自動發(fā)電控制的基本原理及應(yīng)用

PAGE1PAGEPAGE266TOC\o"1-3"\h\z自動發(fā)電控制的基本原理及應(yīng)用 3第一章自動發(fā)電控制（AGC）在電力系統(tǒng)中的作用 3第一節(jié)自動發(fā)電控制（AGC）發(fā)展概況 3第二節(jié)自動發(fā)電控制（AGC）與電力系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)運(yùn)行 5第三節(jié)自動發(fā)電控制（AGC）與電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 12第四節(jié)自動發(fā)電控制（AGC）與電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行 13第五節(jié)自動發(fā)電控制（AGC）與電力市場運(yùn)營 14第二章電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制（AGC）概述 16第一節(jié)電力系統(tǒng)的負(fù)荷變化和頻率波動 16第二節(jié)電力系統(tǒng)頻率控制的基本概念 20第三節(jié)電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制（AGC）系統(tǒng)構(gòu)成概述 24第三章自動發(fā)電控制的基本原理 29第一節(jié)頻率的一次調(diào)節(jié) 29第二節(jié)電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)節(jié) 42第三節(jié)電力系統(tǒng)頻率的三次調(diào)節(jié) 60第二篇電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制系統(tǒng) 68第四章電力系統(tǒng)的自動發(fā)電控制系統(tǒng) 68第一節(jié)調(diào)度端自動發(fā)電控制系統(tǒng)概述 68第二節(jié)自動發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC） 69第五章自動發(fā)電控制的信息傳輸系統(tǒng) 74第一節(jié)自動發(fā)電控制信息傳輸規(guī)范 74第二節(jié)自動發(fā)電控制方式及其信息傳輸系統(tǒng)要求 78第三節(jié)信息傳輸時間延遲對自動發(fā)電控制的影響 82第六章水電廠自動發(fā)電控制系統(tǒng) 84第一節(jié)水電廠的自動發(fā)電控制系統(tǒng)概述 84第二節(jié)水電機(jī)組的調(diào)節(jié)能力 85第三節(jié)水電廠自動控制系統(tǒng) 88第四節(jié)水電廠機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行 111第五節(jié)水電廠全廠負(fù)荷控制策略 115第六節(jié)水電廠AGC控制對一次設(shè)備的影響 116第七節(jié)現(xiàn)代化水電站綜合自動化 116第八節(jié)抽水蓄能電站負(fù)荷控制方式 119第九節(jié)梯級電站負(fù)荷控制方式 122第七章火電廠AGC控制系統(tǒng) 126第一節(jié)火電機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力 126第二節(jié)火電廠協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 134第三節(jié)燃煤機(jī)組AGC性能提高及存在的問題 145第四節(jié)火電廠全廠負(fù)荷優(yōu)化控制系統(tǒng) 148第五節(jié)燃汽輪機(jī)的AGC控制系統(tǒng) 150第三篇電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制的實(shí)施 151第八章電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制的控制策略與規(guī)劃 151第一節(jié)電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制的控制策略 151第二節(jié)電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制實(shí)施規(guī)劃概述 155第九章電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制系統(tǒng)的實(shí)例 160第一節(jié)調(diào)度端自動發(fā)電控制系統(tǒng) 161第二節(jié)廠站自動發(fā)電控制系統(tǒng) 176第三節(jié)信息傳輸系統(tǒng) 179第十章自動發(fā)電控制系統(tǒng)調(diào)試 181第一節(jié)AGC調(diào)試工作流程 181第二節(jié)AGC調(diào)試項目 182第三節(jié)機(jī)組現(xiàn)場調(diào)試方案實(shí)例 183第四節(jié)AGC各級調(diào)試的試驗(yàn)報告實(shí)例 194第十一章自動發(fā)電控制系統(tǒng)性能評價和控制策略 205第一節(jié)AGC性能評價標(biāo)準(zhǔn)與參數(shù)的確定 205第二節(jié)互聯(lián)電網(wǎng)AGC的控制策略 208第三節(jié)發(fā)電性能評價 219第四節(jié)AGC性能的統(tǒng)計分析 225第十二章電力市場輔助服務(wù)和AGC調(diào)節(jié) 228第一節(jié)電力市場輔助服務(wù)概述 228第二節(jié)調(diào)節(jié)服務(wù)、負(fù)荷跟蹤服務(wù)需求的確定 239第三節(jié)調(diào)節(jié)服務(wù)、負(fù)荷跟蹤服務(wù)的獲取和調(diào)用 244第四節(jié)服務(wù)提供者技術(shù)條件的認(rèn)證、服務(wù)性能評價 249第五節(jié)調(diào)節(jié)服務(wù)和負(fù)荷跟蹤服務(wù)的成本、定價、交易結(jié)算 253自動發(fā)電控制的基本原理及應(yīng)用自動發(fā)電控制（AGC）在電力系統(tǒng)中的作用自動發(fā)電控制（AGC）發(fā)展概況國外電力系統(tǒng)對自動發(fā)電控制（AGC）的研究與應(yīng)用電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制（AGC）原先稱為“電力系統(tǒng)頻率與有功功率的自動控制”，對這項技術(shù)的研究可以追溯到幾十年前，但它的發(fā)展和應(yīng)用還是在電力系統(tǒng)擴(kuò)大以后，尤其是二十世紀(jì)五十年代以來，隨著戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的容量不斷增長，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的電力系統(tǒng)通過研究和試驗(yàn)，相繼實(shí)現(xiàn)了頻率與有功功率的自動控制。前蘇聯(lián)于1937年研制出第一個頻率調(diào)整器，安裝在斯維爾斯克水電廠中。到二十世紀(jì)五十年代，已有若干個電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了頻率和有功功率的自動調(diào)整。1959年，前蘇聯(lián)開始在組成全蘇統(tǒng)一電力系統(tǒng)的主要部分——南部、中部及烏拉爾、西伯利亞西部等聯(lián)合電力系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)非集中的調(diào)整系統(tǒng)。前蘇聯(lián)在頻率和有功功率控制方面廣泛采用虛有差率調(diào)整準(zhǔn)則，隨著其歐洲部分統(tǒng)一電力系統(tǒng)的形成，又逐步過渡到采用“頻率——交換功率（TBC）”準(zhǔn)則，自動控制裝置主要有電子模擬和磁放大器式兩種。在美國，各電力公司所屬電力系統(tǒng)之間廣泛采用“頻率——交換功率（TBC）”的控制方式，自動控制裝置以TVA系統(tǒng)的高速頻率負(fù)荷控制裝置、統(tǒng)一愛迪生系統(tǒng)的自動負(fù)荷控制裝置、堪薩斯電力照明公司的采用自整角機(jī)的電力系統(tǒng)自動負(fù)荷分配系統(tǒng)為代表。在歐洲，以西德和法國電力系統(tǒng)為主，由荷蘭、比利士、盧森堡、意大利、瑞士和奧地利等國電網(wǎng)組成的西歐聯(lián)合電力系統(tǒng)，采用“頻率——交換功率（TBC）”準(zhǔn)則實(shí)現(xiàn)聯(lián)合控制，但各國內(nèi)部的控制準(zhǔn)則和裝置則多種多樣，如法國內(nèi)部采用“功率——相角“有差特性準(zhǔn)則，其特點(diǎn)為系統(tǒng)無須分區(qū)即可實(shí)現(xiàn)多電廠的聯(lián)合控制。在日本，存在兩個聯(lián)合電力系統(tǒng)，分別包含三個和七個電力系統(tǒng)，控制準(zhǔn)則有固定頻率控制和固定負(fù)荷控制等，系統(tǒng)之間多數(shù)采用“頻率——交換功率（TBC）”控制，少數(shù)用選擇式頻率控制，自動裝置主要是比例積分型。二十世紀(jì)六十年代，國外電力系統(tǒng)頻率和有功功率的自動控制工作又有了新的進(jìn)展，控制裝置元件改用晶體管和集成電路，控制原理由模擬式轉(zhuǎn)向數(shù)字化，特別是七十年代以來，繼美國NEPEX電力控制中心采用在線電子數(shù)字計算機(jī)實(shí)現(xiàn)了自動發(fā)電控制、經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配和電力系統(tǒng)安全監(jiān)控以后，各國競相發(fā)展，進(jìn)行基于計算機(jī)集中控制的現(xiàn)代自動發(fā)電控制技術(shù)的研究和應(yīng)用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。我國電力系統(tǒng)對自動發(fā)電控制（AGC）的研究與應(yīng)用我國電力系統(tǒng)對頻率和有功功率的自動控制工作開始于1957年，當(dāng)時確定以東北和京津唐兩大電力系統(tǒng)進(jìn)行試點(diǎn)。東北電力系統(tǒng)采用“集中控制下的分區(qū)控制”方案，特點(diǎn)是將系統(tǒng)分為以省調(diào)度轄區(qū)為范圍的三個區(qū)，并對聯(lián)絡(luò)線負(fù)荷及系統(tǒng)頻率實(shí)現(xiàn)綜合控制，平時各區(qū)自行擔(dān)負(fù)本區(qū)負(fù)荷變動，而不影響鄰區(qū)，在系統(tǒng)頻率降低時，則可相互支援，聯(lián)絡(luò)線負(fù)荷可以給定或定時加以修改，控制裝置由磁放大器及自整角機(jī)組成。京津唐電力系統(tǒng)采用分散式控制方案，主要特點(diǎn)是在各主導(dǎo)電廠中分別裝設(shè)系統(tǒng)微增率發(fā)生器，對電廠機(jī)組進(jìn)行控制，線損修正采用簡化通道方案分散在電廠中進(jìn)行，因而可以不用或少用通道實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的頻率和有功功率的自動控制，自動裝置以磁放大器和電氣機(jī)械式為主。