并网发电厂运行考核系统的设计与研究

孟 荣 褚 罡 杨 丰

（河北超高压分公司，石家庄 050070）

1 引言

2003年下半年部分省份出现严重缺电局面，电网发电市场无法有效运行而被迫停止。同时，与发电市场相配套的统调电厂辅助服务机制也相应中止，在一定程度上影响了电网的运行质量。为了保障电力系统安全、稳定、有序运行，国家电力监管委员下发了电监市场[2003]23号文《关于发电厂并网运行管理的意见》，将建立发电厂运行和管理水平与月度发电量计划挂钩的激励和约束机制[1]。根据要求对发电厂的发电计划执行、机组AGC、频率调节、电压控制、设备检修等多项内容进行考核。

本系统建立在能量管理系统（EMS）、电能量计量系统、超短期实时调度系统和调度管理信息系统（DM IS）的基础上，对六项内容进行考核，并对每一项设置权重。省调根据考核周期各发电厂的考核结果，采取预提参与考核的电厂次月总发电量一定百分比作为奖励电量，最终按考核结果分配给各电厂，并通过Web方式实时发布。本系统2006年初在浙江省开始试运行。

2 系统总体设计

本系统架构采取STRUTS架构,并根据J2EE的特点做了相应的变化与扩展[2]，具有稳定可靠的系统内核及强大的网络支持。考虑到系统的安全性，采用完整的用户权限管理、网络安全加密技术及防火墙技术。系统使用3层体系结构将数据库与Web服务器隔离，客户端只与应用服务器交互，提高数据库的安全性。

2.1 系统硬件体系结构

数据采集服务器定期或实时采集SCADA/DM IS/超短期实时调度系统的数据，通过网络隔离装置传送到数据接受服务器；数据接受服务器对接受到的数据进行预处理，并保存到考核系统的Oracle数据库中进行考核计算；通过应用和Web服务器对计算进行控制，并可以查询考核结果；考核结果通过局域网下发到电厂工作站。系统硬件结构图如图1所示。

图1 系统硬件结构图

2.2 系统应用软件层次结构

本系统应用软件层次结构是在技术支持的三层结构基础上进行部署，表示层部署了信息监视、考核结果、考核发布以及动态调整计划的操作等功能；应用层部署了各考核所需的算法模型、数据处理业务逻辑功能等；数据层在公共数据集成总线的基础上，部署了实时数据与管理数据的采集与集成处理触发功能。应用软件层次结构如图2所示。

2.3 系统应用功能

系统应用功能包括：信息资源管理、电厂考核模块、考核结果计算、信息发布与查询。

图2 应用软件层次结构图

3 考核算法的改进

3.1 发电计划考核

发电厂的调度发电计划管理与考核分为两类机组。一类是负荷控制机组（可以通过AGC系统进行实时控制的机组），以实时调度发电计划进行管理与考评；另一类是非负荷控制机组（不具备AGC功能的机组和需要按照特殊方式运行的机组），以日前调度发电计划进行管理与考评。考评周期电厂执行调度发电计划的电量合格率，以全厂的每5m in的调度发电计划与实际发电出力作为评价依据。原计算公式为

式中，EQj为考评周期执行调度发电计划的电量合格率；QJHj为考评周期电厂调度每天发电计划电量（按调度发电计划，以5m in一点，通过梯形积分获得）；为考评周期电厂5m in偏离调度计划电量之和，（按实际发电量，以5m in一点，通过梯形积分获得）。

从试运行考核结果得到各发电厂的电量合格率均大于99%，对考评结果的影响不大，通过对算法和数据的分析，发现在投入负荷控制并且CPS1（电网频率性能）＜100%时才计算5m in偏移电量，而每天并不是时刻都在投入负荷控制，并且CPS1＜100%的点也很少，所以在计算电量合格率时应该把公式中QJHj改进为投入负荷控制时段的调度计划的积分电量。发电计划考核中首次结合CPS指标，使机组发电功率的调整有利于改善电网频率质量[3]。

3.2 机组AGC考核

AGC是保证电网频率质量和联络线交换功率恒定的重要手段。对机组AGC的考核，原考核主要以调节精度进行综合考核。常用算法对机组AGC的考核对调节速率的考虑比较少，而调节速率又是AGC调节性能中最重要的部分，调节速率往往反映机组对系统的贡献大小。实时测定AGC机组的调节速率依据主站AGC软件实时记录的指令跟踪曲线，选取有效的计算区间，由于火电机组惯性大滞后时间长，尤其是当下发反向指令时，会出现指令调节方向与实际发电调节方向相反的情况，这样会影响实时测定的调节速率的准确性。因此进行速率测定时要选取有效的计算区间，从AGC投入并超过响应时间到AGC指令和实际发电之差小于控制死区或者反向为止记作一个有效的计算区间，并且该计算区间要大于一定的时间间隔。为了提高调节速率计算的准确性，应根据实际情况把时间间隔缩小。

考虑到人为因素对AGC机组调节速率的干扰，少数电厂为了多发电，人为的调整机组AGC控制参数，升负荷速率调整的远大于降负荷速率，所以机组升、降负荷速率分开统计。

考虑到机组调节性能的差异，某些机组出力无法达到负荷指令值，一直在控制死区之外，此时实际出力变化很小，计算得到的调节速率偏低。为了消除这一影响，可以在指令发出时同时根据电厂需申报调节速率的实验值预估出机组达到指令之所需要的最大调节时间，当出现实际调节时间达到最大调节时间，则认为该调节过程结束，利用此时的出力变化量和按计算得到调节速率[4]。

