D5000中适应于特高压功率波动的AGC控制策略优化研究

朱燕芳，于昌海，武晓冬

（1.国网山西省电力公司，山西 太原 030001；2.国电南瑞科技股份公司电网调控技术分公司，江苏 南京 211106；3.山西大学电力工程系，山西 太原 030006）

D5000中适应于特高压功率波动的AGC控制策略优化研究

朱燕芳1，于昌海2，武晓冬3

（1.国网山西省电力公司，山西 太原 030001；2.国电南瑞科技股份公司电网调控技术分公司，江苏 南京 211106；3.山西大学电力工程系，山西 太原 030006）

针对交流特高压线路平均功率波动大,目前D5000中的自动发电控制系统易引起联络线区域控制偏差大幅震荡的问题，提出了适应于特高压线路的滤波算法及突变加力控制，优化了自动发电控制策略(Automatic Generation Control,AGC)，降低了联络线控制难度，在山西电网实际应用取得良好效果。

交流特高压；功率波动；自动发电控制；滤波算法；突变加力控制

1 山西电网联络线控制

长治—南阳—荆门特高压交流试验示范工程投运后，由于联系着华北、华东两大互联电网，且输送距离长、输送功率大，自身的波动平均300MW以上，最多时达600MW以上，引起山西电网联络线控制ACE（Area Control Error）值大幅震荡，加大了联络线控制难度。山西电网的联络线波动剧烈在全国范围是最大的，在建的晋北直流特高压预计于2017年投产，届时山西电网将与华东直接相连，联络线波动将更为加剧，对自动发电控制（Automatic Generation Control,AGC）控制水平提出了更高要求。

由于区域控制偏差ACE是根据SCADA系统前置接收的秒级数据进行实时计算的，其数据变化的周期也是秒级，而AGC控制则是分钟级控制，原始ACE具有变化频度快、波动大的特点，不适合AGC直接控制。因此AGC控制的第一步就是要将原始ACE进行数据滤波预处理。滤波算法的合理直接影响到最终的控制效果。

由于山西电网的网架结构的特殊性，全国各网省统一建设的D5000（智能调度控制系统）AGC控制程序缺少针对联络线大幅高频波动相应的控制策略。因此有必要基于D5000中AGC控制策略进行优化，提出一种适应于特高压波动电网的控制策略，提高联络线控制水平。

2 控制策略优化

针对特高压并网引起的联络线高频分量的增多，需要基于D5000系统AGC控制程序进行滤波算法的优化，有效滤除高频分量，才能有效减少机组的频繁调整。针对特高压并网引起的联络线大幅波动，增加突变加力控制，在波动加剧时，加大调节力度，才能有效缩短电网恢复时间。

2.1 滤波算法优化

2.1.1 目前D5000的AGC系统滤波算法

D5000系统中ACE的滤波，采用的是最简单最常用的一阶低通滤波来过滤ACE的高频随机分量，滤波算法为

式中: k——第k次滤波；

D —— 离散滤波因子，给定值，在0～1之间；

XFIL——滤波后的值；

XRAW——待滤波的值（生数据）。这种滤波方法只与前一个采样数据有关，因此实时性较好，但缺点是毛刺较多，很多高频随机分量未完全滤除。而由于山西电网因特高压一点接入，ACE波动幅值在全国范围内为最大，高频随机分量也最多。因此，这种简单的一阶滤波对于山西电网不适用。

2.1.2 改进后的ACE滤波

为了使得滤波更加平滑，考虑将滤波算法改为二阶低通滤波。二阶低通滤波器的传递函数HLP(z)简称二阶低通滤波传递函数，定义为

式中:HLP(z)——复频域二阶低通滤波传递函数；a,b ——传递函数系数。

因此，二阶低通传递函数的幅频响应为

a）二阶低通滤波性质如下。

极点的Q因子为

b） 当Re[H(ej2πfj)]=0时，二阶低通滤波的频幅响应等于极点因子，此时的频率为

这一事实表明，在低频范围0≤f≤fj，频幅响应为递增函数，并在f=fj处得到最大值。反之，在高频范围fj≤f≤0.5，频幅响应为递减函数。也就是说，高频分量被衰减。

d）归一化二阶低通传递函数可以用a和b表示。

采用二阶FIR滤波后，滤波效果明显平滑，并去掉了不必要的高频随机分量，忽略了因特高压线路并网而造成的高频随机波动，但又很好地保留了ACE整体的波动趋势。

2.1.3 两种滤波算法的对比

a）原有一阶滤波编程简单，且只与前一个采样值有关，实时性较好，但滤波效果粗糙，很多高频随机分量不能很好过滤，会造成不必要的机组频繁调整。

b）采用二阶FIR滤波器，滤波效果取决于滤波深度（即滤波所需的历史采样值的个数）。滤波深度越大，则滤波越平滑，但滤波越滞后，反之，保证了实时性，但滤波平滑度则要牺牲。

