我国电力系统的分层(多级)调度控制及优势

朔州供电分公司调度通信中心 赫军

一、什么是分层（多级）调度控制

所谓的“分层控制系统”是指从物理结构上或从功能上进行分层,使由此而形成的各子控制系统的动作从整个系统来看达到最恰当的控制效果,并自动或人工地把这些动作协调起来,遵循某一控制目标而工作的系统。

依照麦萨洛维克(Mesarovic)的观点,电力系统的控制系统的分层及分割方法可按以下三种方式进行:

a.按照控制水平划分;

b.按照模型化方法的不同划分;

c.按照组织分层进行划分。

目前的调度组织系统就属于第三种情况。而所谓的分层控制系统(hierarchy system)就是指这种分层方式。

电力系统具有相应于电压等级的分层结构。现代调度组织也具有由中心调度所及其下属的许多地区调度所形成的分层结构。因此,为了构成达到预期目的的综合自动化系统,把所有正在发展中的地区调度所及发电厂、变电站的自动化完善地协调起来以形成分层控制系统是比较现实的。

二、我国电力系统的分层（多级）调度控制

根据我国电力系统的实际情况和电力工业体制,电网调度指挥系统分为国家级总调度(简称国调)、大区级调度(简称网调)、省级调度(简称省调)和地区级调度(简称地调)四级。近年来随着乡镇企业和农村经济的蓬勃发展,广大农村地区用电负荷急剧增长,己有数百个由大电网延伸供电的县级电力网主变总容量达到或接近50～200MW。现在国家已经明确规定增加县级调度,形成了五级调度分工协调进行指挥控制的电力系统运行体制,如图1所示。

1、国家级调度

国家调度（国调）通过计算机数据通信网与各大区电网控制中心相连，协调、确定大区电网间的联络线潮流和运行方式，监视、统计和分析全国电网运行情况。

其主要任务包括:

a.在线收集各大区电网和有关省网的信息，监视大区电网的重要监测点工况及全国电网运行概况，并作统计分析和生产报表。b.进行大区互连系统的潮流、稳定、短路电流及经济运行计算，通过计算机数据通信校核计算结果的正确性，并向下传达。c.处理有关信息，作中期、长期安全经济运行分析。

2、大区级调度

大区调度（区调）按统一调度分级管理的原则，负责跨省大电网的超高压线路的安全运行并按规定的发用电计划及监控原则进行管理，提高电能质量和运行水平。具体任务包括:

a.实现电网的数据收集和监控、调度以及有实用效益的安全分析。b.进行负荷预计，制定开停机计划和水火电经济调度的日分配计划，闭环或开环地指导自动发电控制。c.省（市）间和有关大区电网的供受电量计划编制和分析。d.进行潮流、稳定、短路电流及离线或在线的经济运行分析计算，通过计算机数据通信校核各种分析计算的正确性并上报、下传。e.进行大区电网继电保护定值计算及其调整试验。f.大区电网中系统性事故的处理。g.大区电网系统性的检修计划安排。h.统计、报表及其他业务。

3、省级调度

省级调度按统一调度，分级管理的原则，负责省内电网的安全运行并按照规定的发电计划及监控原则进行管理，提高电能质量和运行水平。其具体任务包括:

a.实现电网的数据收集和监控、经济调度以及有实用效益的安全分析。b.进行负荷预测，制定开停机计划和水火电经济调度的日分配计划，闭环或开环地指导自动发电控制。c.地区间和有关省网的供受电量计划的编制和分析。d.进行潮流、稳定、短路电流及离线或在线的经济运行分析计算，通过计算机数据通信校核各种分析计算的正确性并上报、下传。

4、地区调度

具体任务包括:

a.实现所辖地区的安全监控。b.实施所辖有关站点（直接站点和集控站点）的开关远方操作、变压器分接头调节、电力电容器投切等。c.所辖地区的用电负荷管理及负荷控制。

图1 我国电力系统分层调度控制图

5、县级调度

县级调度主要监控11OKV及以下农村电网的运行，其主要任务有以下几点:

a.指挥系统的运行和倒闸操作。b.充分发挥本系统的发供电设备能力，保证系统的安全运行和对用户连续供电。c.合理安排运行方式，在保证电能质量的前提下，使本系统在最佳方式下运行。

