自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)的原理及應(yīng)用

1、自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）的原理及應(yīng)用 自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）的原理及應(yīng)用編寫：黃文偉貴州電力調(diào)度通信局2005年9月目 錄1.概述31.1.AGC的作用31.2.AGC的目的31.3.AGC的意義41.4.AGC的地位42.AGC的基本原理42.1.負(fù)荷頻率特性62.2.機(jī)組功頻特性62.3.系統(tǒng)頻率特性82.4.獨(dú)立系統(tǒng)調(diào)頻92.5.自動(dòng)調(diào)頻方法112.6.聯(lián)合系統(tǒng)調(diào)頻123.AGC的系統(tǒng)體系143.1.系統(tǒng)構(gòu)成143.2.控制回路153.3.與能量管理系統(tǒng)的關(guān)系153.4.與其他應(yīng)用軟件的關(guān)系154.AGC的控制原理164.1.控制量測(cè)164.2.凈交換功率計(jì)劃174.3.區(qū)域控制偏差174

2、.4.區(qū)域控制方式194.5.ACE濾波、補(bǔ)償及趨勢(shì)預(yù)測(cè)194.6.負(fù)荷頻率控制204.7.在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度205.AGC的控制方法215.1.機(jī)組控制方式215.2.控制區(qū)段與策略225.3.區(qū)域需求235.4.機(jī)組功率分配245.5.機(jī)組期望功率255.6.機(jī)組控制校驗(yàn)275.7.基點(diǎn)功率計(jì)劃285.8.AGC工作流程296.AGC的控制性能標(biāo)準(zhǔn)306.1.區(qū)域控制標(biāo)準(zhǔn)（AB）306.2.控制性能標(biāo)準(zhǔn)（CPS）327.AGC的控制對(duì)象337.1.電廠控制器347.2.機(jī)組控制單元347.3.RTU控制裝置357.4.機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)357.5.控制器信號(hào)接口368.AGC的操作與監(jiān)視378.1.運(yùn)

3、行操作方式378.2.運(yùn)行監(jiān)視狀態(tài)378.3.備用容量監(jiān)視388.4.控制性能監(jiān)視398.5.運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視及告警408.6.人機(jī)交互界面411. 概述自動(dòng)發(fā)電控制(Automatic Generation Control，AGC)，通常簡(jiǎn)稱為AGC，是建立在以計(jì)算機(jī)為核心的能量管理系統(tǒng)（或調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)）及發(fā)電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)之上并通過高可靠信息傳輸系統(tǒng)聯(lián)系起來的遠(yuǎn)程閉環(huán)控制系統(tǒng)。AGC是建設(shè)大規(guī)模電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)運(yùn)行控制的一項(xiàng)最基本、最實(shí)用的功能。AGC集中地反映了電力系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐和綜合水平。因此，AGC也是衡量電力系統(tǒng)現(xiàn)代化水平和綜合技術(shù)

4、素質(zhì)的重要標(biāo)志。1.1. AGC的作用電能是一種特殊的產(chǎn)品，其特征表現(xiàn)在電能的生產(chǎn)、傳輸、供應(yīng)和消費(fèi)必須在同一時(shí)刻完成。電力系統(tǒng)的負(fù)荷瞬息萬變，因此，獨(dú)立電力系統(tǒng)必須滿足電能的供需平衡，維護(hù)正常頻率，保證控制內(nèi)部的電能質(zhì)量；聯(lián)合電力系統(tǒng)還必須保證聯(lián)絡(luò)線交換功率按交易計(jì)劃運(yùn)行，加強(qiáng)聯(lián)絡(luò)線控制能力，使整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)穩(wěn)定運(yùn)行。然而，依靠人工調(diào)節(jié)方式無論從反應(yīng)速度還是調(diào)節(jié)精度都難以滿足電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質(zhì)、協(xié)調(diào)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。顯然，要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的電網(wǎng)管理，進(jìn)一步提高整個(gè)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量和聯(lián)絡(luò)線交換功率的控制水平，需要提供相應(yīng)的自動(dòng)化技術(shù)手段來提供實(shí)質(zhì)性的保障。解決這一問題的最佳途徑就是AGC。1.2.

5、 AGC的目的AGC是以滿足電力供需實(shí)時(shí)平衡為目的，使電力系統(tǒng)的發(fā)電出力與用電負(fù)荷相匹配，以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量電能供應(yīng)。其根本任務(wù)是實(shí)現(xiàn)下列目標(biāo)：1) 維持電力系統(tǒng)頻率在允許誤差范圍之內(nèi)，頻率偏移累積誤差引起的電鐘與標(biāo)準(zhǔn)鐘之間的時(shí)差在規(guī)定限值之內(nèi)；2) 控制互聯(lián)電網(wǎng)凈交換功率按計(jì)劃值運(yùn)行，交換功率累積誤差引起無意交換電量在允許范圍之內(nèi)；3) 在滿足電網(wǎng)安全約束條件、電網(wǎng)頻率和互聯(lián)電網(wǎng)凈交換功率計(jì)劃的情況下協(xié)調(diào)參與AGC調(diào)節(jié)的電廠（機(jī)組）按市場(chǎng)交易或經(jīng)濟(jì)調(diào)度原則優(yōu)化運(yùn)行。1.3. AGC的意義運(yùn)用AGC技術(shù)，可以獲得以高質(zhì)量電能為前提的電力供需實(shí)時(shí)平衡，提高電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，更加嚴(yán)格有效地執(zhí)

6、行互聯(lián)電網(wǎng)之間的電力交換計(jì)劃，進(jìn)一步減輕運(yùn)行管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；對(duì)于提高調(diào)度中心和發(fā)電廠自身的科學(xué)技術(shù)素質(zhì)，完善運(yùn)行管理機(jī)制，適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展運(yùn)營的需要，增強(qiáng)在電力市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力都具有十分重要的意義。1.4. AGC的地位AGC是一項(xiàng)對(duì)基礎(chǔ)通信自動(dòng)化要求高，涉及范圍廣，相關(guān)環(huán)節(jié)多，管理技術(shù)上有一定復(fù)雜難度的系統(tǒng)工程。全國電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化振興綱要和關(guān)于開展自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）工作的通知中明確指出，要滿足現(xiàn)代化大電網(wǎng)維護(hù)正常頻率、保證電能質(zhì)量、加強(qiáng)聯(lián)絡(luò)線控制能力的要求，省級(jí)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)必須具備AGC功能。電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)用化要求和網(wǎng)、省電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)用化驗(yàn)收細(xì)則中明確規(guī)定，實(shí)現(xiàn)AGC功

7、能是調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)提高實(shí)用化水平的基本要求。網(wǎng)、省電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)安全文明生產(chǎn)達(dá)標(biāo)考核實(shí)施細(xì)則中也將AGC功能是否達(dá)到實(shí)用化標(biāo)準(zhǔn)，作為安全文明生產(chǎn)達(dá)標(biāo)必備條件之一。2. AGC的基本原理電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下最重要的任務(wù)之一就是維持有功功率平衡，其平衡方程為：(1)其中：為發(fā)電機(jī)組的出力、是電力系統(tǒng)的負(fù)荷是損失負(fù)荷。電力系統(tǒng)的負(fù)荷無時(shí)無刻都在發(fā)生不規(guī)則的變動(dòng)，分析負(fù)荷變動(dòng)的特性，可將其變動(dòng)規(guī)律分解為幾種不同變化的分量，一般分成三種。第一種是變化幅度很小但周期很短（10秒以內(nèi)），具有很大的偶然性；第二種是變化幅度較大、周期較長（10秒至3分鐘之間）的脈動(dòng)負(fù)荷，如電爐、沖壓機(jī)械、電氣機(jī)車等帶有沖擊性的

8、負(fù)荷；第二種是幅度大、周期很緩慢的持續(xù)變動(dòng)負(fù)荷，如生產(chǎn)、生活、商業(yè)、氣象等因素影響的負(fù)荷。按照負(fù)荷變化三種分量的分解，電力系統(tǒng)的有功功率平衡及其頻率調(diào)整大體上也分為一、二、三次調(diào)節(jié)：1) 對(duì)于變化周期很短（10秒以內(nèi)）幅度很小的負(fù)荷波動(dòng)，由發(fā)電機(jī)組的機(jī)械慣性和負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)自然吸收；2) 對(duì)于周期較短（13分鐘左右）而幅值較小的負(fù)荷變化，由發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器自動(dòng)調(diào)節(jié)，通常稱為一次調(diào)節(jié)；3) 對(duì)于周期較長（10分鐘以內(nèi)）而幅值較大的負(fù)荷變化，則通過控制發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻器來跟蹤，通常稱為二次調(diào)節(jié)；4) 對(duì)于周期長（10分鐘以上）而幅值大的負(fù)荷變化，則需要根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)、確定機(jī)組組合并安排發(fā)電計(jì)劃曲線

