能量管理系统_EMS_第5讲自动发电控制
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自动发电控制通过一个闭环控制系统实现。自 动发电控制从 SCADA 获得实时测量数据, 计算出 各电厂或各机组的控制命令, 再通过 SCADA 送到 各电厂的电厂控制器。由电厂控制器调节机组功率, 使之跟踪A GC 的控制命令。
自动发电控制的总体结构示于图4。这里主要有 3个控制环: 计划跟踪环、区域调节控制环和机组控 制环。区域计划跟踪控制的目的是按计划提供发电 基点功率, 如图4所示, 它与负荷预测、机组经济组 合、水电计划及交换功率计划有关, 担负主要调峰任 务。如没有上述计划软件, 全部发电计划应由人工填 写, 这是调度员难以承受的任务。区域调节控制的目 的是使区域控制误差 (A CE ) 调到零, 这是 A GC 的 核 心。功 能 是 A GC 计 算 出 消 除 区 域 控 制 误 差 (A CE ) 各机组需增减的调节功率, 将这一可调分量 加到机组跟踪计划的基点功率之上, 得到设置发电 值发往电厂控制器。机组控制是由基本控制回路去 调节机组控制误差到零, 在许多情况下 (特别是水电 厂) , 一台电厂控制器能同时控制多台机组,A GC 的 信号送到电厂控制器后, 再分到各台机组。
CFC 方式去掉 (1) 式中 ∃P T i 的项, CN IC 方式
去掉 (1) 式中的 Βi ∃f 项。
若考虑时差校正和交换电量校正,A CE 的增量
分别为 Βi ∃f 0 和 - ∃ I i。CFC , CN IC 方式分别只有 时差校正和交换电量校正。
式中 Βi 为区域 i 的频率偏差因子; ∃f = f - f 0, 为 频 率偏差; ∃ P T i = P T i - I i, 为区域 i 的交换 功率偏差; P T i 为区域 i 的净交换功率; I i 为区 域 i 的计划交换功率; ∃f 0 为时差; ∃ I i 为区域 i 的净交换电量差。
分配出力, 这就是所谓的三次调节。
A
B
负荷 C
图1 联合电力系统 Fig. 1 In terconnected power system
图2 扰动后一次调节的频率变化 F ig12 Frequency chang ing process resulted from
f irst regula ting dev ices af ter d isturbance
(2) 运行区控制模式 联络线与频率偏差控制 (TBC) ; 恒定频率控制 (CFC) ; 恒定净交换功率控制 (CN IC)。 (3) 电厂控制器 (PL C) 状态 PL C 离线; PL C 由电厂当地控制; PL C 自动发
电控制; PL C 人工设置出力水平。 (4) 电厂控制器 (PL C) 基点设置 由计划模块取数; 在线经济调度; 按容量取数。 (5) 机组调节模式 不调节; 紧急区调节; 辅助区 (紧急区) 调节; 正
和区域净交换功率。根据不同的目的, 自动发电控制
(A GC) 分为三种控制方式:
(1) 联络线和频率偏差控制 (TBC: tie line b ia s
con t ro l) ;
(2) 恒定频率控制 (CFC: con stan t frequcncy
con t ro l) ;
(3) 恒定净交换功率控制 (CN IC: con stan t net
负荷预测
发电计划 跟踪控制 发电计划
机组组合 水电计划
交换计划
ACE 调节控制
机组分担
∃f
电力
机组控制
调速器 汽轮机
系统 PG
ห้องสมุดไป่ตู้
图4 AGC总体结构 Fig. 4 AGC overall structure
513 AGC 控制方式和区域控制误差 (ACE) 51311 A GC 控制方式
自动发电控制 (A GC) 的目的, 是控制系统频率
显然, 对于孤立电力系统而言, 自动发电控制
(A GC) 采用的是恒定频率控制, 即自动频率调整
(A FC ) ; 与大系统联合运行的小系统, 可以采用恒
定净交换功率控制; 大系统的自动发电控制 (A GC)
只能采用联络线和频率偏差控制。
514 AGC 对机组功率的分配
A GC 对机组功率的分配包括两个部分:
如图6所示, 系统负荷预测、机组组合、水电计划 和交换计划均与发电计划协调, 并经过发电计划与 A GC 相联系。这种联系一种是按负荷曲线以周期的 形式实现, 一种是计划外的负荷变动的消化。
机组组合
负荷预测
安全约束调度
计划
发电计划
A GC
状态
限制
潮流
状态估计 网损修正 潮流
水电计划
交换计划
最优潮流
图6 自动发电控制 (AGC) 在其它应用软件支持下工作 Fig. 6 Operation of AGC under support of other application software
