隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，由調(diào)度人員憑運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)調(diào)整全網(wǎng)發(fā)電出力與全網(wǎng)負(fù)荷平衡，保持電網(wǎng)頻率為額定值并控制網(wǎng)際聯(lián)絡(luò)線潮流的勞動(dòng)強(qiáng)度大大提高，調(diào)節(jié)難度也大為增加。由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輔助人工調(diào)節(jié)保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行已成為現(xiàn)代大電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)。自動(dòng)發(fā)電控制AGC(Automatic Generation Control)正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要手段。雖然AGC原理并不復(fù)雜，但其實(shí)現(xiàn)及各個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)系遠(yuǎn)非模型那么簡(jiǎn)單。下面將參照一些資料和幾年的工作實(shí)踐，簡(jiǎn)要地介紹AGC的原理及其運(yùn)行操作。
1 自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)基本原理
自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)的基本原則是要求各控制區(qū)域負(fù)責(zé)供應(yīng)本區(qū)域的負(fù)荷，并經(jīng)常假設(shè)整個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)中各控制區(qū)的頻率基本相等。當(dāng)某控制區(qū)域負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，起初的這個(gè)負(fù)荷變化是由各發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能來(lái)提供的，隨著動(dòng)能的消耗，整個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)的頻率開(kāi)始下降，系統(tǒng)中的所有發(fā)電機(jī)組都將響應(yīng)這個(gè)頻率的變化，增加出力并使頻率達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)，此時(shí)，AGC的職責(zé)是經(jīng)濟(jì)地調(diào)整發(fā)電，使負(fù)荷的變化僅由本控制區(qū)域的電廠來(lái)供應(yīng)，并使頻率回升到它原來(lái)的整定值�？偨Y(jié)起來(lái)講，AGC有四個(gè)基本目標(biāo)：
(1)使整個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)的發(fā)電與負(fù)荷基本平衡。
(2)保證電力系統(tǒng)的頻率偏差在某一范圍內(nèi)，并使均值為零。
(3)在各控制區(qū)域內(nèi)調(diào)節(jié)發(fā)電出力，使聯(lián)絡(luò)線功率偏差為零。
(4)控制本區(qū)域內(nèi)的分配發(fā)電，使發(fā)電成本最小。
其中第四項(xiàng)是經(jīng)濟(jì)調(diào)度問(wèn)題。下面分析在AGC中是如何實(shí)現(xiàn)以上前三項(xiàng)目標(biāo)的。
1．1 區(qū)域負(fù)荷頻率控制誤差(ACE)
AGC的基本概念是區(qū)域負(fù)荷頻率控制誤差(ACE)。在國(guó)外，大約在50年代起，聯(lián)絡(luò)線功率頻率偏差就被廣泛應(yīng)用于各互聯(lián)系統(tǒng)。AGC的控制目標(biāo)就是把本區(qū)域的控制誤差(ACE)調(diào)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(jì)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(shí)際頻率數(shù)（單位Hz）；
fs——計(jì)劃頻率數(shù)（單位Hz）。
式(1)定義的AGC控制模式稱(chēng)為聯(lián)絡(luò)線偏差模式(TLBC)；式(1)中去除功率偏差項(xiàng)，此時(shí)的AGC控制模式稱(chēng)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(xiàng)，此時(shí)的AGC控制模式稱(chēng)為恒定聯(lián)絡(luò)線功率控制模式(CIC)。
ACE提供了AGC控制的一個(gè)靜態(tài)目標(biāo)，根據(jù)這個(gè)目標(biāo)，每個(gè)區(qū)域在互聯(lián)系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下能滿足本區(qū)域的負(fù)荷需求。由于尺的存在，使該控制區(qū)域?qū)ヂ?lián)系統(tǒng)頻率的調(diào)整作出貢獻(xiàn)。ACE如此定義是有其明確的物理意義的：設(shè)某區(qū)域中有APL的負(fù)荷變化。根據(jù)電力系統(tǒng)負(fù)荷以及汽輪機(jī)調(diào)速器的功率一頻率特性可以導(dǎo)出以下兩式(1)，見(jiàn)式(2)、式(3)。