9、進(jìn)行平衡，通常稱為三次調(diào)節(jié)。若要力圖使運(yùn)行成本最小化，在發(fā)電機(jī)組之間按最優(yōu)化原則分配發(fā)電出力，就屬于經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度的任務(wù)了。電力系統(tǒng)典型日負(fù)荷曲線如圖一所示：圖一表征電能產(chǎn)品質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)是頻率、電壓和波形等三項(xiàng)主要指標(biāo)。在穩(wěn)態(tài)情況下，同一交流電力系統(tǒng)的頻率是一致的。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)電出力與系統(tǒng)負(fù)荷不平衡時(shí)，頻率將隨之發(fā)生變化。因此，頻率是最為敏感、最能直接反映電力系統(tǒng)有功功率平衡運(yùn)行參數(shù)，因而也是電能質(zhì)量指標(biāo)中要求最為嚴(yán)格的一項(xiàng)指標(biāo)。所以，獨(dú)立電力系統(tǒng)有功功率的平衡的問題也就成了對(duì)系統(tǒng)頻率的監(jiān)視和對(duì)發(fā)電機(jī)功率的調(diào)節(jié)問題。電力系統(tǒng)典型日頻率曲線如圖二所示：圖二2.1. 負(fù)荷頻率特性電力系統(tǒng)負(fù)荷的變動(dòng)將引

10、起頻率的變化，而系統(tǒng)頻率的變化又會(huì)造成負(fù)荷功率的變化，即系統(tǒng)負(fù)荷是系統(tǒng)頻率的函數(shù)：（2）這種負(fù)荷功率跟隨頻率變化的特性稱為負(fù)荷的頻率靜態(tài)效應(yīng)。負(fù)荷的性質(zhì)不同，頻率靜態(tài)效應(yīng)也將會(huì)不同。根據(jù)負(fù)荷的頻率靜態(tài)效應(yīng)，負(fù)荷頻率特性系數(shù)為：（3）即負(fù)荷變化量與頻率變化量之比。其中： 為頻率變化量，為負(fù)荷變化量。如圖三所示：圖三2.2. 機(jī)組功頻特性在機(jī)組裝設(shè)了有差特性調(diào)速器的電力系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，利用這些調(diào)速器確定地分配有功功率，可以維持頻率在較小范圍內(nèi)變化。當(dāng)頻率變化時(shí)，負(fù)荷的靜態(tài)頻率效應(yīng)特性對(duì)維持頻率也會(huì)起一定的作用。由調(diào)速器和電力系統(tǒng)負(fù)荷的頻率靜態(tài)效應(yīng)特性自然調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率稱為有差調(diào)頻。發(fā)電

11、機(jī)組的有功功率變化量與頻率變化量的關(guān)系特性可用調(diào)差系數(shù)表示：（4）負(fù)號(hào)表示當(dāng)系統(tǒng)頻率下降時(shí)，發(fā)電機(jī)出力將上升；上升時(shí)，發(fā)電機(jī)出力將下降。用發(fā)電機(jī)組的功頻靜態(tài)特性系數(shù)來表示有功功率變化量與頻率變化量的關(guān)系特性，則：（5）發(fā)電機(jī)組的調(diào)差系數(shù)是可以調(diào)整的。通常，對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組。；對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組。發(fā)電機(jī)組的功頻靜態(tài)特性如圖四所示：圖四（5）式可寫成：（6）或：（7）稱為發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)調(diào)節(jié)方程。在獨(dú)立電力系統(tǒng)中，有功功率平衡主要考慮本控制系統(tǒng)的頻率。設(shè)有臺(tái)機(jī)組并列運(yùn)行，額定功率分別為，系統(tǒng)基準(zhǔn)頻率為。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷變化引起頻率變化時(shí)，各臺(tái)機(jī)組的功率變化量分別為，功頻靜態(tài)特性系數(shù)分別為。發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)調(diào)節(jié)方程

12、式為：（8）即：（9）參考（7）式，有：（10）當(dāng)負(fù)荷變化之后，每臺(tái)發(fā)電機(jī)組所承擔(dān)的出力變化量為：（11）2.3. 系統(tǒng)頻率特性（11）式僅考慮了發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)功頻特性，沒有考慮負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性。實(shí)際上，當(dāng)系統(tǒng)頻率下降時(shí)，負(fù)荷功率將隨之減小；系統(tǒng)頻率上升時(shí)，負(fù)荷功率將隨之增加。設(shè)系統(tǒng)負(fù)荷增加，引起系統(tǒng)頻率降低，發(fā)電機(jī)組出力增加，兩者作用后的平衡方程式為：（12）參考（9）式，有：（13）即：（14）由此可見，系統(tǒng)頻率變化不僅與負(fù)荷變化有關(guān)，還與發(fā)電機(jī)組的功頻靜態(tài)特性系數(shù)及負(fù)荷頻率特性系數(shù)有關(guān)。令：（15）其中：稱為電力系統(tǒng)頻率特性系數(shù)。則有：（16）每臺(tái)發(fā)電機(jī)組所承擔(dān)的出力變化量為：（17）

13、2.4. 獨(dú)立系統(tǒng)調(diào)頻當(dāng)負(fù)荷變化引起系統(tǒng)頻率與發(fā)電出力變化的過程如圖五所示：圖五原先系統(tǒng)負(fù)荷與發(fā)電出力平衡時(shí)，系統(tǒng)頻率為，運(yùn)行點(diǎn)位于a。當(dāng)負(fù)荷增加而變?yōu)?，即?fù)荷的頻率特性突然向上平移到，運(yùn)行點(diǎn)瞬間由a移到b。如果發(fā)電機(jī)組調(diào)速器不起作用，出力仍為，將引起系統(tǒng)頻率下降，沿負(fù)荷的頻率特性達(dá)到平衡，運(yùn)行點(diǎn)由b移到c。此時(shí)頻率為，頻率變化量。由于發(fā)電機(jī)組調(diào)速器的作用，將因頻率的下降而增加出力，沿機(jī)組的功頻靜態(tài)特性，運(yùn)行點(diǎn)從a向d移動(dòng)，與負(fù)荷的頻率特性直線相交于d，達(dá)到新的平衡。此時(shí)負(fù)荷為，發(fā)電機(jī)組增加的出力為，頻率為，頻率變化量，且，顯然比單靠負(fù)荷的頻率特性造成的頻率偏移要小。這一過程就是頻率的一次調(diào)節(jié)

14、。由于，因而是有差調(diào)節(jié)。當(dāng)負(fù)荷增加很大時(shí)，頻率可能會(huì)降低到不允許的程度。如果把發(fā)電機(jī)組的功頻靜態(tài)特性向上平移與相交于b點(diǎn)，則所對(duì)應(yīng)的頻率就可恢復(fù)到原來的，此時(shí)發(fā)電機(jī)組增加的出力為，達(dá)到供需平衡，從而實(shí)現(xiàn)了無差調(diào)節(jié)。這一過程就是頻率的二次調(diào)節(jié)。因?yàn)槎握{(diào)節(jié)由電力系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)節(jié)任務(wù)的發(fā)電機(jī)組通過其調(diào)頻器來完成，所以在人工調(diào)節(jié)方式下，通常是指定調(diào)節(jié)裕度大響應(yīng)較快的主調(diào)頻廠來擔(dān)任，在一個(gè)主調(diào)頻廠滿足不了要求時(shí)，還要選擇一些輔助調(diào)頻廠參與；自動(dòng)調(diào)節(jié)方式下，則由電網(wǎng)調(diào)度中心通過發(fā)電機(jī)組的調(diào)功裝置來實(shí)現(xiàn)，這就是AGC的任務(wù)，所以二次調(diào)節(jié)也稱為負(fù)荷頻率控制（Load Frequency Control，LFC

