203、互聯(lián)電網(wǎng)AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式的研究

1、互聯(lián)電網(wǎng)AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式的研究ResearchontheresponsibilityDistributionofAGCadjustmentinInterconnectedPowerSystem劉樂1,李衛(wèi)東2,李雪峰2（1.吉林省電力有限公司，吉林長春130021;2.大連理工大學(xué)電氣工程與應(yīng)用電子技術(shù)系，遼寧大連116024）ABSTRACT:Inordertotakefulladvantageofinterconnectedpowersystem,anewdistributionmodeofAGCadjustmentresponsibilityisproposedtopursuebe

2、tterfrequencyquality.Underthisdistributionmode,variousareasAGCcanadjusttheentireelectricalnetworkpowertogetheraccordingtotheproportiontothesamedirectiontheloadvariety.AndanAGCadjustmentresponsibilityassignmentsystemisproposedtorecognizeanddifferentiatethesystemdifferentsituationsandthedegreesofhazar

3、d.SointhedifferentsituationthesystemhavethecorrespondingAGCcontrolplan.Thesimulationexampleindicatesthattheproposedallocationmodeishelpfulintheimprovementofthefrequencyqualityandsystemfrequencycontrolperformance.KEYWORDS:interconnectedpowersystem;automaticgenerationcontrol（AGC）;distributionmodel摘要：為

4、充分發(fā)揮電網(wǎng)互聯(lián)的優(yōu)勢，本文提出一種追求頻率質(zhì)量的AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式，該方式使所有區(qū)域的AGC機(jī)組向同一方向共同調(diào)節(jié)整個電網(wǎng)的負(fù)荷擾動。同時，為了能夠辨識和區(qū)分系統(tǒng)不同的運(yùn)行情況和危險程度，本文還研究構(gòu)建了一套分情況AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式體系，使得在不同情況下系統(tǒng)能夠自動調(diào)整AGC控制方案。仿真表明該分配方式既提高了頻率質(zhì)量又可減少AGC機(jī)組的無謂調(diào)節(jié)。關(guān)鍵詞：互聯(lián)電網(wǎng)；AGC;分配方式1引言隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的迅速擴(kuò)展，互聯(lián)電網(wǎng)對系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和頻率質(zhì)量也提出了更高的要求。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時，為確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，AGC成為控制系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡(luò)線交換功率按計(jì)劃運(yùn)行的重要技術(shù)手

5、段，其中TBC模式下各區(qū)的頻率偏差系數(shù)（簡稱“B系數(shù)”）代表了區(qū)域AGC的調(diào)節(jié)責(zé)任。當(dāng)頻率偏差f較小時，最理想的是將各區(qū)B系數(shù)設(shè)置得與本區(qū)自然頻率特性系數(shù)（相等。這樣，只有擾動區(qū)AGC產(chǎn)生控制作用以調(diào)節(jié)本區(qū)的負(fù)荷變化，無負(fù)荷擾動的區(qū)域AGC不動作1。而現(xiàn)實(shí)中由于一些區(qū)域的AGC可調(diào)容量不足或AGC機(jī)組調(diào)節(jié)速率限制，使得這些區(qū)域不能保證所有時刻AGC都可以即時準(zhǔn)確地彌補(bǔ)本區(qū)的功率缺額。當(dāng)有大功率擾動時，若各區(qū)仍追求B=3,則可能使頻率恢復(fù)緩慢甚至無法達(dá)到額定值。因此，我國互聯(lián)電網(wǎng)應(yīng)采取何種AGC控制方式、如何分配各區(qū)AGC調(diào)節(jié)責(zé)任才能確保頻率質(zhì)量已成為近年來調(diào)度自動化專業(yè)關(guān)注的一個熱點(diǎn)問題，有必

