一种基于分布式技术的新型自动发电控制(AGC)系统设计

一种基于分布式技术的新型自动发电控制（AGC）系统设计郭抒祥王萌杨涛(内蒙古电力公司调通中心010020)摘要：针对现有自动发电控制（AGC）系统在集成度、扩展性及控制策略复杂性等方面存在的诸多问题，文章设计了一种新型自动发电控制系统。新系统采用分布式技术构建，通过控制任务在主站、子站间的合理分解，降低了系统集成度，提高了可扩展性，能够满足各种发电形式的控制需要。在大规模风电并网功率控制以及风电火电协调控制中的应用表明，分布式自动发电控制（AGC）系统很好的解决了现有系统无法解决的问题，为未来电网电源结构由单一型向复合型发展，提供了技术保障。关键词：自动发电控制分布式系统主站子站大规模风电协调控制0引言自动发电控制（AGC）系统是电网能量管理系统（EMS）的重要组成部分，它通过自动控制并网发电机组出力，满足不断变化的用户电力需求，使电网有功功率实时平衡，并按照控制目标，将电网保持在一定的优化运行状态下。随着电网规模不断扩大、电源容量不断提高，运行控制目标日趋多样化、运行控制精度日趋精确化，自动发电控制（AGC）系统已经成为电网运行必不可少的核心系统。现有自动发电控制（AGC）系统由设在电网调度部门的主站及电厂侧的子站构成。主站系统一般构建于电网能量管理平台上，是自动发电控制系统的核心，主要负责控制指令的计算、下发、控制结果的监视、考核等功能。子站系统设在电厂内，与发电机组分散控制系统（DCS）连接，负责接收主站下发的指令，并将各机组运行信息上送至主站系统。这种AGC系统，主要功能均集中在主站，电厂侧的子站仅仅负责数据和指令的接收、传输，没有具体的控制计算功能。在传统电网中，电源构成简单、运行变化小、控制要求低，集中式结构的自动发电控制系统能够满足电网运行控制的要求。但是，随着电源结构的调整，各种新能源迅速并网，对自动发电控制系统提出了更高的要求。作为电网功率控制的核心，自动发电控制系统需要满足各种不同属性电源的控制要求，需要实现同一电厂内多台机组间的优化控制，需要实现多种不同电源之间的协调控制等。为了解决这些问题，现有的AGC系统采用系统升级进行弥补，针对风电、太阳能等新能源，增加了相应的AGC控制模块，专门负责新电源的功率控制，同时，研究开发多电源协调控制策略。但是，这种打补丁式的升级，并未很好的解决电源结构复杂化带来的控制难题，相反，随着更多新能源的并网，集中式AGC系统频繁升级，系统规模不断扩大、控制策略异常复杂，严重影响了系统运行的效率和稳定性。集中式AGC系统已无法满足电网运行的需要。分析表明，现有的AGC系统不能适应电网电源结构变化的主要原因是，系统采用集中式架构，主要的系统功能全部集中在主站系统，每当电网出现新形式的电源后，AGC系统主站均要做升级，以适应新的电源属性。随着电源形式的多样化，各种电源属性之间的共同点越来越少，集中式AGC系统的主站很难再同时满足各种不同属性电源的控制要求。据此，本文提出采用分布式技术构建新型电网自动发电控制系统。将电网自动发电控制的核心功能提炼出来，由设在电网调度部门的主站系统实现，其它对电源的特殊属性存在依赖关系的功能，交由各电源点的子站系统实现。采用这一分布式布置后，AGC主站系统运行不再需要考虑各电源的特殊属性，任何接入电网的新能源，只要其本地子站系统满足电网AGC主站的接入要求，均能无障碍的接入电网AGC主站。同时，由于主站系统只考虑电源的一般属性，不再区分电源性质，因此，其上的控制策略均能顺利的应用于任何新电源，快速实现多种电源间的协调控制。本文构建的新型分布式自动发电控制系统，实现了电网主站系统与电厂子站系统的独立运行，能够适应风力发电、太阳能发电等多种新能源并网控制的要求，是一种具有较高鲁棒性的新型电网自动控制系统。