15、）。三次調(diào)節(jié)則按電網(wǎng)調(diào)度中心事先給定的發(fā)電計(jì)劃曲線調(diào)整發(fā)電機(jī)組功率來完成，在人工調(diào)節(jié)方式下按負(fù)荷預(yù)測(cè)給出的曲線執(zhí)行，但不容易滿足在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度。人工調(diào)節(jié)方式的缺點(diǎn)是顯而易見的，首先是反應(yīng)速度較慢，難以及時(shí)跟蹤負(fù)荷的變化，更不容易反映負(fù)荷變化的趨勢(shì)，在大幅度調(diào)節(jié)時(shí)，往往不符合復(fù)雜經(jīng)濟(jì)分配原則和安全約束條件，因此，需要采取自動(dòng)調(diào)節(jié)措施。AGC正是利用先進(jìn)的技術(shù)手段來取代人工所作的二、三次調(diào)節(jié)。2.5. 自動(dòng)調(diào)頻方法由于手動(dòng)調(diào)頻方式難以滿足對(duì)頻率質(zhì)量的要求，因此電力系統(tǒng)普遍裝備了自動(dòng)調(diào)頻裝置。自動(dòng)調(diào)頻是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，原理上主要由兩部分組成：1) 負(fù)荷分配器。根據(jù)系統(tǒng)頻率和互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線交換功率的偏

16、差，按一定準(zhǔn)則計(jì)算并分配發(fā)電機(jī)組出力；2) 機(jī)組控制器。根據(jù)負(fù)荷分配器給出的發(fā)電出力設(shè)定值，控制調(diào)速器并使發(fā)電出力達(dá)到設(shè)定值。2.5.1. 虛差調(diào)節(jié)法在每一臺(tái)調(diào)頻發(fā)電機(jī)組上，都裝有反映系統(tǒng)頻率和有功功率的調(diào)節(jié)裝置。電力系統(tǒng)的各調(diào)頻機(jī)組在任何時(shí)刻應(yīng)滿足以下方程式：（18）其中：為各調(diào)頻機(jī)組出力分配系數(shù)，且。參照（8）式，并將所有調(diào)頻機(jī)組加起來有：因?yàn)?，所以，即。又因?yàn)?，所以。雖然在調(diào)節(jié)過程中頻率是有差的，但在調(diào)節(jié)之后是無差的，故稱為虛差調(diào)節(jié)法。調(diào)節(jié)結(jié)束時(shí)，故各調(diào)頻機(jī)組的出力為：（19）虛差調(diào)節(jié)法的特點(diǎn)是：各調(diào)頻機(jī)組間按比例分配出力；調(diào)節(jié)過程中所有調(diào)頻機(jī)組都參與動(dòng)作，因此調(diào)頻速度較快。對(duì)非調(diào)頻機(jī)組

17、因頻率無差，作一次調(diào)頻后出力不變。2.5.2. 積差調(diào)節(jié)法積差調(diào)節(jié)法又稱同步時(shí)間法，是根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差的累計(jì)值進(jìn)行調(diào)節(jié)的。各調(diào)頻機(jī)組積差調(diào)節(jié)法方程式為：（20）所有調(diào)頻機(jī)組相加：（21）（21）式代回（20）式可得：（22）因就是系統(tǒng)負(fù)荷變化，所以：（23）上式表明，各調(diào)頻機(jī)組的出力變化是按一定比例分配負(fù)荷變化的，并以此來達(dá)到新的供需平衡。2.6. 聯(lián)合系統(tǒng)調(diào)頻在聯(lián)合電力系統(tǒng)中有功功率平衡，需要聯(lián)網(wǎng)各控制協(xié)同配合?？紤]、兩個(gè)互聯(lián)的聯(lián)合電力系統(tǒng)，其負(fù)荷變化與發(fā)電機(jī)出力調(diào)節(jié)的平衡方程式為：（24）（25）（24）和（25）相互代入可得：（26）聯(lián)絡(luò)線交換功率變化的平衡方程式為：（27）如果區(qū)域、互

18、聯(lián)的聯(lián)合電力系統(tǒng)中區(qū)域發(fā)生負(fù)荷變化，若該區(qū)域調(diào)節(jié)能力能滿足其負(fù)荷變化，則且。否則且。要使，必須使得，此時(shí)區(qū)域受入的聯(lián)絡(luò)線交換功率變化為：（28）同樣，如果區(qū)域發(fā)生負(fù)荷變化，若該區(qū)域調(diào)節(jié)能力能滿足其負(fù)荷變化，則且。否則且。要使，必須使得，此時(shí)區(qū)域送出的聯(lián)絡(luò)線交換功率變化為：（29）顯然，當(dāng)區(qū)域、負(fù)荷變化時(shí)，要使且，應(yīng)同時(shí)使、，這也就意味著聯(lián)合電力系統(tǒng)中各區(qū)域應(yīng)努力維持各自的負(fù)荷平衡。否則，要使得，將出現(xiàn)相互支援。由此可見，聯(lián)合電力系統(tǒng)中的頻率變化取決于總的系統(tǒng)發(fā)電出力變化和總的系統(tǒng)頻率系數(shù)。聯(lián)絡(luò)線交換功率變化與線路兩側(cè)系統(tǒng)的發(fā)電出力變化有關(guān)，增加發(fā)電出力的系統(tǒng)將通過聯(lián)絡(luò)線將多余的有功功率送給相連

19、系統(tǒng)；減少發(fā)電出力的系統(tǒng)則通過聯(lián)絡(luò)線將缺少的有功功率從相連系統(tǒng)吸收過來。由于聯(lián)合電力系統(tǒng)容量很大，相應(yīng)的負(fù)荷變動(dòng)幅度很大，系統(tǒng)頻率系數(shù)也較大。在全系統(tǒng)中指定若干個(gè)發(fā)電廠進(jìn)行調(diào)頻是不能滿足要求的。因?yàn)?，在各控制電網(wǎng)內(nèi)部有較強(qiáng)的聯(lián)系，往往相互之間是較弱的聯(lián)系。聯(lián)絡(luò)線的交換功率受傳輸容量的限制必須滿足安全穩(wěn)定要求，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)情況下還要受交易合同的限制，所以，聯(lián)合電力系統(tǒng)的有功功率平衡要考慮互連電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線交換功率。正常情況下，聯(lián)合電力系統(tǒng)各區(qū)域首先要負(fù)責(zé)自己控制內(nèi)的有功功率平衡，分別控制聯(lián)絡(luò)線交換功率，在此基礎(chǔ)上，再由其中相對(duì)中央的區(qū)域負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率。在擾動(dòng)情況下，各區(qū)域一方面負(fù)責(zé)自己控制內(nèi)的有功

20、功率平衡，另一方面，富裕區(qū)域在安全穩(wěn)定約束的前提下向缺額區(qū)域提供支援，直到擾動(dòng)消除。3. AGC的系統(tǒng)體系3.1. 系統(tǒng)構(gòu)成AGC是一個(gè)大型的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，主要由下列三部分組成：l 調(diào)度中心具備自動(dòng)發(fā)電控制功能的自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成控制中心部分；l 調(diào)度中心自動(dòng)化系統(tǒng)與發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或遠(yuǎn)動(dòng)終端之間的信息通道構(gòu)成通信鏈路部分；l 發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（包括機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)）或遠(yuǎn)動(dòng)終端、控制切換裝置、發(fā)電機(jī)組及其有功功率調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。如圖六所示:圖六3.2. 控制回路AGC是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。在整個(gè)系統(tǒng)中，包括了三種閉環(huán)。ACE調(diào)節(jié)控制是AGC系統(tǒng)的閉環(huán)，機(jī)組調(diào)節(jié)控制是發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)的

21、閉環(huán)，機(jī)組單元控制是機(jī)組本地控制單元的閉環(huán)。如圖七所示：圖七3.3. 與能量管理系統(tǒng)的關(guān)系A(chǔ)GC是基于能量管理系統(tǒng)（EMS）（或電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)（Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA）的一項(xiàng)高級(jí)應(yīng)用功能。AGC以應(yīng)用軟件的形式附加在能量管理系統(tǒng)（或電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)）之中，而不作為獨(dú)立的系統(tǒng)存在。一方面，AGC所需要的量測(cè)數(shù)據(jù)，均來自于SCADA中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，另一方面AGC所發(fā)出的有功功率調(diào)節(jié)控制信號(hào)，要通過SCADA中的調(diào)節(jié)與控制輸出來發(fā)送。對(duì)于具有開放式人機(jī)交互界面接口的能量管理系統(tǒng)（或電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)），