由式(2)、(3)可知，如果選取本區(qū)域的頻率偏差項(xiàng)k等于本區(qū)域的自然頻率特性Ka，則在負(fù)荷不變的各區(qū)域內(nèi)ACE均為零，而在負(fù)荷變化的區(qū)域內(nèi)ACE值等于負(fù)荷變化值本身。這樣，有負(fù)荷變化的控制區(qū)，通過(guò)AGC的二次控制，最后全部承擔(dān)了其負(fù)荷的變化�？梢�(jiàn)尾的選擇，對(duì)于有效和合理的頻率控 制是十分重要的。
1．2 自動(dòng)發(fā)電控制結(jié)構(gòu)概述
AGC結(jié)構(gòu)可由下面圖1表示。
其中調(diào)速器／汽機(jī)的一次響應(yīng)回路雖不是AGC控制回路的一個(gè)部分，但由于其重要性仍包含于其中。電力系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)的自然響應(yīng)是由每臺(tái)汽輪機(jī)調(diào)速器自發(fā)控制的。由圖1可見(jiàn)，AGC基本上是一個(gè)負(fù)荷跟蹤控制問(wèn)題。按BLO方式(機(jī)組跟蹤基準(zhǔn)功率曲線方式)控制發(fā)電的機(jī)組的基點(diǎn)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(nèi)經(jīng)濟(jì)地滿足預(yù)計(jì)的凈發(fā)電要求，與此相關(guān)的功能模塊是負(fù)荷預(yù)報(bào)模塊和經(jīng)濟(jì)調(diào)度模塊。對(duì)于未投用經(jīng)濟(jì)調(diào)度功能的EMS系統(tǒng)，AGC機(jī)組的基點(diǎn)功率也可按前一天安排的計(jì)劃曲線來(lái)代替．區(qū)域調(diào)節(jié)控制的作用是確定以BLR方式(機(jī)組跟蹤基準(zhǔn)功率曲線并參與ACE偏差調(diào)節(jié)的方式)控制發(fā)電機(jī)組的基點(diǎn)增量值，即ACE對(duì)該機(jī)組的配額。在理想情況下，通過(guò)BLO方式機(jī)組的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)本控制區(qū)域中負(fù)荷與發(fā)電出力的大體平衡，而通過(guò)BLR方式機(jī)組的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)聯(lián)絡(luò)線偏差的精確跟蹤，從而實(shí)現(xiàn)本控制區(qū)域中負(fù)荷與發(fā)電出力的最終平衡．因此，發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)特性對(duì)AGC系統(tǒng)的性能有著重要影響。
2 AGC的考核標(biāo)準(zhǔn)及其定義
2．1 北美電力可靠性委員會(huì)的(NERC)AGC控制性能的定義
北美電力可靠性委員會(huì)認(rèn)為控制區(qū)可用以下兩個(gè)方法中的一個(gè)方法來(lái)衡量其控制性能：24h報(bào)告，或月度報(bào)告。對(duì)24h報(bào)告，控制區(qū)量測(cè)由性能分析委員會(huì)隨意選擇的每個(gè)月的24個(gè)小時(shí)期間的A1和A2。對(duì)月度報(bào)告，控制區(qū)連續(xù)監(jiān)視A1和A2的一致性并在每個(gè)月末報(bào)告其結(jié)果。
對(duì)照控制性能準(zhǔn)則(CPC)測(cè)量的控制性能的基礎(chǔ)是控制區(qū)的區(qū)域控制誤差(ACE)。用于控制性能計(jì)算的ACE值應(yīng)是實(shí)際的、未經(jīng)過(guò)濾的量。不正確的讀數(shù)，諸如由于遙測(cè)誤差或其它故障影響，應(yīng)從計(jì)算中排除。CPC調(diào)查提供ACE的性能的兩種指標(biāo)：即A1——過(guò)零點(diǎn)和A2——Ld一致性。
2．2 北美電力可靠性委員會(huì)的(NERC)AGC控制性能準(zhǔn)則控制性能的衡量指標(biāo)需要區(qū)分控制區(qū)是在正常狀況或擾動(dòng)狀況下運(yùn)行。
2．2．1 正常狀況控制性能準(zhǔn)則：
(1)A1準(zhǔn)則——過(guò)零點(diǎn)。A1準(zhǔn)則要求一個(gè)控制區(qū)的ACE在前一次達(dá)到零的10min內(nèi)回到零�？刂普`差定期地相交于零，目的是使不當(dāng)交換的累積時(shí)趨向減至最小。
(2)A2準(zhǔn)則——Ld一致性。A2準(zhǔn)則要求在每小時(shí)內(nèi)的6個(gè)10min期間的每一個(gè)平均ACE都在規(guī)定的極限內(nèi)，該極限稱(chēng)之為L(zhǎng)d。這個(gè)準(zhǔn)則以規(guī)定一個(gè)控制區(qū)ACE的平均最高范圍來(lái)補(bǔ)充A1準(zhǔn)則。
2，2．2 Ld計(jì)算
Ld＝(0．025)△L+5 MW (4)
式(4)中的Ld可用以下兩個(gè)方法之一來(lái)計(jì)算：