县调按照最大供电负荷和厂站数划分为以下四个等级:超大型县调:容量＞150MW，厂站数＞24；大型县调:容量50～150MW，厂站数＞16；中型县调:容量20～50MW，厂站数＞10；小型县调:容量＜20MW厂站数＜10。厂站数是指35KV以上变电站数和2MW以上水、火电厂数。

三、分层(多级)调度控制相关技术

1、结合电网自动电压控制进行调度

电压是衡量电能质量的一项重要指标。随着电网规模的不断扩大,只通过人工控制无功潮流和进行电压控制以保证大电网运行的稳定性和经济性是不实际的,必须实施自动电压控制(AVC)。

同频率调节概念类似,电压调节也可分为一次、二次和三次调节。电压的快速无规则变化由发电机组无功功率“一次调节”进行补偿,这种一次调节要求快速(毫秒级),必须自动(类似机组一次调频),主要由机组励磁调节器(AVR)实现二次调节是补偿电压的慢变化,控制的是控制区域内“控制机组”所吸收和发出的无功功率,以使区域内电压合格,其反应时间为1～5 min(类似二次调频,即AGC)。三次调节则是使系统电压和无功分布全面协调,控制电网在安全、经济和优化状态下运行,时间为15 min以上(类似三次调频,即经济调度)。

由于存在着电压分散测量的误差以及理论上的无功最优潮流无法收敛等问题,一直不能实现闭环控制,因而只能作为调度运行人员调节无功功率和电压的参考。

由于AVC可以有效地提高电网和机组的安全稳定水平,提高电压质量,减轻运行人员的劳动强度,随着在大电网中逐步实施各区域对各省、各电厂以及地区调度AVC的无功闭环控制,AVC系统一定能在电网运行中发挥越来越大的作用。

2、自动发电控制的分层控制与协调技术

自动发电控制( auto-generation-control,AGC)也称负荷和频率控制(load and frequencycontrol, LFC),它是能量管理系统的重要组成部分。按电网控制中心的目标函数将指令发送给有关发电厂的机组,通过电厂或机组的自动控制调节装置,实现发电自动控制,从而达到控制中心(调度中心)的调控目标。

从电网运行角度来看, AGC的主要控制目标有:

a.调整全网的发电使与负荷平衡,保持频率在正常范围内;b.按联络线功率偏差控制,使联络线交换功率在计划允许范围内;c.在EMS系统中, AGC作为最优潮流与安全约束、经济调度的执行环节。

AGC是实时保证发电与负荷平衡,维持电力系统频率质量的重要技术。近年来,我国电力系统AGC工作取得了很大的进展,其中一个重要标志是大量的发电机组具备了投入AGC运行的条件。但是作为电力系统的控制者和电力市场运营者的电力调度中心,必须合理地安排AGC可调容量,才能既保证电力系统的安全,又降低运行费用。

大型区域性电网的AGC控制方式主要有以下三种模式:

a.恒定频率控制(FFC)。这种控制方式最终维持的是系统频率恒定,适合于独立系统或联合系统的主系统。b.恒定交换频率控制(FTC)。这种控制方式是维持联络线交换功率的恒定,适合于联合系统的小系统。而当外区域发生负荷变化时, FTC控制模式不利于系统频率的恢复,目前各省网正逐步由FTC向联络线和频率偏差控制模式过渡。c.联络线和频率偏差控制(TBC)。这种控制方式既要控制频率又要控制交换功率,在适当的参数配合下,可以维持控制区域发电功率和负荷的就地平衡。在TBC模式下, AGC只负责调整本区域内的负荷变化,这兼顾了各控制区的自身利益,体现了公平的调频原则。

在大的区域性电网互联成为发展趋势的情况下,采用AGC分层控制以保证电网的频率质量显得尤为重要。互联电网中AGC控制的基本原则是在保证系统频率质量的前提下,执行区域间的交换功率计划,每个区域负责处理本区域的负荷扰动,并在紧急情况下给予相邻区域以临时性支援。目前,网、省调度根据这一原则,结合我国电网“统一调度、分级管理”的网、省调度运行模式提出的网、省调度分层TBC控制和CPS控制策略,已在华东电网调度、江苏省电网调度和上海市电网调度等实际运行中取得了良好的效果。我们完全可以借鉴其经验,在其他网、省调度中推广应用。