華東電網(wǎng)從六十年代開始進(jìn)行自動發(fā)電控制（當(dāng)時稱自動調(diào)頻）的試驗(yàn)工作，1963年華東電管局審查通過了“華東電力系統(tǒng)頻率與有功功率自動控制方案”，確定近期采用“主系統(tǒng)集中控制下的地區(qū)分散制”控制方式，遠(yuǎn)期逐步過渡到“頻率——聯(lián)絡(luò)線交換功率”（TBC）控制方式，并開始制定規(guī)劃、組織實(shí)施。1964年實(shí)現(xiàn)了新安江水電廠單機(jī)自動調(diào)頻；1965年新安江水電廠全廠六臺機(jī)均參與了自動調(diào)頻。1966年和1967年，又相繼完成了望亭電廠一期和二期頻率與有功功率自動控制工程，系統(tǒng)進(jìn)入了水火電廠聯(lián)合自動調(diào)頻階段。同時，閘北、楊樹浦和下關(guān)電廠也開始了自動調(diào)頻工作，為逐步過渡到多個電廠聯(lián)合控制創(chuàng)造條件。1968年，用晶體管和可控硅實(shí)現(xiàn)的第二代自動調(diào)頻裝置試制成功，與此同時，在華東電網(wǎng)總調(diào)度所裝設(shè)了標(biāo)準(zhǔn)頻率分頻器、系統(tǒng)頻率質(zhì)量自動記錄裝置和自動時差校正信號發(fā)送器，通過遠(yuǎn)動通道將信號發(fā)送到新安江水電廠，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)自動時差校正。按照規(guī)劃，到六十年代末，參加自動發(fā)電控制的電廠將擴(kuò)大到14個，被控機(jī)組66臺，總?cè)萘窟_(dá)2600Mw，占當(dāng)時系統(tǒng)總裝機(jī)容量的70%左右，屆時，華東電力系統(tǒng)頻率與有功功率的自動控制將得到完全實(shí)現(xiàn)。由上可見，我國電力系統(tǒng)頻率和有功功率的自動控制工作起步并不晚，通過一段時間的工作，到二十世紀(jì)六十年代中期，東北、京津唐和華東三大電力系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動調(diào)頻和不同規(guī)模的多廠有功功率控制，系統(tǒng)頻率在0.05Hz以內(nèi)的累計時間一般都在70%以上，電鐘誤差一般不超過十秒鐘，已接近當(dāng)時的世界先進(jìn)水平?？上в捎谑陝觼y，電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行受到極大的破壞，電網(wǎng)長期處于低頻率、低電壓的惡劣狀態(tài)之下，系統(tǒng)自動調(diào)頻工作只得陷于停頓。十年動亂之后，隨著電力系統(tǒng)正常生產(chǎn)秩序的逐漸恢復(fù)，又迎來了自動發(fā)電控制新的發(fā)展機(jī)遇。特別是隨著各網(wǎng)、?。ㄊ校╇娋W(wǎng)能量管理系統(tǒng)的建設(shè)，各電力系統(tǒng)普遍進(jìn)行了基于計算機(jī)集中控制的現(xiàn)代自動發(fā)電控制技術(shù)的研究和應(yīng)用。1992年，華東電網(wǎng)共有2個水力發(fā)電廠（新安江、富春江）和3個火力發(fā)電廠（望亭、閔行、石洞口）的18臺發(fā)電機(jī)組具備參與AGC的條件，機(jī)組額定容量為1809.7MW，可調(diào)容量為1100MW。該年，華東網(wǎng)調(diào)的AGC年投運(yùn)時間為3963小時。1994年，華東電網(wǎng)在網(wǎng)、省(市)調(diào)SCADA功能實(shí)用化工作全面完成的基礎(chǔ)上，深入研究聯(lián)合電網(wǎng)條件下AGC技術(shù)應(yīng)用的問題，從工作規(guī)劃抓起，全面推進(jìn)AGC技術(shù)應(yīng)用。首先從華東電網(wǎng)的實(shí)際情況出發(fā)，確定了FFC-TBC的AGC控制的策略，即華東電網(wǎng)總調(diào)度所實(shí)行“定頻率控制（FFC）”，三省一市調(diào)度所實(shí)行“聯(lián)絡(luò)線功率——頻率偏差控制（TBC）”。并提出了AGC工作在6年中分三個階段進(jìn)行的工作步驟，三個階段工作中心分別是：1995~1996年為“擴(kuò)大隊伍、構(gòu)成系統(tǒng)、維持負(fù)荷、守好關(guān)口”，1997~1998年為“協(xié)助調(diào)頻、曲線跟蹤、省市計算、經(jīng)濟(jì)介入”，1999~2000年為“降低線損、關(guān)口修正、水火共濟(jì)、全網(wǎng)最優(yōu)”。到1998年，華東電網(wǎng)AGC工作取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，網(wǎng)、省（市）調(diào)度所的AGC功能全面投入運(yùn)行，并采用北美電力系統(tǒng)可靠性協(xié)會（NERC）的A1、A2標(biāo)準(zhǔn)評價控制性能。2001年，華東電網(wǎng)又采用NERC最新推出的CPS標(biāo)準(zhǔn)評價控制性能，促進(jìn)了省、市電力系統(tǒng)對發(fā)電機(jī)組一次調(diào)節(jié)工作的開展。截止到2002年底，華東電網(wǎng)全網(wǎng)AGC可控機(jī)組容量達(dá)40339MW，占全網(wǎng)統(tǒng)調(diào)裝機(jī)總?cè)萘康?6.93%，AGC可調(diào)容量達(dá)15710.5MW，比1992年提高了13倍左右，占全網(wǎng)統(tǒng)調(diào)裝機(jī)總?cè)萘康?9.96%，占全網(wǎng)統(tǒng)調(diào)最高負(fù)荷的30.65%。電網(wǎng)頻率合格率，特別是±0.1Hz的合格率有了較大的提高。1995年，華東電網(wǎng)±0.2Hz的頻率合格率為99.76%，±0.1Hz的頻率合格率為84.49%；2002年，華東電網(wǎng)±0.2Hz的頻率合格率為99.994%，而±0.1Hz的頻率合格率達(dá)到99.93%。電能質(zhì)量的提高，為社會也為電力企業(yè)本身帶來了可觀的效益。自動發(fā)電控制（AGC）與電力系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)運(yùn)行電力系統(tǒng)頻率質(zhì)量對社會和電力企業(yè)的影響眾所周知，電網(wǎng)頻率是電能質(zhì)量三大指標(biāo)之一，電網(wǎng)的頻率反映了發(fā)電有功功率和負(fù)荷之間的平衡關(guān)系，是電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要控制參數(shù)，與廣大用戶的電力設(shè)備以及發(fā)供電設(shè)備本身的安全和效率有著密切的關(guān)系。頻率波動對發(fā)電廠設(shè)備的影響發(fā)電廠的汽輪機(jī)及其葉片是按照額定轉(zhuǎn)速（頻率）和進(jìn)汽沒有沖擊時保證能有最大的軸功率來設(shè)計的。因而降低旋轉(zhuǎn)頻率會引起蒸汽沖擊葉片的損耗，同時增加了轉(zhuǎn)矩；而提高旋轉(zhuǎn)頻率則會導(dǎo)致減小轉(zhuǎn)矩，使葉片背面的沖擊增加。因而，汽輪機(jī)運(yùn)行在額定頻率下最為經(jīng)濟(jì)。此外，降低頻率運(yùn)行還會使汽輪機(jī)工作葉片和其它零件加速磨損。頻率的變化會影響到發(fā)電廠廠用電動機(jī)（如給水泵、循環(huán)水泵、引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)等）的正常運(yùn)行。壓頭只消耗在克服輸水系統(tǒng)動態(tài)阻力壓頭的水泵，其出力與轉(zhuǎn)速的一次方成正比： (Q1/Q2)=(n1/n2) （1.2.1）有靜阻力壓頭時，水泵出力與角頻率的關(guān)系可由下式來確定： Q=(k1ω2-HCT)/ΣR （1.2.2）式中 ω——角頻率 HCT——被克服的靜壓頭 ΣR——輸水管阻力 k1——由機(jī)組結(jié)構(gòu)及尺寸所確定的系數(shù)。有了靜壓頭，水泵將在頻率不到零的某一頻率時便停止給水，這個頻率被稱為臨界頻率。根據(jù)這一定義，臨界頻率為： ωkp=HCT/k1 （1.2.3）圖1-2-1示出了臨界頻率為45.8Hz的電動給水泵試驗(yàn)的和計算的特性曲線。從上述可知，電動給水泵的出力與交流電網(wǎng)的頻率有很大的關(guān)系。即使頻率下降的幅度很小，水泵的出力也會降低很多，于是破壞發(fā)電廠的正常工作，或者完全停止向鍋爐給水，而使鍋爐的安全運(yùn)行和發(fā)電廠以及整個電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性受到威脅。頻率超過額定值時，給水泵發(fā)出的壓頭超過所必需的壓頭，因而使廠用電能的消耗增大。所有上述情況也適用于循環(huán)水泵，只是影響的程度較小而已。頻率低于額定值將使通過汽輪機(jī)凝汽器的水量減少，這就等于使凝汽器的真空度降低，結(jié)果使汽輪機(jī)的效率下降，使汽耗量增大。頻率超過額定值會使通過汽輪機(jī)凝汽器的水量增加，使電能消耗增加。除水泵以外，發(fā)電廠內(nèi)還有大量具有通風(fēng)力矩的機(jī)械（一次風(fēng)送風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)），在沒有靜壓頭時，這些機(jī)械的出力和頻率的一次方成正比。然而試驗(yàn)證明，隨著頻率的降低，送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的出力遠(yuǎn)較頻率下降得快。頻率提高時，送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的壓頭就大為增加，這種情況與出力（壓力）降低一樣，會引起鍋爐運(yùn)行方式的破壞。鍋爐的經(jīng)濟(jì)性決定于排出煙氣中CO和CO2的含量，以及燃燒室內(nèi)的過?？諝饬?。CO和CO2的含量與所供給的空氣量和排出的煙氣量有關(guān)，因此，鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性首先取決于送引風(fēng)裝置的運(yùn)行狀況。頻率降低時，送風(fēng)機(jī)的出力降低，進(jìn)入燃燒室的空氣量較少，此時化學(xué)不完全燃燒損失增加，而同時減少了排煙損失。頻率提高時，送風(fēng)機(jī)的出力提高，因此，化學(xué)不完全燃燒損失減少，而排煙損失增加。鍋爐中的最低損失一般是在一個確定的過?？諝饬浚–O2的含量）時發(fā)生的。因而，頻率的改變將導(dǎo)致鍋爐正常運(yùn)行方式的破壞。頻率波動對用戶設(shè)備的影響用戶的旋轉(zhuǎn)設(shè)備一般是由電動機(jī)驅(qū)動的，因此，與發(fā)電廠的設(shè)備相同，頻率的波動對其有著嚴(yán)重影響。盡管許多用戶設(shè)備能在較寬的頻率范圍內(nèi)正常工作，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些新的電子設(shè)備及精密加工設(shè)備對電網(wǎng)頻率提出了更高的要求，頻率的波動，會使產(chǎn)品質(zhì)量下降或設(shè)備損壞。根據(jù)IEEE446-1995標(biāo)準(zhǔn)和BSEN50160:1995標(biāo)準(zhǔn)，±0.5Hz的是許多最終用戶設(shè)備的頻率波動的最大容限。頻率波動的長期積累效應(yīng)也會影響用戶設(shè)備的正常工作，盡管以同步電機(jī)驅(qū)動的時鐘已不再時興，但是仍有部分設(shè)備依然以電力系統(tǒng)作為參照系，特別是那些與時間有關(guān)、需長期運(yùn)行、但又難以通過外部進(jìn)行授時的設(shè)備仍然需要以電鐘為計時手段。