隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，由調度人員憑運行經(jīng)驗調整全網(wǎng)發(fā)電出力與全網(wǎng)負荷平衡，保持電網(wǎng)頻率為額定值并控制網(wǎng)際聯(lián)絡線潮流的勞動強度大大提高，調節(jié)難度也大為增加。由計算機系統(tǒng)輔助人工調節(jié)保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟運行已成為現(xiàn)代大電網(wǎng)發(fā)展的趨勢。自動發(fā)電控制AGC(Automatic Generation Control)正是實現(xiàn)這一目標的重要手段。雖然AGC原理并不復雜，但其實現(xiàn)及各個環(huán)節(jié)的關系遠非模型那么簡單。下面將參照一些資料和幾年的工作實踐，簡要地介紹AGC的原理及其運行操作。
1 自動發(fā)電控制(AGC)基本原理
自動發(fā)電控制(AGC)的基本原則是要求各控制區(qū)域負責供應本區(qū)域的負荷，并經(jīng)常假設整個互聯(lián)系統(tǒng)中各控制區(qū)的頻率基本相等。當某控制區(qū)域負荷發(fā)生變化時，起初的這個負荷變化是由各發(fā)電機組的轉動動能來提供的，隨著動能的消耗，整個互聯(lián)系統(tǒng)的頻率開始下降，系統(tǒng)中的所有發(fā)電機組都將響應這個頻率的變化，增加出力并使頻率達到一個新的穩(wěn)態(tài)，此時，AGC的職責是經(jīng)濟地調整發(fā)電，使負荷的變化僅由本控制區(qū)域的電廠來供應，并使頻率回升到它原來的整定值。總結起來講，AGC有四個基本目標：
(1)使整個互聯(lián)系統(tǒng)的發(fā)電與負荷基本平衡。
(2)保證電力系統(tǒng)的頻率偏差在某一范圍內，并使均值為零。
(3)在各控制區(qū)域內調節(jié)發(fā)電出力，使聯(lián)絡線功率偏差為零。
(4)控制本區(qū)域內的分配發(fā)電，使發(fā)電成本最小。
其中第四項是經(jīng)濟調度問題。下面分析在AGC中是如何實現(xiàn)以上前三項目標的。
1．1 區(qū)域負荷頻率控制誤差(ACE)
AGC的基本概念是區(qū)域負荷頻率控制誤差(ACE)。在國外，大約在50年代起，聯(lián)絡線功率頻率偏差就被廣泛應用于各互聯(lián)系統(tǒng)。AGC的控制目標就是把本區(qū)域的控制誤差(ACE)調整到零。
ACE = Pa-Ps+K(fa-fs)=△PaK△f （1）
式中：Pa——本控制區(qū)域凈交換功率，輸出為正（單位MW）；
Ps——本控制區(qū)域計劃交換功率（單位MW）；
K——區(qū)域頻率偏差常數(shù)（上海電網(wǎng)目前取54MW/0.1Hz）；
fa——實際頻率數(shù)（單位Hz）；
fs——計劃頻率數(shù)（單位Hz）。
式(1)定義的AGC控制模式稱為聯(lián)絡線偏差模式(TLBC)；式(1)中去除功率偏差項，此時的AGC控制模式稱為恒定頻率控制模式(CFC)；式(1)中去除頻率偏差而僅保留功率偏差項，此時的AGC控制模式稱為恒定聯(lián)絡線功率控制模式(CIC)。
ACE提供了AGC控制的一個靜態(tài)目標，根據(jù)這個目標，每個區(qū)域在互聯(lián)系統(tǒng)正常運行情況下能滿足本區(qū)域的負荷需求。由于尺的存在，使該控制區(qū)域對互聯(lián)系統(tǒng)頻率的調整作出貢獻。ACE如此定義是有其明確的物理意義的：設某區(qū)域中有APL的負荷變化。根據(jù)電力系統(tǒng)負荷以及汽輪機調速器的功率一頻率特性可以導出以下兩式(1)，見式(2)、式(3)。