22、還將在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)AGC的人機(jī)交互界面。AGC與能量管理系統(tǒng)（或電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)）的結(jié)合情況如圖八所示：圖八3.4. 與其他應(yīng)用軟件的關(guān)系A(chǔ)GC是能量管理系統(tǒng)（EMS）的一個(gè)組成部分，因此與其他應(yīng)用軟件有著密切的關(guān)系。系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)、交換計(jì)劃、水電計(jì)劃、機(jī)組組合協(xié)調(diào)為發(fā)電計(jì)劃，然后以負(fù)荷曲線按一定周期提交給AGC，其中包括計(jì)劃外的負(fù)荷變動(dòng)。AGC不僅需要短期負(fù)荷預(yù)測(cè)（日周），而且還需要超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)，尤其是在系統(tǒng)負(fù)荷峰谷交替的時(shí)刻，超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)與發(fā)電計(jì)劃相結(jié)合，可以盡可能跟蹤大幅度的負(fù)荷變動(dòng)。狀態(tài)估計(jì)可以在每10分鐘向AGC提供各機(jī)組和各聯(lián)絡(luò)線交界點(diǎn)的網(wǎng)損微增率，使AGC做到恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)損修正。

23、如果狀態(tài)估計(jì)發(fā)現(xiàn)有線路潮流過負(fù)荷，則啟動(dòng)實(shí)時(shí)安全約束調(diào)度軟件，提出解除過負(fù)荷的措施，以改變發(fā)電機(jī)組運(yùn)行限值的方式提交給AGC，在下一個(gè)調(diào)節(jié)周期自動(dòng)地進(jìn)行解除支路過負(fù)荷的變動(dòng)。優(yōu)化潮流軟件還可以替代實(shí)時(shí)安全約束調(diào)度軟件提供網(wǎng)損修正之后的經(jīng)濟(jì)分配方案給AGC。AGC與其他應(yīng)用軟件的關(guān)系如圖九所示：圖九4. AGC的控制原理4.1. 控制量測(cè)控制量測(cè)是AGC實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的判斷依據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)頻率、聯(lián)絡(luò)線有功功率、參與遙調(diào)的發(fā)電機(jī)組功率及其運(yùn)行狀態(tài)等。頻率遙測(cè)量通常在調(diào)度中心直接采集而得，為了防止AGC發(fā)電廠與系統(tǒng)解列成獨(dú)立區(qū)域，調(diào)度中心所在的系統(tǒng)因有功功率缺額頻率偏低，AGC發(fā)電廠因有功功率過

24、剩頻率偏高時(shí)發(fā)送增加功率的反調(diào)指令，通常需要采集發(fā)電廠當(dāng)?shù)仡l率作為閉鎖判斷依據(jù)。聯(lián)絡(luò)線有功功率遙測(cè)量根據(jù)連網(wǎng)規(guī)模一般有多條走廊，一般從線路出口采集而得，也可以根據(jù)數(shù)據(jù)的有效性取至另一端，反向側(cè)作符號(hào)修正。通常將這些遙測(cè)量的總和作為最后結(jié)果。發(fā)電機(jī)組遙測(cè)、遙信量則取至受控裝置，作為控制判斷依據(jù)。4.2. 凈交換功率計(jì)劃凈交換功率計(jì)劃是AGC維持互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線交換功率的基準(zhǔn)目標(biāo)?？赏ㄟ^人機(jī)界面編制、修改、刪除、查閱和執(zhí)行。計(jì)劃的給定有逐時(shí)段凈交換功率計(jì)劃表、調(diào)度強(qiáng)制給定交換功率和交易功率計(jì)劃應(yīng)用模塊給定接口三種方式。逐時(shí)段凈交換計(jì)劃可編制一周數(shù)據(jù)，至少包含以下內(nèi)容：l 開始時(shí)刻：由年、月、日、時(shí)、

25、分表示，格式為：yyyy-mm-dd hh:mm；l 結(jié)束時(shí)刻：由年、月、日、時(shí)、分表示，格式為：yyyy-mm-dd hh:mml 凈交換功率（MW）：輸出為正，輸入為負(fù)。相鄰時(shí)段的基點(diǎn)功率通常采用插值算法平滑過渡。調(diào)度強(qiáng)制給定凈交換功率用于互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線送受計(jì)劃的臨時(shí)更改，由調(diào)度根據(jù)需要通過人機(jī)交互界面啟用和終止。調(diào)度強(qiáng)制給定交換功率啟用后將取代當(dāng)時(shí)的凈交換功率計(jì)劃但不作任何修改。啟用和終止?fàn)顟B(tài)均在人機(jī)交互界面上明確標(biāo)示。交易功率計(jì)劃應(yīng)用模塊給定接口用于從互聯(lián)電網(wǎng)控制電力供需買賣交易功率計(jì)劃表中獲取凈交換功率值。過發(fā)電時(shí)送出控制區(qū)域的凈交換功率定義為正值，欠發(fā)電時(shí)受入控制區(qū)域的凈交換功率定

26、義為負(fù)值。4.3. 區(qū)域控制偏差A(yù)GC的控制區(qū)域是指包含實(shí)現(xiàn)AGC控制目標(biāo)的聯(lián)絡(luò)線走廊和發(fā)電機(jī)組在內(nèi)的電力系統(tǒng)。區(qū)域控制偏差（Area Control Error，ACE），反映了電力系統(tǒng)供需實(shí)時(shí)平衡關(guān)系的計(jì)算結(jié)果。每隔一定的周期ACE將被計(jì)算一次。正的ACE值被認(rèn)為是過發(fā)電，而負(fù)的ACE值被認(rèn)為是欠發(fā)電。AGC的控制目標(biāo)不同，采取的算法也不同，其計(jì)算結(jié)果將不相同。AGC的典型日ACE曲線如圖十所示：圖十對(duì)于獨(dú)立電力系統(tǒng)，ACE只需要反映頻率變化，因此ACE僅定義為頻率的函數(shù)，其算法為：（30）其中：為系統(tǒng)頻率系數(shù)（MW/0.1Hz），為實(shí)際頻率（Hz），為計(jì)劃頻率（Hz）。對(duì)于聯(lián)合電力系統(tǒng)，

27、若ACE僅反映控制聯(lián)絡(luò)線凈交換功率的變化，使其達(dá)到期望值，因此ACE定義為控制凈交換功率的函數(shù)，其算法為：（31）其中：，為實(shí)際交換功率，為計(jì)劃交換功率。如果同時(shí)附加頻率響應(yīng)，則相應(yīng)的算法為：（32）如果考慮頻率的累計(jì)調(diào)節(jié)誤差造成的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間與電鐘時(shí)間時(shí)差修正，則相應(yīng)的算法為：（33）其中：為反調(diào)鎖定因子(0,1)，為時(shí)間偏差修正系數(shù)(MW/Sec)，為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間與電鐘時(shí)間偏差(Sec)。如果考慮聯(lián)絡(luò)線交換功率的累計(jì)調(diào)節(jié)誤差補(bǔ)償，則響應(yīng)的算法為：（34）其中：為反調(diào)鎖定因子(0,1)，為償還比例（0.11），為無意交換電量。完整的ACE算法為：（35）4.4. 區(qū)域控制方式所謂區(qū)域控制方式是指實(shí)現(xiàn)

28、AGC控制目標(biāo)的控制模式，也就是選擇ACE算法的調(diào)度操作方式，通常有以下五種模式：l 定系統(tǒng)頻率控制方式（Constant Frequency Regulation Control，CFRC）。這種方式的ACE只反映系統(tǒng)頻率的變化,采用（30）式算法。參照系統(tǒng)頻率系數(shù)，調(diào)節(jié)受控發(fā)電機(jī)組的功率，使系統(tǒng)頻率達(dá)到基準(zhǔn)值；l 定凈交換功率控制方式（Constant Net Interchange Control，CNIC）。這種方式的ACE僅反映互聯(lián)電網(wǎng)的有功交換功率,采用（31）式算法。按照互聯(lián)電網(wǎng)交換功率計(jì)劃，調(diào)節(jié)受控發(fā)電機(jī)組的功率，使聯(lián)絡(luò)線凈交換功率達(dá)到計(jì)劃值；l 定聯(lián)絡(luò)線偏差控制方式（Tie