如數(shù)量巨大的用戶分時電度表，不具備自動與標(biāo)準(zhǔn)時間對時的手段，如要依靠人工對時，則工作量巨大，如以電鐘為計時手段，既可保持時間的準(zhǔn)確度，又可降低電度表的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和造價。頻率質(zhì)量改善對經(jīng)濟(jì)效益的影響眾所周知，頻率偏差反映了發(fā)電與負(fù)荷間的不平衡，特別是頻率偏高，反映發(fā)電量超出了用電的需求量，造成了用戶電費(fèi)的額外支出，以及能源的浪費(fèi)。平均頻率反映的經(jīng)濟(jì)效益由于我國過去長期處于缺電局面，因此，在一段相當(dāng)長的時期中，從政策上鼓勵電廠多發(fā)電，以發(fā)電量為電廠的主要經(jīng)濟(jì)考核指標(biāo)，在這種情況下，發(fā)電廠普遍存在搶發(fā)電（超計劃發(fā)電）的現(xiàn)象，特別是在年底歲末，發(fā)電廠為完成生產(chǎn)指標(biāo)，搶發(fā)電的現(xiàn)象更為嚴(yán)重，使電力系統(tǒng)大多數(shù)時間處于高頻率運(yùn)行，系統(tǒng)的平均頻率必然高于標(biāo)準(zhǔn)頻率值。以華東電網(wǎng)為例，經(jīng)過了20世紀(jì)八十年代中、后期及九十年代初期的建設(shè)和發(fā)展，到1995年，華東電網(wǎng)迎來了發(fā)電容量基本滿足用電需求的局面，基本消除了壓低頻率運(yùn)行的現(xiàn)象，但高頻率卻成為困擾系統(tǒng)運(yùn)行的問題，全年平均頻率為50.02Hz，由此引起的能源浪費(fèi)可用公式1.2.1推算：能源浪費(fèi)（折合成標(biāo)準(zhǔn)煤）=年頻率平均偏差值（Hz）×頻率偏差系數(shù)（kw/Hz）×365（天）×24（時/天）×標(biāo)準(zhǔn)煤耗（T/kwH） （1.2.1）如果式中頻率偏差系數(shù)按2200×103kw/Hz、標(biāo)準(zhǔn)煤耗按378×10-6T/kwH計算，可推算出1995年華東電網(wǎng)因頻率偏高浪費(fèi)了能源合標(biāo)準(zhǔn)煤145,696噸。而用戶為此多付出的電費(fèi)可用公式1.2.2推算：用戶多付電費(fèi)=年頻率平均偏差值（Hz）×頻率偏差系數(shù)（kw/Hz）×365（天）×24（時/天）×用戶電費(fèi)(元/kwH) （1.2.2）如果式中頻率偏差系數(shù)仍按2200×103kw/Hz、用戶電費(fèi)按0.4元/kwH計算，可推算出1995年華東電網(wǎng)的用戶因頻率偏高多支出了電費(fèi)15,417.6萬元。頻率分布反映的經(jīng)濟(jì)效益電力系統(tǒng)頻率偏差而引起平均頻率偏高的現(xiàn)象也許并不多見，用平均頻率來分析電力系統(tǒng)頻率與各方經(jīng)濟(jì)利益的關(guān)系可能不具有普遍意義，但頻率偏差必然引起頻率分布的變化，因此，對頻率分布的研究更具普遍意義。從圖1-2-2可以看出盡管系統(tǒng)1和系統(tǒng)2的平均頻率均為50Hz，但系統(tǒng)1的頻率偏差明顯比系統(tǒng)2的大，通過對頻率分布曲線高于50Hz部分的積分，可以推算出電力系統(tǒng)在高頻率時多消耗的能源。如果根據(jù)圖1-2-2所示的頻率分布曲線，并均按華東電網(wǎng)上述有關(guān)參數(shù)進(jìn)行計算，可以推算得到，系統(tǒng)1在一年內(nèi)高頻率時多消耗能源合標(biāo)準(zhǔn)煤86,398噸；系統(tǒng)2在一年內(nèi)高頻率時多消耗能源合標(biāo)準(zhǔn)煤55,365噸。當(dāng)然，一個正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)，其高于標(biāo)準(zhǔn)頻率的運(yùn)行時間是不可能等于零的，但通過對同一個系統(tǒng)不同頻率分布曲線的分析、比較，可以對在節(jié)能方面取得的經(jīng)濟(jì)效益作出評估。綜上所述，使頻率穩(wěn)定在額定值，是電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要任務(wù)。電力系統(tǒng)頻率指標(biāo)和控制要求確定頻率指標(biāo)和控制要求需考慮的因素為了滿足發(fā)電廠設(shè)備、用戶設(shè)備和電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的需要，必須根據(jù)各電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出頻率指標(biāo)和控制要求。為此，需要考慮的問題有：基準(zhǔn)頻率和頻率的正常范圍基準(zhǔn)頻率是由設(shè)計確定的，中國、西歐、澳大利亞、日本的一部分的電力系統(tǒng)基準(zhǔn)頻率為50Hz；而北美、日本的另一部分的電力系統(tǒng)的基準(zhǔn)頻率為60Hz。在各個電力系統(tǒng)中，所有的發(fā)電和用電設(shè)備均按在基準(zhǔn)頻率下運(yùn)行效率最高的原則來設(shè)計的。確定頻率的正?？刂品秶鷳?yīng)考慮三個重要因素：對發(fā)電、用電設(shè)備經(jīng)濟(jì)性的影響，使其能發(fā)揮最佳的效率。對故障狀態(tài)下頻率允許范圍的影響，當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生故障時，頻率不越出相應(yīng)故障狀態(tài)的頻率允許范圍。對安全性和經(jīng)濟(jì)性的綜合分析。由于電力系統(tǒng)絕大部分時間必須運(yùn)行在頻率的正常控制范圍之內(nèi)，因此，確定頻率的正?？刂品秶鷮﹄娏ο到y(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性影響較大，如果放寬對頻率正?？刂品秶囊?，會降低對維持正常頻率的輔助服務(wù)的要求，同時也降低了成本；但是卻增加了在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時將頻率維持在故障狀態(tài)下頻率允許范圍內(nèi)的難度。故障狀態(tài)的頻率允許范圍。規(guī)定故障狀態(tài)下的頻率允許范圍需考慮的因素有：對發(fā)電、用電設(shè)備功能性的影響，不能影響設(shè)備的正常功能。對發(fā)電、用電設(shè)備安全性的影響，不能造成設(shè)備的損壞。對電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性的影響，不能由于頻率異常，造成發(fā)電設(shè)備解列，而危及整個系統(tǒng)的安全運(yùn)行。由于電力系統(tǒng)故障狀態(tài)千變?nèi)f化，因此故障狀態(tài)下的頻率允許范圍往往分為幾級：常見故障（如N-1故障）狀態(tài)下的頻率允許范圍。嚴(yán)重故障（如N-2故障）狀態(tài)下的頻率允許范圍。特別嚴(yán)重故障（如多個設(shè)備故障）狀態(tài)下的頻率允許范圍。電力系統(tǒng)解列成幾塊運(yùn)行時故障狀態(tài)下的頻率允許范圍。頻率越限的允許時間規(guī)定頻率越限后恢復(fù)至正常范圍的允許時間需要考慮的因素有：頻率越限的延續(xù)時間對旋轉(zhuǎn)設(shè)備壽命的影響。在頻率越限故障處理期間發(fā)生第二次事件的危險性。如果發(fā)生第二次事件，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)頻率越出相應(yīng)故障狀態(tài)下頻率允許范圍，從而產(chǎn)生切負(fù)荷裝置動作等嚴(yán)重后果。例：澳大利亞國家電力市場的頻率標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行原則是：在正常情況下，盡力使系統(tǒng)頻率保持在表1-2-1所示的“正常頻率帶”內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生重大變化時，應(yīng)保證系統(tǒng)頻率不越出表1-2-1所示的“負(fù)荷變化頻率帶”，并按要求盡快恢復(fù)至“正常頻率帶”內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生突然和非計劃的單個發(fā)電機(jī)解列時，應(yīng)保證系統(tǒng)頻率不越出表1-2-1所示的“單機(jī)故障頻率帶”，并按要求盡快恢復(fù)至“正常頻率帶”內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生突然和非計劃的除單個發(fā)電機(jī)解列以外的單個可信故障（如重載聯(lián)絡(luò)線跳閘等）時，應(yīng)保證系統(tǒng)頻率不越出表1-2-1所示的“可信故障頻率帶”，并按要求盡快恢復(fù)至“單機(jī)故障頻率帶”內(nèi)；進(jìn)而按要求盡快恢復(fù)至“正常頻率帶”內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生突然和非計劃的多重故障時，應(yīng)保證系統(tǒng)頻率不越出表1-2-1所示的“極端嚴(yán)重故障頻率帶”，并按要求盡快恢復(fù)至“單機(jī)故障頻率帶”內(nèi)；進(jìn)而按要求盡快恢復(fù)至“正常頻率帶”內(nèi)。表1-2-1澳大利亞國家電力市場頻率標(biāo)準(zhǔn)故障狀態(tài)頻率帶名稱頻率帶范圍（Hz）恢復(fù)至單機(jī)故障頻率帶的時間要求恢復(fù)至正常頻率帶的時間要求正常正常頻率帶49.9~50.1————負(fù)荷變化負(fù)荷變化頻率帶49.75~50.25——5分鐘單個發(fā)電機(jī)解列單機(jī)故障頻率帶49.5~50.5——5分鐘其它可信故障可信故障頻率帶49.0~51.060秒5分鐘極端嚴(yán)重故障極端嚴(yán)重故障頻率帶47.0~52.060秒10分鐘國內(nèi)外電力系統(tǒng)頻率指標(biāo)和控制要求的對比電力系統(tǒng)由于規(guī)模、系統(tǒng)特性等不盡一致，因此，對系統(tǒng)頻率控制的要求也不盡相同。規(guī)模大的電力系統(tǒng)對故障的承受能力強(qiáng)，在華東電網(wǎng)中，失去一臺600Mw的發(fā)電機(jī)組，頻率可能會下降0.2Hz；而在美國東部電網(wǎng)中可能僅下降0.03Hz。但是，同樣的頻率偏差對不同規(guī)模的電力系統(tǒng)的威脅卻是不一樣的，在華東電網(wǎng)中，頻率偏差0.6Hz是一個嚴(yán)重但是可控的事件；而在美國東部電網(wǎng)中，頻率偏差0.6Hz則是一個極其危險的信號，因?yàn)?，它表示出發(fā)電與負(fù)荷之間存在巨大的不平衡。因此，一般來說，規(guī)模越大的電力系統(tǒng)對頻率控制的要求越嚴(yán)。對系統(tǒng)頻率控制的要求表1-2-2列出了澳大利亞、英國、北美、中國電力系統(tǒng)對頻率控制的不同要求。表1-2-2各國電力系統(tǒng)對頻率控制的要求頻率偏差（Hz）澳大利亞國家電力市場英國國家電網(wǎng)美國東部電網(wǎng)美國得克薩斯電網(wǎng)中國華東電網(wǎng)0.03正常狀態(tài)0.05正常狀態(tài)警戒狀態(tài)(+0.05Hz)0.1正常頻率帶警戒狀態(tài)異常狀態(tài)(+0.1Hz)0.2正常頻率帶故障狀態(tài)正常頻率帶0.25負(fù)荷變化頻率帶故障狀態(tài)0.5單機(jī)故障頻率帶法定目標(biāo)頻率帶嚴(yán)重故障狀態(tài)嚴(yán)重故障狀態(tài)故障頻率帶0.8故障頻率帶1.0可信故障頻率帶嚴(yán)重故障頻率帶3.0極端嚴(yán)重故障頻率帶對時差控制的要求表1-2-3列出了各電力系統(tǒng)對時差控制的要求。