1997 年 5 月 电 力 系 统 自 动 化 第 21 卷 第 5 期 A u tom a tion of E lectric Pow er System s
75
能量管理系统 (EM S)
第5讲 自动发电控制
周京阳 于尔铿
(电力科学研究院 100085 北京)
摘 要 介绍自动发电控制基本原理, 包括一般过程、自动发电的控制方式、机组功率分配以及 A GC 的实现等, 重点讨论与能量管理系统 (EM S) 其它软件的关系及与调度员的关系。
式中 ∃P sij 为区域 i 机组 j 的调节功率增量; P sij 为 区域 i 机组 j 测试后的功率设置点; P oij 为区 域 i 机组 j 实发功率点。
515 AGC 有关模型
利用计算机实现A GC, 可以方便地采用各种较
完善的模型, 而且这些模型还在发展之中。
A GC 采用的模型主要包括: 经济调度、网络损
在互联电力系统中, 各区域承担各自的负荷, 与 外区域按合同买卖电力。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。电力系统正常运行状态下的基本 目标是:
(1) 响应负荷和发电的随机变化, 维持电力系 统频率为规定值 (50±011 H z) ;
(2) 在各区域间分配系统发电功率, 维持区域 间净交换功率为计划值;
(3) 对周期性的负荷变化按发电计划调整出 力, 对偏离预计的负荷, 实现在线经济负荷分配。 512 AGC 的一般过程
图1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1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 (图
常区 (辅助区和紧急区) 调节。 此外, 还有大量自动发电控制 (A GC ) 用参数,
此处难以详细列举。 516 AGC 与其它应用的关系
A GC 是 EM S 的有机组成部分, 是在其它应用 软件的支持下工作的, 例如: 发电计划、负荷预测、机 组组合、水电计划、交换计划、状态估计、安全约束调 度和最优潮流等。此外, A GC 的实现与系统调度员 和电厂调度员有着密切的关系。
1997- 03- 15收稿。
2)。一次调节留下了频率偏差 ∃f 和净交换功率偏 差, A GC 因此而动作。提高区域B 的发电功率, 恢复 频率到达正常值 (f 0) 和交换功率到计划值, 这就是 所谓的二次调节 (图3)。此外, A GC 将随时间调整机 组出力执行发电计划 (包括机组启停) , 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
关键词 电力系统 自动发电控制 能量管理系统
自动发电控制 (A GC ) 是能量管理系统 (EM S) 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。
自动发电控制在“当今世界已是普遍应用的成 熟技术, 是一项综合技术”。我国几个主要电力系统 在60年代初都试验过自动频率调整 (A FC ) , 而到了 90年代直接引进的自动发电控制还未能全部正常运 行, 实现真正的A GC 还有艰苦的路程。 511 自动发电控制功能
计算或人工输入。
计算出的机组 j 新的功率设置点要经过测试求
出满足各种限制的功率设置点 P sij ′。这些测试包 括: 调节功率反向延时、机组相应速率、机组出力上
下限、死区限制、避开机组振动区和许可调节区检
查。
A GC 分配给机组的功率增量为:
∃ P sij = P sij ′- P oij
(6)
失、备用、区域控制误差 (A CE )、A GC 状态、运行区
和电厂控制器等, 关于经济调度和网络损失模型将
在以后各讲中详细介绍, 这里仅介绍其它部分模型。
51511 A CE 死区和控制区
按 照区域控制误差 (A CE ) 的大小划分为: 死
区、正常调节区、辅助调节区和紧急辅助调节区 (如
图5所示) , 对应每个调节区计算调节功率 P R 时采用 不同的增益。
(1) 按经济调度原则分配计划负荷和计划外负
荷, 送出基点功率;
(2) 将消除区域控制误差 (A CE ) 所需的调节功 率 P R 分配给机组。
对 于 区 域 控 制 误 差 (A CE ) , 自 动 发 电 控 制
(A GC) 发出的调节功率 P R 按比例积分式计算:
∫t
PRi = GIi A CE i dt + GpiA CE i = P Ii + P Pi
技术讲座 周京阳等 能量管理系统 (EM S) : 第5讲 自动发电控制
77
∑Αij = 1