由式(2)、(3)可知，如果選取本區(qū)域的頻率偏差項k等于本區(qū)域的自然頻率特性Ka，則在負荷不變的各區(qū)域內ACE均為零，而在負荷變化的區(qū)域內ACE值等于負荷變化值本身。這樣，有負荷變化的控制區(qū)，通過AGC的二次控制，最后全部承擔了其負荷的變化�？梢娢驳倪x擇，對于有效和合理的頻率控 制是十分重要的。
1．2 自動發(fā)電控制結構概述
AGC結構可由下面圖1表示。
其中調速器／汽機的一次響應回路雖不是AGC控制回路的一個部分，但由于其重要性仍包含于其中。電力系統(tǒng)負荷波動的自然響應是由每臺汽輪機調速器自發(fā)控制的。由圖1可見，AGC基本上是一個負荷跟蹤控制問題。按BLO方式(機組跟蹤基準功率曲線方式)控制發(fā)電的機組的基點值是由區(qū)域跟蹤控制確定的，其確定的依據(jù)是在幾分鐘內經(jīng)濟地滿足預計的凈發(fā)電要求，與此相關的功能模塊是負荷預報模塊和經(jīng)濟調度模塊。對于未投用經(jīng)濟調度功能的EMS系統(tǒng)，AGC機組的基點功率也可按前一天安排的計劃曲線來代替．區(qū)域調節(jié)控制的作用是確定以BLR方式(機組跟蹤基準功率曲線并參與ACE偏差調節(jié)的方式)控制發(fā)電機組的基點增量值，即ACE對該機組的配額。在理想情況下，通過BLO方式機組的調節(jié)實現(xiàn)本控制區(qū)域中負荷與發(fā)電出力的大體平衡，而通過BLR方式機組的調節(jié)來實現(xiàn)對聯(lián)絡線偏差的精確跟蹤，從而實現(xiàn)本控制區(qū)域中負荷與發(fā)電出力的最終平衡．因此，發(fā)電機組的負荷調節(jié)特性對AGC系統(tǒng)的性能有著重要影響。
2 AGC的考核標準及其定義
2．1 北美電力可靠性委員會的(NERC)AGC控制性能的定義
北美電力可靠性委員會認為控制區(qū)可用以下兩個方法中的一個方法來衡量其控制性能：24h報告，或月度報告。對24h報告，控制區(qū)量測由性能分析委員會隨意選擇的每個月的24個小時期間的A1和A2。對月度報告，控制區(qū)連續(xù)監(jiān)視A1和A2的一致性并在每個月末報告其結果。
對照控制性能準則(CPC)測量的控制性能的基礎是控制區(qū)的區(qū)域控制誤差(ACE)。用于控制性能計算的ACE值應是實際的、未經(jīng)過濾的量。不正確的讀數(shù)，諸如由于遙測誤差或其它故障影響，應從計算中排除。CPC調查提供ACE的性能的兩種指標：即A1——過零點和A2——Ld一致性。
2．2 北美電力可靠性委員會的(NERC)AGC控制性能準則控制性能的衡量指標需要區(qū)分控制區(qū)是在正常狀況或擾動狀況下運行。
2．2．1 正常狀況控制性能準則：
(1)A1準則——過零點。A1準則要求一個控制區(qū)的ACE在前一次達到零的10min內回到零�？刂普`差定期地相交于零，目的是使不當交換的累積時趨向減至最小。
(2)A2準則——Ld一致性。A2準則要求在每小時內的6個10min期間的每一個平均ACE都在規(guī)定的極限內，該極限稱之為Ld。這個準則以規(guī)定一個控制區(qū)ACE的平均最高范圍來補充A1準則。
2，2．2 Ld計算
Ld＝(0．025)△L+5 MW (4)
式(4)中的Ld可用以下兩個方法之一來計算：
方法A-△L是本控制區(qū)的冬季或夏季最高峰負荷一天從一個時鐘小時至下一個時鐘小時控制區(qū)負荷凈電量的最大變化(增加或減小)。
方法B-△L是發(fā)生在一年內從一個時鐘小時至下一個時鐘小時負荷的任何10個變化(增加或減小)的平均。
