一、電網(wǎng)AGC控制基本原理

電網(wǎng)AGC的控制目標(biāo)是通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)有功出力，把電網(wǎng)頻率和本控制區(qū)域凈交換功率控制在允許范圍內(nèi)，即把由負(fù)荷變化或機(jī)組出力波動(dòng)而產(chǎn)生的區(qū)域控制偏差A(yù)CE（Area Control Error）限定在一定范圍內(nèi)。在電力市場(chǎng)條件下，還要考慮優(yōu)化的AGC競(jìng)價(jià)交易模式，使得電網(wǎng)公司向發(fā)電企業(yè)支付的AGC輔助服務(wù)費(fèi)最小[1]。

區(qū)域控制偏差A(yù)CE計(jì)算公式為
ACE=△pT+K△f
式中 PT為聯(lián)絡(luò)線功率，以送出為正;K為系統(tǒng)頻率偏移系數(shù)，與系統(tǒng)規(guī)模和運(yùn)行狀態(tài)有關(guān);f為系統(tǒng)頻率。

根據(jù)不同的控制目的，有多種AGC區(qū)域控制模式，目前較常用的主要有以下3種控制模式[2]:
a.恒定頻率控制模式FFC（Flat Frequency Con-trol）是維持系統(tǒng)頻率恒定，適合于獨(dú)立系統(tǒng)或聯(lián)合系統(tǒng)的主控制系統(tǒng)" title="控制系統(tǒng)">控制系統(tǒng);
b.恒定聯(lián)絡(luò)線交換功率控制模式FTC（Flat Tie-line Control）是維持聯(lián)絡(luò)線交換功率恒定，適合于聯(lián)合系統(tǒng)的子系統(tǒng);
c.聯(lián)絡(luò)線和頻率偏差控制模式TBC（Tie-line load & frequency Bias Control）是既控制系統(tǒng)頻率也控制交換功率，在適當(dāng)?shù)膮?shù)配合下，可維持控制區(qū)域發(fā)電出力和負(fù)荷的就地平衡。

此外，還有計(jì)及電鐘誤差控制和計(jì)劃外交換電量?jī)斶€等多種控制模式。

二、廣東電網(wǎng)AGC運(yùn)行需求

廣東電網(wǎng)為目前國(guó)內(nèi)最大的省級(jí)電網(wǎng)，經(jīng)過(guò)多年的快速發(fā)展，規(guī)模龐大。截止到2004年6月底，廣東電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)裝機(jī)容量達(dá)2489OMW.（含大亞灣核電站全額容量），地方電源裝機(jī)將近8000MW，購(gòu)西南電力、三峽電力及香港中華電力已將近8500MW，外部電力通過(guò)5條500kV交流、3條 500kV直流線路大功率輸入廣東電網(wǎng)，電網(wǎng)控制十分復(fù)雜。

隨著用電量和負(fù)荷的持續(xù)高速增長(zhǎng)，電力供需矛盾日益嚴(yán)峻，電網(wǎng)調(diào)峰" title="調(diào)峰">調(diào)峰調(diào)頻難度很大。2004年6月28日，廣東電網(wǎng)全網(wǎng)" title="全網(wǎng)">全網(wǎng)最高負(fù)荷達(dá)到 35769MW，統(tǒng)調(diào)最高負(fù)荷達(dá)到27495MW，統(tǒng)調(diào)最大峰谷差高達(dá)13108MW（2004年6月17日）;且電網(wǎng)高峰期間負(fù)荷變化快，中午短短一個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)負(fù)荷即可降低約4000-5000MW;此外天氣變化情況對(duì)負(fù)荷的影響大，全省范圍內(nèi)一次較大的降雨過(guò)程，負(fù)荷就降低約 2000-300OMW，電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻形勢(shì)十分嚴(yán)峻。此時(shí)，完全依靠人工調(diào)整負(fù)荷計(jì)劃曲線適應(yīng)負(fù)荷變化，而保證頻率合格已不現(xiàn)實(shí)，必須在全網(wǎng)范圍內(nèi)建立機(jī)組統(tǒng)一調(diào)頻的AGC控制模式，以保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行" title="穩(wěn)定運(yùn)行">穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，廣東省統(tǒng)調(diào)電廠中已經(jīng)配置AGC系統(tǒng)的機(jī)組共64臺(tái)，容量合計(jì)為1423lMW，占總裝機(jī)容量的57%。已做試驗(yàn)可投入運(yùn)行的機(jī)組共76 臺(tái)，裝機(jī)容量為6196MW（含已投運(yùn)機(jī)組），占總裝機(jī)容量的24.9%;但AGC己投入運(yùn)行的僅有廣州抽水蓄能電廠B廠的4臺(tái)300MW機(jī)組和新豐江水電廠4臺(tái)機(jī)組，合計(jì)容量1520MW，只占總裝機(jī)容量的6%。投運(yùn)AGC容量如此之小，已不能適應(yīng)廣東電網(wǎng)現(xiàn)有規(guī)模調(diào)頻的需要。這使系統(tǒng)只能過(guò)分依賴抽水蓄能電廠進(jìn)行調(diào)峰調(diào)頻，使廣州抽水蓄能電廠2003年度6臺(tái)機(jī)組啟停高達(dá)9000余次，對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)產(chǎn)生了十分不利的影響，損耗電量也不斷上升。