(4)
j∈i
Βij 为区域 i 机组 j 调节能力系数:
∑Βij = 1
(5)
j∈i
P sij 为区域 i 机组 j 新的功率设置点;
P bij 为区域 i 机组 j 基点功率, 按经济调度原则
图5 按区域控制误差 (ACE) 大小划分调节区 F ig15 D iv id ing regula ting reg ion accord ing to ACE
此外, 还可以考虑 A CE 的积分因素对增益加 以修正或变化各调节区的边界。 51512 A GC 状态模型
(1) A GC 运行状态 在线状态: A GC 计算和控制; 退出状态: A GC 不进行计算和控制; 监视状态: A GC 进行部分计算, 不发命令。
图3 AGC 对调速器的二次调节 F ig13 Secondary regula tion effect
of AGC on governor
76
从 A GC 来说, 一次调节是系统的自然特性, 希 望快速而平稳; 二次调节不仅考虑机组的调节特性, 还要考虑到安全 (备用) 和经济特性; 三次调节则主 要考虑安全和经济, 必要的话甚至可以校验网络潮 流的安全性。这些调节所设定的周期随区域控制误 差 (A CE) 的大小而不同, 一般数据采集 (SCADA ) 采 样周期为1～ 2 s, 自动发电控制 (A GC ) 启动周期为 4～ 8 s, 经济调度的启动周期由几秒钟到几分钟甚 至几十分钟。
in terchange con t ro l)。
51312 区域控制误差 (A CE) 区域控制误差 (A CE ) 是实际发电与控制目标
之差。控制方式不同, A CE 的计算方法也不同。
若区域 i 采用 TBC 方式, A C E i 为:
A C E i = Βi ∃f + ∃ 1 T i
(1)
A GC 所需的负荷预测不仅是短期的 (日～ 周) , 还需要超短期的 (几分钟～ 几小时) , 尤其是在升负 荷阶段。超短期负荷预报与发电计划相结合, 安排升 负荷阶段慢速机组每10 m in 的计划值, 达到尽可能 密切的调峰跟踪, 这有助于实现A GC。
(2)
0
式中 G I 为积分增益; GP 为比例增益; P I 为稳态调
节功率; P P 为暂态调节功率。
区域 i 的A GC 的调节功率 P R i 可以按下面的线
性公式分配到区域 i 中的具体机组:
P sij = P bij + (Αij P ij + Βij P P i)
(3)
式中 Αij 为区域 i 机组 j 的经济负荷分配系数, 它反 比于该机组的发电费用微增率, 并且:
自动发电控制的总体结构示于图4。这里主要有 3个控制环: 计划跟踪环、区域调节控制环和机组控 制环。区域计划跟踪控制的目的是按计划提供发电 基点功率, 如图4所示, 它与负荷预测、机组经济组 合、水电计划及交换功率计划有关, 担负主要调峰任 务。如没有上述计划软件, 全部发电计划应由人工填 写, 这是调度员难以承受的任务。区域调节控制的目 的是使区域控制误差 (A CE ) 调到零, 这是 A GC 的 核 心。功 能 是 A GC 计 算 出 消 除 区 域 控 制 误 差 (A CE ) 各机组需增减的调节功率, 将这一可调分量 加到机组跟踪计划的基点功率之上, 得到设置发电 值发往电厂控制器。机组控制是由基本控制回路去 调节机组控制误差到零, 在许多情况下 (特别是水电 厂) , 一台电厂控制器能同时控制多台机组,A GC 的 信号送到电厂控制器后, 再分到各台机组。
CFC 方式去掉 (1) 式中 ∃P T i 的项, CN IC 方式
去掉 (1) 式中的 Βi ∃f 项。
若考虑时差校正和交换电量校正,A CE 的增量
分别为 Βi ∃f 0 和 - ∃ I i。CFC , CN IC 方式分别只有 时差校正和交换电量校正。
式中 Βi 为区域 i 的频率偏差因子; ∃f = f - f 0, 为 频 率偏差; ∃ P T i = P T i - I i, 为区域 i 的交换 功率偏差; P T i 为区域 i 的净交换功率; I i 为区 域 i 的计划交换功率; ∃f 0 为时差; ∃ I i 为区域 i 的净交换电量差。
分配出力, 这就是所谓的三次调节。
A
B
负荷 C
图1 联合电力系统 Fig. 1 In terconnected power system
图2 扰动后一次调节的频率变化 F ig12 Frequency chang ing process resulted from
f irst regula ting dev ices af ter d isturbance