TBC模式的AGC分层控制策略如下:

a.在网调度中心AGC中建立包括网调度和所辖各省调度在内的AGC多控制区域模型。其目的是便于网调度AGC了解各省调度AGC的控制能力,方便网、省调度之间AGC控制策略的协调与配合,最大限度地发挥网、省调度控制电网频率的优势。这就要求网调度中心采集各省际间的交换功率,并尽可能收集各省调度的AGC电厂实时信息。b.由于网直接调度的电厂都是分布在各省内,这些电厂的出线应作为网调度与省调度之间的广义联络线。在建立网、省调度AGC控制区模型时,与区域间的实际联络线同等对待。c.在网调度AGC多控制区中,只有网调度控制区真正执行AGC控制,各省调度控制区控制权仍在各省调度中心,网调度AGC只对各省调度控制区进行监视,如ACE(包括CPS)的各项性能指标、备用容量等。d.在省调度AGC中,一般只建立一个控制区域模型,特殊情况下,也可以建立多控制区域模型。e.网调度控制区可以视具体情况,采用FFC或TBC控制模式。当然,如果网调度控制区与外网无联系,采用FFC控制模式;如果存在与外网的联络线,可以建立两个控制区——一个控制区采用TBC控制模式,只用于CPS性能监视,另一控制区真正执行AGC控制,可以根据需要采用FFC或TBC控制模式。f.省调度控制区均采用TBC控制模式。g.在实际运行中,由于网、省调度AGC不能严格保证频率和省际间的交换功率数据采样的同时性,这必然造成AGC在一定程度上的超调或欠调,延长了系统频率的恢复过程,增大了AGC机组的磨损,同时也为网调度中心考核各省调度的AGC性能带来了困难。因此,在网调度AGC中统一计算各控制区的ACE,再通过远动或计算机通信将ACE发至各省调度EMS。h.各省调度AGC按照接收到的ACE调节本区域AGC机组的出力。省调度AGC也计算本区域的ACE,作为网调度通信中断时的后备ACE。

四、分层(多级)调度控制的优势

电力系统调度控制可分为集中调度控制和分层调度控制。集中调度控制就是电力系统内所有发电厂和变电站的信息都集中到一个中央调度控制中心,由中央调度中心统一来完成整个电力系统调度控制的任务。在电力工业发展的初期阶段,集中调度控制曾经发挥了它的重要作用。但是随着电力系统规模的不断扩大,集中调度控制暴露出了许多不足,如运行不经济、技术难度大及可靠性不高等,这种调度机制已不能够满足现代电力系统的发展需要。

为了解决集中调度控制的缺点和不足,现代大型电力系统普遍采用了分层调度控制。国际电工委员会标准（IEC870-1-1）提出的典型分层结构将电力系统调度中心分为主调度中心（MCC）、区域调度中心（RCC）、地区调度中心（DCC）。分层调度控制将整个电力系统的监控任务分配给属于不同层次的调度中心,较低级别的调度中心负责采集实时数据并控制当地设备,只有涉及到全网性的信息才向上一级调度中心传送,上级调度中心作出的决策以控制命令的形式下发给下级调度中心。与集中调度控制相比,主要有以下几方面的优点:

a.易于保证自动化系统的可靠性;b.可灵活地适应系统的扩大和变更;c.可提高投资效率;d.能更好地适应现代技术水平的发展;e.便于协调调度控制;f.改善系统响应。

要使其成为最佳控制系统,必须从可靠性、经济性、响应特性、维修特性等最优条件来决定。随着电网的规模不断扩大,当主干系统发生事故时,无论系统本身的状况、事故的后果以及预防事故的措施,都会变得很复杂。如果万一对系统事故后的处理不当,其影响的范围将是非常广泛的。鉴于这种情况,必须从保证供电可靠性的观点来讨论目前系统调度的自动化问题。

为保证供电的可靠性,对全部系统设备采用一定的冗余设计，这虽然是一种有效的方法,但存在着经济方面的问题，因此，迄今防止事故蔓延的主要方法仍是借助继电保护装置进行保护，以及从系统调度自动化方面采取一些措施。其基本原则是,为了防止事故蔓延，不单是依靠继电保护装置，而是平时就要对事故有相应的准备，一旦发生事故，则可尽快实现系统工作的恢复。