研究廣東電網(wǎng)的AGC系統(tǒng)控制模式與實(shí)施方法，建立全網(wǎng)AGC機(jī)組統(tǒng)一調(diào)頻的控制模式已迫在眉睫，勢(shì)在必行。

三、AGC控制過(guò)程分析

AGC系統(tǒng)是一個(gè)過(guò)程復(fù)雜的閉環(huán)控制系統(tǒng)，涉及到電力調(diào)度中心實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、信息傳輸通道" title="傳輸通道">傳輸通道、廠站RTU遠(yuǎn)動(dòng)裝置、機(jī)組和聯(lián)絡(luò)線功率側(cè)變送器、火電廠機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、汽機(jī)調(diào)節(jié)與鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)等。電網(wǎng)調(diào)度中心利用控制軟件對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的用電負(fù)荷、機(jī)組運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視，然后對(duì)掌握的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并對(duì)電廠機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷分配，產(chǎn)生AGC指令。AGC指令通過(guò)信息傳輸通道將此指令傳送到電廠的RTU裝置，同時(shí)電廠將機(jī)組的運(yùn)行狀況及相關(guān)信息通過(guò)RTU 裝置和信息傳輸通道送至電網(wǎng)調(diào)度中心的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。AGC投入的前提條件是機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)需正常運(yùn)行。

AGC系統(tǒng)的實(shí)施，首先要確定AGC的區(qū)域控制模式，即根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行要求確定AGC的控制函數(shù)，再根據(jù)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（頻率、聯(lián)絡(luò)線功率、發(fā)電機(jī)出力等）由相應(yīng)的控制函數(shù)要求解出實(shí)時(shí)的控制區(qū)域偏差A(yù)CE，由該ACE確定需要所有受控機(jī)組參與調(diào)節(jié)的功率值;其次要確定受控機(jī)組的控制子模式[3]，根據(jù)機(jī)組控制子模式的不同，確定每臺(tái)機(jī)組分擔(dān)的ACE調(diào)節(jié)功率及其調(diào)節(jié)方式;最后，將該調(diào)節(jié)功率通過(guò)傳輸通道傳至廠站端，廠站端根據(jù)接收到的指令相應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)組出力，并將調(diào)節(jié)效果反饋到主站。

對(duì)于AGC控制過(guò)程而言，有滯后控制和預(yù)見(jiàn)控制兩類方式。滯后控制是當(dāng)系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡(luò)線交換功率偏離計(jì)劃值時(shí)，根據(jù)產(chǎn)生的區(qū)域控制偏差A(yù)CE大小，AGC系統(tǒng)對(duì)可控機(jī)組發(fā)出控制命令，以使系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡(luò)線交換功率恢復(fù)到原計(jì)劃值，這是先有偏差，再進(jìn)行調(diào)節(jié)的過(guò)程。預(yù)見(jiàn)控制方式是根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況和短期超負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果，計(jì)算出系統(tǒng)出力在未來(lái)時(shí)段內(nèi)的調(diào)節(jié)量，由AGC系統(tǒng)對(duì)機(jī)組進(jìn)行相應(yīng)分配，這是先預(yù)見(jiàn)偏差、提前進(jìn)行調(diào)節(jié)的方式。AGC算法設(shè)計(jì)時(shí)，具體采用何種方式，需根據(jù)不同系統(tǒng)實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)算后確定。

