发电控制方法，它是采用自动控制发电系统即AGC系统完成的，其特征在于具体步骤如下：

(1)利用SCADA系统采集和计算电网的区域控制误差ACE：

ACE＝ΔP+KΔF                             (1)

式中，ACE为区域控制误差，单位为Mw；ΔP为当前联络线功率偏差，单位为Mw；K为某地区电网的电网有功-频率特征值，单位为Mw/Hz；ΔF为当前频率偏差值，单位为Hz；

(2)对所述ACE值进行滤波：

滤波方法如下：采用5点平均法，即用最近的5个ACE值，取平均值；

(3)设置ACE调节死区：

ACE调节死区为：|A_f|＞55

A_f为ACE值；

(4)计算比例调节量P_set1：

当A_f突破所述调节死区后，所述AGC系统产生一个比例调节量P_set1；

P_set1＝(|A_f|-55)*1.05*(A_f/|A_f|)，|A_f|＞55  (2)

式中P_set1为比例调节量，1.05为与机组相应特性有关的比例系数；

(5)计算负荷爬坡辅助调节量P_set2；

当A_f突破所述调节死区后，并且某地区电网SCADA系统对负荷P每5秒钟采集计算一次，所述AGC系统对负荷P每15秒计算一次斜率，当负荷斜率A_x大于6MW/min时，负荷爬坡辅助启动，产生负荷爬坡辅助调节量P_set2；

$A_X=\frac{\∂P}{\∂t}=(P_3-P_1)*4,---\left(3\right)$

式中，A_x为负荷斜率，单位为MW/min，P₃为15秒时负荷，P₁为0秒时负荷，P₁、P₃的单位为Mw；

P_set2＝(A_X-6)*7.5，A_X＞6                (4)

式中P_set2为负荷爬坡辅助调节量，6为负荷斜率死区值，7.5为系数；

(6)计算突变加力调节量P_set3；

当A_f突破所述调节死区后，并且当电网发生异常，ACE发生突变，对每个A_f由所述AGC系统计算其突变量A_m：

A_m＝(A_f1-A_f2)*60/5＝(A_f1-A_f2)*12        (5)

式中A_m为ACE值的突变量，单位为Mw；A_f1、A_f2分别为前后两个相邻时刻的ACE值的滤波值，然后当A_m大于3Mw时，产生突变加力调节量P_set3：

P_set3＝6*(A_m-3)                         (6)

式中：P_set3为突变加力调节量，3为突变量死区值，6为系数；

(7)计算误差积分调节量P_set4；

当A_f突破所述调节死区后，并且在一个15min考核期内对A_f持续偏离0轴产生误差积分信号A_j，使得A2趋近于零，当A_j大于误差积分量死区值后，产生误差积分调节量P_set4；

$A_j=\underset{0}{\overset{15\min }{\∫}}{A}_f\∂t=\underset{1}{\overset{180}{\mathrm{\Σ}}}{A}_f---\left(7\right)$

式中，A_f为ACE值；A₂为15min的区域控制误差ACE的平均值；

P_set4＝6.29*(A_j-23)             (8)

式中，P_set4为误差积分调节量，A_j为误差积分量，单位为Mw；6.29为系数，23为误差积分量的死区值；

所述P_set1、P_set2、P_set3、P_set4的单位均为Mw；

(8)采用标幺值对机组进行出力分配

上述4个调节量产生之后，代数相加得到一个最终的综合调节量P_set，将此综合调节量在各控制机组中进行分配；

分配时采用等小时分配法，即以调节范围为基准值，用机组出力与调节下限的差为偏移量，即标幺值，标幺值＝(机组出力-调节下限)/(机组容量-调节下限)；当P_set为正时即升出力时，按标幺值由低到高的顺序下达指令，按照机组容量的4％依次分配；当所有机组都分配完，则从头开始再次将剩余调节量分配，直至分完；当P_set为负时即降出力时按标幺值由高到低的顺序下达指令，分配方法同上。

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