表1-2-3各國電力系統(tǒng)對時差控制的要求澳大利亞國家電力市場英國國家電網(wǎng)美國東部電網(wǎng)美國得克薩斯電網(wǎng)中國華東電網(wǎng)10秒10秒10秒3秒30秒對頻率控制的指標(biāo)要求各電力系統(tǒng)對頻率控制的指標(biāo)要求形式不盡相同，大致有兩種類型：頻率合格率指標(biāo)即對頻率控制效果的評價，以將頻率控制在規(guī)定范圍內(nèi)的時間為依據(jù)，澳大利亞和我國電力系統(tǒng)采用的是這種評價方法。澳大利亞國家電力市場要求頻率控制在50±0.1Hz范圍內(nèi)的時間應(yīng)達(dá)到99%以上，但實(shí)際上，其控制效果比所要求的高得多，在1999年和2000年兩年中，澳大利亞國家電力市場頻率越出50±0.1Hz范圍的時間累計共有242分鐘，其實(shí)際合格率達(dá)到99.97%以上。我國有關(guān)技術(shù)規(guī)程規(guī)定，電力系統(tǒng)頻率控制在50±0.2Hz范圍內(nèi)的時間應(yīng)達(dá)到98%以上。隨著我國電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，頻率控制技術(shù)的提高，在電力系統(tǒng)內(nèi)部，對頻率控制合格率的要求正在逐步提高，有的電力系統(tǒng)已把對頻率控制合格率的要求提高到與澳大利亞國家電力市場的要求一樣。而2002年華東電網(wǎng)的50±0.1Hz頻率合格率實(shí)際已達(dá)到99.93%。頻率分布統(tǒng)計指標(biāo)頻率合格率的評價方法是存在缺陷的，從滿足頻率控制在50±0.1Hz范圍內(nèi)的要求來說，50Hz與49.91Hz是沒有區(qū)別的；但從發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備的運(yùn)行效率來說，其意義是不同的，從這一含意來說，要求頻率越接近50Hz越好。因此，頻率的分布情況更能反應(yīng)頻率控制的效果。相近的頻率合格率不一定會有相近的頻率分布情況，華東電網(wǎng)2002年50±0.1Hz頻率合格率已接近于澳大利亞國家電力市場1999年和2000年兩年平均的頻率合格率的水平，但從有關(guān)資料和華東電網(wǎng)的統(tǒng)計來看，兩網(wǎng)的頻率分布還是有較大的差別。圖1-2-3和圖1-2-4分別表示了澳大利亞國家電力市場典型的日頻率分布以及華東電網(wǎng)2002年9月（頻率合格率最高的月份）的頻率分布情況。歐洲與北美的電力系統(tǒng)已普遍采用頻率分布統(tǒng)計指標(biāo)作為頻率控制的評價依據(jù)。其方法是統(tǒng)計全年系統(tǒng)頻率偏離標(biāo)準(zhǔn)頻率（50Hz或60Hz）的偏差值的均方根，當(dāng)頻率的分布符合以標(biāo)準(zhǔn)頻率為數(shù)學(xué)期望值的正態(tài)分布時，該均方根值正反映了分布函數(shù)的離散程度（即正態(tài)分布函數(shù)的σ）。北美各互聯(lián)電力系統(tǒng)統(tǒng)計的是每分鐘頻率偏差平均值的均方根（稱為ε1），年控制目標(biāo)見表1-2-4。表1-2-4北美各互聯(lián)電力系統(tǒng)年頻率控制目標(biāo)（ε1）互聯(lián)電力系統(tǒng)名稱美國東部電網(wǎng)美國西部電網(wǎng)美國得克薩斯電網(wǎng)年頻率控制目標(biāo)（ε1）0.018Hz0.0228Hz0.020Hz美國得克薩斯電網(wǎng)是北美規(guī)模最小的互聯(lián)電力系統(tǒng)，2002年最高負(fù)荷為57,694Mw，與華東-福建電網(wǎng)極為接近，但華東-福建電網(wǎng)2002年頻率質(zhì)量最好月份的實(shí)際ε1為0.025Hz，與得克薩斯電網(wǎng)相比，在頻率控制的效果上，還有較大的差距。自動發(fā)電控制是保證系統(tǒng)頻率質(zhì)量的重要技術(shù)手段傳統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)方法是依靠調(diào)度員指令或指定的調(diào)頻廠的調(diào)節(jié)來保持頻率的質(zhì)量，但隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)展，負(fù)荷的變化速率不斷提高，以華東電網(wǎng)為例，在正常情況下，負(fù)荷波動的最高速率達(dá)到600Mw/分鐘，在這種快速的負(fù)荷變化情況下，依靠傳統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)方法，要將電網(wǎng)頻率始終控制在規(guī)定的范圍內(nèi)已是相當(dāng)困難了。華東電網(wǎng)傳統(tǒng)上以新安江水電廠作為第一調(diào)頻廠，該廠共有九臺機(jī)組，總?cè)萘繛?30Mw，雖然從理論上這些機(jī)組都可以在一分鐘內(nèi)從空載加到滿出力，但即使是在該廠的發(fā)電容量全部用來調(diào)頻的話，在電廠值班員人工的逐臺機(jī)組調(diào)節(jié)控制下，機(jī)組的出力變化還是不可能跟上600Mw/分鐘的負(fù)荷波動的；更何況該電廠還要承擔(dān)完成電量的任務(wù)。負(fù)荷除了有瞬間波動以外，在一天中還會有較大幅度的變化，在華東電網(wǎng)中，一小時的負(fù)荷變化最高達(dá)到4000Mw。這需要改變大量發(fā)電機(jī)組的出力，才能得到發(fā)電有功功率和負(fù)荷之間的平衡。盡管各級電網(wǎng)調(diào)度所根據(jù)負(fù)荷預(yù)計對管轄范圍內(nèi)的發(fā)電廠安排了發(fā)電計劃曲線，而且隨著負(fù)荷預(yù)計時段的細(xì)化（從24點(diǎn)到96點(diǎn)），發(fā)電計劃曲線更接近實(shí)際負(fù)荷變化的情況。但是，負(fù)荷預(yù)計本身一般存在著1~2%的偏差，在華東電網(wǎng)中，2002年全網(wǎng)最高統(tǒng)調(diào)負(fù)荷達(dá)到51255Mw，這就意味著在正常情況下負(fù)荷預(yù)計可能存在500~1000Mw的偏差；同時，發(fā)電廠在執(zhí)行發(fā)電計劃曲線時，存在著未按照規(guī)定時間加減出力的情況，圖1-2-5表示了某發(fā)電廠的某日發(fā)電曲線，從圖中可以看出，該廠發(fā)電出力曲線上升的時間比計劃曲線提前了將近30分鐘，而在電網(wǎng)中，30分鐘即意味著可能有2000Mw負(fù)荷的偏差。電網(wǎng)中意外故障的發(fā)生，也會打破發(fā)電有功功率和負(fù)荷之間的平衡。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)中單個設(shè)備故障帶來的發(fā)電功率損失越來越大，在華東電網(wǎng)中，目前單臺發(fā)電機(jī)的最大容量為700Mw，在不久的將來，將會出現(xiàn)900~1000Mw的發(fā)電機(jī)組；單個電廠的全廠裝機(jī)容量最大已達(dá)3000Mw，全廠裝機(jī)容量4000Mw的電廠也已在建設(shè)中；在輸變電設(shè)備中，葛滬直流單極最大輸送功率為600Mw，雙極最大輸送功率為1200Mw；而于2002年底投入運(yùn)行的龍政直流單極最大輸送功率為1500Mw，雙極最大輸送功率為3000Mw。這些設(shè)備的故障，都會造成發(fā)電有功功率和負(fù)荷之間的嚴(yán)重偏差，而靠人工調(diào)整發(fā)電出力則需要較長的時間，才能達(dá)到新的平衡。針對這些問題，出路只有一個，即采用自動發(fā)電控制（AGC）的技術(shù)手段，對電力系統(tǒng)中的大部分發(fā)電機(jī)組，根據(jù)其本身的調(diào)節(jié)性能及在電網(wǎng)中的地位，分類進(jìn)行控制，自動地維持電力系統(tǒng)中發(fā)供電功率的平衡，從而保證電力系統(tǒng)頻率的質(zhì)量。自動發(fā)電控制（AGC）與電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行電力系統(tǒng)有功功率的經(jīng)濟(jì)分配電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，即在滿足安全和質(zhì)量的前提下使供電成本最低，是電力系統(tǒng)追求的又一運(yùn)行目標(biāo)。由于電力系統(tǒng)是由分布在廣闊地域上各種類型的發(fā)電廠（發(fā)電廠中又有著不同類型的發(fā)電機(jī)組），以及將其與負(fù)荷連接起來的電網(wǎng)組成的。在一個電力系統(tǒng)中，各種發(fā)電機(jī)組使用著不同的一次能源，這些一次能源的價格（市場價和運(yùn)輸價）不同，發(fā)電機(jī)組使用一次能源的效率不同，各發(fā)電廠供給負(fù)載所引起的網(wǎng)絡(luò)損耗也不同，因此，要實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，就需要同時考慮兩個問題：如何在所有的發(fā)電機(jī)組間合理地分配有功負(fù)荷，使所消耗的一次能源總價格最低；如何在發(fā)電廠間合理地分配有功負(fù)荷，使所輸送的電力在電網(wǎng)中的損耗最小。在進(jìn)行有功功率的經(jīng)濟(jì)分配時，除考慮上述兩個要求外，還須考慮電網(wǎng)輸送容量的約束，以及環(huán)保、水庫調(diào)度、國家能源政策等因素，在互聯(lián)電力系統(tǒng)中還須考慮向其它電力系統(tǒng)購、售電的經(jīng)濟(jì)性，因而是一個非常復(fù)雜的運(yùn)行問題。電力系統(tǒng)的有功功率經(jīng)濟(jì)分配有兩種計算方法：離線的經(jīng)濟(jì)調(diào)度所謂離線的經(jīng)濟(jì)調(diào)度，就是根據(jù)預(yù)先收集整理的發(fā)電機(jī)組、電網(wǎng)的各種參數(shù)資料，以及對負(fù)荷的預(yù)測，計算未來幾天（主要是次日）的開停機(jī)計劃、以及規(guī)定時間間隔（如每小時）各運(yùn)行發(fā)電機(jī)組的發(fā)電計劃和聯(lián)絡(luò)線交換計劃。計算目標(biāo)是在滿足安全和質(zhì)量的條件下，每個時間間隔電力系統(tǒng)的總運(yùn)行成本（或費(fèi)用）最低。在線的經(jīng)濟(jì)調(diào)度由于離線的經(jīng)濟(jì)調(diào)度是基于較長時間（天）的預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行計算的，其預(yù)測結(jié)果不可能完全準(zhǔn)確；且其安排的發(fā)電計劃時間間隔也較長，一般為15分鐘到一小時，不能較精確地反映負(fù)荷變化的實(shí)際情況；同時，電力系統(tǒng)的運(yùn)行工況是瞬息萬變的，發(fā)電機(jī)組的有功出力也會因種種原因偏離所安排的發(fā)電計劃。因此，離線經(jīng)濟(jì)調(diào)度所作出的經(jīng)濟(jì)分配，在實(shí)際運(yùn)行中就變得不那么經(jīng)濟(jì)了，需要不斷地根據(jù)當(dāng)前電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行工況，以及對下一個時間間隔（5~15分鐘）負(fù)荷的預(yù)測，對發(fā)電機(jī)組的有功功率進(jìn)行重新分配，以改善電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。