29、Line Bias Control，TLBC）。這種方式的ACE同時(shí)反映系統(tǒng)頻率的變化和互聯(lián)電網(wǎng)的有功交換功率,采用（32）式算法。l 時(shí)差校正（Time Error Correction，TEC）。這種方式被用來解決頻率調(diào)節(jié)累計(jì)誤差造成標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘與電鐘時(shí)差的輔助修正手段,采用（33）式算法。l 無意交換電量補(bǔ)償（Inadvertent Interchange Correction，IIC）。作為解決聯(lián)絡(luò)線交換功率調(diào)節(jié)累計(jì)誤差造成無意交換電量的輔助修正手段,采用（34）式算法。4.5. ACE濾波、補(bǔ)償及趨勢(shì)預(yù)測(cè)電力系統(tǒng)的頻率和聯(lián)絡(luò)線交換功率絕不可能是一個(gè)恒定值，從ACE算法計(jì)算出來的偏差值是原

30、始值（RAW ACE），具有很大的隨機(jī)性，將RAW ACE按富里葉級(jí)數(shù)展開，可知RAW ACE由一系列不同頻率的分量組成，其頻譜很寬。分析這些分量，可知頻率越高的分量，其幅值越??；峰突越尖銳，衰減越快。要求AGC閉環(huán)控制系統(tǒng)緊緊跟隨這些變化幾乎是不可能的，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的響應(yīng)速率是有限的，發(fā)電機(jī)組剛開始響應(yīng)一個(gè)尖峰，緊接著變成了一個(gè)谷刺。所以必須濾除那些快速變化的高頻分量，使閉環(huán)控制系統(tǒng)只調(diào)節(jié)那些與發(fā)電機(jī)組響應(yīng)速率相匹配的變化成分，這就需要對(duì)高頻分量進(jìn)行濾波。在AGC中采用的是巴特沃斯（Batterworth）低通濾波器，具有如下傳遞函數(shù)：式中：為濾波器階數(shù)。為了方便運(yùn)行操作，通常設(shè)置三個(gè)不同的

31、時(shí)間常數(shù)，以提供三個(gè)性質(zhì)相同而響應(yīng)速度不同的濾波器，被稱之為快、中、慢速濾波器。ACE在經(jīng)過多次計(jì)算之后，會(huì)產(chǎn)生累積誤差，累積補(bǔ)償?shù)哪康木褪钱?dāng)誤差大于一定的限度時(shí)采取適當(dāng)?shù)男拚胧└郊拥紸CE的最終結(jié)果當(dāng)中。為防止AGC在即將實(shí)施調(diào)節(jié)控制時(shí)ACE出現(xiàn)反轉(zhuǎn)趨勢(shì)而導(dǎo)致過調(diào)，較好的辦法是在的最后幾個(gè)計(jì)算周期對(duì)ACE的發(fā)展趨勢(shì)提供預(yù)測(cè)評(píng)估，并將預(yù)測(cè)結(jié)果應(yīng)用于ACE的調(diào)節(jié)處理當(dāng)中。最后提供給AGC使用的ACE是經(jīng)高頻分量濾波，累積誤差補(bǔ)償、趨勢(shì)預(yù)測(cè)計(jì)算處理后的綜合結(jié)果，作為AGC控制決策的依據(jù)。由LFC據(jù)此按照一定的控制策略再分配給受控發(fā)電機(jī)組完成調(diào)節(jié)。4.6. 負(fù)荷頻率控制LFC的功能是以一定的周期（

32、460秒可調(diào)），按照給定的區(qū)域控制方式選定相應(yīng)的算法，計(jì)算出ACE，然后按照一定的控制策略將消除偏差的期望值分配給受控發(fā)電機(jī)組，力圖使ACE趨于零或進(jìn)入預(yù)先規(guī)定的死區(qū)范圍，以解決電力供需的實(shí)時(shí)平衡，實(shí)現(xiàn)AGC的目的。LFC根據(jù)ACE的計(jì)算結(jié)果，通過調(diào)節(jié)受控發(fā)電機(jī)組來消除系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡(luò)線交換功率的偏差，這一功能稱為偏差調(diào)節(jié)，也叫ACE調(diào)節(jié)。4.7. 在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度（Economic Dispatch Control，EDC），其功能是以一定的周期（5分鐘可調(diào)），確定發(fā)電機(jī)組間最經(jīng)濟(jì)的出力分配，同時(shí)考慮發(fā)電機(jī)組的響應(yīng)速率、運(yùn)行限值和調(diào)節(jié)邊界余量（Regulating Margins）。E

33、DC的輸出為一組經(jīng)濟(jì)基點(diǎn)和一組經(jīng)濟(jì)參與系數(shù)。通常采用最小邊界余量費(fèi)用（Minmun Margins），即MIN-MAR算法來計(jì)算可調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)基點(diǎn)。每次EDC運(yùn)行時(shí)對(duì)參與調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)組均按當(dāng)時(shí)的負(fù)荷值和控制區(qū)域交換功率來進(jìn)行調(diào)度。LFC根據(jù)EDC提交的發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)基點(diǎn)值來計(jì)算期望發(fā)電出力，使其運(yùn)行在最優(yōu)負(fù)荷水平，使發(fā)電成本最小，這一功能稱為基點(diǎn)調(diào)節(jié)，也叫Base調(diào)節(jié)。如果系統(tǒng)負(fù)荷在兩次EDC執(zhí)行期間受到大幅擾動(dòng)，則由EDC最后計(jì)算出的一組經(jīng)濟(jì)基點(diǎn)將不再有效，必須待EDC再次運(yùn)行后給LFC提交對(duì)應(yīng)于擾動(dòng)時(shí)的一組新的經(jīng)濟(jì)基點(diǎn)。若可調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行限值變高或變低，或者某發(fā)電機(jī)組進(jìn)入或退出調(diào)節(jié)

34、，EDC將都自動(dòng)重新運(yùn)算。5. AGC的控制方法5.1. 機(jī)組控制方式機(jī)組控制方式是指按控制策略設(shè)定受控發(fā)電機(jī)組的調(diào)度模式，通常有以下基本的控制方式：l 功率調(diào)整（Manual Power Regulate）：這種方式下發(fā)電機(jī)組按照調(diào)度給定的功率目標(biāo)或計(jì)劃曲線，在不超過最大調(diào)節(jié)速率限制的條件下，以給定的調(diào)節(jié)速率進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)計(jì)劃曲線出現(xiàn)大幅度躍變并超過設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)為功率調(diào)整方式。在逼近增減目標(biāo)之后，再自動(dòng)轉(zhuǎn)為基點(diǎn)設(shè)定方式；l 基點(diǎn)設(shè)定（Manual Base Point Set）：這種方式下發(fā)電機(jī)組按照調(diào)度設(shè)定的功率值或計(jì)劃曲線運(yùn)行，不參與ACE調(diào)節(jié)；l 基點(diǎn)調(diào)度（Manual Base P

35、oint Dispatch）：這種方式下發(fā)電廠(機(jī)組)按照調(diào)度給定的功率值或計(jì)劃曲線運(yùn)行，當(dāng)ACE過大時(shí)參與輔助調(diào)節(jié)；l 基點(diǎn)調(diào)節(jié)（Manual Base Point Regulate）：這種方式下發(fā)電廠(機(jī)組)按照調(diào)度給定的功率值或計(jì)劃曲線運(yùn)行，當(dāng)ACE較大時(shí)參與輔助調(diào)節(jié)；l 經(jīng)濟(jì)調(diào)度（Economic Dispatch）：這種方式下發(fā)電廠(機(jī)組)按照在EDC計(jì)算給定的基點(diǎn)運(yùn)行，當(dāng)ACE過大時(shí)參與輔助調(diào)節(jié)；l 偏差調(diào)節(jié)（Error Regulate）：這種方式下發(fā)電機(jī)組在可調(diào)范圍直接跟蹤ACE的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)；l 自動(dòng)調(diào)節(jié)（Automatic Regulate）：這種方式下發(fā)電廠(機(jī)組)按照在