四、廣東電網(wǎng)AGC控制模式分析

目前，廣東電網(wǎng)與南方電網(wǎng)其他省區(qū)互聯(lián)" title="互聯(lián)">互聯(lián)情況如圖1所示。圖1中，南方總調(diào)直轄電廠為天生橋一、二級(jí)電站與魯布革電廠，通過(guò)天廣直流向廣東電網(wǎng)輸送電力;貴州通過(guò)貴廣直流向廣東輸送電力;三峽電站通過(guò)三廣直流輸送電力。

因?yàn)橹绷鬏旊娋€路以定功率方式輸送電力，輸送功率不隨網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的變化而變化，可視為與廣東電網(wǎng)相連的恒定電源，故進(jìn)行AGC模式設(shè)計(jì)時(shí)，廣東電網(wǎng)與南方電網(wǎng)其他省區(qū)電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線只考慮交流輸電線路。故考慮AGC的互聯(lián)情況可簡(jiǎn)化為如圖2所示，箭頭方向?yàn)楣β蕚魉头较颉?/span>

目前，廣西、云南、貴州電網(wǎng)均采用TBC控制模式。下面對(duì)廣東電網(wǎng)采取不同AGC控制模式進(jìn)行分析。在此，設(shè)定各省區(qū)的頻率偏移系數(shù)都選擇合適，為簡(jiǎn)化分析，也只分析出現(xiàn)增加的負(fù)荷擾動(dòng)情況；同理，可分析出現(xiàn)減少的負(fù)荷擾動(dòng)情況。