因而在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度是對離線經(jīng)濟(jì)調(diào)度的補(bǔ)充和完善。自動發(fā)電控制是實(shí)現(xiàn)有功功率在線經(jīng)濟(jì)分配的必備條件有功功率的在線經(jīng)濟(jì)分配一般采用等微增率的原則，其計算所得的結(jié)果，正好與調(diào)度員人工控制的習(xí)慣相反。在調(diào)度員人工控制方式下，調(diào)度員無力監(jiān)視系統(tǒng)中眾多的中、小的負(fù)荷，只能通過控制少量大機(jī)組的出力來進(jìn)行調(diào)節(jié)；而根據(jù)經(jīng)濟(jì)分配的原則，那些經(jīng)濟(jì)性較高的大型發(fā)電機(jī)組大部分時間應(yīng)該滿負(fù)荷或接近滿負(fù)荷運(yùn)行，而主要由經(jīng)濟(jì)性較差的中、小機(jī)組改變負(fù)荷，承擔(dān)調(diào)節(jié)任務(wù)。實(shí)際上，要保持電力系統(tǒng)真正的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需要對調(diào)整所有機(jī)組的負(fù)荷，另外，在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度需要每5到15分鐘對機(jī)組出力進(jìn)行一次調(diào)整，這些要求都是人工控制無法辦到的，特別是在大型電力系統(tǒng)中，更難辦到。因此，在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度必須依靠自動控制的手段，而自動發(fā)電控制（AGC）為在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度的實(shí)現(xiàn)提供了良好的條件。在現(xiàn)代的能量管理系統(tǒng)中，自動發(fā)電控制（AGC）軟件包中一般都包含兩部分主要功能：負(fù)荷頻率控制（LFC）和經(jīng)濟(jì)調(diào)度（ED）。LFC最基本的任務(wù)是通過控制發(fā)電機(jī)組的有功功率，使系統(tǒng)頻率保持在額定值，或按計劃值來維持區(qū)域間的聯(lián)絡(luò)線交換功率。LFC對發(fā)電機(jī)組的控制量一般由經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)分量和區(qū)域控制偏差（ACE）調(diào)節(jié)分量兩種分量組成，其中ACE調(diào)節(jié)分量根據(jù)頻率偏差和聯(lián)絡(luò)線功率偏差計算得到；而經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)分量則是由ED給出的。ED的任務(wù)是根據(jù)給定的負(fù)荷水平，安排最經(jīng)濟(jì)的發(fā)電調(diào)度。它最終的計算結(jié)果是一組發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)基點(diǎn)值（即機(jī)組通常的基本出力）和一組經(jīng)濟(jì)分配系數(shù)，并將其傳送給LFC，作控制機(jī)組出力用。由于ED的計算需考慮發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)的諸多因素，計算量大，因此，不可能與LFC的計算（每4~8秒計算一次）同步進(jìn)行，一般每5~10分鐘計算一次。發(fā)電機(jī)組在LFC的控制下，有時會偏離經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)，而ED的計算結(jié)果可以使偏離經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)的機(jī)組重新納入經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的軌道。自動發(fā)電控制（AGC）與電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行自動發(fā)電控制與電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定問題是指，當(dāng)系統(tǒng)頻率下降時，發(fā)電設(shè)備的效率會降低、或產(chǎn)生功能異常；為了保護(hù)發(fā)電設(shè)備不受損害，當(dāng)系統(tǒng)頻率下降到一定程度時需要將發(fā)電機(jī)組解列，這樣會造成發(fā)電功率下降，使頻率進(jìn)一步下降，如此惡性循環(huán)，最終造成系統(tǒng)頻率崩潰。電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的破壞是一個很快的過程，一般在幾十秒內(nèi)完成，自動發(fā)電控制是無法拯救的。但是，正如本章第二節(jié)、二.“電力系統(tǒng)頻率指標(biāo)和控制要求”中指出的，頻率控制的正常范圍，對電力系統(tǒng)發(fā)生故障時是否會越出相應(yīng)故障狀態(tài)的頻率允許范圍影響很大。以2003年1月3日華東電網(wǎng)發(fā)生的一次故障為例，該日10:25合肥第二發(fā)電廠一臺350Mw的發(fā)電機(jī)組跳閘，故障發(fā)生后，頻率最低降到49.56Hz，頻率恢復(fù)花費(fèi)了7分鐘。一臺350Mw的發(fā)電機(jī)故障引起了如此的頻率偏差，這在華東電網(wǎng)近幾年運(yùn)行情況中是罕見的，究其原因，是該日發(fā)電功率比較緊缺，發(fā)生故障前系統(tǒng)頻率已降至49.82Hz。可以設(shè)想，如果那時發(fā)生的是600Mw機(jī)組故障，則系統(tǒng)頻率完全可能越出國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的±0.5Hz的頻率容限。由此可見，時時刻刻保持發(fā)用電的平衡，維持系統(tǒng)頻率在規(guī)定值的重要性。雖然隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對抵御相同故障的能力越來越強(qiáng)，但是，正如第二節(jié)中指出的，隨著單個設(shè)備、單個電廠容量的擴(kuò)大，設(shè)備故障可能影響的功率也越來越大。在這種情況下，如何保證在單機(jī)、直流單極故障條件下頻率不低于49.50Hz，如何使得在單個電廠全廠、直流雙極故障條件下頻率不低于49.00Hz，是非常重要的問題。其中一個非常重要的措施就是要充分發(fā)揮AGC的作用，始終將系統(tǒng)頻率控制在標(biāo)準(zhǔn)頻率附近。自動發(fā)電控制與聯(lián)絡(luò)線潮流控制在電力系統(tǒng)中，可以根據(jù)電氣聯(lián)系的強(qiáng)弱劃分為若干個區(qū)域，區(qū)域之間由一些傳輸總?cè)萘窟h(yuǎn)小于各區(qū)域裝機(jī)容量的聯(lián)絡(luò)線連接起來。在這樣的電力系統(tǒng)中，如果聯(lián)絡(luò)線的輸送功率超越了穩(wěn)定極限，當(dāng)電力系統(tǒng)遭遇干擾時，就會失去穩(wěn)定，造成大面積停電，從而帶來不可估量的損失。因此，有效控制流經(jīng)區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線上的功率，是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。而自動發(fā)電控制（AGC）是控制聯(lián)絡(luò)線功率的有效手段。在AGC分區(qū)控制的模式中，互聯(lián)電力系統(tǒng)劃分成若干個控制區(qū)，而控制區(qū)之間的聯(lián)絡(luò)線一般都是電氣上聯(lián)系薄弱的聯(lián)絡(luò)線。AGC的主要控制目標(biāo)就是控制聯(lián)絡(luò)線輸送功率不偏離計劃值，從而為整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了條件。在各個控制區(qū)內(nèi)部，也會存在電氣上聯(lián)系薄弱的聯(lián)絡(luò)線，由于這些聯(lián)絡(luò)線處在控制區(qū)的內(nèi)部，聯(lián)絡(luò)線功率不會作為AGC的控制目標(biāo)來執(zhí)行，但是，當(dāng)AGC與網(wǎng)絡(luò)分析軟件中的“安全約束調(diào)度（SCD）”相結(jié)合，SCD可以將校正聯(lián)絡(luò)線功率越限的控制策略傳送給AGC，通過調(diào)整發(fā)電機(jī)組出力，達(dá)到消除聯(lián)絡(luò)線功率越限的目的。綜上所述，自動發(fā)電控制并不是直接消除電力系統(tǒng)穩(wěn)定問題的工具，但是，自動發(fā)電控制使電力系統(tǒng)始終處于正常的狀態(tài)運(yùn)行，可以為預(yù)防穩(wěn)定問題的產(chǎn)生作出貢獻(xiàn)。自動發(fā)電控制（AGC）與電力市場運(yùn)營自動發(fā)電控制對電力市場運(yùn)營環(huán)境的作用近幾年，隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，以發(fā)、輸、配企業(yè)重組和電力、電量競爭交易為主要特征的電力行業(yè)市場化進(jìn)程在世界各國迅速展開。但是，電力市場的開展需要有良好的環(huán)境，就像一般商品的交易需要環(huán)境良好的商場一樣，一個安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的電力系統(tǒng)是進(jìn)行電力、電量交易的重要條件。正如本章以前幾節(jié)所述，自動發(fā)電控制對電力系統(tǒng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行發(fā)揮著重要的作用，因而自動發(fā)電控制是保證電力市場正常開展的重要工具之一。電力市場需要穩(wěn)定、可靠的運(yùn)營環(huán)境，自動發(fā)電控制是保證發(fā)、用電平衡，維持系統(tǒng)頻率在規(guī)定值的有效手段，對保證電力系統(tǒng)可靠性發(fā)揮著重要的作用。電力市場運(yùn)營的目標(biāo)之一就是要利用市場機(jī)制優(yōu)化資源配置，降低用戶電價，為用戶帶來經(jīng)濟(jì)利益。自動發(fā)電控制是實(shí)現(xiàn)在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度的必備條件，在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度可通過優(yōu)化發(fā)電調(diào)度，降低發(fā)電費(fèi)用；同時，在北美標(biāo)準(zhǔn)電力市場的設(shè)計中，帶安全約束的在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度（SCED）是實(shí)時電力市場運(yùn)營的主要工具。因而，自動發(fā)電控制是電力市場運(yùn)營的重要技術(shù)手段。在電力市場中，聯(lián)絡(luò)線電力、電量交易是互聯(lián)電力系統(tǒng)常用的交易形式，交易各方都必須嚴(yán)格遵守合同，按交易量控制好聯(lián)絡(luò)線功率，而自動發(fā)電控制正是控制聯(lián)絡(luò)線功率的有效手段。