3.3 频率调节的考核

机组频率调节按贡献电量百分比进行考核。频率调节的贡献电量百分比实际是反映频率调节贡献电量与理论贡献电量的比值，调频贡献电量计算程序根据电网频率、机组频率调节动作死区及机组频率调节状态自动累计机组频率调节贡献电量。严格讲，若期间AGC指令或机组发电计划使机组出力变化，变化量中应减去机组以正常爬坡速率变化的部分。

增加对机组频率调节响应行为约束的考评，即当电网频率超出机组频率控制死区时，机组在20s内完全响应调节目标，在以电网频率超过机组一次调频死区开始计时的45s内的机组实际出力与机组响应目标偏差的平均值应在机组额定有功出力的3%内。

从试运行考评结果可以看出各电厂频率调节的能力差异很大，主要由于很多机组的频率调节功能都在退出状态，浪费了电网中保证频率稳定的宝贵资源，所以增加对投运率的考核。

3.4 电压控制的考核

对机组的电压控制的考核，以电压合格率进行考核。通过对考核结果和其他系统数据的分析，发现由于各厂站只关注自身的母线电压，没有从全局角度协调无功分配，电网无功功率搬运现象突出，造成不必要的有功损耗，而且部分地区电网电厂集中，大电厂之间距离短，发电厂之间无功功率调节对相互母线的电压影响大，无功调节矛盾突出。在发电厂、发电机之间无功协调仍需调度员人工实时监视和干预发电机组无功分配的劳动强度大。因此有必要从发电厂角度对电网无功潮流和发电机组无功功率进行协调控制，现在一般采取自动电压控制（AVC），进行离线的电网无功优化软件计算，保证电网电压和无功功率分布满足上述要求。

作为发电厂应该调节时应使发电机组无功出力分布尽量均衡，机组功率因数应大致相等，即增加无功出力时，在满足安全的条件下，优先增加功率因数高的机组，反之则优先减少功率因数低的机组。从电网的安全经济运行角度，对发电厂电压及其无功的考评，只对电压合格率进行考评是不够的，还需进一步改进考评规则[5]。

4 工作流

考核系统在考核模块中还穿插着数据的管理功能，所以引进工作流程是相当必要的，这样就避免了电厂人员通过邮件递交修改或免考申请、奖励电量确认、调度相关科室在界面上逐项查找核实的麻烦，极大减少了有关人员的工作量。系统采用先进的工作流平台，实现符合现代化管理要求的分布式、开放式、模块化、可扩充、可移植的考核系统，每一个功能模块的维护和扩展对其余模块的影响都最小，同时采用规则管理、内容管理引擎技术。工作流全面覆盖省调和各考核单位，能够适应网厂间复杂业务流程的交互需要。工作流业务对象应包括以下几个方面：数据免考、数据修改、及月考核结果数据审批和确认[6]。

5 系统评价及展望

5.1 系统架构

本系统采用struts架构，虽然struts功能强大，在开发过程中具备很多优点，但随着计算机技术的发展和产品质量的不断提高，建议用Struts+Hibernate+Spring轻量级架构来对系统进行改进[7]。这种架构用成熟的开源产品实现各层，能缩短开发周期，且架构所用到的开源产品均有相当广泛的用户群．经受过多个项目实践的考验其质量和性能更有保障。降低层与层之间的耦合程度，增加代码重用率，各层分工明确，这样也利于项目小组的明确分工。

5.2 图形显示

考核系统对监视、查询、显示和考核计算等功能要求比较高，以便于监视和分析各类信息，及时做出决策。因此集成信息的图形显示也是本系统设计的重点。现在系统使用的图形软件，提供了一些接口函数，调用接口函数，将数据传入，将图形显示出来，但由于接口函数的有限性，致使图形显示形式固定，不利于系统的进一步开发。使用新技术创建曲线图，使得系统的图像显示能进一步查询和考核的需要[8]。比如能任意放大某点的局部曲线用于查询和修改，并且修改数据能在修改表中自动进行改动并置标志位。

电网统调电厂调度运行管理考核系统严格按照《关于发电厂并网运行管理的意见》建设。目前，

对于计划考核、机组AGC考核、机组频率调节考核、电压考核模块已进入正式运行，其他附加功能正在研究开发中。考核系统不仅为统调电厂的调度运行提供了先进科学的管理手段，而且充分体现了电力“三公”调度，确保电网安全稳定运行奠定了坚实的基础，其社会效益和经济效益十分显著。

[1] 关于发电厂并网运行管理的意见.电监市场[2003]23号文.

[2] 杨争林,宋燕敏,沈利华.基于J2EE的电力市场技术支持系统研究[J].电力系统自动化,2004,28(8):35-39.

[3] 唐跃中,张王俊,张健,陈明.基于CPS的AGC控制策略研究[J].电网技术,2004,28(21):75-79.

[4] 孟荣,赵舫. 电力市场下AGC机组运行管理考核算法的研究[J].华北电力技术, 2007(4):8-11.

[5] 洪光,潘先伟,蒋道钟.自动电压控制系统(AVC)在发电厂的应用[J].安徽电力, 2005(4): 23-27.

[6] 戴月明,吴军,钱雪忠,夏鸿斌.基于工作流的电力生产管理信息系统设计实现[J].微计算机信息 (管控一体化), 2006年:169-171.

[7] 胡晓丹,魏长军.基于Struts+Spring+Hibernate架构的能源管理系统的研究[J].计算机与现代化,2006(12):25-27.

[8] 刘哲理,刘金蟾,王剑飚.基于J2EE的火电机组性能监控优化系统的设计与实现[J].计算机工程与设计，2006,27(5):839-943.