基于SCPS标准的发电机组AGC控制策略

张永军，魏路平

（1.浙江省电力试验研究院，杭州 310014； 2.浙江电力调度运行技术中心，杭州 310007）

合理的机组AGC（自动发电控制）性能评价标准，可以促进机组改善控制策略，约束机组AGC的控制行为，对改善系统的频率特性有重要作用。同时，如果控制标准可以促使机组的控制目标与区域控制目标一致，将更有利于全区域控制性能的改善。华东电网参照北美电力可靠性协会（North America Reliable Commit，NERC）提出的控制区服务提供者的性能评价标准（Supplier Control Performance Standards,SCPS）， 研 究 该 标准的特点及适用性，于2009年制定并颁布了华东电网控制区AGC机组性能评价标准（SCPS），即通过计算各发电厂实际发出功率和计划发出功率的偏差得出标准 1（SCPS1）、标准 2（SCPS2）的值。以各省、市调度管辖区域一个月为周期的SCPS指标来评价所有AGC机组在一定时间内负荷跟踪、响应AGC信号等辅助服务的能力。

通过实施SCPS标准，使电网对机组的考核在量化的基础上体现公平，对机组提供辅助服务的评价更加合理，鼓励发电机组改善AGC控制策略，提高辅助服务的能力，适应区域控制目标，从而进一步改善区域频率控制性能。本文通过对SCPS标准的研究提出了相应的机组AGC优化控制方式，以期全面提高机组AGC调节品质和电网的频率质量。

1 SCPS标准及计算

1.1 SCPS标准

SCPS标准考察发电厂实际发出功率和计划发出功率的偏差，即考虑供应控制偏差（Supplier Control Error，SCE），从而直观地反映机组在测试期间内负荷跟踪及响应AGC信号的能力。

式中：P实际为机组实际发出功率；P目标为控制中心对该机组发出的功率调节指令。

由式（1）可知，SCE值在不同时刻可能为正，也可能为负，仅凭单个SCE值并不能反映机组的负荷跟踪能力，必须考察一定时期内的SCE值，考察时间可以是1个月或1 h，在考核期内要求每6 s记录1个SCE值。在此基础上制定了由SCPS1和SCPS2两部份组成的SCPS标准，来对AGC服务的提供者（可以是单台发电机组，也可以是多台发电机组的等值机）进行控制性能评价。

1.2 SCPS1标准

SCPS1要求机组的控制性能满足以下条件：（1）长期（如1个月）控制性能满足SCE≈0。（2）SCE应有利于减少电力系统的频率偏差，或对电力系统频率偏差的影响不超出规定范围，应满足：

式中：SCE为机组控制偏差1 min的平均值；Δf为频率偏差1 min的平均值；PF为机组的分配因子；B为控制区的频率偏差系数（负值，MW/0.1 Hz）；ε1为互联电网对全年1 min频率平均偏差的均方根的控制目标值；ACE为控制区控制偏差1 min的平均值；γ1为控制区机组控制偏差的目标限值。

SCPS1标准注重判断SCE是否影响控制区的ACE，当SCE与ACE符号相反时，该SCE对减

或SCE应有利于减小控制区的AGC控制偏差，或对控制区AGC的影响不超出规定范围。应满足：小控制区的ACE是有利的；当SCE与ACE符号相同时，则该SCE对减小控制区ACE是不利的，但如果SCE的数值较小，但仍满足式（2）或式（3），则表示该SCE对控制区ACE的影响未超出规定的范围。

SCPS1标准的统计方法为：

SCPS1标准统计指标的含义：SCPS1≥200%，表示SCE对减小控制区的ACE或电力系统的频率偏差有利；200%>SCPS1≥100%，表示SCE对控制区的ACE或电力系统的频率偏差的影响未超出规定范围；SCPS1<100%，表示SCE对控制区的ACE或电力系统的频率偏差的影响已超出规定范围。

1.3 SCPS2标准

SCPS2要求机组每10 min的SCE平均值应控制在规定范围内，即：

式中：Tq为机组AGC性能合格时间；T为机组投入AGC的时间。

SCPS2要求控制区域内的机组（或机组组合）在10 min内的平均控制偏差绝对值小于控制目标值L10乘以该机组的分配因子，满足上述要求的时间段记为1个合格点，合格点数占10 min时间段总个数的百分比记为SCPS2。要求机组日、月、年的SCPS2高于90%。

由此可见，SCPS标准采用SCPS1对机组AGC的调节精度进行了约束和评价，采用SCPS2限制对SCE有利情况下的偏差值。评价方法主要基于测量值的1 min平均值，根据机组对电网频率所作的贡献鼓励机组增大响应速率，积极参与调频，抑制超调或欠调现象。SCPS与CPS（区域系统控制性能标准）评价指标对区域频率偏差和控制偏差的控制目标是一致的，区域内机组在满足SCPS标准的同时，使CPS性能指标得到改善。区域控制目标与机组的控制目标一致，有利于改善区域的频率控制性能。