(2) 运行区控制模式 联络线与频率偏差控制 (TBC) ; 恒定频率控制 (CFC) ; 恒定净交换功率控制 (CN IC)。 (3) 电厂控制器 (PL C) 状态 PL C 离线; PL C 由电厂当地控制; PL C 自动发
电控制; PL C 人工设置出力水平。 (4) 电厂控制器 (PL C) 基点设置 由计划模块取数; 在线经济调度; 按容量取数。 (5) 机组调节模式 不调节; 紧急区调节; 辅助区 (紧急区) 调节; 正
和区域净交换功率。根据不同的目的, 自动发电控制
(A GC) 分为三种控制方式:
(1) 联络线和频率偏差控制 (TBC: tie line b ia s
con t ro l) ;
(2) 恒定频率控制 (CFC: con stan t frequcncy
con t ro l) ;
(3) 恒定净交换功率控制 (CN IC: con stan t net
负荷预测
发电计划 跟踪控制 发电计划
机组组合 水电计划
交换计划
ACE 调节控制
机组分担
∃f
电力
机组控制
调速器 汽轮机
系统 PG
ห้องสมุดไป่ตู้
图4 AGC总体结构 Fig. 4 AGC overall structure
513 AGC 控制方式和区域控制误差 (ACE) 51311 A GC 控制方式
自动发电控制 (A GC) 的目的, 是控制系统频率
显然, 对于孤立电力系统而言, 自动发电控制
(A GC) 采用的是恒定频率控制, 即自动频率调整
(A FC ) ; 与大系统联合运行的小系统, 可以采用恒
定净交换功率控制; 大系统的自动发电控制 (A GC)
只能采用联络线和频率偏差控制。
514 AGC 对机组功率的分配
A GC 对机组功率的分配包括两个部分:
如图6所示, 系统负荷预测、机组组合、水电计划 和交换计划均与发电计划协调, 并经过发电计划与 A GC 相联系。这种联系一种是按负荷曲线以周期的 形式实现, 一种是计划外的负荷变动的消化。
机组组合
负荷预测
安全约束调度
计划
发电计划
A GC
状态
限制
潮流
状态估计 网损修正 潮流
水电计划
交换计划
最优潮流
图6 自动发电控制 (AGC) 在其它应用软件支持下工作 Fig. 6 Operation of AGC under support of other application software
1997 年 5 月 电 力 系 统 自 动 化 第 21 卷 第 5 期 A u tom a tion of E lectric Pow er System s
75
能量管理系统 (EM S)
第5讲 自动发电控制
周京阳 于尔铿
(电力科学研究院 100085 北京)
摘 要 介绍自动发电控制基本原理, 包括一般过程、自动发电的控制方式、机组功率分配以及 A GC 的实现等, 重点讨论与能量管理系统 (EM S) 其它软件的关系及与调度员的关系。
式中 ∃P sij 为区域 i 机组 j 的调节功率增量; P sij 为 区域 i 机组 j 测试后的功率设置点; P oij 为区 域 i 机组 j 实发功率点。
515 AGC 有关模型
利用计算机实现A GC, 可以方便地采用各种较
完善的模型, 而且这些模型还在发展之中。
A GC 采用的模型主要包括: 经济调度、网络损
在互联电力系统中, 各区域承担各自的负荷, 与 外区域按合同买卖电力。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。电力系统正常运行状态下的基本 目标是:
(1) 响应负荷和发电的随机变化, 维持电力系 统频率为规定值 (50±011 H z) ;
(2) 在各区域间分配系统发电功率, 维持区域 间净交换功率为计划值;
(3) 对周期性的负荷变化按发电计划调整出 力, 对偏离预计的负荷, 实现在线经济负荷分配。 512 AGC 的一般过程
图1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1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 (图
常区 (辅助区和紧急区) 调节。 此外, 还有大量自动发电控制 (A GC ) 用参数,
此处难以详细列举。 516 AGC 与其它应用的关系
A GC 是 EM S 的有机组成部分, 是在其它应用 软件的支持下工作的, 例如: 发电计划、负荷预测、机 组组合、水电计划、交换计划、状态估计、安全约束调 度和最优潮流等。此外, A GC 的实现与系统调度员 和电厂调度员有着密切的关系。
1997- 03- 15收稿。
2)。一次调节留下了频率偏差 ∃f 和净交换功率偏 差, A GC 因此而动作。提高区域B 的发电功率, 恢复 频率到达正常值 (f 0) 和交换功率到计划值, 这就是 所谓的二次调节 (图3)。此外, A GC 将随时间调整机 组出力执行发电计划 (包括机组启停) , 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