6、要研究一種實(shí)用的區(qū)域AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式，使系統(tǒng)可以在各種擾動情況下保證頻率質(zhì)量，且盡可能減少無謂的機(jī)組調(diào)節(jié)。2互聯(lián)電網(wǎng)頻率控制要求系統(tǒng)頻率是電能質(zhì)量的三大指標(biāo)之一，其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。頻率偏差反映了發(fā)電有功功率與負(fù)荷的不平衡關(guān)系，改善頻率質(zhì)量對供用電各方的經(jīng)濟(jì)利益都會產(chǎn)生影響。為滿足用戶、發(fā)電廠設(shè)備和電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的需要，必須對頻率提出控制要求和限制指標(biāo)。各互聯(lián)電網(wǎng)由于規(guī)模和系統(tǒng)特性的不同，對頻率控制的要求也不盡相同。目前，我國的全國聯(lián)網(wǎng)局面已初步形成，由于我國電網(wǎng)在管理體制、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與輸送裕度、設(shè)備與通信自動化水平等方面與國外存在差距，對

7、于頻率控制的要求也比國外放寬許多。如美國德克薩斯電網(wǎng)的f正常狀態(tài)僅為W.03Hz,美國東部電網(wǎng)和澳大利亞分別為垃05Hz和M.1Hz,而我國電網(wǎng)的正常頻率偏差帶為10.2Hz。另外，德克薩斯電網(wǎng)2002年最高負(fù)荷為57694MW,與我國華東電網(wǎng)接近，但德克薩斯電網(wǎng)f的年1分鐘平均值的均方根（q）為0.02Hz,而華東電網(wǎng)為0.028Hz2。可見，我國目前在頻率控制效果和頻率質(zhì)量上與國外水平還有距離。確定頻率的正常控制范圍對電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性影響較大，放寬對頻率控制范圍的要求會降低對維持正常頻率的輔助服務(wù)的要求，這樣雖然降低了運(yùn)行成本，卻增加了系統(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)

8、的難度。國外的頻率質(zhì)量已經(jīng)很高，其當(dāng)前的主要目標(biāo)是盡量降低機(jī)組的無謂調(diào)節(jié)，使各區(qū)AGC能夠有更精確的調(diào)節(jié)。而我國在現(xiàn)有的電網(wǎng)技術(shù)條件下則應(yīng)更加關(guān)注系統(tǒng)的頻率質(zhì)量，使各區(qū)AGC調(diào)節(jié)更加有效。3AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式3.1 當(dāng)前AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式我國電網(wǎng)的AGC控制首先由網(wǎng)調(diào)實(shí)時采樣系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡(luò)線功率等信號，根據(jù)式(1)計(jì)算出各省ACE并發(fā)送給省調(diào)，省區(qū)再根據(jù)AGC控制策略計(jì)算出其直調(diào)AGC機(jī)組的功率調(diào)節(jié)量，由通道和RTU將AGC指令下發(fā)到電廠，電廠接到指令后相應(yīng)增減機(jī)組出力。ACE的計(jì)算式為：ACE=APtie+BAf(1)可見，當(dāng)前我國AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式是按照實(shí)時計(jì)算出的各區(qū)ACE進(jìn)

9、行分配的。在式(1)中，各區(qū)B系數(shù)的選擇對系統(tǒng)AGC的控制品質(zhì)有較大影響。為滿足整個電網(wǎng)的發(fā)電需求及公平分配區(qū)域AGC調(diào)頻責(zé)任，可首先根據(jù)電網(wǎng)的發(fā)電需求確定出整個電網(wǎng)總頻率偏差系數(shù)Bs,再將Bs按各區(qū)負(fù)荷擾動的長期統(tǒng)計(jì)特性比例分配Bi。同時，如果可以將各區(qū)Bi系數(shù)設(shè)置得與本區(qū)自然頻率特性系數(shù)齡目等，則按照ACE分配各省區(qū)AGC調(diào)節(jié)責(zé)任是最公平的。3.2 追求頻率質(zhì)量的AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式當(dāng)各區(qū)Bi=S時，通過式(1)計(jì)算出的各區(qū)ACE正好等于本區(qū)的負(fù)荷擾動量，這樣，按照ACE分配各區(qū)AGC調(diào)節(jié)責(zé)任的實(shí)質(zhì)是使各區(qū)AGC自行承擔(dān)本區(qū)的負(fù)荷擾動，做到各掃門前雪。而單一系統(tǒng)互聯(lián)之前其AGC的作用就是