方法A-△L是本控制區(qū)的冬季或夏季最高峰負(fù)荷一天從一個(gè)時(shí)鐘小時(shí)至下一個(gè)時(shí)鐘小時(shí)控制區(qū)負(fù)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(nèi)從一個(gè)時(shí)鐘小時(shí)至下一個(gè)時(shí)鐘小時(shí)負(fù)荷的任何10個(gè)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(yīng)確定其Ld。新的Ld在每年的3月1日生效。
2．2．3 擾動(dòng)(事故)狀況控制性能準(zhǔn)則
在擾動(dòng)期間，控制一般不能維持ACE在正常負(fù)荷變動(dòng)的準(zhǔn)則范圍內(nèi)。當(dāng)由于突然失去發(fā)電或負(fù)荷突變而使ACE的采樣值超過(guò)某一被稱(chēng)為L(zhǎng)m的極限時(shí)，就認(rèn)為該控制區(qū)發(fā)生了擾動(dòng)。Lm的值為L(zhǎng)d的函數(shù)，如式(5)所示： Lm＝3Ld (5)
造成超過(guò)Lm的ACE的正常負(fù)荷和發(fā)電的偏移(例如：抽水蓄能、電弧爐、軋鋼機(jī)等)不包括在擾動(dòng)狀況的定義之內(nèi)。
(1)B1準(zhǔn)則——系統(tǒng)恢復(fù)。B1準(zhǔn)則要求在擾動(dòng)開(kāi)始之后在10min內(nèi)將ACE退回到零。屬于以上規(guī)定的一個(gè)擾動(dòng)狀況變化之后，在一個(gè)不超過(guò)10min的期間內(nèi)，ACE必須達(dá)到零讀數(shù)。一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)保持足夠的備用能力以完全恢復(fù)控制并在10min內(nèi)回到正常運(yùn)行。
(2)B2準(zhǔn)則——恢復(fù)開(kāi)始。B2準(zhǔn)則要求在擾動(dòng)開(kāi)始后的1 min之內(nèi)ACE開(kāi)始趨向于零。屬于以上所規(guī)定的擾動(dòng)狀況的擾動(dòng)之后，ACE被允許在不超過(guò)1min的期間趨向于與階躍變化相同的方向。
一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)保持能夠的備用能力在1 min之后，ACE開(kāi)始趨向于零。
3 AGC系統(tǒng)構(gòu)成
AGC系統(tǒng)可分為兩部分，即調(diào)度自動(dòng)化EMS／AGC系統(tǒng)與廠站端CCS系統(tǒng)。本文僅介紹調(diào)度自動(dòng)化EMS／AGC系統(tǒng)的構(gòu)成。
3．1 AGC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能
AGC作為EMS的核心功能包含在EMS系統(tǒng)的RTGEN(實(shí)時(shí)發(fā)電)應(yīng)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(jiǎn)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(biāo)是穩(wěn)態(tài)(較長(zhǎng)期)控制而不是短期控制，主要支持以下功能：
(1)經(jīng)濟(jì)調(diào)度(ED)，其中經(jīng)濟(jì)調(diào)度分為控制型和建議型經(jīng)濟(jì)調(diào)度，建議型調(diào)度不用于控制用途。
(2)發(fā)電計(jì)劃(GS)。GS分為電廠基點(diǎn)計(jì)劃(BSKED畫(huà)面)、減出力(deration)計(jì)劃(DERATES畫(huà)面)、燃料成本計(jì)劃(FCOST)、燃料使用計(jì)劃(FSKED)、備用計(jì)劃(RESERVE)、交易計(jì)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(jī)組備用監(jiān)視，周期執(zhí)行(一般2 min啟動(dòng)一次)，所使用的數(shù)據(jù)是機(jī)組出力，各種限值和響應(yīng)速率。當(dāng)備用水平低于要求時(shí)，將發(fā)生告警信號(hào)，提醒調(diào)度人員注意，以便采取適當(dāng)措施，保證全系統(tǒng)有足夠的備用容量。其分為調(diào)節(jié)備用容量、旋轉(zhuǎn)備用容量、運(yùn)行備用容量，調(diào)節(jié)備用容量是指在線運(yùn)行并且AGC控制的機(jī)組的調(diào)節(jié)余量，包括上升和下降兩個(gè)方向。將所有被控機(jī)組的上升和下降萬(wàn)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(diào)節(jié)備用容量監(jiān)視包括：系統(tǒng)調(diào)節(jié)備用容量的現(xiàn)有值和要求值；各機(jī)組調(diào)節(jié)備用值。
(4)與其它應(yīng)用的接口
�、貵ENMODEL
�、赟CADA
③STGEN
�、軝C(jī)組組合UC
⑤負(fù)荷預(yù)報(bào)LF
�、迣�(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)(交換)RTNET
�、邔�(shí)時(shí)安全約束(RTSENH)
3．2 AGC的主要構(gòu)成模塊
AGC作為一相對(duì)獨(dú)立的應(yīng)用軟件，其基本功能即為負(fù)荷頻率控制(LFC，Load-Frequency-Control)，該部分主要由以下4個(gè)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(wù)的全部次序，這些LFC任務(wù)有：