2 机组控制状态分区

SCPS标准不仅适合于单台发电机组，也适用于多台机组的评价，可实现对AGC机组的调节速率和调节精度的考核，促使机组相应调整控制策略，以满足区域电力系统的要求。

以单台机组为例（暂不考虑机组分配因子），根据机组运行状态下SCE和ACE的关系定义不同的控制区，其控制分区如图1所示。

图1 SCPS控制分区

图1中，以区域内ACE为横坐标，机组SCE为纵坐标，根据SCPS1和SCPS2的计算方法及含义，将机组运行状态分为6个不同区域：

（1）当 SCE和 ACE处于 1区时， SCPS1≥200%，SCPS2≤L10，此时对区域电力系统有利。

（2）SCE和ACE处于2区时，200%>SCPS1≥100%，SCPS2≤L10，满足区域系统要求。

（3）SCE和ACE处于3区时，SCPS1<100%，SCPS2≤L10，此时SCPS1指标不符合要求。

（4）当SCE和ACE处于4区时，SCPS1<100%，SCPS2>L10，对区域系统不利。

（5）当SCE和ACE处于5区时，200%>SCPS1≥100%，SCPS2>L10；SCPS2指标不符合要求。

（6）当SCE和ACE处于6区时，SCPS1≥200%，SCPS2>L10，此时对区域电力系统有利。

机组AGC控制的目的是服务于区域电网的稳定，因而根据6个状态区域的特征可知，当发电机组状态处于区域1，2，6时，其控制状态有利于系统的稳定，而当发电机组状态处于区域3，4，5时，则需要通过AGC调节使机组向有利于系统稳定的状态进行调整。

3 基于SCPS标准的机组AGC控制策略

根据机组运行状态的定义，可将AGC划分为3个控制区：TIGHT区、NORMAL区和RELAXED区。当机组进入不同的控制区，根据SCE的变动，机组AGC调节策略也有所不同。表1给出了进入不同控制区的条件及相应的对策。

3.1 TIGHT控制区

进入TIGHT区的条件为：不论系统频率在何种范围，SCPS1≥200%，即SCE的方向对系统频率有利；或200%≥SCPS1>100%且SCE的绝对值小于L10，此时机组不需要参与AGC调节。

3.2 NORMAL控制区

进入NORMAL控制区，说明SCE不能满足SCPS1的控制性能要求，区域SCE对电力系统质量的影响已经超过了所允许的范围，需机组参与调节。NORMANL区分正常和辅助调节二种方式：当SCPS1≤100%且SCE的绝对值大于L10时（对应区域4），对SCE值不进行特殊修正，保持AGC控制方式使 SCE过零（对应区域2）；当SCPS1≤100%且SCE的绝对值小于L10时（对应区域3），此时ACE过大，按辅助控制方式进行调节，使SCE调节到与其反方向的1/3 L10处（对应区域1），AGC控制机组令其迅速使SCE及SCPS1/SCPS2返回到正常范围。

表1 AGC控制区与调整策略

3.3 RELAXED控制区

进入RELAXED区，条件为200%＞SCPS1≥100%且SCE大于L10（对应区域5）。此区域的特点在于：系统ACE在小范围内波动，SCPS1的指标正常，但SCPS2的指标偏大。此时AGC控制不需要过零，SCE可以控制在同方向SCE的1/3 L10处（对应区域2）。

图2给出了适应SCPS性能的AGC控制策略框图。

图2 AGC控制策略

为了适应SCPS标准，在SCE调节过程中，引入动态AGC控制区概念，根据不同的SCPS实时控制指标，使SCE进入3个控制区，此外还应作相应的调整以满足SCPS标准的需要，如：在区域控制功能引入实时SCPS性能控制和长期性能指标自动矫正环节；在SCE的控制区加一定的控制裕度0.8～0.9，并增加1 min移动平均值和10 min时段累计SCPS1/SCPS2平均值的判别条件，以确保AGC对机组的控制命令有利于控制区的考核指标要求。

4 实际应用分析

为验证上述控制策略的可行性，在某600 MW机组上进行了测试：人工模拟ACE曲线，并以30 s作为SCPS控制周期生成SCE的控制目标指令，目标指令下发至DCS后叠加在机组负荷指令中，通过机组实际负荷响应情况来判断其是否满足SCPS标准所要求的响应时间及响应量。

图3为测试时的机组负荷动作曲线。SCE控制指令首先由0 MW变为2.27 MW，机组实际负荷由300.19 MW升至302.69 MW，负荷调节量2.50 MW，响应时间约10 s；当ACE曲线变化后，SCE控制指令由2.27 MW变为-2.34 MW，机组实际负荷响应由303.84 MW降至299.45 MW，负荷调节量－4.39 MW，响应时间约15 s。动作过程中负荷调节量与SCE目标指令相差无几。由此可见，在该运行方式下，机组完全可以迅速准确地响应由于ACE偏差所产生的负荷调节需求。

图3 负荷动作曲线

统计较长时间的测试结果表明：ACE产生的负荷调节需求按预定目标生成SCE控制指令，以使机组出力快速响应，测试期间机组实际负荷响应的正确动作率达到90%，其实际负荷调节量平均为目标调节量的75%，负荷响应时间约15 s。与正常的AGC工况相比，该运行方式下，机组能更迅速准确地响应由于电网频率偏差或ACE偏差所产生的负荷调节需求，其调节精度和响应速度均有明显改善。

5 结语

SCPS标准可以有效地控制发电机组严格按照其上报的响应速率跟踪主站的负荷指令，有利于系统的频率控制性能；SCPS鼓励机组提高响应速率、积极参与区域电网一次调频，有利于区域改善其CPS控制指标；SCPS与华东电网现行的CPS一脉相承，CPS的执行已经为SCPS做好了前期准备，引入SCPS有利于改善华东电网的频率控制性能，提高系统的控制效率。本文所述控制策略为SCPS标准在华东电网的执行提供了一种实用且可行的技术路线和方式，无论对发电机组本身调节性能的提高，还是对电网频率控制特性的改善都具有积极的意义。

[1]贾燕冰，高翔，严正.NERC与华东电网AGC评价标准的比较[J].华东电力，2008，36（4）:41-44.

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