水电厂自动发电控制培训.

1水电厂自动发电控制（AGC）二00五年七月2目录第一章、电力系统的频率调整第二章、水电厂自动发电控制（AGC）第三章、梯级水电厂经济调度控制（EDC）3第一章电力系统频率调整在稳态情况下,电力系统的频率是全系统一致的运行参数。当总出力和总负荷(包括网损)发生不平衡时,就会产生频率的偏差。由于负荷是经常发生变化的,任何一处的负荷变化都会引起全系统的功率不平衡,因而导致系统频率的波动。所以,电力系统运行中的重要任务之一就是对频率的监视与调节。频率调节的任务就是当系统有功功率不平衡而使频率偏离额定值时,调节发电机出力以达到新的平衡,从而保证将频率偏移限制在允许的范围内。4第一章电力系统频率调整电力系统的频率调整是按照负荷变化的周期和幅值大小区别对待的,一般将负荷变化分解成三种成分。第一种幅度很小,周期又很短,一般小于10秒,据有随机性质,称为微小变动分量。第二种变动幅度较大,周期大约在10秒至2~3分钟之间,属于冲击性的负荷变动。第三种是长周期分量,周期大约在2~3分钟之10~20分钟之间,它是由生产、生活和气象等引起的负荷变化,有其规律性,可以预测。针对上述三种不同的负荷变动分量,将频率调整相应划分为一次、二次和三次调整。51.1频率的一次调整一次调整是针对第一种负荷变动分量，它是由发电机原动机和负荷本身的调节效应共同作用下完成的，因而响应速度最快。但由于调速器的有差调节特性,不能将频率偏差调到零，也就是说一次调整是有差调节，负荷变动幅度越大,频率偏差就越大,因此靠一次调整不能满足频率质量的要求。设系统中仅有一台发电机组和一个综合负荷，它们的静态频率特性分别如图1.1和图1.2，这些特性曲线都近似的以直线替代。第一章电力系统频率调整61.1频率的一次调整发电机组原动机的频率特性的斜率KG称之为发电机的单位调节功率，它标志了随频率的升降发电机发出功率减少或增加的多寡，是可以整定的。综合负荷的静态频率特性也有一个斜率KL，称之为负荷的单位调节功率，它标志了随频率的升降负荷消耗功率减少或增加的多寡，是不可以整定的。第一章电力系统频率调整fNffNf图1.1发电机静频特性图图1.2负荷静频特性KG=ΔPG/ΔfKL=ΔPL/ΔfPGPLPGNPLN7第一章电力系统频率调整1.1频率的一次调整发电机组原动机的频率特性和负荷的频率特性的交点就是系统的原始运行点，如图1.3中的O点。设在点O运行时负荷突然增加ΔPL0，即负荷的频率特性突然向上移动ΔPL0，则由于负荷突增时机组出力不能及时随之变化，机组将减速，系统频率将下降。而在系统频率下降的同时，机组在调速器的一次调整作用下将增加出力，负荷的功率将因它本身的调节效应而减少。前者沿原动机的频率特性向上增加，后者沿负荷的频率特性向下减少，经过一个衰减的震荡过程抵达一个新的平衡点，即图1.3中的O'点，对应频率偏移Δf=f0-f0'。根据图1.3中的几何关系可以看出：8第一章电力系统频率调整1.1频率的一次调整ΔPL0=BO+AB=(KG+KL)Δf=KS*Δf(1-1)KS称系统的单位调节功率，它取决于发电机的单位调节功率和负荷的单位调节功率。KS标志了系统负荷增加或减少时，在发电机和负荷的共同作用下系统频率上升或下降的多寡。PAP0'O’BΔPL0Of0'f0f图1.3频率的一次调整9第一章电力系统频率调整1.2频率的二次调整二次调整是针对第二种负荷变动分量,这种调整需要通过自动或手动方式改变调频发电机的同步器(也称调频器)来实现。同步器位置的改变会平移调速系统的静特性,从而改变发电机出力,达到调频的目的。如果参加调频机组的容量足够大,就可以实现无差调节。二次调整除了对系统的备用容量有要求外,还要求调整速度能适应负荷的变化,调节过程要稳定。在图1.3中，如果不进行二次调整，则在负荷增加ΔPL0后，频率将下降至f0'、功率增加为P0'。