山西电网目前的能源结构以火电为主，风、光、水电为辅，而火电的标准响应时间为60 s，因此滤波深度选为5，经观察滤波滞后10 s，可以满足山西电网控制要求。

2.2 增加突变加力控制

2.2.1 突变加力算法

联络线跳闸、机组紧停等电网冲击均会造成电网联络线潮流的大幅波动，特别是山西电网外送潮流达3 000 MW以上，9条联络线任意一条联络线跳闸，对电网都是巨大的冲击。

ACE数据进行滤波后计算其变化量，在出现ACE较大幅度突变时（设一阈值，界面可设定），在自动AGC机组调整指令中叠加突变调整量。通过突变加力，即ACE出现较大突变时，加大机组调整力度。

首先计算出本次滤波ACE的变化量，和上一时刻滤波ACE的变化量。然后先判断是否大于参数设置中设置的门槛值（5 MW）。如果已经超过门槛值，则突变加力就等于和绝对值较大的一方取反。如果没有超过门槛值，再判断是否超过。如果超过了，则突变加力就等于取反。如果都没超过门槛值，则突变加力项为0。最后，再进行越限保护判断。

2.2.2 实例说明

由图1可以看出5月18日16:51因万家寨4号机出力突增120 MW左右，引起ACE曲线出力瞬间波动至250 MW（如图2所示），此时AGC系统自动计算并产生50 MW左右的突变加力分量，并将此分量叠加到控制指令中（如图3所示），使AGC迅速给省调ACE机组下发回调指令，使得本次ACE越限仅25 s就回调至0左右（如图2所示），此时A2值基本未受此波动影响，一直保持平稳，比无此突变加力分量调节时间缩短了一半。对于机组来说，在执行大指令时调节性能往往比执行小指令时更优，因此增大控制量，对于机组发挥自身优势也是有积极作用，更加有利于电网受到较大冲击后联络线的潮流恢复。

图1 5月18日16:45-17:00万家寨4号机出力曲线

图2 5月18日16:45—17:00 ACE及A2曲线图

图3 5月18日16:45-17:00 AGC指令分量图

3 小结

对于特高压线路并网而引起的联络线波动，可通过将D5000系统AGC系统中ACE滤波算法优化，将原有的简单的一阶低通滤波，改为二阶低通滤波算法，有效平滑过滤联络线高频随机分量，但又不丢失重要的趋势信息，很好地避免了机组不必要的频繁调整。通过增加突变加力控制，对于联络线受到大型冲击而引起的突变，可以增大控制力度，保证联络线潮流和电网频率快速恢复，而且在多次联络线跳闸引起的较大冲击后，电网得到了快速恢复，提高了山西电网联络线控制水平。

Optim ization of AGC Control StrategiesAdaptable to UHV Power Fluctuations in D5000

ZHU Yanfang1,YU Changhai2,WU Xiaodong3

（1.State Grid Shanxi Electric Power Corporation,Taiyuan,Shanxi 030001,China; 2.Power Grid Distribution and Control Company,Guodian Nari Technology Development Co.,Ltd., Nanjing,Jiangsu 211106,China;3.Shanxi University,Taiyuan,Shanxi 030006,China)

Due to large fluctuation ofmean power on UHV AC lines,filter algorithm adaptable to UHV lines is proposed since the problem ofautomatic generation control in the presentD5000willcause thearea controlerror tooscillate largely.Controlstrategiesof AGC areoptimized and the controlling difficulty of tie line is reduced.The resultsare verified by practicalapplication in Shanxipowergrid.

AC ultra-high voltage；power fluctuation；automatic generation control；filtering algorithm；sudden power increase control

TM732

A

1671-（0320）05-0007-03

2016-05-04，

2016-08-02

朱燕芳（1979），女，山西孝义人，2004年毕业于太原理工大学电力系统及其自动化专业，硕士，高级工程师，从事调度自动化系统的运行及管理工作；

于昌海（1987），男，山东济宁人，2011年毕业于华北电力大学控制理论与控制工程专业，硕士，工程师，从事智能电网调控与新能源控制研究工作；

武晓冬（1978），男，山西清徐人，2007年毕业于太原理工大学电力系统及其自动化专业，硕士，讲师，从事电力系统自动化教学工作。