控制區(qū)在性能分析員要求每年應確定其Ld。新的Ld在每年的3月1日生效。
2．2．3 擾動(事故)狀況控制性能準則
在擾動期間，控制一般不能維持ACE在正常負荷變動的準則范圍內。當由于突然失去發(fā)電或負荷突變而使ACE的采樣值超過某一被稱為Lm的極限時，就認為該控制區(qū)發(fā)生了擾動。Lm的值為Ld的函數(shù)，如式(5)所示： Lm＝3Ld (5)
造成超過Lm的ACE的正常負荷和發(fā)電的偏移(例如：抽水蓄能、電弧爐、軋鋼機等)不包括在擾動狀況的定義之內。
(1)B1準則——系統(tǒng)恢復。B1準則要求在擾動開始之后在10min內將ACE退回到零。屬于以上規(guī)定的一個擾動狀況變化之后，在一個不超過10min的期間內，ACE必須達到零讀數(shù)。一個系統(tǒng)應保持足夠的備用能力以完全恢復控制并在10min內回到正常運行。
(2)B2準則——恢復開始。B2準則要求在擾動開始后的1 min之內ACE開始趨向于零。屬于以上所規(guī)定的擾動狀況的擾動之后，ACE被允許在不超過1min的期間趨向于與階躍變化相同的方向。
一個系統(tǒng)應保持能夠的備用能力在1 min之后，ACE開始趨向于零。
3 AGC系統(tǒng)構成
AGC系統(tǒng)可分為兩部分，即調度自動化EMS／AGC系統(tǒng)與廠站端CCS系統(tǒng)。本文僅介紹調度自動化EMS／AGC系統(tǒng)的構成。
3．1 AGC的系統(tǒng)結構和功能
AGC作為EMS的核心功能包含在EMS系統(tǒng)的RTGEN(實時發(fā)電)應用中，AGC與其他模塊之間的主要數(shù)據(jù)流程可以用圖1簡單描述。
其中AGC由SCADA獲得數(shù)據(jù)，其速率一般等于SCADA掃描速率的倍數(shù)。AGC的目標是穩(wěn)態(tài)(較長期)控制而不是短期控制，主要支持以下功能：
(1)經(jīng)濟調度(ED)，其中經(jīng)濟調度分為控制型和建議型經(jīng)濟調度，建議型調度不用于控制用途。
(2)發(fā)電計劃(GS)。GS分為電廠基點計劃(BSKED畫面)、減出力(deration)計劃(DERATES畫面)、燃料成本計劃(FCOST)、燃料使用計劃(FSKED)、備用計劃(RESERVE)、交易計劃(TRSKALL)等。
(3)備用監(jiān)視。備用監(jiān)視包括全系統(tǒng)的備用監(jiān)視和機組備用監(jiān)視，周期執(zhí)行(一般2 min啟動一次)，所使用的數(shù)據(jù)是機組出力，各種限值和響應速率。當備用水平低于要求時，將發(fā)生告警信號，提醒調度人員注意，以便采取適當措施，保證全系統(tǒng)有足夠的備用容量。其分為調節(jié)備用容量、旋轉備用容量、運行備用容量，調節(jié)備用容量是指在線運行并且AGC控制的機組的調節(jié)余量，包括上升和下降兩個方向。將所有被控機組的上升和下降萬向的備用容量相加，即為全系統(tǒng)的上升和下降方向的備用容量。調節(jié)備用容量監(jiān)視包括：系統(tǒng)調節(jié)備用容量的現(xiàn)有值和要求值；各機組調節(jié)備用值。
(4)與其它應用的接口
�、貵ENMODEL
②SCADA
�、跾TGEN
�、軝C組組合UC
�、葚摵深A報LF
�、迣崟r網(wǎng)絡(交換)RTNET
�、邔崟r安全約束(RTSENH)
3．2 AGC的主要構成模塊
AGC作為一相對獨立的應用軟件，其基本功能即為負荷頻率控制(LFC，Load-Frequency-Control)，該部分主要由以下4個基本模塊組成；
3．2．1 區(qū)域控制模塊
該模塊的主要功能是控制LFC各任務的全部次序，這些LFC任務有：
