自动发电控制(AGC)的基本理论

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：

()()()[]S A T S A S A T T K f f B P P ACE -+---=10 (1．1) 试中：A P ,S P 分别表示实际、预定联络线线功率；A T 、S T 分别表示实际电钟时间和标准时间；A f 、S f 分别表示实际、预定系统频率；B 表示系统频率偏差系数；T K 表示电钟偏差系数。

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(S A P P -)；定净交换功率控制方式CNIC(Constant Net Interchange Control)，ACE 不含(S A f f -)。 ACE 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，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：

图3．1 负载变动性质

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：

图3．2 扰动后一次调节的频率曲线

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l0s 到(2~3)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，存在频率偏移和联络线交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：

实际转速/额定转速

102

104

10698

96100

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（0f ）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（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。

B

A C

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） 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，即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(Area Control 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f ∆、联络线交换功率偏差P ∆、联络线交换电量偏差E ∆或系统电钟时间与天文时间偏差t ∆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0=∆f ，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：

f K ACE ∆= (3．1)

式中K 值采用全系统的频率响应特性值β。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：

T P ACE ∆= (3．2)

式中：T P ∆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 控制的区域提供有效的帮助，且存在使系统频率恶化