在一次调整的基础上进行二次调整，就是在频率f0'超出允许范围时，操作调频器，增加发电机出力，使频率特性向上移动。10设发电机增发ΔPG0，则运行点又将从点O'转移到点O，如图1.4所示。点O对应的频率为f0、功率为P0，即二次调整后频率偏移Δf由一次调整时的Δf0'=f0-f0'减少为Δf0=f0-f0，可以供应负荷的功率由一次调整时的P0'增加为P0。显然，由于进行了二次调整，系统频率质量有了改进。根据图1.4中的几何关系可以看出：ΔPL0=ΔPG0+BC+AB=ΔPG0+KS*Δf(1-2)或ΔPL0-ΔPG0=KS*Δf(1-3)如果ΔPL0=ΔPG0，即发电机如数增加了负荷功率的原始增量ΔPL0，则Δf=0，亦即实现了所谓的无差调节。无差调节如图1.4中虚线所示。第一章电力系统频率调整11f0＇f0＂f0f图1-4频率的二次调整121.3频率的三次调整三次调整是针对第三种负荷变动分量,它随时间调整机组出力执行发电计划,或每隔一段时间(如1分钟)按经济调度原则重新分配出力。如果能准确地预计系统短期负荷、合理地安排发电计划（包括机组启停），既保证了全系统的经济运行，又在事前就达到AGC控制的要求，避免AGC频繁调节机组。目前，尚有大量机组不能参加AGC，如果这部分机组能严格按照计划运行，实际上也参加了发电控制，只是手动控制（MGC）而已。对于AGC可控机组来说，可以直接按在线经济调度的结果重新分配出力，达到经济运行的目的。第一章电力系统频率调整13第二章水电厂自动发电控制（AGC）2.1概述水电厂以往通常是采用功率成组调节装置，按流量(或按水位)调节装置等实现负荷控制功能。在采用了计算机监控系统后，自动发电控制(AutomaticGenerationControl,简称AGC)功能在水电厂控制领域得到了广泛的使用。AGC是指按预定条件和要求，以迅速、经济的方式自动控制水电厂有功功率来满足系统需要的技术，它是在水轮发电机组自动控制的基础上，实现全电厂自动化的一种方式。根据水库上游来水量和电力系统的要求，考虑电厂及机组的运行限制条件，在保证电厂安全运行的前提下，以经济运行为原则，确定电厂机组运行台数、运行机组的组合和机组间的负荷分配。在完成这些功能时，要避免由于电力系统负荷短时波动而导致机组的频繁起、停。14第二章水电厂自动发电控制（AGC）2.1概述由于水电厂调节性能好，调节速度快，一般情况下是由水电厂来承担电力系统日负荷图中的峰荷和腰荷，电网负荷给定的方式有两种，一是瞬间负荷给定值方式，即按电网AGC定时计算出的给定值，即时下达给电厂执行。水库大，调节性能好，机组容量大，在电网中担任调峰、调频的水电厂一般采用这种调节方式。另一种则是日负荷给定曲线的方式，即电网调度中心前一日即下达某电厂一天的负荷给定值曲线，到当天0时计算机监控系统即自动将此预先给定的日负荷曲线存于当天该执行的日负荷曲线存放区，以便水电厂AGC执行。152.2AGC负荷分配原则2.2.1与容量成比例原则这是较为简单的一种负荷分配原则，在水轮机组的某些特性曲线不全或不够精确的前提下，采用该原则比较合理。n：n台参加AGC的机组：参加AGC的第台机组在当前水头下最大出力：参加AGC的各台机组当前水头下最大出力之和：AGC分配到第台参加AGC机组的有功功率),2,1(1maxmaxniPPPPniiiAGCimaxiPniiP1maxiP第二章水电厂自动发电控制（AGC）162.2.2按等微增率原则分配2.2.2.1.耗量特性水电厂中有功功率负荷合理分配的目标是在满足一定约束条件的前提下，尽可能节约消耗的水量。发电设备单位时间内消耗的能源与发出有功功率的关系，即发电设备输入与输出的关系，这种关系称耗量特性。如图，其中纵坐标为单位时间内消耗的水量W，如每秒钟多少立方米，横坐标则为以千瓦或兆瓦表示的电功率Pg。