10、為調(diào)節(jié)自身的負(fù)荷擾動，所以，對于互聯(lián)電力系統(tǒng)的AGC調(diào)頻效果來說，按照ACE分配各區(qū)AGC調(diào)節(jié)責(zé)任的方式與區(qū)域互聯(lián)之前的獨(dú)立AGC是等同的，并沒有發(fā)揮電網(wǎng)互聯(lián)的優(yōu)勢。當(dāng)互聯(lián)系統(tǒng)中某區(qū)出現(xiàn)大功率擾動而引起較大的£時，該區(qū)此時AGC可調(diào)容量有限或AGC機(jī)組調(diào)節(jié)速率較慢，若仍采用Bi=3,即按ACE分配各區(qū)AGC調(diào)節(jié)責(zé)任，則可能使頻率恢復(fù)緩慢甚至無法達(dá)到額定值。而即便擾動區(qū)AGC備用容量充足，采用上述只依靠擾動區(qū)單一恢復(fù)頻率的AGC控制方式仍然不能確保頻率的快速恢復(fù)，從而會對頻率質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。實(shí)際上，各區(qū)負(fù)荷擾動是同時發(fā)生且方向不一的，所以按Bi=S計(jì)算出的各區(qū)ACEi就會有正有負(fù)。而

11、£是由系統(tǒng)總的功率擾動量Pls,即各區(qū)負(fù)荷擾動的和EAPLi的方向引起的，按照ACEi進(jìn)行各掃門前雪的AGC控制可能使各區(qū)為了共同恢復(fù)頻率而進(jìn)行方向相反的AGC調(diào)節(jié)，而ACEi方向相反的各區(qū)增減功率相互抵消，勢必會造成部分區(qū)域AGC機(jī)組的無謂調(diào)節(jié)，且各區(qū)AGC機(jī)組調(diào)節(jié)性能的差異還會影響最終的頻率控制效果。因此，按照ACE分配各區(qū)AGC調(diào)節(jié)責(zé)任的分配方式并不是調(diào)頻效率最高的方式，為進(jìn)一步提高我國電網(wǎng)頻率質(zhì)量，需要設(shè)計(jì)一種更有效、更合理的AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式。當(dāng)系統(tǒng)中有區(qū)域發(fā)生負(fù)荷擾動時，所有區(qū)域的一次調(diào)頻都會立即調(diào)整出力，并通過聯(lián)絡(luò)線向擾動區(qū)提供功率支援，即系統(tǒng)一次調(diào)頻可以描述為“一

12、方有難，八方支援”。而對于互聯(lián)系統(tǒng)的AGC也可借鑒一次調(diào)頻的這一特點(diǎn)，即為使系統(tǒng)頻率盡快恢復(fù)到額定值，當(dāng)有區(qū)域發(fā)生負(fù)荷擾動時，無論該擾動發(fā)生在本區(qū)還是外區(qū)，所有區(qū)域的AGC都應(yīng)該共同參與調(diào)節(jié)此負(fù)荷擾動，以充分發(fā)揮電網(wǎng)互聯(lián)的優(yōu)勢。首先，確定出整個電網(wǎng)總的負(fù)荷擾動量Pls,由于系統(tǒng)總的ACEs等于Pls的相反數(shù)，即只要獲得整個電網(wǎng)總的頻率偏差系數(shù)Bs3,通過公式：ACEs=BsAf(2)就可以計(jì)算出Pls(ACEs=Pls)。這樣，只要系統(tǒng)內(nèi)所有區(qū)域的AGC機(jī)組向同一方向共同調(diào)節(jié)此Pls就可以使頻率迅速恢復(fù)到額定值。所以，下一步不是使各區(qū)各自調(diào)節(jié)4Pu,而是將ACEs根據(jù)一定原則按比例分配給各省區(qū)

