自动发电控制(AGC)技术的运用研究
2018-04-24赵树权李金航
赵树权,李金航
(昆明工业职业技术学院,云南 昆明650302)
0 引 言
近些年,我国电力企业不断加快电力系统自动化发展,电力系统不断朝向调度自动化、智能化方向迈进。电力系统自动化实现了对电能生产、传输与管理的自动控制、调度与管理[1]。目前,自动发电控制技术结合远程监控技术、执行分配装置、发电机组自动化装置等,形成了一个整体闭环式控制系统。通过对电力系统频率的实时监测与快速调整,实现了对发电机运转出力的自动化控制[2]。目前,国外发达国家自动发电控制的发展趋势主要有零散发电预测与跟踪、环境污染背景下综合燃料的计划性控制等[3]。
1 自动发电控制(AGC)概述
1.1 自动发电控制基本功能
自动发电控制通过对电网机组的二次调整来满足控制目标,降低运行成本[4]。当前,自动发电控制投入到电力系统自动化调度建设应用中,主要是为了解决电力系统运行频率调节与负荷分配的问题,同时满足电力系统功率交换需求。供电频率是电力系统正常运行的重要参数之一。系统电源总输出功率与功率消耗相对平衡的情况下,供电频率保持恒定。如果总输出功率与总功率消耗之间失衡,就会引发电力系统波动,造成频率的崩溃[5]。
1.2 自动发电控制系统组成
这里介绍一种结合自动装置与计算机程序,对系统频率与有功功率进行二次调整的自动发电控制系统。该系统主要由能量管理系统、远方终端机构、单元机组协调控制系统构成。
能量管理系统EMS(Energy Management System)置于电网调度中心,主要实现电网调度与机组之间的通信联系。
微波通道及电厂端的远方终端RTU(Remote Terminal Unit),对电网调度及各机组之间的通信进行指令发布。
单元机组协调控制系统CCS(Coordinated Control System),将电网调度负荷指令转换为机组实际负荷[6]。
2 自动发电控制技术介绍
2.1 基本控制原理
基于电网安全运行的条件,在电网频率与对外净交换功率计划基础上,协调发电机组出力的最优化分配机制,确保发电机组出力经济性达到要求[7]。
区域控制偏差ACE的表达式为:
2.2 与系统频率相关的元件模型
控制系统特性一直是电力系统自动发电控制技术的重要研究内容。对于负荷-频率控制而言,发电机组调速器是最基本的控制工具[8]。
2.2.1 调速器模型
调速器为频率一次调节控制单元,包含飞球调速器、液压机构、连杆机构与转速改变器结构。液压机构由一个伺服阀和一个液压伺服阀马达构成,低功率水平运动被转换为高功率水平运动,进而对高压蒸汽管道的蒸汽阀进行开闭操作。
2.2.2 原动机模型
阀门位置变化导致进气量发生改变,以此调整发电机出力。调节阀门与第一喷嘴之间存在一定空间。阀门启闭时,尽管蒸汽量有所改变,但空气压力无法突变,进而形成机械功率滞后于开度变化,形成汽容影响。
控制特性一般表示为:
其中,ΔPt为要求增加的功率;Yv为蒸汽阀开启给定值;Tu为调速器时间常数;Tu一般在0.5~4s,取值与进水管参数相关。
2.3 系统频率二次调节
图1为二次调频原理,P1为用电频率特性,PG为发电频率特性。当系统稳定运行为n1时,发电总负荷与用电总负荷平衡,即PG1=PL1,此时系统工作频率为额定频率。当系统用电负荷为PL2时,控制发电总负荷平衡,系统工作点位a时,工作频率为fa,则工作频率减少Δfa,此时系统处于不稳定状态。随后,提高发电负荷为PG2,系统工作点转到n2,则工作频率再次回到额定频率,系统重新趋于稳定。
图1 电力系统二次调频
2.4 单元机组协调控制系统
单元机组协调控制系统为AGC的核心部分,故协调系统对各机组的控制响应速率决定了AGC的整体性能。可将机组锅炉控制与汽轮机控制视为一个整体进行协调控制,确保锅炉与汽轮机迅速适应负荷变化需求,并保障机组安全稳定运行。
根据能量平衡方式,它可以分为直接能量平衡与间接能量平衡。现阶段,燃煤火电机组为了实现调度机制的快速响应,主要采用以锅炉为基础的协调控制系统(DEB)。现阶段,我国发电机组为了满足高效调度和快速响应,主要采用CCBF与能量平衡控制系统。调度中心与单元机组之间AGC信号接口,如图2所示。
图2 调度中心与单元机组之间AGC信号接口
3 自动发电控制技术的应用
自动发电控制技术在电力系统的应用初期阶段,大多以单机控制为主。单机自动发电控制在长期实践中存在较高的磨损度,同时存在响应可调范围较小、调节频繁等问题。随着技术的进一步成熟,先从单机控制转换为全厂控制,通过全厂统一控制,提高发电经济型。
贵州电网是南方电网的重要组成部分,负责自动发电控制系统的设计研发与投入运营。贵州电网采用定频率控制作为AGC区域控制模式,区域控制偏差为:
Δf表示电网实际运行频率与控制目标频率偏差;k表示电网频率偏移系数,接近综合频率调节效应,取值为25MW/0.1Hz。
现有AGC机组中,三厂采用AGC控制到电厂模式,主站端调节指令发送到电厂侧频率调节装置,再由调节装置发送指令到电厂各AGC受控机组,出力达到预期调节值。子模式包括电厂AGC、计划值控制、经济调度、退出等。
贵州电网两年来大力推动AGC系统建设,通过全厂控制轮流集中在一台或多台机组上,调整出力方式,有效降低机组调节的频繁程度,减少机组磨损度,提高响应机制总体效益。目前,AGC机组运行稳定,控制指标均满足调节需求,在国内处于较高水平。
4 结 论
随着电力系统自动化调度的快速发展和电网智能建设的不断推进,我国自动发电控制技术进一步成熟。随着电网规模的不断扩大,对电网频率实行手动调节,已经难以满足用电负荷的变化。而AGC技术的运用能够快速、实时减小供需偏差,以平衡用电负荷。自动发电控制技术构建了电网频率与潮流优化控制系统,对于提高电网自动化水平具有重要意义。可见,要扎实提高AGC机组调节水平、控制频率与网间潮流,实现精细化调控,从而降低调控成本。
参考文献:
[1] 武亚光,张 锐,金钟鹤.自动发电控制(AGC)系统运用控制方式与措施探讨[J].东北电力技术,2015,22(10):1-3.
[2] 王 焰.电网自动发电控制(AGC)技术应用探讨[J].工业计量,2016,20(3):17-20.
[3] 张茂盛.自动发电控制(AGC)的结构分析及实际应用[J].城市建设理论研究:电子版,2015,(13).
[4] 海 晨,胡 萍,栾晓东.自动发电控制(AGC)技术的运用[J].三角洲,2015,(6):1.
[5] 颜 伟,赵瑞锋,赵 霞,等.自动发电控制中控制策略的研究发展综述[J].电力系统保护与控制,2015,(8):149-155.
[6] 陈松操,沈丛奇.自动发电控制(AGC)控制策略优化的研究和应用[J].华东电力,2015,34(5):29-33.
[7] 姚 鹏,张靠社,周 树,等.自动发电控制(AGC)服务调配应用研究[J].电力系统保护与控制,2016,39(21):120-125.
[8] 张应田,郭凌旭,冯长强.自动发电控制技术研究及应用[J].自动化与仪表,2014,26(9):36-39.