能量管理系统_EMS_第5讲自动发电控制

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。
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。
(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
(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
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:
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
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。
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
(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
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
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
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。
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)
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- 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
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) ;
分配出力, 这就是所谓的三次调节。
A
wk.baidu.com
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
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。
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)
(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:
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
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∑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
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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。
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
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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