(1)接受與處理SCADA數(shù)據(jù)；
(2)確定AGC控制區(qū)域內(nèi)發(fā)電、負(fù)荷與受電量；
(3)根據(jù)AGC的運(yùn)行方式確定區(qū)域控制偏差，其中AGC的運(yùn)行方式最主要的有；聯(lián)絡(luò)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(wù)后，還自動(dòng)調(diào)用其他AGC的模塊，以完成計(jì)算與發(fā)布控制命令到各電廠或機(jī)組。
該模塊在計(jì)算出ACE值的同時(shí)，還須判別當(dāng)前ACE的偏差程度以決定各AGC機(jī)組對(duì)ACE的響應(yīng)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(dāng)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(jì)調(diào)度方式(Economic Dispatch，ED)
經(jīng)濟(jì)調(diào)度的功能是確定負(fù)荷在AGC機(jī)組間的經(jīng)濟(jì)分配，同時(shí)考慮機(jī)組運(yùn)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(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)調(diào)度(Real-time Dispatch)”和“建議性經(jīng)濟(jì)調(diào)度(Advisory Dispatch)”，其中實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模式可直接為AGC控制提供基點(diǎn)值(BasePoint)，建議性經(jīng)濟(jì)調(diào)度模式只計(jì)算經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果，采用與否由調(diào)度員決定。
(2)計(jì)劃設(shè)定方式(BL)
在該方式下，所有AGC機(jī)組的基點(diǎn)功率由事先輸入的發(fā)電計(jì)劃確定。
(3)經(jīng)濟(jì)出力平均值方式(AV)
在該方式下，所有AGC機(jī)組的基點(diǎn)功率由該機(jī)組最大、最小經(jīng)濟(jì)出力的平均值來(lái)確定。
(4)人工輸入方式(BP)
在該方式下，所有AGC機(jī)組的基點(diǎn)功率由調(diào)度員在線設(shè)定。
3．2．3 機(jī)組調(diào)節(jié)模塊
該模塊的主要功能是將當(dāng)前的ACE值分配給每個(gè)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(yù)先設(shè)定的各PLC的參與因子與調(diào)整方式。調(diào)整方式共分4種；
(1)不調(diào)節(jié)(O)
在該方式下，AGC機(jī)組完全按基點(diǎn)功率來(lái)調(diào)節(jié)出力，不對(duì)ACE偏差做任何響應(yīng)。
(2)緊急調(diào)節(jié)(E)
在該方式下，AGC機(jī)組除按基點(diǎn)功率來(lái)調(diào)節(jié)出力，還要對(duì)ACE偏差超出緊急調(diào)節(jié)范圍部分作出響應(yīng)。
(3)輔助調(diào)節(jié)(A)
在該方式下，AGC機(jī)組除按基點(diǎn)功率來(lái)調(diào)節(jié)出力，還要對(duì)ACE偏差超出輔助調(diào)節(jié)范圍部分作出響應(yīng)。
(4)正常調(diào)節(jié)(R)
在該方式下，AGC機(jī)組除按基點(diǎn)功率來(lái)調(diào)節(jié)出力，還要對(duì)ACE偏差超出死區(qū)調(diào)節(jié)范圍部分作出響應(yīng)。
3．2．4 PLC控制模塊
該模塊計(jì)算各PLC偏差，即實(shí)際出力與期望出力之差，同時(shí)將PLC偏差返回區(qū)域AGC模塊，經(jīng)區(qū)域AGC模塊計(jì)算后，再發(fā)布控制命令到電廠，以補(bǔ)償存在的偏差。
4 結(jié)論
AGC作為電網(wǎng)負(fù)荷與頻率控制和區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線的功率控制，在國(guó)際上大約在20世紀(jì)50年代末期開(kāi)始使用，在六七十年代逐漸得到廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)在80年代4大網(wǎng)引進(jìn)EMS系統(tǒng)后，逐漸對(duì)AGC開(kāi)始了解和應(yīng)用。早期的應(yīng)用主要局限于水電機(jī)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(luò)線功率和頻率控制首先于90年代中期在華東電網(wǎng)開(kāi)始推廣應(yīng)用。上海電網(wǎng)自1998年6月通過(guò)了基于NERC準(zhǔn)則的AGC實(shí)用化驗(yàn)收，兩年多來(lái)運(yùn)行情況良好，性能穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益明顯。本文是對(duì)前階段AGC研究和實(shí)踐的總結(jié)，相信可以對(duì)當(dāng)前全國(guó)努力推進(jìn)的AGC有非常有益的借鑒作用。