1电力系统自动发电控制（AGC）系统构成电力系统自动发电控制系统（AGC）由设在电网调度部门的主站系统和设在电源点的子站系统组成。如图1-1.图1-1AGC系统构成主站系统功能：电网区域控制偏差（ACE）计算、控制策略制定、控制指令计算、指令下发、控制结果评估考核等；子站系统功能：接收主站系统指令、将控制指令下发给机组DCS系统；表1-1所示为AGC系统基本属性表表格AGC常用属性机组当前出力机组出力上下限当前指令上升/下降速率AGC控制模式当前出力值机组最大最小出力限值AGC负荷控制指令机组增减负荷速度BLO/BLR等表1-1AGC常用属性表其中，控制指令、控制模式等属性由主站系统计算设定，机组出力上下限、功率上升速率、下降速率等属性由子站系统上传。对于风电、太阳能等新能源，还包括风功率预测值、光功率预测值等特殊属性。2新型分布式自动发电控制（AGC）系统设计传统的电力系统AGC系统主要功能集中在电力调度机构的AGC主站中，各电厂的子站系统仅仅负责指令的接收、传输，并将各机组控制信息上传主站。AGC系统根据电网需要，调整发电机组出力。其功能结构图如下：……发电厂RTU电力数据网调度AGC发电机DCS图2-1集中式AGC系统结构这种集中式AGC系统，广泛应用于大型火电机组、水电机组为主要电源的传统电力网中。由于控制对象为火电机组、水电机组，其出力可控性强、各机组间带负荷能力差异小，控制策略简单，采用这种集中式AGC系统能够满足电网运行需要。随着电网电源结构的不断丰富，各中新能源加速并网，不同电源点的差异增大，传统集中式AGC系统存在的各种问题逐渐暴露出来。问题1：将系统所有控制计算功能集中在电网侧，造成主站系统过于庞大，系统故障率高、维护工作量大、升级困难。问题2：针对电厂单机下发指令，当个别机组因燃煤质量等问题，无法按照正常能力参与电网控制时，集中式AGC系统无法适应。问题3：针对电厂单机下发指令，无法实现同一电厂内多台机组间的负荷优化分配。问题4：大规模风电并网后，由于风电与传统火电、水电性质差异大，集中式AGC系统无法适应风电负荷控制的需要。问题5：无法实现大规模风电与火电、水电的协调优化控制。基于以上问题，文章提出采用分布式技术，开发以电厂出力为控制对象的新型分布式AGC系统。与传统集中式不同，新系统采用分布式结构，主站系统设在电网调度部门，负责计算并控制各并网电厂的总负荷。子站系统设在各电厂测，AGC主站网络RTU2#GDCS机组DCS1#GDCS某某电厂主站系统功能：全部的控制策略计算功能，控制结果考核功能。网络：信息指令的传输电厂侧：针对单机DCS下发指令，调整负荷。负责电厂内不同机组的负荷分配、控制。如图2-2.图2-2分布式AGC系统结构分布式AGC系统与集中式AGC系统比较：表格集中式AGC与分布式AGC比较集中式AGC系统分布式AGC系统控制对象单台机组出力控制对象全厂总出力主站下发信息单机出力值主站下发信息全厂总出力值子站上送信息单机出力上下限/单机升降负荷速率子站上送信息全厂总出力上下限/全厂负荷升降速率优点1：采用分布式AGC系统后，主站系统仅针对发电厂全厂总出力进行控制，下发指令，各电厂内的子站接到主站指令后，进过优化计算，再将指令分解到单机执行。这种分布式AGC系统，主站系统规模大大减少，子站系统分部在各电厂内，单个子站的软件升级、检修、故障不影响全系统运行，解决了集中式系统稳定性不高的问题。优势2：分布式AGC系统中，各电厂内的子站根据厂内燃煤情况、风光预测AGC主站网络RTU2#GDCS机组DCS1#GDCSAGC主站AGC主站风功率控制系统AGC主站光功率控制系统AGC主站所有风机太阳能阵列火电厂1火电厂2风电场太阳能电站主站系统：针对并网电厂总负荷，进行计算控制。网络：信息指令的传输。电厂测子站：负责厂内各机组间负荷优化分配、风电场依据风功率预测，优化控制全场风机、太阳能电站依据光负荷预测优化控制全站功率。