4.1 廣東電網(wǎng)采取FTC模式
如果廣東電網(wǎng)出現(xiàn)增加的負(fù)荷擾動(dòng)，系統(tǒng)頻率降低，聯(lián)絡(luò)線功率Pxd（流出方向?yàn)檎┰龃?，為保持?lián)絡(luò)線功率恒定，廣東電網(wǎng)AGC機(jī)組將增加出力，使系統(tǒng)頻率和Rxd恢復(fù)到正常水平。而廣西、云南、貴州由于采用TBC模式，其感受到的區(qū)域控制誤差A(yù)CE為零，不參與系統(tǒng)調(diào)整。
但如果廣西、云南、貴州出現(xiàn)增加的負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)頻率下降，pxd減少，此時(shí)廣東電網(wǎng)感受到聯(lián)絡(luò)線功率的降低，將減少AGC機(jī)組出力以使聯(lián)絡(luò)線功率恢復(fù)正常，出現(xiàn)AGC反調(diào)現(xiàn)象。這在系統(tǒng)功率出現(xiàn)缺額時(shí)，將使頻率下降幅度增加，使系統(tǒng)情況惡化，同時(shí)延長(zhǎng)了互聯(lián)電網(wǎng)頻率的恢復(fù)時(shí)司。如在此低頻時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)新的故障，還將影響到整個(gè)南方電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，這是廣東電網(wǎng)采取FTC模式的缺點(diǎn)。
4.2 廣東電網(wǎng)采取FFC模式
如果廣東電網(wǎng)出現(xiàn)增加的負(fù)荷擾動(dòng)，系統(tǒng)頻率下降，廣東電網(wǎng)AGC機(jī)組將增加出力，使系統(tǒng)頻率恢復(fù)至正常水平，而其余三方由于感受到的ACE為零，不參與調(diào)整過(guò)程。
當(dāng)其余三方出現(xiàn)增加的負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)頻率下降，除出現(xiàn)負(fù)荷擾動(dòng)的省區(qū)電網(wǎng)AGC機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié)外，廣東電網(wǎng)AGC機(jī)組也將感受到頻率的下降而增加出力，這有助于系統(tǒng)頻率的恢復(fù)。但當(dāng)擾動(dòng)電網(wǎng)調(diào)整到ACE為零時(shí)，系統(tǒng)頻率會(huì)高于正常值，此時(shí)廣東電網(wǎng)又要降低機(jī)組出力以使系統(tǒng)頻率恢復(fù)至正常，進(jìn)行了一次重復(fù)調(diào)整，頻率出現(xiàn)了超調(diào);同時(shí)機(jī)組調(diào)節(jié)頻繁，不利于機(jī)組運(yùn)行。另外，這也將增加聯(lián)絡(luò)線交換功率的串動(dòng)，對(duì)聯(lián)絡(luò)線的穩(wěn)定運(yùn)行和交換功率考核有一定影響。
4.3 廣東電網(wǎng)采取TBC模式
南方電網(wǎng)AGC控制模式統(tǒng)一為TBC模式。
假定廣東電網(wǎng)出現(xiàn)增加的負(fù)荷擾動(dòng)△P，系統(tǒng)頻率下降，Pxxd增加，則Pdx減小,△Pdx＜O,△f＜0，廣東電網(wǎng) ACEd=Kd△f+△Pdx=-△P＜O，廣東電網(wǎng)上調(diào)機(jī)組出力，調(diào)整量將等于△P，使系統(tǒng)頻率與聯(lián)絡(luò)線功率恢復(fù)正常;而對(duì)廣西電網(wǎng)而言，其 ACEx=Kx△f+△Pxd=0，即廣西電網(wǎng)反映的頻率變化折算出的Kx△f與聯(lián)絡(luò)線的功率變化△Pxd相抵消，說(shuō)明廣西負(fù)荷沒(méi)有擾動(dòng)，不參與調(diào)節(jié)。
同理，可分析出南方電網(wǎng)任一電網(wǎng)出現(xiàn)負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，若各區(qū)域的頻率偏移系數(shù)選擇合適，則只有擾動(dòng)區(qū)域產(chǎn)生控制作用，吸收本區(qū)域的負(fù)荷變化，而對(duì)其余區(qū)域不產(chǎn)生控制作用。在大電網(wǎng)頻率小波動(dòng)情況下，這種控制策略十分合理，兼顧了各控制方的切身利益，體現(xiàn)了公正、公平的調(diào)頻原則，也符合南方電網(wǎng)平等協(xié)作的關(guān)系，有利于提高南方電網(wǎng)AGC控制的總體效果。
但在全網(wǎng)統(tǒng)一采用TBC模式時(shí)，在原有的控制標(biāo)準(zhǔn)Al,A2系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)下，在某省區(qū)電網(wǎng)發(fā)生事故時(shí)，與之互聯(lián)的控制區(qū)域在未修改聯(lián)絡(luò)線交換功率計(jì)劃時(shí)難以對(duì)事故區(qū)域提供較大支援，不符合互聯(lián)電網(wǎng)互為備用、事故情況互相支援的原則，所以需采用北美電力可靠性委員會(huì)推出的新控制性能標(biāo)準(zhǔn)CPS1和CPS2，以在緊急情況下給予相鄰區(qū)域臨時(shí)性支援[4]。

五、結(jié)論及建議

a.本文對(duì)廣東電網(wǎng)的AGC運(yùn)行需求進(jìn)行了分析，簡(jiǎn)述了AGC的控制過(guò)程，并根據(jù)廣東電網(wǎng)所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對(duì)其AGC分別采用FTC，F(xiàn)FC和TBC三種不同控制模式進(jìn)行了詳細(xì)討論。比較而言，采用TBC控制模式比較理想，但需采用CPS系列控制標(biāo)準(zhǔn)，這樣可提高南方互聯(lián)電網(wǎng)AGC的總體效果，使全網(wǎng)功-頻動(dòng)態(tài)特性達(dá)到最佳。
b.與兄弟省份相比，廣東電網(wǎng)的AGC工作已明顯落后，無(wú)法滿足廣東電網(wǎng)對(duì)AGC的運(yùn)行需求，必須盡快進(jìn)行對(duì)廣東電網(wǎng)AGC系統(tǒng)的技術(shù)和管理兩方面的研究和設(shè)計(jì)工作，以使廣東電網(wǎng)的AGC系統(tǒng)早日投入運(yùn)行，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮重要作用。