36、EDC計(jì)算給定的基點(diǎn)運(yùn)行，同時(shí)還參與ACE調(diào)節(jié)。有的系統(tǒng)還提供缺省的控制方式指定手段，當(dāng)機(jī)組AGC投入時(shí)能夠自動(dòng)設(shè)定。5.2. 控制區(qū)段與策略為保證AGC平滑、穩(wěn)定而有效地實(shí)現(xiàn)電力供需的實(shí)時(shí)平衡，避免在減小ACE的過程中出現(xiàn)過調(diào)或欠調(diào)，劃分了控制區(qū)段和與之相協(xié)調(diào)的控制策略?？刂茀^(qū)段用于表示ACE的嚴(yán)重程度，如圖十一所示：圖十一控制策略將受控發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)響應(yīng)分布于不同的控制區(qū)段，以便決定那些受控發(fā)電機(jī)組直接參與偏差調(diào)節(jié)，那些遵循發(fā)電計(jì)劃或在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度進(jìn)行基點(diǎn)調(diào)節(jié)。隨著ACE的加大，加入偏差調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)組應(yīng)越來越多，基點(diǎn)調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)組則越來越少。ACE控制區(qū)段與控制策略為：l 死區(qū)（Deadba

37、nd Zone）：在此區(qū)段ACE很小，參與偏差調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)組不作任何調(diào)節(jié)，參與基點(diǎn)調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)組逼近基點(diǎn)值。l 命令區(qū)（Command Zone）：也稱為正常區(qū)（Normal Zone），在此區(qū)段ACE較小，參與偏差調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)組立即跟蹤調(diào)節(jié)，參與基點(diǎn)調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)組仍然在基點(diǎn)值附近運(yùn)行。l 允許區(qū)（Permissive Zone）：也稱為幫助區(qū)（Assist Zone），在此區(qū)段ACE較大，在參與偏差調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)組跟蹤調(diào)節(jié)的同時(shí)，部分參與基點(diǎn)調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)組加入到偏差調(diào)節(jié)當(dāng)中進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)。當(dāng)偏差消除之后參與輔助調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)組重新逼近基點(diǎn)值。l 緊急區(qū)（Emergency Zone）：在此區(qū)段AC

38、E過大，參與偏差的發(fā)電機(jī)組在執(zhí)行調(diào)節(jié)的同時(shí)，所有參與基點(diǎn)調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)組立即脫離基點(diǎn)值加入到偏差當(dāng)中進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)。當(dāng)偏差消除之后參與輔助調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)組又重新逼近基點(diǎn)值。隨著控制性能標(biāo)準(zhǔn)（Control Performance Standard，CPS）的推行和運(yùn)用，增加了了按頻率偏移程度劃分的控制區(qū)段，如圖十二所示：圖十二頻率控制區(qū)段與控制策略為：l 松弛區(qū)（Relaxing Zone）：在此區(qū)段頻率偏差很小，當(dāng)ACE小于等于給定死區(qū)值時(shí)，不調(diào)整發(fā)電機(jī)組出力；當(dāng)ACE大于給定死區(qū)值時(shí)，為防止無意電量偏差增大或頻率偏差反向，可調(diào)整機(jī)組出力使ACE向相反方向變化，直到小于給定死區(qū)值。參與偏差調(diào)節(jié)的發(fā)

39、電機(jī)組立即跟蹤調(diào)節(jié)，參與基點(diǎn)調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)組仍然在基點(diǎn)值附近運(yùn)行。l 正常區(qū)（Normal Zone）：在此區(qū)段頻率偏差較小，當(dāng)，為保證ACE對(duì)頻率的幫助作用可不調(diào)整機(jī)組出力；當(dāng)，且ACE大于給定死區(qū)值時(shí)，調(diào)整機(jī)組出力使ACE與頻率偏差符號(hào)相反。參與偏差調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)組立即跟蹤調(diào)節(jié)，部分參與基點(diǎn)調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)組加入到偏差調(diào)節(jié)當(dāng)中進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)； l 緊急區(qū)（Emergency Zone）：在此區(qū)段頻率偏差較大，當(dāng)，為保證ACE對(duì)頻率的幫助作用可不調(diào)整機(jī)組出力；當(dāng)，調(diào)整機(jī)組出力使ACE與頻率偏差符號(hào)相反。所有參與基點(diǎn)調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)組立即脫離基點(diǎn)值加入到偏差當(dāng)中進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)。當(dāng)偏差消除之后參與輔助調(diào)節(jié)的發(fā)電

40、機(jī)組又重新逼近基點(diǎn)值。所有控制區(qū)可分為正負(fù)兩個(gè)帶區(qū)并能分別予以設(shè)定。5.3. 區(qū)域需求區(qū)域需求（Area Requirement，AR），是指LFC每一計(jì)算周期根據(jù)ACE、上次控制發(fā)出后預(yù)期響應(yīng)ANR和死區(qū)段及命令段之間的門檻值DBMW計(jì)算出的調(diào)節(jié)增量。當(dāng)AR需要使ACE調(diào)節(jié)過零，即全死區(qū)段模式（Full-time Deadband Mode）時(shí)：（36）當(dāng)AR只需要使ACE調(diào)節(jié)到零，即部分死區(qū)段模式（Part-time Deadband Mode）時(shí)，則：（37）5.4. 機(jī)組功率分配AGC要對(duì)發(fā)電機(jī)組分配的有功功率包含有兩個(gè)部分，即：l 將消除ACE所需增減的控制調(diào)節(jié)有功功率分配給發(fā)電機(jī)組

41、；l 將EDC按經(jīng)濟(jì)調(diào)度原則計(jì)算的計(jì)劃功率和計(jì)劃外負(fù)荷或人工輸入的發(fā)電計(jì)劃曲線形成各機(jī)組基點(diǎn)功率分配給發(fā)電機(jī)組。對(duì)于區(qū)域需求，AGC發(fā)出的調(diào)節(jié)功率按比例積分式計(jì)算：（38）其中：分別為控制的積分增益和比例增益，分別為控制的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)調(diào)節(jié)功率。的分配周期與LFC的運(yùn)行周期同步，一般為410秒，以滿足實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的要求。分配到機(jī)組的設(shè)點(diǎn)功率為：（39）其中：為控制機(jī)組實(shí)際功率點(diǎn)，為控制機(jī)組的經(jīng)濟(jì)分配系數(shù)，且，為控制機(jī)組的調(diào)節(jié)分配系數(shù)，且。AGC分配到機(jī)組的功率增量為：（40）和又有以下三種形式：l 原始分配系數(shù)（RAW）。對(duì)于調(diào)節(jié)分配系數(shù)來說就是機(jī)組的響應(yīng)速率；對(duì)于經(jīng)濟(jì)分配系數(shù)來說則是成本微增率曲線在

42、機(jī)組基點(diǎn)值處斜率得倒數(shù)；l 手動(dòng)強(qiáng)制分配系數(shù)（MAN）。這種分配系數(shù)由操作員人工輸入，一旦存在將優(yōu)先于原始分配系數(shù)；l 規(guī)范化分配系數(shù)（NORM）。這是LFC進(jìn)行分配計(jì)算時(shí)實(shí)際使用的內(nèi)部分配系數(shù)。機(jī)組的規(guī)范化分配系數(shù)等于其非規(guī)范化分配系數(shù)與所有入選機(jī)組非規(guī)范化分配系數(shù)總和的比值。即：（41）（42）5.5. 機(jī)組期望功率發(fā)電機(jī)組的期望功率（Unit Destination Generation，UDG）與其控制方式和當(dāng)前ACE落入的控制區(qū)段有關(guān)，具體情況如下表所示：控制策略死區(qū)命令區(qū)允許區(qū)緊急區(qū)基點(diǎn)設(shè)定計(jì)劃基點(diǎn)BPS計(jì)劃基點(diǎn)BPS計(jì)劃基點(diǎn)BPS條件基點(diǎn)BPR基點(diǎn)調(diào)度計(jì)劃基點(diǎn)BPS計(jì)劃基點(diǎn)BPS