第二章水电厂自动发电控制（AGC）17第二章水电厂自动发电控制（AGC）18如图，其中纵坐标为单位时间内消耗的水量W，如每秒钟多少立方米，横坐标则为以千瓦或兆瓦表示的电功率Pg。耗量特性曲线上某一点纵坐标和横坐标的比值,即单位时间内输入能量与输出功率之比称比耗量μ。耗量特性曲线上某一点切线的斜率称耗量微增率λ。耗量微增率是单位时间内输入能量微增量与输出功率微增量的比值。即PWdPdWPW第二章水电厂自动发电控制（AGC）192.2.2.2.等微增率准则由前面提出的有功功率负荷合理分配的目标可知，AGC的目标函数应当是水电厂的总的水耗量最小。通常认为水电厂的总的水耗费量只与各发电机组所发有功Pgi有关。目标函数:),2,1()()()()(12211niPQPQPQPQQnigiignngg第二章水电厂自动发电控制（AGC）20约束条件:等约束条件：给定与实发有功功率保持平衡，即式中：Pgi—第i台机组所发的有功功率。PL—水电站所带负荷有功功率。不等约束条件：式中Qi(Pgi)表示某发电设备发出有功功率时Pgi单位时间内所需消耗的水量。021LgnggPPPPmaxminmaxminmaxminiiigigigigigigiVVVQQQPPP第二章水电厂自动发电控制（AGC）21求条件极值问题可用拉格朗日乘数法来解。即建立一个新的，不受约束的目标函数——拉格朗日函数。其中：为等约束条件；λ称拉格朗日乘数。则求C*最小值时，应有显然，这n+1个条件有),,,,,(21gngiggPPPPf0,,0,,0,,0***1*CPCPCPCgngigniLgngigggiigngigggngiggPPPPPPQPPPPfPPPPCC1212121*),,,,,()(),,,,,(),,,,,(第二章水电厂自动发电控制（AGC）220),,,,(0),,,,(),,,,(M0),,,,(),,,,(M0),,,,(),,,,(111111111gngiggngiggngngiggngngiggigngiggigngigggngiggPPPfPPPfPPPPCPPPPfPPPPCPPPPfPPPPCP第二章水电厂自动发电控制（AGC）23由于：1),,,,(1),,,,()(),,,,()(),,,,()(),,,,(1111111111gngiggigngigggngnngngiggngigiigngiggigggngiggPPPfPPPPfPdPPdQPPPCPdPPdQPPPCPdPPdQPPPCP第二章水电厂自动发电控制（AGC）24最终有niLgignngiigPPdPdQdPdQdPdQ11100M0M0因为是发电设备i承担有功功率负荷Pgi时的耗量微增率，所以有这就是等耗量微增率准则。它可解释为，水电厂承担的有功功率一定时（PL），为使总耗水量最小，应按相等的耗量微增率在各发电机组间分配负荷。igiiqdPdQniqqq1第二章水电厂自动发电控制（AGC）252.2.3多目标规划原则厂内AGC须按顺序依次满足下列目标：（1）省水多发；（2）AGC分配值与调度给定值尽可能最接近；（3）避免机组频繁穿越振动区；（4）相邻两次负荷调节所造成的机组负荷波动最小。第二章水电厂自动发电控制（AGC）262.3AGC的直观解释水电厂AGC的最终目的是在保证机组安全可靠运行的前提下，以最少的耗水量发出最大的电能。在电厂中，由于每台机组的容量、运行特性等因素，使得在同一水情条件下，以同样的功率发电时，所消耗的水量有所不同。因此，应综合考虑水情、机组容量、机组不可运行区（汽蚀区、振动区）、机组耗量特性、运行工况等多方面因素，进行水电厂的自动发电控制，以达到经济运行的目的。当系统调度人员或水电厂运行人员根据系统内负荷情况给定了电厂的出力