歷史的經(jīng)驗(yàn)告訴我們，沒有自動發(fā)電控制的技術(shù)手段，依靠人工調(diào)節(jié)是很難控制好聯(lián)絡(luò)線功率的，以華東電網(wǎng)1995年的運(yùn)行統(tǒng)計為例，在人工調(diào)節(jié)聯(lián)絡(luò)線功率的情況下，三省一市全年平均聯(lián)絡(luò)線功率控制月合格率僅為23.22%，其中最高的聯(lián)絡(luò)線功率控制月合格率也只有35.69%（詳見表1-5-1）。1998年以后，華東電網(wǎng)各省、市廣泛采用了自動發(fā)電控制技術(shù)，聯(lián)絡(luò)線功率控制合格率逐步提高，近年來，省、市聯(lián)絡(luò)線功率控制月合格率已達(dá)到90%以上。由此可見，自動發(fā)電控制是開展聯(lián)絡(luò)線電力、電量交易的重要技術(shù)保證。表1-5-11995年華東電網(wǎng)省、市聯(lián)絡(luò)線功率控制月合格率統(tǒng)計（%）1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月年平均上海15.9322.0321.9925.0428.0027.8423.3118.3321.4625.9824.6016.4322.58江蘇16.3719.7419.7822.1121.0023.3217.8911.7813.0321.5624.3318.0519.08浙江24.8021.7118.4125.4126.8627.4124.5324.4020.8025.0922.9921.1823.55安徽25.7827.0732.3425.9724.4732.3231.6216.4518.8335.6931.2321.6626.95自動發(fā)電控制在輔助服務(wù)市場中的作用在電力市場環(huán)境中，自動發(fā)電控制的商業(yè)表現(xiàn)形式為提供調(diào)節(jié)服務(wù)和負(fù)荷跟蹤服務(wù)，雖然負(fù)荷跟蹤服務(wù)可以用人工控制的方法來實(shí)現(xiàn)，但采用自動發(fā)電控制下跟蹤負(fù)荷曲線的方法提供服務(wù)能得到遠(yuǎn)比人工控制更好的效果。調(diào)節(jié)服務(wù)和負(fù)荷跟蹤服務(wù)是輔助服務(wù)市場中交易的重要商品，輔助服務(wù)是為保證電力系統(tǒng)安全，支撐電力、電量供應(yīng)和功率輸送的基礎(chǔ)性服務(wù)，在電力行業(yè)重組之前，輔助服務(wù)是作為捆綁的電力產(chǎn)品，由垂直組合的電力企業(yè)提供的。電力行業(yè)重組以后，盡管許多電力產(chǎn)品（如電量、備用容量、調(diào)節(jié)服務(wù)和負(fù)荷跟蹤服務(wù)等）都是由同一個設(shè)備（發(fā)電機(jī)組）提供的，但由于各種產(chǎn)品的服務(wù)目的、服務(wù)對象不同，成為電力市場中不同的交易商品。調(diào)節(jié)服務(wù)和負(fù)荷跟蹤服務(wù)是為平衡發(fā)、用電，保證頻率質(zhì)量和控制聯(lián)絡(luò)線功率服務(wù)的，它的服務(wù)對象不是某一個特定的用戶，而是為電力市場的全體用戶服務(wù)的，不與特定的電力、電量交易直接發(fā)生關(guān)系，必須與電力、電量交易互相分離，單獨(dú)進(jìn)行交易。由于調(diào)節(jié)服務(wù)和負(fù)荷跟蹤服務(wù)可以由不同的發(fā)電機(jī)組提供，為了降低服務(wù)成本，應(yīng)該通過競爭的方法來選擇服務(wù)的提供者。調(diào)節(jié)服務(wù)和負(fù)荷跟蹤服務(wù)在電力市場交易中占有一定的份額，根據(jù)美國聯(lián)邦能源協(xié)調(diào)委員會（FERC）對12個電力系統(tǒng)的統(tǒng)計，所有的輔助服務(wù)的費(fèi)用平均占全部發(fā)、輸電費(fèi)用的9.8%，其中調(diào)節(jié)服務(wù)和負(fù)荷跟蹤服務(wù)的費(fèi)用平均占全部輔助服務(wù)費(fèi)用的9.1%，即占全部發(fā)、輸電費(fèi)用的0.9%，合0.04美分/kWh。圖1-5-1表示了各種輔助服務(wù)的費(fèi)用占全部輔助服務(wù)費(fèi)用的百分比。根據(jù)統(tǒng)計，1996年美國全國的電力用戶為調(diào)節(jié)服務(wù)和負(fù)荷跟蹤服務(wù)所付出的費(fèi)用大約為10億美元。自動發(fā)電控制技術(shù)在市場環(huán)境中不斷提高和完善在電力市場的環(huán)境中，調(diào)節(jié)服務(wù)和負(fù)荷跟蹤服務(wù)作為一種競爭性的商品進(jìn)行交易，為了降低生產(chǎn)成本，必然對其技術(shù)的表現(xiàn)形式——自動發(fā)電控制提出更高的要求。1，系統(tǒng)控制策略的改進(jìn)在傳統(tǒng)的運(yùn)行條件下，自動發(fā)電控制的費(fèi)用與電能的費(fèi)用捆綁在一起，系統(tǒng)控制者往往僅考慮控制的性能，而對控制的成本則較少顧及。對不同的控制區(qū)，由于所擁有的發(fā)電資源不同，對自動發(fā)電控制所付出的成本相差較大。在電力市場環(huán)境下，控制成本成為系統(tǒng)控制者考慮的重要因素，那些原本控制成本較高的控制區(qū)必然要尋求改變控制策略。在北美，不少原本較小的控制區(qū)紛紛尋求聯(lián)合，組成規(guī)模較大的控制區(qū)，實(shí)行統(tǒng)一的控制，以便在較大的區(qū)域范圍內(nèi)優(yōu)化資源配置，降低控制的費(fèi)用。2，控制技術(shù)手段的改進(jìn)隨著控制區(qū)的擴(kuò)大，由控制區(qū)的控制中心直接對所有提供服務(wù)的機(jī)組進(jìn)行控制已越來越困難，實(shí)行分層控制的區(qū)域越來越多；為了在更大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，向其它控制區(qū)購買服務(wù)的現(xiàn)象也越來越普遍。因此，數(shù)據(jù)通信技術(shù)在自動發(fā)電控制中得到了廣泛的應(yīng)用。3，對控制技術(shù)條件的驗(yàn)證和性能評價的技術(shù)日臻完善在市場環(huán)境中，自動發(fā)電控制既然作為商品來提供，其有關(guān)的技術(shù)條件（主要是調(diào)節(jié)范圍和調(diào)節(jié)速率）必須經(jīng)過權(quán)威機(jī)構(gòu)事先的驗(yàn)證，并且還要定期地進(jìn)行驗(yàn)證；其控制的性能要由運(yùn)行控制機(jī)構(gòu)評價，作為服務(wù)費(fèi)用結(jié)算的依據(jù)。在傳統(tǒng)的控制方式中，控制性能評價主要是針對控制區(qū)的，而在電力市場中，控制性能評價則發(fā)展為針對服務(wù)提供者（發(fā)電廠或發(fā)電商），這是一大進(jìn)步?？傊?，自動發(fā)電控制技術(shù)是電力市場的重要支持工具，而電力市場也為自動發(fā)電控制技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造了良好的條件。有理由相信，自動發(fā)電控制技術(shù)在市場環(huán)境中將得到更大的發(fā)展。電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制（AGC）概述電力系統(tǒng)的負(fù)荷變化和頻率波動電力系統(tǒng)頻率波動的原因電力系統(tǒng)頻率波動的直接原因是發(fā)電機(jī)輸入功率和輸出功率(負(fù)荷)之間的不平衡，眾所周知，電力系統(tǒng)頻率是同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)：?=RMPp/120 （2.1.1）式中：RMP是發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位是（轉(zhuǎn)/每分鐘）。p是發(fā)電機(jī)的極數(shù)。120是將分鐘轉(zhuǎn)換為秒、極數(shù)轉(zhuǎn)換為極對的轉(zhuǎn)換系數(shù)。對于一般的火力發(fā)電機(jī)，極數(shù)為2，額定轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/每分鐘，因此額定頻率為50Hz。為了便于分析，電力系統(tǒng)頻率又可以用同步發(fā)電機(jī)角速度的函數(shù)來表示： ?=ω/2π （2.1.2）發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程為： MT–Me=ΔM=Jdω/dt （2.1.3）式中：MT為原動機(jī)的轉(zhuǎn)矩。Me為發(fā)電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩（即負(fù)載）。J為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量。dω/dt為發(fā)電機(jī)的角加速度。由于功率與轉(zhuǎn)矩之間存在直接的轉(zhuǎn)換關(guān)系（P=ωM），公式2.1.3經(jīng)規(guī)格化處理和拉氏變換后，可得傳遞函數(shù)： PT–Pe=2HsΔω （2.1.4）式中：PT為原動機(jī)功率。Pe為發(fā)電機(jī)的電磁功率。H為發(fā)電機(jī)的慣性常數(shù)。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動傳遞函數(shù)的方框圖如圖2-1所示：圖2-1發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動傳遞函數(shù)方框圖-–+PePTΔω12Hs圖2-1發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動傳遞函數(shù)方框圖-–+PePTΔω12Hs由此可知，當(dāng)原動機(jī)功率和發(fā)電機(jī)電磁功率之間產(chǎn)生不平衡時，必然引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，即引起電力系統(tǒng)頻率的變化。盡管原動機(jī)功率PT不是恒定不變的，但它主要取決于本臺發(fā)電機(jī)的原動機(jī)和調(diào)速器的特性，因而是相對容易控制的因素；而發(fā)電機(jī)電磁功率Pe的變化則不僅與本臺發(fā)電機(jī)的電磁特性有關(guān)，更取決于電力系統(tǒng)的負(fù)荷特性、以及其它發(fā)電機(jī)的運(yùn)行工況，是難以控制的因素，是引起電力系統(tǒng)頻率波動的主要原因。二、電力系統(tǒng)負(fù)荷變化的規(guī)律由于電力系統(tǒng)負(fù)荷變化是引起電力系統(tǒng)頻率波動的主要原因，因此，研究電力系統(tǒng)負(fù)荷變化的規(guī)律是進(jìn)行頻率控制的首要任務(wù)。對于各類負(fù)荷的變化規(guī)律需要研究的問題有：負(fù)荷變化的幅值（Mw）（與適應(yīng)該類負(fù)荷變化所需的發(fā)電容量有關(guān)）。負(fù)荷變化率（Mw/分鐘）（與適應(yīng)該類負(fù)荷變化所需的發(fā)電容量升降速率有關(guān)）。負(fù)荷變化改變方向的次數(shù)（與為適應(yīng)該類負(fù)荷變化而實(shí)施的控制，所引起的效率下降、維護(hù)成本提高而增加的成本有關(guān)）。負(fù)荷變化規(guī)律可分為正常情況下的負(fù)荷變化規(guī)律，和異常情況下的負(fù)荷變化規(guī)律兩種。正常情況下的負(fù)荷變化規(guī)律通過對正常情況下系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷變化曲線（圖2-2細(xì)線所示）的分解，電力系統(tǒng)的負(fù)荷是由三種不同變化規(guī)律的負(fù)荷分量組成的：1圖2-2電力系統(tǒng)的負(fù)荷變化曲線1第一種負(fù)荷分量是變化周期在10秒以內(nèi)、變化幅度較小的負(fù)荷分量。某系統(tǒng)的10秒鐘負(fù)荷波動的情況如圖2-2中1所示，這種快速的負(fù)荷波動是各個獨(dú)立負(fù)荷隨機(jī)變化的集中表現(xiàn)。這類負(fù)荷的變化規(guī)律是：負(fù)荷變化的幅值小，變化幅值一般低于負(fù)荷峰值的1%。負(fù)荷變化率大，變化速率可達(dá)每分鐘變化負(fù)荷峰值的5%以上。負(fù)荷變化改變方向的次數(shù)多，每小時改變方向的次數(shù)可達(dá)數(shù)百次。第二種負(fù)荷分量是變化周期在10秒到數(shù)分鐘之間的負(fù)荷分量。其變化如圖2-2中2所示，屬于這類負(fù)荷的主要有電爐、壓延機(jī)械、電氣機(jī)車等。這類負(fù)荷的變化規(guī)律是：負(fù)荷變化的幅值較小，平均變化幅值為負(fù)荷峰值的2.5%左右。負(fù)荷變化率較大，平均變化速率為每分鐘變化負(fù)荷峰值的1%~2.5%左右。負(fù)荷變化改變方向的次數(shù)較多，每小時改變方向的次數(shù)在二、三十次之間。（3）第三種負(fù)荷分量是變化緩慢的持續(xù)變動負(fù)荷。其變化情況如圖2-2中3所示，引起這類負(fù)荷變化的原因主要是各行業(yè)的作息制度、人民的生活方式規(guī)律、天氣的變化等。這類負(fù)荷的變化規(guī)律是：負(fù)荷變化的幅值大，一晝夜負(fù)荷變化的幅值（即電力系統(tǒng)的峰谷差）往往在負(fù)荷峰值的40%以上。負(fù)荷變化率較小，平均變化速率為每分鐘變化負(fù)荷峰值的0.5%左右。負(fù)荷變化改變方向的次數(shù)少，一晝夜負(fù)荷變化改變方向的次數(shù)在十幾次到數(shù)十次之間。鑒于大多數(shù)發(fā)電機(jī)是一個計劃時段按一個功率設(shè)定值運(yùn)行，不可能全部精確跟蹤第三種負(fù)荷曲線，因此，第三種負(fù)荷分量又可根據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際情況，分解為基本負(fù)荷（第四種負(fù)荷分量）和爬坡負(fù)荷（第五種負(fù)荷分量），如圖2-3所示。基本負(fù)荷（第四種負(fù)荷分量）的變化規(guī)律是：在一晝夜內(nèi)負(fù)荷變化的幅值與第三種負(fù)荷分量相同，但在一個計劃時段內(nèi)（24點(diǎn)計劃即為1小時，96點(diǎn)計劃即為15分鐘）保持不變。在兩個計劃時段之間以承擔(dān)基本負(fù)荷的發(fā)電機(jī)能達(dá)到的爬坡速率變化。一晝夜負(fù)荷變化改變方向的次數(shù)不大于計劃時段數(shù)。爬坡負(fù)荷（第五種負(fù)荷分量）的變化規(guī)律是：負(fù)荷變化的幅值為每個計劃時段最高與最低負(fù)荷之差。負(fù)荷變化率，在每個計劃時段內(nèi)與第三種負(fù)荷分量相同；在兩個計劃時段之間則與第四種負(fù)荷分量的爬坡速率有關(guān)。在每個計劃時段內(nèi)，負(fù)荷變化方向基本是單調(diào)的。異常情況下的負(fù)荷變化規(guī)律電力系統(tǒng)負(fù)荷的異常變化是指因故障引起的發(fā)電機(jī)組跳閘、失去與相鄰電力系統(tǒng)的交換功率、失去大量用電負(fù)荷等突發(fā)性的原動機(jī)功率和發(fā)電機(jī)電磁功率之間的不平衡事件，其中最常見的事件是發(fā)電機(jī)組跳閘。電力系統(tǒng)異常情況下負(fù)荷變化的規(guī)律是：負(fù)荷變化的幅值大，在僅考慮單一故障情況下，最大的變化幅值為最大的單個電源的容量。負(fù)荷變化率大，整個變化過程在瞬間完成。負(fù)荷變化是單方向，不會自行改變方向。電力系統(tǒng)頻率控制的基本概念通過對電力系統(tǒng)各種負(fù)荷分量變化規(guī)律的分析，有利于采取不同的措施，來控制原動機(jī)功率和發(fā)電機(jī)電磁功率之間的不平衡，達(dá)到控制系統(tǒng)頻率的目的。頻率的一次調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)節(jié)是指利用系統(tǒng)固有的負(fù)荷頻率特性，以及發(fā)電機(jī)的調(diào)速器的作用，來阻止系統(tǒng)頻率偏離標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)節(jié)方式。頻率一次調(diào)節(jié)的基本原理電力系統(tǒng)負(fù)荷的頻率一次調(diào)節(jié)作用當(dāng)電力系統(tǒng)中原動機(jī)功率或負(fù)荷功率發(fā)生變化時，必然引起電力系統(tǒng)頻率的變化，此時，存儲在系統(tǒng)負(fù)荷的電磁場和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量（如電動機(jī)、照明鎮(zhèn)流器等）中的能量會發(fā)生變化，以阻止系統(tǒng)頻率的變化，即當(dāng)系統(tǒng)頻率下降時，系統(tǒng)負(fù)荷會減少；當(dāng)系統(tǒng)頻率上升時，系統(tǒng)負(fù)荷會增加。這稱為系統(tǒng)負(fù)荷的慣性作用，它用負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)（又稱系統(tǒng)負(fù)荷阻尼常數(shù)）D來表示： D=ΔP/Δ?（Mw/Hz） (2.2.1)系統(tǒng)負(fù)荷阻尼常數(shù)D常用標(biāo)么值來表示，其典型值為1~2。D=2意味著1%的頻率變化會引起系統(tǒng)負(fù)荷2%的變化。（2）發(fā)電機(jī)的頻率一次調(diào)節(jié)作用當(dāng)電力系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時，系統(tǒng)中所有的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速即發(fā)生變化，如轉(zhuǎn)速的變化超出發(fā)電機(jī)組規(guī)定的不靈敏區(qū)，該發(fā)電機(jī)的調(diào)速器就會動作，改變其原動機(jī)的閥門位置，調(diào)整原動機(jī)的功率，以求改善原動機(jī)功率或負(fù)荷功率的不平衡狀況，即當(dāng)系統(tǒng)頻率下降時，發(fā)電機(jī)的蒸汽閥門或進(jìn)水閥門的開度就會增大，增加原動機(jī)的功率；當(dāng)系統(tǒng)頻率上升時，發(fā)電機(jī)的蒸汽閥門或進(jìn)水閥門的開度就會減小，減少原動機(jī)的功率。發(fā)電機(jī)調(diào)速器的這種特性稱為機(jī)組的調(diào)差特性，它用調(diào)差率R來表示： R=[（No–N）/NR]100% (2.2.2)式中：No表示無載靜態(tài)轉(zhuǎn)速（主閥在無載位置）N表示滿載靜態(tài)轉(zhuǎn)速（主閥全開）NR表示額定轉(zhuǎn)速調(diào)差率R的實(shí)際涵義是，如R=5%，則系統(tǒng)頻率變化5%，將引起主閥位置變化100%。（3）具有頻率一次調(diào)節(jié)作用的電力系統(tǒng)模型電力系統(tǒng)綜合的一次調(diào)節(jié)特性是系統(tǒng)內(nèi)所有發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的一次調(diào)節(jié)特性之總和，具有一次調(diào)節(jié)作用的電力系統(tǒng)模型如圖2-4所示：PREFPTPeΔω-++-1R調(diào)速器和原動機(jī)12Hs+DPREFPTPeΔω-++-1R調(diào)速器和原動機(jī)12Hs+D圖2-4具有一次調(diào)節(jié)作用的電力系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖從圖2-4可以看出，由于具有一次調(diào)節(jié)作用的電力系統(tǒng)中存在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速（即系統(tǒng)頻率）的負(fù)反饋調(diào)整環(huán)節(jié)，將起到穩(wěn)定系統(tǒng)頻率的作用。（二）頻率一次調(diào)節(jié)的特點(diǎn)（1）一次調(diào)節(jié)對系統(tǒng)頻率變化的響應(yīng)快，根據(jù)IEEE的統(tǒng)計，電力系統(tǒng)綜合的一次調(diào)節(jié)特性時間常數(shù)一般在10秒左右。由于發(fā)電機(jī)的一次調(diào)節(jié)僅作用于原動機(jī)的閥門位置，而未作用于火力發(fā)電機(jī)組的燃燒系統(tǒng)。當(dāng)閥門開度增大時，是鍋爐中的蓄熱暫時改變了原動機(jī)的功率，由于燃燒系統(tǒng)中的化學(xué)能量沒有發(fā)生變化，隨著蓄熱量的減少，原動機(jī)的功率又會回到原來的水平。因而，火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)節(jié)的作用時間是短暫的。不同類型的火力發(fā)電機(jī)組，由于蓄熱量的不同，一次調(diào)節(jié)的作用時間為0.5到2分鐘不等。發(fā)電機(jī)的一次調(diào)節(jié)采用的調(diào)整方法是有差特性法，其優(yōu)點(diǎn)是所有機(jī)組的調(diào)整只與一個參變量有關(guān)（即與系統(tǒng)頻率有關(guān)），機(jī)組之間互相影響小。但是，它不能實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)頻率的無差調(diào)整。頻率一次調(diào)節(jié)在頻率控制中的作用根據(jù)電力系統(tǒng)頻率一次調(diào)節(jié)的特點(diǎn)可知，一次調(diào)節(jié)在頻率控制中的作用是：自動平衡第一種負(fù)荷分量，即那些快速的、幅值較小的負(fù)荷隨機(jī)波動。對異常情況下的負(fù)荷突變，起緩沖作用。圖2-5顯示了北美西部互聯(lián)電力系統(tǒng)在一臺1040Mw發(fā)電機(jī)跳閘時，在一次調(diào)節(jié)的作用下，系統(tǒng)頻率變化的情況。頻率一次調(diào)節(jié)與其它頻率調(diào)節(jié)方式的關(guān)系頻率一次調(diào)節(jié)是控制系統(tǒng)頻率的一種重要方式，但由于它的作用衰減性和調(diào)整的有差性，不能單獨(dú)依靠一次調(diào)節(jié)來控制系統(tǒng)頻率。要實(shí)現(xiàn)頻率的無差調(diào)整，必須依靠頻率的二次調(diào)節(jié)。圖2-5北美西部互聯(lián)電力系統(tǒng)1040Mw發(fā)電機(jī)跳閘時頻率變化曲線頻率的二次調(diào)節(jié)（AGC）電力系統(tǒng)頻率二次調(diào)節(jié)的基本概念―++B1RΔω―ΔPTPe+―PT12Hs+D―++B1RΔω―ΔPTPe+―PT12Hs+D集中的AGC算法由于發(fā)電機(jī)組一次調(diào)節(jié)實(shí)行的是頻率有差調(diào)節(jié)，因此，早期的頻率二次調(diào)節(jié)，是通過控制調(diào)速系統(tǒng)的同步電機(jī)，改變發(fā)電機(jī)組的調(diào)差特性曲線的位置，實(shí)現(xiàn)頻率的無差調(diào)整。