43、條件基點(diǎn)BPR響應(yīng)調(diào)節(jié)UDGr基點(diǎn)調(diào)節(jié)計(jì)劃基點(diǎn)BPS條件基點(diǎn)BPR響應(yīng)調(diào)節(jié)UDGr響應(yīng)調(diào)節(jié)UDGr經(jīng)濟(jì)調(diào)度不做控制NC經(jīng)濟(jì)基點(diǎn)UDGe經(jīng)濟(jì)基點(diǎn)UDGe響應(yīng)調(diào)節(jié)UDGr偏差調(diào)節(jié)不做控制NC響應(yīng)調(diào)節(jié)UDGr響應(yīng)調(diào)節(jié)UDGr響應(yīng)調(diào)節(jié)UDGr自動(dòng)調(diào)節(jié)不做控制NC經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)UDGer響應(yīng)調(diào)節(jié)UDGr響應(yīng)調(diào)節(jié)UDGr在表中，“計(jì)劃基點(diǎn)”表示向基點(diǎn)逼近，不考慮對(duì)ACE的影響。“條件基點(diǎn)”表示向基點(diǎn)逼近前，考慮對(duì)ACE的影響，若向基點(diǎn)逼近會(huì)進(jìn)一步增大ACE，則保持不動(dòng)；若向基點(diǎn)逼近將減少ACE則作變動(dòng)。經(jīng)濟(jì)基點(diǎn)表示按EDC的要求，向最經(jīng)濟(jì)的基點(diǎn)逼近；響應(yīng)調(diào)節(jié)表示既不考慮計(jì)劃基點(diǎn)也不考慮經(jīng)濟(jì)基點(diǎn)，響應(yīng)期望的功率分

44、配，參與ACE調(diào)節(jié)。發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)期望功率的計(jì)算方程式為：（43）其中：為上次EDC運(yùn)行時(shí)計(jì)算的經(jīng)濟(jì)基點(diǎn)，為一組經(jīng)濟(jì)分配系數(shù)，為一組調(diào)節(jié)分配系數(shù)，為自上次EDC運(yùn)行以來總的發(fā)電出力變化量。經(jīng)濟(jì)基點(diǎn)期望功率的計(jì)算方程式為：（44）響應(yīng)調(diào)節(jié)期望功率的計(jì)算方程式為：（45）其中：為當(dāng)前實(shí)際出力。發(fā)電機(jī)組要參與調(diào)節(jié)，其期望功率與實(shí)際功率必然存在偏差，稱為機(jī)組控制偏差（Unit Control Error，UCE），偏差的符號(hào)為正表示要增加功率，符號(hào)為負(fù)表示要減少功率。發(fā)電機(jī)組的控制偏差為：（46）前面已經(jīng)提到，向發(fā)電機(jī)組發(fā)出調(diào)節(jié)指令要按一定的控制周期（Unit Control Period，UCP）

45、來發(fā)送：（47）其中：為調(diào)節(jié)增量（MW），為響應(yīng)速率（Unit Reponse Speed，URS）（MW/min）。響應(yīng)速率是每分鐘有功功率的變化量。當(dāng)一個(gè)調(diào)節(jié)指令發(fā)送給某發(fā)電機(jī)組時(shí)，其控制周期值開始遞減，為0后表示周期已到，可以再次向該發(fā)電機(jī)組發(fā)出調(diào)節(jié)指令。如果新的調(diào)節(jié)指令與前一指令控制方向相反，則不考慮這一周期。在某一時(shí)間，對(duì)某發(fā)電機(jī)組要求發(fā)電（Requirement Generation，RG）：（48）其中：為個(gè)周期后以實(shí)際功率設(shè)置的初始值。當(dāng)調(diào)節(jié)指令發(fā)出后，在時(shí)間，對(duì)將要得到的響應(yīng)有個(gè)預(yù)期，稱為時(shí)間時(shí)的預(yù)期響應(yīng)（Unit Anticipated Response，UAR），其算法為

46、:（49）其中：為正常響應(yīng)后的發(fā)電增量，為LFC執(zhí)行周期。對(duì)控制區(qū)域的預(yù)期響應(yīng)（Area Anticipated Response，AAR）：（50）由于種種原因可能并沒有響應(yīng)控制信號(hào)，因此需要對(duì)響應(yīng)情況進(jìn)行判斷。故個(gè)周期響應(yīng)誤差（Unit Reponse Error，URE）為：（51）5.6. 機(jī)組控制校驗(yàn)在對(duì)發(fā)電機(jī)組發(fā)出調(diào)節(jié)指令之前要對(duì)進(jìn)行一系列的校驗(yàn)，不滿足條件的發(fā)電機(jī)組將不被包含在可調(diào)隊(duì)列中。基本控制參數(shù)如下：l 極限范圍。這對(duì)參數(shù)是在緊急情況下允許的調(diào)節(jié)極限；l 調(diào)節(jié)范圍。這對(duì)參數(shù)是在正常情況下允許的調(diào)節(jié)范圍。調(diào)節(jié)范圍不能大于極限范圍。為避開禁止運(yùn)行的中間帶區(qū)，要能夠設(shè)定多個(gè)可調(diào)區(qū)

47、段，可調(diào)區(qū)段應(yīng)能跟蹤實(shí)際功率自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整；l 經(jīng)濟(jì)范圍。這對(duì)參數(shù)是允許在EDC給定基點(diǎn)的范圍，不能大于極限范圍；l 最大速率。包括升降兩個(gè)速率。這對(duì)參數(shù)是在緊急情況下可短時(shí)采用的速率，在區(qū)段ACE達(dá)到緊急段時(shí)能自動(dòng)采用，脫離之后能自動(dòng)恢復(fù)為調(diào)節(jié)速率；l 調(diào)節(jié)速率。包括升降兩個(gè)速率。這對(duì)參數(shù)是在正常情況下采用的速率；l 給定速率。包括升降兩個(gè)速率。這對(duì)參數(shù)是在功率調(diào)整模式情況下采用的速率；l 調(diào)節(jié)加權(quán)。這個(gè)參數(shù)用于指定參與偏差調(diào)節(jié)的優(yōu)先順序；l 經(jīng)濟(jì)加權(quán)。這個(gè)參數(shù)用于指定參與經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)的優(yōu)先順序。在發(fā)出控制命令前，將進(jìn)行下列校驗(yàn)：l 現(xiàn)場(chǎng)頻率校驗(yàn)。具有頻率遙測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)頻率如果超過某給定的限值時(shí)，自

48、動(dòng)將機(jī)組控制模式轉(zhuǎn)為預(yù)備控制模式并發(fā)出相應(yīng)的警示信息；l 調(diào)節(jié)范圍校驗(yàn)。檢查實(shí)際功率是否在調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)，如果超出其調(diào)節(jié)范圍，則應(yīng)以其極限值所代替；l 反向延時(shí)校驗(yàn)：只有當(dāng)控制指令大于指定的死區(qū)時(shí)，才發(fā)出。在發(fā)出控制命令后，將進(jìn)行下列校驗(yàn)：l 速率限制校驗(yàn)。檢查功率變化是否在速率限制之內(nèi)，如果超出其限制，則將其速率減??；l 控制響應(yīng)校驗(yàn)：檢查功率變化是否符合控制預(yù)期要求，如果在指定周期的控制內(nèi)功率不能跟蹤控制指令，表明不能響應(yīng)，自動(dòng)將機(jī)組控制模式轉(zhuǎn)為預(yù)備控制模式并發(fā)出相應(yīng)的警示信息；l 廠站通道校驗(yàn)。對(duì)通道中斷的廠站，如在一定時(shí)間內(nèi)未恢復(fù)正常，應(yīng)自動(dòng)將機(jī)組控制模式轉(zhuǎn)為預(yù)備控制模式并發(fā)出相應(yīng)的警示

49、信息，不再參與功率分配；當(dāng)通道恢復(fù)時(shí)，自動(dòng)重新投入，參與功率分配；l 功率分配校驗(yàn)。如果功率分配超過了限制范圍，自動(dòng)將超出部分分配給其他機(jī)組；l 通過成組調(diào)節(jié)同時(shí)控制幾臺(tái)機(jī)組，當(dāng)參與成組機(jī)組有變化時(shí)，自動(dòng)給定新的運(yùn)行范圍。凡是發(fā)生越限情況時(shí)立即發(fā)出警示信息。5.7. 基點(diǎn)功率計(jì)劃發(fā)電機(jī)組基點(diǎn)功率計(jì)劃是為承擔(dān)基荷的受控發(fā)電機(jī)組制定的發(fā)電出力計(jì)劃，這些受控發(fā)電機(jī)組各有一個(gè)基點(diǎn)功率計(jì)劃。計(jì)劃的給定方式有逐時(shí)段基點(diǎn)功率計(jì)劃表、調(diào)度強(qiáng)制給定基點(diǎn)功率和發(fā)電計(jì)劃應(yīng)用模塊給定接口三種方式。逐時(shí)段基點(diǎn)功率計(jì)劃應(yīng)具有編制一周數(shù)據(jù)的容量，包含以下內(nèi)容：l 發(fā)電機(jī)組名稱；l 開始時(shí)刻：由年、月、日、時(shí)、分表示，格式為