13、，使所有區(qū)域的AGC共同動作。這種AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式取消了Bi的概念，只保留Bs,將整個互聯(lián)電力系統(tǒng)看作一個獨(dú)立的控制區(qū)域，不考慮子區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線的功率竄動，將控制目標(biāo)完全關(guān)注在恢復(fù)系統(tǒng)頻率上。因此，這種追求頻率質(zhì)量的AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式使系統(tǒng)AGC又回到了定頻率控制模式。對于ACEs的分配可根據(jù)電網(wǎng)的具體情況選擇不同的分配原則，如按照各區(qū)AGC備用容量、機(jī)組裝機(jī)容量，或按照各區(qū)歷史Pli的比例分配ACEi。如果應(yīng)用此AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式，必然會引起區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線交換功率的大幅竄動，所以還要求聯(lián)絡(luò)線必須具備相應(yīng)的可用傳輸能力。3.3 分情況AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式頻率偏差f是一個隨機(jī)變量，大

14、部分時間f是非常小的。當(dāng)f很小時，如果調(diào)動全網(wǎng)所有機(jī)組進(jìn)彳TAGC調(diào)節(jié)，可能會造成AGC機(jī)組的超調(diào)或反調(diào)，從而引起f的大幅波動。在這種情況下，可以通過設(shè)定ACEs死區(qū)，使ACEs在死區(qū)內(nèi)時所有AGC機(jī)組不動作。合理而有效的電網(wǎng)AGC調(diào)頻責(zé)任分配方式應(yīng)該能夠辨識和區(qū)分系統(tǒng)不同的運(yùn)行情況和危險程度，從而分情況自動調(diào)整AGC的控制方案。因此，我們提出一種分情況的AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式，其根據(jù)一定原則將AGC控制方案分為兩部分，如以»大小為分界點(diǎn)：(1)當(dāng)心力小于0.05Hz時，采用當(dāng)前的AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式。即令Bi=3,各區(qū)按照ACEi進(jìn)行自動發(fā)電控制，這時我們關(guān)注的是公平分配區(qū)域調(diào)頻

15、責(zé)任。(2)當(dāng)心力大于0.05Hz時，長期這樣下去將會影響頻率質(zhì)量，使頻率超過合格率指標(biāo)的要求。所以，這種情況下需要全網(wǎng)所有區(qū)域的AGC機(jī)組共同參與調(diào)節(jié)，即此時采用追求頻率質(zhì)量的AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式，將計(jì)算出的ACEs按比例分配給各區(qū)，這時我們關(guān)注的是使頻率迅速恢復(fù)到額定值。分情況AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式的分界原則可以有不同的選擇，如像上述根據(jù)實(shí)時檢測的頻率波動大小來決定；也可應(yīng)用超短期負(fù)荷預(yù)報，根據(jù)預(yù)報的未來時刻系統(tǒng)負(fù)荷擾動情況來決定；還可根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，按照系統(tǒng)運(yùn)行的不同危機(jī)程度動態(tài)抉擇不同的AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式。另外，鑒于負(fù)荷爬坡時段(如早晨)一些區(qū)域?yàn)榻档虯GC輔助服務(wù)成本不愿投

16、入AGC機(jī)組進(jìn)行調(diào)峰調(diào)頻，從而降低了系統(tǒng)頻率質(zhì)量，所以分界原則也可以選擇時間軸上的不同時段，使分界點(diǎn)隨時間而動態(tài)變化。4仿真研究利用互聯(lián)電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)動態(tài)仿真系統(tǒng)4建立三區(qū)域互聯(lián)仿真模型，設(shè)三區(qū)系統(tǒng)參數(shù)相同，各區(qū)AGC機(jī)組為調(diào)節(jié)性能有限的火電機(jī)組，只有一個區(qū)域有負(fù)荷擾動。由于聯(lián)絡(luò)線傳輸能力(Ptiemax)會影響不同AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式的控制效果，我們在不同Ptiemax下仿真比較系統(tǒng)采用當(dāng)前AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式和分情況分配方式下的頻率考核指標(biāo)。仿真結(jié)果如下表所示。表6.1不同AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式下的RMS玩比較Tab.6.1ComparisonofRMSffordifferentAGCr

17、egulationresponsibilitydistributionmodeAGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式Ptiemax(MW)5000200按ACEi分配0.01030.01301分情況AGC調(diào)干責(zé)任分配方式以Hf|在0.01Hz為分界點(diǎn)0.0070.01283以1在0.005Hz為分界點(diǎn)0.00680.01296可見，無論采用哪種AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式,當(dāng)區(qū)域間的聯(lián)絡(luò)線傳輸能力充足(Ptiemax=5000MW)時都比不足(Ptiemax=200MW)時的頻率考核指標(biāo)好，說明聯(lián)絡(luò)線傳輸越通暢，越有利于區(qū)域間的功率支援。另外，當(dāng)聯(lián)絡(luò)線傳輸能力充足時，采用當(dāng)前AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式的RMS甌最大,此

18、時各區(qū)自行承擔(dān)本身的負(fù)荷擾動，力求做到自掃門前雪。而采用分情況以|Af|在0.01Hz為分界點(diǎn)的AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式時，當(dāng)4f|大于0.01Hz,設(shè)三區(qū)平分總ACEs,此種情況的RMS布指標(biāo)明顯減小。即分情況AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式更有利于使頻率迅速恢復(fù)到計(jì)劃值，從而提高頻率質(zhì)量。而以更小的0.005Hz為分界點(diǎn)時，頻率質(zhì)量繼續(xù)提高。當(dāng)聯(lián)絡(luò)線傳輸能力不足時，由于功率在區(qū)域間的傳輸受到限制，也影響了追求頻率質(zhì)量的AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式的控制效果，所以后兩種分配方式的RMS甌照按ACEi分配時的頻率指標(biāo)改善不大。5結(jié)論為充分發(fā)揮電網(wǎng)互聯(lián)的優(yōu)勢，本文提出一種追求頻率質(zhì)量的AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式，在確

19、定系統(tǒng)AGC調(diào)節(jié)總量ACEs后，通過協(xié)調(diào)分配各區(qū)ACEi使所有區(qū)域的AGC機(jī)組向同一方向共同調(diào)節(jié)整個電網(wǎng)的負(fù)荷擾動。同時，為了能夠辨識和區(qū)分系統(tǒng)不同的運(yùn)行情況和危險程度，研究構(gòu)建了一套分情況AGC調(diào)節(jié)責(zé)任分配方式體系，使得在不同情況下系統(tǒng)能夠自動調(diào)整AGC控制方案。該分配體系使互聯(lián)電網(wǎng)AGC控制由自動調(diào)節(jié)代替人工調(diào)節(jié)，由計(jì)劃性代替非計(jì)劃調(diào)節(jié)，由預(yù)案性代替無預(yù)案方式，從而為提高頻率質(zhì)量和減少AGC機(jī)組無謂調(diào)節(jié)提供了保證。參考文獻(xiàn)1 .T.Kennedy.S.M.Hoyt,C.F.Abell.Variable,non-lineartie-linefrequencybiasforinterconnectedsystemscontrol.IEEETransonPowerSystems.1988,3(3):1244-1253.2 .電力系統(tǒng)調(diào)頻與自動發(fā)電控制編委會.電力系統(tǒng)調(diào)頻與自動發(fā)電控制M.北京:中國電力出版社,2006.3 .劉樂，劉嬌，李衛(wèi)東.互聯(lián)電網(wǎng)中區(qū)域調(diào)頻責(zé)任及其分配方式J.電力系統(tǒng)自動化，2008,32(16).4 .劉樂,劉嬌,李衛(wèi)東.互聯(lián)電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)動態(tài)仿真系統(tǒng)的研制J.電網(wǎng)技術(shù),2009,33(7):36-41,54.情感語錄1 .愛