等信息，将全厂出力上下限、升降负荷速率实时传送至主站系统，主站依据子站上送的全厂信息，控制电厂出力。提高了系统运行适应性。优势3：由于子站设在电厂内，能够较全面的掌握厂内火电机组、风电机组或太阳能阵列的运行情况，因此，通过子站系统的计算，可以实现机组间出力的优化控制。优势4：大规模风电并网后，针对风电机组出力的控制较为复杂，采用分布式AGC系统后，由设在风电场内的子站实现风功率控制，解决了集中式AGC系统不适应大规模风电功率控制的问题。优势5：采用分布式AGC系统后，主站系统的控制对象由单机变为了火力发电厂、风电场、太阳能电站等，各控制对象间不再存在较大差异，因而能够实现风电、火电、水电等多能源间的协调优化控制。通过上述比较可见，采用分布式结构后，AGC系统适应多种电源并网控制的需要，实现了多电源间的协调控制，解决了传统集中式AGC系统无法解决的问题，是一种具有创新性的实用解决方案。3新型分布式AGC系统在大规模风电并网控制中的应用一直以来，大规模风电并网后的功率控制是困扰电力系统自动化领域的难题，与传统火电、水电机组不同，大规模风电出力具有随机性、不确定性，且机组数目众多，控制复杂，常规集中式AGC系统无法适应风功率控制的需要。采用本文设计的分布式AGC系统，能够很好的实现风功率控制。子站系统依据风电场内的风功率预测系统，得到全场出力上下限、风电负荷涨降最大速率等，上送至主站系统，主站系统根据风电场全场信息控制风功率。如图3-1。图3-1分布式AGC系统风功率控制流程主站系统：根据风电场全场预测信息，计算功率控制指令并下发。子站系统：接收全场总负荷指令，依据风功率预测信息，优化分配负荷。子站系统：依据风功率预测信息，上报全场功率上下限、最大升降负荷速率。主站系统：接收子站系统上报的风功率信息。从图3-1可见，采用分布式AGC系统，很好的解决了大规模风电并网后的功率控制问题。4新型分布式AGC系统在电网风电火电协调控制中的应用大规模风电并网带来的令一个难题是风电、火电之间的协调控制，采用本文设计的分布式AGC系统，亦能很好的实现风火协调控制。如图4-1。图4-1分布式AGC系统风火协调控制流程采用图4-1的流程，电网可以顺利的实现风电火电协调控制。5小结本文针对传统集中式AGC系统存在的问题，采用分布式技术，以发电厂、风电场、太阳能电站总出力为控制对象，设计了新型AGC系统。新系统将控制任务合理分解为主站、子站两部分，与电网运行息息相关的全厂/场出力由主站系统计算控制，而各机组、阵列之间的负荷优化分配，由设在电厂内的子站系统负责。采用文章设计的分布式AGC系统，很好的解决了大规模风电并网功率控制、风电火电协调控制等技术难题。文章提出的分布式概念，为电网进一步开发分布式AVC系统、分布式全网安全稳定控制系统等提供了思路。参考文献：[1]王丽捷，冬雷，廖晓钟等基于小波分析的风电场短期发电功率预测中国电机工程学报2009，2830－34[2]王海云，税嵚，周丹华风电典型机型的闪变严重度分析水力发电2007，1250－52主站系统：依据各风电场风功率预测信息及火电厂负荷信息，在优先涨风电场出力/优先减火电厂出力的前提下，计算各电厂/场负荷指令。风电场子站系统：接收全场总负荷指令，依据风功率预测信息，优化分配负荷。风电场子站系统：依据风功率预测信息，上报全场功率上下限、最大升降负荷速率。主站系统：接收子站系统上报的全厂场功率信息。火电厂子站系统：依据燃煤及各机组情况，上报全厂功率上下限、最大升降负荷速率。火电厂子站系统：接收全厂总负荷指令，在各机组间优化分配负荷。[3]申洪，王伟胜，戴慧珠变速恒频风力发电机组的无功功率极限电网技术2003，1160－63[4]从世界发展趋势展望我国风力发电前景施鹏飞中国电力2003年第09期郭抒祥(1981—)，男，大学本科，从事电力系统调度运行工作，13947121991。