50、：yyyy-mm-dd hh:mm；l 結(jié)束時(shí)刻：由年、月、日、時(shí)、分表示，格式為：yyyy-mm-dd hh:mml 基點(diǎn)功率（MW）。調(diào)度強(qiáng)制給定基點(diǎn)功率用于計(jì)劃曲線的臨時(shí)更改，由調(diào)度根據(jù)需要通過人機(jī)交互界面啟用和終止。啟用和終止?fàn)顟B(tài)均在人機(jī)交互界面上明確標(biāo)示。發(fā)電計(jì)劃應(yīng)用模塊給定接口用于從機(jī)組組合和水、火電協(xié)調(diào)計(jì)劃表中獲取對(duì)應(yīng)的基點(diǎn)功率值。5.8. AGC工作流程當(dāng)AGC投運(yùn)之后，LFC按照預(yù)先設(shè)定的周期反復(fù)運(yùn)行，其工作流程如圖十三所示：圖十三從圖中可以看出AGC工作流程的基本情況，即：l 按照選定的ACE算法從SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中提取當(dāng)前頻率遙測(cè)值并與頻率基準(zhǔn)值相比較，計(jì)算出頻率偏差

51、；從SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中提取當(dāng)前聯(lián)絡(luò)線交換功率的合計(jì)值并與聯(lián)絡(luò)線凈交換功率計(jì)劃值相比較，計(jì)算出聯(lián)絡(luò)線有功功率偏差，求出RAW ACE。l 啟用低通濾波器對(duì)RAW ACE進(jìn)行濾波，對(duì)ACE進(jìn)行時(shí)差、誤差補(bǔ)償和趨勢(shì)預(yù)測(cè)修正得出可用于調(diào)節(jié)控制的ACE結(jié)果值。l 判斷ACE大小和落入的控制區(qū)段，決定控制策略，計(jì)算出控制區(qū)域的有功功率要求和規(guī)范化的分配系數(shù)。l 根據(jù)當(dāng)前控制區(qū)段和機(jī)組參與調(diào)節(jié)的模式組合結(jié)合分配系數(shù)分別計(jì)算各受控發(fā)電機(jī)組的期望發(fā)電值，比較期望發(fā)電值和實(shí)際功率計(jì)算機(jī)組控制偏差并判斷功率的增減方向。l 根據(jù)機(jī)組調(diào)節(jié)速率計(jì)算控制周期以決定是否可以向機(jī)組發(fā)出調(diào)節(jié)指令，如果機(jī)組上次調(diào)節(jié)周期結(jié)束，則

52、經(jīng)遠(yuǎn)動(dòng)通道向發(fā)電廠控制器（PLC）或直接向機(jī)組單元控制器（LCU）發(fā)出調(diào)節(jié)指令，否則等待調(diào)節(jié)周期結(jié)束。l 發(fā)電廠控制器（PLC）或機(jī)組單元控制器（LCU）接收調(diào)節(jié)指令并作出響應(yīng)。l 從SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中提取機(jī)組實(shí)際發(fā)電功率，計(jì)算預(yù)期響應(yīng)情況。6. AGC的控制性能標(biāo)準(zhǔn)6.1. 區(qū)域控制標(biāo)準(zhǔn)（AB）理想情況下，ACE應(yīng)保持為零，這事實(shí)上是不可能的。正常情況下，ACE應(yīng)周期性地過零，以保證ACE減少到最小，并希望ACE的平均值小于一定的限度。為評(píng)價(jià)AGC對(duì)聯(lián)絡(luò)線凈交換功率及系統(tǒng)頻率偏差的控制性能，北美電氣可靠性理事會(huì)（NERC）早在1973年就提出區(qū)域控制標(biāo)準(zhǔn)（AB），并被廣泛采用。該標(biāo)準(zhǔn)以減

53、小ACE作為評(píng)價(jià)區(qū)域控制性能的依據(jù)，包含正常和擾動(dòng)情況兩組兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（A和B）。A標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)定義了兩個(gè)準(zhǔn)則：1） A1準(zhǔn)則：每十分鐘內(nèi)ACE至少過零一次；2） A2準(zhǔn)則：每十分鐘ACE的平均值必須保持在區(qū)域負(fù)荷變化率的限值以內(nèi)。區(qū)域負(fù)荷變化率的計(jì)算公式為：（52）其中：指控制區(qū)域在冬季或夏季高峰時(shí)段，日小時(shí)負(fù)荷最大變化量，或指控制區(qū)域在一年中，任意十個(gè)小時(shí)電量變化量（增或減）的平均值。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)（區(qū)域負(fù)荷變化率被認(rèn)為擾動(dòng)），希望ACE能夠盡快地減小，以消除擾動(dòng)的影響。因此B1標(biāo)準(zhǔn)定義了兩個(gè)準(zhǔn)則：1） B1準(zhǔn)則：十分鐘內(nèi)ACE必須返回到零；2） B2準(zhǔn)則：一分鐘內(nèi)ACE必須向減小方向變

54、化。違反AB標(biāo)準(zhǔn)所占用的時(shí)間被稱為不合格時(shí)間。按AB標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，控制合格率必須，并爭(zhēng)取，其計(jì)算公式為： （53）AB標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際控制過程中存在明顯的缺陷：1） AB標(biāo)準(zhǔn)除了在定頻率控制和定頻率與聯(lián)絡(luò)線凈交換模式中，ACE的算法以代數(shù)的形式反映了電力系統(tǒng)的頻率偏差程度之外，并沒有直接針對(duì)頻率偏差的控制效果作為評(píng)價(jià)區(qū)域控制性能的依據(jù)；2） A1準(zhǔn)則要求ACE經(jīng)常過零，本來控制的主要目的是保證頻率的質(zhì)量，但A1準(zhǔn)則不論頻率偏差如何，為使ACE減少并在十分鐘內(nèi)過零，將迫使發(fā)電機(jī)組出力做出無益于緩解系統(tǒng)頻率偏差的調(diào)節(jié)，在一些情況下增加了發(fā)電機(jī)組的無謂調(diào)節(jié)；3） A2標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格按控制ACE的十分鐘平均值

55、，然而在某控制區(qū)域發(fā)生事故時(shí)，與之相聯(lián)的控制區(qū)域在未修改交換計(jì)劃前，難以提供較大的支援。AB的控制要求如圖十四所示：圖十四6.2. 控制性能標(biāo)準(zhǔn)（CPS）因?yàn)锳B標(biāo)準(zhǔn)并不完美，北美電氣可靠性理事會(huì)（NERC）在總結(jié)AB標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)之后，針對(duì)其存在的缺陷，于1996年推出了新的控制性能標(biāo)準(zhǔn)（Control Performance Standard，CPS）。CPS以減小電力系統(tǒng)頻率偏差作為評(píng)價(jià)區(qū)域控制性能的基本判據(jù)，充分考慮了ACE對(duì)系統(tǒng)頻率的補(bǔ)益作用，因此國外電力系統(tǒng)很快便采用了這一標(biāo)準(zhǔn)。CPS包含CPS1和CPS2兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)：1） CPS1標(biāo)準(zhǔn)：在給定期間，控制區(qū)域的ACE的一分鐘平均值

56、與一分鐘頻率偏差的平均值（）的乘積，除以十倍的頻率偏差系數(shù)（），應(yīng)小于年實(shí)際頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率偏差一分鐘平均值的均方差（）；2） CPS2標(biāo)準(zhǔn)：在一小時(shí)六個(gè)時(shí)間段，控制區(qū)域的ACE的十分鐘平均值，必須控制在限值以內(nèi)。計(jì)算公式為：（54）其中：為去年實(shí)際頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率偏差一分鐘平均值的均方根；為控制區(qū)域的ACE的一分鐘平均值；為分鐘數(shù)；為控制區(qū)的系統(tǒng)頻率系數(shù)（MW/0.1HZ），帶負(fù)號(hào)；為每分鐘頻率平均值。（55）(56)其中：為去年十分鐘頻率偏差（與給定基準(zhǔn)頻率）的均方根；為控制區(qū)的系統(tǒng)頻率系數(shù)（MW/0.1HZ）；為互聯(lián)電網(wǎng)總的系統(tǒng)頻率系數(shù)，均帶負(fù)號(hào)。按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，。其計(jì)算公式為：（57）（58） (59)CPS的控制要求如圖十五所示：圖十五7. AGC的控制對(duì)象