(1)接受與處理SCADA數(shù)據(jù)；
(2)確定AGC控制區(qū)域內發(fā)電、負荷與受電量；
(3)根據(jù)AGC的運行方式確定區(qū)域控制偏差，其中AGC的運行方式最主要的有；聯(lián)絡線交換一頻率偏差、恒定交換功率偏差、恒定頻率偏差。
該模塊在完成上述任務后，還自動調用其他AGC的模塊，以完成計算與發(fā)布控制命令到各電廠或機組。
該模塊在計算出ACE值的同時，還須判別當前ACE的偏差程度以決定各AGC機組對ACE的響應份額。
3．2．2 基值功率跟蹤模塊
該模塊的主要功能是根據(jù)當前要求的區(qū)域發(fā)電給本區(qū)域AGC控制下的各發(fā)電廠控制器，提供功率基值。該功率基值的確定共有四種模式；
(1)經(jīng)濟調度方式(Economic Dispatch，ED)
經(jīng)濟調度的功能是確定負荷在AGC機組間的經(jīng)濟分配，同時考慮機組運行的各種安全限制，如升降速率、出力限制等。AGC軟件提供兩種ED功能，分別為“實時經(jīng)濟調度(Real-time Dispatch)”和“建議性經(jīng)濟調度(Advisory Dispatch)”，其中實時經(jīng)濟調度模式可直接為AGC控制提供基點值(BasePoint)，建議性經(jīng)濟調度模式只計算經(jīng)濟調度結果，采用與否由調度員決定。
(2)計劃設定方式(BL)
在該方式下，所有AGC機組的基點功率由事先輸入的發(fā)電計劃確定。
(3)經(jīng)濟出力平均值方式(AV)
在該方式下，所有AGC機組的基點功率由該機組最大、最小經(jīng)濟出力的平均值來確定。
(4)人工輸入方式(BP)
在該方式下，所有AGC機組的基點功率由調度員在線設定。
3．2．3 機組調節(jié)模塊
該模塊的主要功能是將當前的ACE值分配給每個受區(qū)域AGC控制的電廠控制器(PLC)，其分配值的大小決定于預先設定的各PLC的參與因子與調整方式。調整方式共分4種；
(1)不調節(jié)(O)
在該方式下，AGC機組完全按基點功率來調節(jié)出力，不對ACE偏差做任何響應。
(2)緊急調節(jié)(E)
在該方式下，AGC機組除按基點功率來調節(jié)出力，還要對ACE偏差超出緊急調節(jié)范圍部分作出響應。
(3)輔助調節(jié)(A)
在該方式下，AGC機組除按基點功率來調節(jié)出力，還要對ACE偏差超出輔助調節(jié)范圍部分作出響應。
(4)正常調節(jié)(R)
在該方式下，AGC機組除按基點功率來調節(jié)出力，還要對ACE偏差超出死區(qū)調節(jié)范圍部分作出響應。
3．2．4 PLC控制模塊
該模塊計算各PLC偏差，即實際出力與期望出力之差，同時將PLC偏差返回區(qū)域AGC模塊，經(jīng)區(qū)域AGC模塊計算后，再發(fā)布控制命令到電廠，以補償存在的偏差。
4 結論
AGC作為電網(wǎng)負荷與頻率控制和區(qū)域間聯(lián)絡線的功率控制，在國際上大約在20世紀50年代末期開始使用，在六七十年代逐漸得到廣泛應用。國內在80年代4大網(wǎng)引進EMS系統(tǒng)后，逐漸對AGC開始了解和應用。早期的應用主要局限于水電機組的電網(wǎng)頻率控制。用于在大區(qū)電網(wǎng)中區(qū)域間的聯(lián)絡線功率和頻率控制首先于90年代中期在華東電網(wǎng)開始推廣應用。上海電網(wǎng)自1998年6月通過了基于NERC準則的AGC實用化驗收，兩年多來運行情況良好，性能穩(wěn)定，經(jīng)濟效益明顯。本文是對前階段AGC研究和實踐的總結，相信可以對當前全國努力推進的AGC有非常有益的借鑒作用。