关键词 电力系统 自动发电控制 能量管理系统
自动发电控制 (A GC ) 是能量管理系统 (EM S) 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。
自动发电控制在“当今世界已是普遍应用的成 熟技术, 是一项综合技术”。我国几个主要电力系统 在60年代初都试验过自动频率调整 (A FC ) , 而到了 90年代直接引进的自动发电控制还未能全部正常运 行, 实现真正的A GC 还有艰苦的路程。 511 自动发电控制功能
计算或人工输入。
计算出的机组 j 新的功率设置点要经过测试求
出满足各种限制的功率设置点 P sij ′。这些测试包 括: 调节功率反向延时、机组相应速率、机组出力上
下限、死区限制、避开机组振动区和许可调节区检
查。
A GC 分配给机组的功率增量为:
∃ P sij = P sij ′- P oij
(6)
失、备用、区域控制误差 (A CE )、A GC 状态、运行区
和电厂控制器等, 关于经济调度和网络损失模型将
在以后各讲中详细介绍, 这里仅介绍其它部分模型。
51511 A CE 死区和控制区
按 照区域控制误差 (A CE ) 的大小划分为: 死
区、正常调节区、辅助调节区和紧急辅助调节区 (如
图5所示) , 对应每个调节区计算调节功率 P R 时采用 不同的增益。
(1) 按经济调度原则分配计划负荷和计划外负
荷, 送出基点功率;
(2) 将消除区域控制误差 (A CE ) 所需的调节功 率 P R 分配给机组。
对 于 区 域 控 制 误 差 (A CE ) , 自 动 发 电 控 制
(A GC) 发出的调节功率 P R 按比例积分式计算:
∫t
PRi = GIi A CE i dt + GpiA CE i = P Ii + P Pi
技术讲座 周京阳等 能量管理系统 (EM S) : 第5讲 自动发电控制
77
∑Αij = 1
(4)
j∈i
Βij 为区域 i 机组 j 调节能力系数:
∑Βij = 1
(5)
j∈i
P sij 为区域 i 机组 j 新的功率设置点;
P bij 为区域 i 机组 j 基点功率, 按经济调度原则
图5 按区域控制误差 (ACE) 大小划分调节区 F ig15 D iv id ing regula ting reg ion accord ing to ACE
此外, 还可以考虑 A CE 的积分因素对增益加 以修正或变化各调节区的边界。 51512 A GC 状态模型
(1) A GC 运行状态 在线状态: A GC 计算和控制; 退出状态: A GC 不进行计算和控制; 监视状态: A GC 进行部分计算, 不发命令。
图3 AGC 对调速器的二次调节 F ig13 Secondary regula tion effect
of AGC on governor
76
从 A GC 来说, 一次调节是系统的自然特性, 希 望快速而平稳; 二次调节不仅考虑机组的调节特性, 还要考虑到安全 (备用) 和经济特性; 三次调节则主 要考虑安全和经济, 必要的话甚至可以校验网络潮 流的安全性。这些调节所设定的周期随区域控制误 差 (A CE) 的大小而不同, 一般数据采集 (SCADA ) 采 样周期为1～ 2 s, 自动发电控制 (A GC ) 启动周期为 4～ 8 s, 经济调度的启动周期由几秒钟到几分钟甚 至几十分钟。
in terchange con t ro l)。
51312 区域控制误差 (A CE) 区域控制误差 (A CE ) 是实际发电与控制目标
之差。控制方式不同, A CE 的计算方法也不同。
若区域 i 采用 TBC 方式, A C E i 为:
A C E i = Βi ∃f + ∃ 1 T i
(1)
A GC 所需的负荷预测不仅是短期的 (日～ 周) , 还需要超短期的 (几分钟～ 几小时) , 尤其是在升负 荷阶段。超短期负荷预报与发电计划相结合, 安排升 负荷阶段慢速机组每10 m in 的计划值, 达到尽可能 密切的调峰跟踪, 这有助于实现A GC。
(2)
0
式中 G I 为积分增益; GP 为比例增益; P I 为稳态调
节功率; P P 为暂态调节功率。
区域 i 的A GC 的调节功率 P R i 可以按下面的线
性公式分配到区域 i 中的具体机组:
P sij = P bij + (Αij P ij + Βij P P i)
(3)
式中 Αij 为区域 i 机组 j 的经济负荷分配系数, 它反 比于该机组的发电费用微增率, 并且: