agc、一次調(diào)頻控制模式的配合缺陷分析

agc、一次調(diào)頻控制模式的配合缺陷分析

0發(fā)電聯(lián)合工業(yè)電網(wǎng)agc2006年底，國(guó)內(nèi)供電能力超過(guò)6億kw，南方互聯(lián)電網(wǎng)能力超過(guò)1億kw。隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大,人工調(diào)度方式將逐漸被自動(dòng)化調(diào)度方式取代,越來(lái)越多的電站機(jī)組接入了自動(dòng)發(fā)電控制(AGC),由電網(wǎng)調(diào)度能量管理系統(tǒng)(EMS)直接控制發(fā)電出力。AGC是現(xiàn)代電網(wǎng)控制的一項(xiàng)基本和重要功能,是基于電網(wǎng)高度自動(dòng)化的EMS與發(fā)電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)間閉環(huán)控制的一種先進(jìn)技術(shù)手段。實(shí)施AGC可獲得以高質(zhì)量電能為電力的供需實(shí)時(shí)平衡服務(wù),可以提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,降低運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。一次調(diào)頻是電網(wǎng)中快速的小的負(fù)荷變化需發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)在不改變負(fù)荷設(shè)定點(diǎn)的情況下監(jiān)測(cè)到轉(zhuǎn)速的變化,改變發(fā)電機(jī)功率,適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的隨機(jī)變動(dòng),保證電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。根據(jù)對(duì)某電網(wǎng)的多次模擬結(jié)果,一次調(diào)頻投入與否對(duì)電網(wǎng)頻率的質(zhì)量、應(yīng)對(duì)事故的能力有很大影響,多次調(diào)度會(huì)議上都強(qiáng)調(diào)了電廠投入一次調(diào)頻功能的重要性。AGC的采樣周期、響應(yīng)調(diào)整模式和速率很難滿足電網(wǎng)的應(yīng)急要求,電網(wǎng)也需要發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻功能,而一次調(diào)頻功能受調(diào)速器性能、機(jī)組特性的影響很大,如果設(shè)置不當(dāng),一次調(diào)頻也會(huì)導(dǎo)致事故加重。1994年5月25日,廣東大亞灣核電站因核電機(jī)組在試驗(yàn)中滿負(fù)荷跳閘引起系統(tǒng)頻率降低,西部水電機(jī)組快速增加負(fù)荷,引起南方電網(wǎng)系統(tǒng)失穩(wěn)振蕩、解列,造成廣東、廣西、貴州、云南及香港、澳門(mén)部分地區(qū)停電。由于AGC、一次調(diào)頻控制信號(hào)、控制目標(biāo)不同,其工作方式、響應(yīng)周期也不盡相同,如配合不當(dāng)可能事與愿違。1agc控制方式為頻率閉環(huán)模式,其控制的變量和周期為一次高效時(shí)長(zhǎng)為6個(gè)月AGC是通過(guò)修改有功出力給定來(lái)控制發(fā)電機(jī)有功出力,從而跟蹤電力系統(tǒng)負(fù)荷變化,維持頻率等于額定值,同時(shí)滿足互聯(lián)電力系統(tǒng)間按計(jì)劃要求交換功率的一種控制技術(shù)。其基本目標(biāo)包括:使全系統(tǒng)的發(fā)電出力與負(fù)荷功率相匹配;將電力系統(tǒng)的頻率偏差調(diào)節(jié)到0,保持系統(tǒng)頻率為額定值;控制區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線的交換功率與計(jì)劃值相等,實(shí)現(xiàn)各區(qū)域內(nèi)有功功率的平衡。電網(wǎng)調(diào)度端的AGC輸入信號(hào)為頻率、聯(lián)絡(luò)線功率等,輸出信號(hào)為各廠站的有功定值,是典型的多輸入多目標(biāo)控制系統(tǒng);而一次調(diào)頻依靠發(fā)電機(jī)調(diào)速器在當(dāng)?shù)夭杉l率信號(hào),根據(jù)頻率偏差自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié),其調(diào)節(jié)量、速率均為事前設(shè)定的定值。AGC屬于廣域控制系統(tǒng),需要電網(wǎng)中多個(gè)設(shè)備、子系統(tǒng)相互配合才能完成其功能,如圖1所示,其輸入為廣布全電網(wǎng)各廠站的遠(yuǎn)程終端設(shè)備(RTU),采集信號(hào)為聯(lián)絡(luò)線潮流、各廠站功率、頻率,經(jīng)過(guò)EMS運(yùn)算后得出控制各發(fā)電機(jī)出力的功率值,送到各發(fā)電廠(機(jī)組)RTU,調(diào)控機(jī)組有功出力。由于系統(tǒng)分布廣,響應(yīng)速率受系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集周期和各廠站控制系統(tǒng)影響很大,響應(yīng)時(shí)間為數(shù)十秒到幾分鐘不等,調(diào)整速率由每分鐘數(shù)兆瓦到數(shù)十兆瓦不等。一次調(diào)頻則屬于當(dāng)?shù)乜刂葡到y(tǒng),一般由發(fā)電機(jī)調(diào)速器附加控制功能實(shí)現(xiàn),水輪發(fā)電機(jī)組通過(guò)整定調(diào)速器永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)ep實(shí)現(xiàn),可以在0～10%之間整定,對(duì)于電網(wǎng)一次調(diào)頻來(lái)說(shuō),一般要求整定為4%～5%,根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差控制導(dǎo)葉開(kāi)度。如圖2所示。當(dāng)頻率偏離50Hz時(shí),按下式調(diào)整出力:ΔP=Δf?epPmaxΔΡ=Δf*epΡmax式中:Δf*為頻率偏差,按百分比計(jì)算,Δf*=Δf/f0;ep為永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù);Pmax為按開(kāi)度限制折算機(jī)組的最大功率。其響應(yīng)速率取決于調(diào)速器暫態(tài)轉(zhuǎn)差率和接力器速率,一般水輪發(fā)電機(jī)組全開(kāi)全關(guān)導(dǎo)葉時(shí)間不超過(guò)20s,但水電機(jī)組一次調(diào)頻參數(shù)的整定如導(dǎo)葉全關(guān)時(shí)間、永態(tài)轉(zhuǎn)差率、暫態(tài)轉(zhuǎn)差率受調(diào)保計(jì)算的限制,不可能任意選擇,即便如此,水電機(jī)組的一次調(diào)頻響應(yīng)速率、范圍仍遠(yuǎn)高于火電機(jī)組。此外,為避免接力器頻繁動(dòng)作,調(diào)速器必須設(shè)置轉(zhuǎn)速死區(qū),在小范圍的頻率波動(dòng)時(shí),機(jī)組出力不予響應(yīng);當(dāng)頻率變化超過(guò)某一定值,調(diào)速器按預(yù)先整定的斜率調(diào)整機(jī)組出力。由上述可知,AGC的控制方式為功率閉環(huán)模式,其控制環(huán)涵蓋全網(wǎng);一次調(diào)頻控制方式為頻率閉環(huán)模式,只按照設(shè)備所在地頻率偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)。兩者的控制目標(biāo)、控制方式、響應(yīng)時(shí)間均有較大差異,在一些情況下,雙方的控制目標(biāo)會(huì)出現(xiàn)矛盾。1次頻譜下的出力偏差A(yù)GC一般采用功率控制方式,其電廠執(zhí)行端也是采用功率閉環(huán)控制,如水電廠普遍應(yīng)用的監(jiān)控系統(tǒng)大多采用功率閉環(huán)方式控制機(jī)組出力,非AGC機(jī)組由人工或負(fù)荷曲線設(shè)定機(jī)組功率;當(dāng)機(jī)組接入AGC時(shí),其功率給定信號(hào)由系統(tǒng)RTU給出。由于出力偏差涉及考核,為保證AGC或機(jī)組跟蹤負(fù)荷曲線的精度,機(jī)組出力在允許偏差范圍內(nèi)都取得比較小,大多在10MW內(nèi)。而一般水電機(jī)組ep值都取得比較小,約3%～6%,即使在系統(tǒng)頻率允許偏差范圍內(nèi),其一次調(diào)頻響應(yīng)的功率也會(huì)超出允許的出力偏差(見(jiàn)圖2)。由于AGC本地功率閉環(huán)響應(yīng)快,在系統(tǒng)頻率發(fā)生較大波動(dòng)時(shí),一次調(diào)頻將機(jī)組功率調(diào)整超出功率閉環(huán)允許偏差值時(shí),本地功率閉環(huán)控制將回調(diào)機(jī)組出力到之前AGC的定值,而此時(shí)電網(wǎng)EMS的解算尚未完成,新的AGC定值尚未下發(fā),一次調(diào)頻沒(méi)有起到在AGC之前抑制頻率偏差的作用。即一次調(diào)頻受功率閉環(huán)的影響,其響應(yīng)過(guò)程類似于微分控制,而不是比例控制。2調(diào)節(jié)性能優(yōu)良一次調(diào)頻只對(duì)頻率進(jìn)行響應(yīng),但從全網(wǎng)角度而言,AGC的控制方向可能與一次調(diào)頻完全相反,按頻率偏差調(diào)節(jié)未必使系統(tǒng)更加安全。如在潮流單一的南方電網(wǎng),其調(diào)節(jié)性能優(yōu)異的水電大多集中在西部,東部大多為火電大機(jī)組,在系統(tǒng)壓極限運(yùn)行時(shí),當(dāng)東部損失機(jī)組較多而引起頻率降低,西部水電一次調(diào)頻快速響應(yīng)將可能引起系統(tǒng)潮流加重而導(dǎo)致穩(wěn)定惡化。1994年5月25日的解網(wǎng)事件正是由于東部大機(jī)組跳閘、西部水電一次調(diào)頻快速加負(fù)荷導(dǎo)致潮流越限而失穩(wěn)。2次強(qiáng)調(diào)調(diào)速器定值一個(gè)良好的系統(tǒng),其不同的控制子系統(tǒng)應(yīng)有良好的配合,應(yīng)當(dāng)滿足無(wú)縫過(guò)渡的要求。AGC和一次調(diào)頻的控制方式、目標(biāo)、響應(yīng)周期有較大差異,但就全網(wǎng)控制而言,AGC應(yīng)具有高的優(yōu)先級(jí),一次調(diào)頻只是作為快速和基本控制,彌補(bǔ)AGC響應(yīng)周期長(zhǎng)的缺陷。從調(diào)速器理論上講,功率控制是根據(jù)出力給定值平移調(diào)速器的靜態(tài)特性,一次調(diào)頻是根據(jù)電網(wǎng)頻率沿靜態(tài)特性移動(dòng)調(diào)速器的工作位置,可以由AGC、一次調(diào)頻各自操作調(diào)速器轉(zhuǎn)差率曲線的不同參數(shù),形成合理的配合:AGC定值直接下達(dá)基準(zhǔn)功率值P0,一次調(diào)頻根據(jù)永態(tài)轉(zhuǎn)差率進(jìn)行調(diào)節(jié),如圖3所示。此外,為防止一次調(diào)頻快速加負(fù)荷導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn),一次調(diào)頻應(yīng)有功率增量上限。但是,這將改變目前電網(wǎng)管理、控制的方式,發(fā)電廠側(cè)監(jiān)控—電調(diào)的接口也需要做大幅度的改動(dòng),合理的方案未必可行。在目前模式下,通過(guò)合理整定AGC與一次調(diào)頻的定值,也可以在一定程度上改進(jìn)現(xiàn)有控制方式的缺陷,減少AGC與一次調(diào)頻配合不當(dāng)給系統(tǒng)帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。由于一次調(diào)頻參數(shù)是整定在調(diào)速器上的,修改定值比較困難,而且影響機(jī)組調(diào)節(jié)的品質(zhì),因此不宜在運(yùn)行中改變調(diào)速器定值。改進(jìn)思路是:AGC功率定值仍然沿用現(xiàn)有方式傳遞,只在AGC本地控制環(huán)節(jié)增加允許功率偏差、頻率死區(qū)、延遲控制等附加限制環(huán)節(jié),使一次調(diào)頻與AGC取得較好的配合效果。該定值可以通過(guò)RTU下達(dá),也可以采用定值單方式管理,只需要對(duì)現(xiàn)有機(jī)組控制方式進(jìn)行少量修改,實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單。1次高效調(diào)速系統(tǒng)本地功率閉環(huán)不設(shè)功率偏差控制,在AGC參數(shù)下發(fā)時(shí),短時(shí)將功率控制閉環(huán),調(diào)節(jié)結(jié)束后斷開(kāi)功率閉環(huán),機(jī)組出力隨頻率按一次調(diào)頻的自動(dòng)調(diào)節(jié),這種控制方式適合不受線路輸送能力限制、靠近負(fù)荷中心的調(diào)頻機(jī)組,如抽水蓄能機(jī)組。正常情況下,由于電網(wǎng)頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差不大,AGC短時(shí)閉環(huán)調(diào)節(jié)等效于移動(dòng)一次調(diào)頻轉(zhuǎn)差率曲線,接近前述的理想控制方式。由于不做功率限制,一次調(diào)頻甚至可以采用變斜率ep曲線方式增強(qiáng)其調(diào)頻能力,即ep線按不同的頻率段分成多個(gè)斜率,在標(biāo)準(zhǔn)頻率中心采用大斜率以穩(wěn)定出力;頻率偏差超出一定值后,取中間值斜率(3%～8%)以響應(yīng)頻率變化;頻率偏差嚴(yán)重超標(biāo)時(shí),則以0～1%小斜率大幅度響應(yīng)頻率變化。這種控制方式的出力隨系統(tǒng)頻率變化較大,可能導(dǎo)致發(fā)電量誤差偏大,不宜進(jìn)行曲線跟蹤考核,宜以累計(jì)誤差電量考核。2機(jī)組出力隨功率增量的變化AGC本地控制采用功率閉環(huán),設(shè)置功率上限,如一次調(diào)頻作用機(jī)組出力超AGC定值允許偏差上限時(shí),AGC本地功率閉環(huán)控制保持機(jī)組出力在功率允許偏差上限或?qū)C(jī)組出力降回設(shè)定值,機(jī)組出力向下漂移,AGC不做限制。如圖4所示,A為初始工作點(diǎn),系統(tǒng)頻率變化后,一次調(diào)頻受功率增量限制在B點(diǎn),隨后AGC調(diào)整到C點(diǎn)。適合于遠(yuǎn)端受輸送容量限制的調(diào)頻機(jī)組,其功率增量上限按線路允許的輸送容量進(jìn)行設(shè)置。但此類控制對(duì)頻率響應(yīng)是不對(duì)稱、非線性的,影響EMS對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的估計(jì),發(fā)電側(cè)的發(fā)電誤差累計(jì)負(fù)偏。3功率偏差對(duì)功率控制的影響AGC本地控制采用功率閉環(huán),設(shè)置允許功率偏差上下限值。一次調(diào)頻引起的功率偏差在允許范圍內(nèi)時(shí),功率閉環(huán)控制不起作用;功率偏差超出允許范圍時(shí),AGC本地功率控制延遲一定時(shí)間后再將功率回調(diào)到AGC給定值,其功率偏差、控制延遲時(shí)間根據(jù)系統(tǒng)頻率特性、EMS和AGC響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行整定。3agc、一次高效調(diào)AGC、一次調(diào)頻在系統(tǒng)中的作用日漸重要,逐漸替代人工控制,其影響也將是深遠(yuǎn)的,但對(duì)AGC、一次調(diào)頻的管理和界定尚不嚴(yán)格,一次調(diào)頻只是要求投入,響應(yīng)品質(zhì)及與AGC的配合尚不被人們所重視。隨著AGC、一次