但未實(shí)現(xiàn)對火力發(fā)電機(jī)組的燃燒系統(tǒng)的控制，為使原動機(jī)的功率與負(fù)荷功率保持平衡，需要依靠人工調(diào)整原動機(jī)功率的基準(zhǔn)值，達(dá)到改變原動機(jī)功率的目的。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，火力發(fā)電機(jī)組普遍采用了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，由自動控制來代替人工進(jìn)行此類操作。在現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)中，各控制區(qū)則采用集中的計算機(jī)控制。這就是電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)節(jié)，即自動發(fā)電控制（AGC）。具有頻率二次調(diào)節(jié)作用的電力系統(tǒng)的模型如圖2-6所示。集中的AGC算法圖2-6頻率二次調(diào)節(jié)模型框圖頻率二次調(diào)節(jié)的特點(diǎn)頻率的二次調(diào)節(jié)(不論是分散的，還是集中的調(diào)整方式)，采用的調(diào)整方式對系統(tǒng)頻率是無差的。在協(xié)調(diào)控制的火力發(fā)電機(jī)組中，由于受能量轉(zhuǎn)換過程的時間限制，頻率二次調(diào)節(jié)對系統(tǒng)負(fù)荷變化的響應(yīng)比一次調(diào)節(jié)慢得多，它的響應(yīng)時間一般需要1~2分鐘。頻率的二次調(diào)節(jié)對機(jī)組功率往往采用比例分配，使發(fā)電機(jī)組偏離經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)。頻率二次調(diào)節(jié)在頻率控制中的作用根據(jù)電力系統(tǒng)頻率二次調(diào)節(jié)的這些特點(diǎn)可知，由于二次調(diào)節(jié)的響應(yīng)時間較慢，因而不能調(diào)整那些快速的負(fù)荷隨機(jī)波動，但它能有效地調(diào)整分鐘級及更長周期的負(fù)荷波動。頻率二次調(diào)節(jié)的另一主要作用是實(shí)現(xiàn)頻率的無差調(diào)整。頻率二次調(diào)節(jié)與其它頻率調(diào)節(jié)方式的關(guān)系由于響應(yīng)時間的不同，頻率二次調(diào)節(jié)不能代替頻率一次調(diào)節(jié)的作用；而頻率二次調(diào)節(jié)的作用開始發(fā)揮的時間，與頻率一次調(diào)節(jié)的作用開始逐步失去的時間基本相當(dāng)，因此，兩者在時間上配合好，對系統(tǒng)發(fā)生較大擾動時快速恢復(fù)系統(tǒng)頻率相當(dāng)重要（見圖2-7）。頻率二次調(diào)節(jié)帶來的使發(fā)電機(jī)組偏離經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)的問題，需由頻率的三次調(diào)節(jié)（負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配）來解決；同時，集中的計算機(jī)控制也為頻率的三次調(diào)節(jié)提供了有效的閉環(huán)控制手段。頻率的三次調(diào)節(jié)（負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配）電力系統(tǒng)頻率三次調(diào)節(jié)的基本概念電力系統(tǒng)頻率三次調(diào)節(jié)的任務(wù)是經(jīng)濟(jì)、高效地實(shí)施功率和負(fù)荷的平衡。頻率三次調(diào)節(jié)要解決的問題是：以最低的開、停機(jī)成本（費(fèi)用）安排機(jī)組組合，以適應(yīng)日負(fù)荷的大幅度變化。在機(jī)組之間經(jīng)濟(jì)地分配負(fù)荷，使得發(fā)電成本（費(fèi)用）最低。在地域廣闊的電力系統(tǒng)中，需考慮發(fā)電成本（發(fā)電費(fèi)用）和網(wǎng)損（輸電費(fèi)用）之和最低。為預(yù)防電力系統(tǒng)故障時對負(fù)荷的影響，在機(jī)組之間合理地分配備用容量。在互聯(lián)電力系統(tǒng)中，通過調(diào)整控制區(qū)之間的交換功率，在控制區(qū)之間經(jīng)濟(jì)地分配負(fù)荷。頻率三次調(diào)節(jié)的特點(diǎn)頻率三次調(diào)節(jié)與頻率一、二次調(diào)節(jié)不同，不僅要對實(shí)際負(fù)荷的變化作出反應(yīng)，更主要的是要根據(jù)預(yù)計的負(fù)荷變化，對發(fā)電功率作出安排。頻率三次調(diào)節(jié)不僅要解決功率和負(fù)荷的平衡問題，還要考慮成本或費(fèi)用的問題，需控制的參變量更多，需要的數(shù)據(jù)更多，算法也更復(fù)雜，因此其執(zhí)行周期不可能很短。頻率三次調(diào)節(jié)在頻率控制中的作用頻率三次調(diào)節(jié)主要是針對一天中變化緩慢的持續(xù)變動負(fù)荷安排發(fā)電計劃（即調(diào)峰）；以及在負(fù)荷或發(fā)電功率偏離經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)時，對負(fù)荷重新進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分配。其在頻率控制中的作用主要是提高控制的經(jīng)濟(jì)性。但是，發(fā)電計劃的優(yōu)劣對頻率二次調(diào)節(jié)的品質(zhì)有重大的影響，如果發(fā)電計劃與實(shí)際負(fù)荷的偏差越大，則二次調(diào)節(jié)所需的調(diào)節(jié)容量越大，承擔(dān)的壓力越重。因此，應(yīng)盡可能提高三次調(diào)節(jié)的精確度。發(fā)電機(jī)組的類型及其在頻率控制中的作用影響發(fā)電機(jī)組參與AGC運(yùn)行的因素自動發(fā)電控制的執(zhí)行依賴于發(fā)電機(jī)組對其控制指令的響應(yīng)，而發(fā)電機(jī)組的響應(yīng)特性與許多因素有關(guān)，如：發(fā)電機(jī)組的類型。如：蒸汽發(fā)電機(jī)組、燃汽輪機(jī)、核電機(jī)組、水電機(jī)組。發(fā)電機(jī)組類型的細(xì)分。如：汽包爐還是直流爐的蒸汽發(fā)電機(jī)組、沸水堆還是壓水堆的核電機(jī)組、單循環(huán)還是聯(lián)合循環(huán)的燃汽輪機(jī)、低水頭還是高水頭的水電機(jī)組。發(fā)電機(jī)組的控制類型。如：汽機(jī)跟隨、鍋爐跟隨、協(xié)調(diào)控制；再如：滑壓控制、定壓控制。發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行點(diǎn)。如：閥門的位置、磨煤機(jī)的啟停等。各類發(fā)電機(jī)組的響應(yīng)特性蒸汽發(fā)電機(jī)組：大多數(shù)汽包爐的蒸汽發(fā)電機(jī)組采用汽機(jī)跟隨或鍋爐跟隨的控制方式，鍋爐跟隨控制方式的這類發(fā)電機(jī)組一般能30%的變化范圍內(nèi)，以每分鐘3%的速率響應(yīng)AGC指令。直流爐的蒸汽發(fā)電機(jī)組一般都采用協(xié)調(diào)控制方式，它能協(xié)調(diào)控制燃料、汽溫、汽壓、閥門位置的變化，以免對機(jī)組部件產(chǎn)生不希望有的應(yīng)力。這類發(fā)電機(jī)組能在10分鐘內(nèi)改變20%的發(fā)電功率。核電機(jī)組：沸水堆核電機(jī)組在它們可調(diào)的范圍內(nèi)，能以每分鐘3%的速率響應(yīng)AGC指令；而較大范圍地改變發(fā)電功率則需通過調(diào)整反應(yīng)堆核內(nèi)的控制棒來實(shí)現(xiàn)。壓水堆核電機(jī)組調(diào)整發(fā)電功率需調(diào)整反應(yīng)堆核內(nèi)的控制棒，而較大范圍地改變發(fā)電功率則需通過改變初循環(huán)中硼酸濃度來實(shí)現(xiàn)。在一些核電比例較高的電力系統(tǒng)中（如法國），核電機(jī)組也參與AGC運(yùn)行，但由于不論發(fā)電功率怎么變化，核燃料的使用期限是不變的。因此，從經(jīng)濟(jì)的角度講，核電機(jī)組應(yīng)保持滿功率發(fā)電。燃汽輪機(jī)：單循環(huán)的燃汽輪機(jī)具有較高的響應(yīng)速率，根據(jù)IEEE的統(tǒng)計資料，單循環(huán)燃汽輪機(jī)最大瞬間響應(yīng)平均為容量的52%，其后續(xù)響應(yīng)速率平均為每秒0.8%，但由于其發(fā)電成本較高，一般用來帶尖峰負(fù)荷，或用作緊急事故備用，較少參與AGC運(yùn)行。聯(lián)合循環(huán)燃汽輪機(jī)的發(fā)電成本低于單循環(huán)機(jī)組，它排出的氣體用于產(chǎn)生蒸汽來驅(qū)動汽輪機(jī)，聯(lián)合循環(huán)燃汽輪機(jī)的響應(yīng)速率低于單循環(huán)機(jī)組，常參與AGC運(yùn)行。水電機(jī)組：水電機(jī)組的發(fā)電功率變化范圍大，響應(yīng)速率高，根據(jù)IEEE的統(tǒng)計資料，絕大部分的水電機(jī)組的響應(yīng)速率在每秒1~2%之間，但為減小長水管中水錘的損害，高水頭的水電機(jī)組應(yīng)適當(dāng)降低響應(yīng)速率。各類發(fā)電機(jī)組在頻率控制中的作用根據(jù)對各類發(fā)電機(jī)組響應(yīng)特性的分析，在不考慮經(jīng)濟(jì)因素的情況下，可以得出結(jié)論：水電機(jī)組和燃汽輪機(jī)的發(fā)電功率變化范圍大，響應(yīng)速率高，且易于改變調(diào)節(jié)方向，宜參與對變化周期在10秒到數(shù)分鐘之間的負(fù)荷分量的調(diào)節(jié)。蒸汽發(fā)電機(jī)組和核電機(jī)組的響應(yīng)速率低，且不易改變調(diào)節(jié)方向，宜參與跟蹤變化緩慢的持續(xù)變動負(fù)荷。電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制（AGC）系統(tǒng)構(gòu)成概述自動發(fā)電控制（AGC）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制（AGC）系統(tǒng)由主站控制系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)、和電廠控制系統(tǒng)等組成，其總體結(jié)構(gòu)見圖2-8。自動發(fā)電控制（AGC）主站系統(tǒng)自動發(fā)電控制（AGC）主站系統(tǒng)，又稱能量管理系統(tǒng)（EMS），為實(shí)現(xiàn)自動發(fā)電控制，EMS應(yīng)由以下部分組成：（一）主站計算機(jī)系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)是一個功能復(fù)雜的計算機(jī)系統(tǒng)，現(xiàn)代的EMS的一般結(jié)構(gòu)見圖2-9，其主要組成部分有：通信工作站：與遠(yuǎn)動裝置(RTU)、廠站自動化系統(tǒng)、其它調(diào)度機(jī)構(gòu)的能量管理系統(tǒng)等進(jìn)行通信，執(zhí)