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自动发电控制（新能源有功控制系统）基本原理及控制方法韩杰甘肃省电力调度控制中心二〇一七年九月自动发电控制原理1自动发电控制应用2新能源有功控制系统介绍3自动发电控制(AutomaticGenerationControl)，简称为AGC，是建立在以计算机为核心的能量管理系统（或调度自动化系统）及发电机组协调控制系统之上，并通过高可靠信息传输系统联系起来的远程闭环控制系统。其功能为按电网调度中心的控制目标将指令发送到有关发电厂或机组，通过发电厂或机组的控制系统实现对发电机功率的自动控制。基本概念电能是一种特殊的产品，其最大特点在于电能不能大量储存，电能的生产、输送、分配和使用可以说是在同一时刻完成的。在任何时刻，电力系统中电源发出的功率都等于该时刻电力系统负荷和电能输送、分配过程中所消耗的功率之和。电力系统的负荷瞬息万变，因此，独立电力系统必须满足电能的供需平衡，维护正常频率，保证控制内部的电能质量；联合电力系统还必须保证联络线交换功率按交易计划运行，加强联络线控制能力，使整个系统协调稳定运行。然而，依靠人工调节方式无论从反应速度还是调节精度都难以满足电力系统安全、优质、协调、经济运行的要求。显然，要实现现代化的电网管理，进一步提高整个电力系统的电能质量和联络线交换功率的控制水平，需要采取相应的自动化技术手段来提供实质性的保障。解决这一问题的最佳途径就是AGC。AGC的作用AGC的目的在互联电力系统中，各区域承担各自的负荷，与外区域按合同买卖电力。各区域的调度中心要维持电力系统频率，维持区域间净交换功率为计划值，并希望区域运行最经济。自动发电控制是满足以上要求的闭环控制系统。具体地说自动发电控制有以下四个基本控制目标：（1）使全系统的发电出力和负荷功率相匹配;（2）将电力系统的频率偏差调节到零，保持系统频率为额定值；（3）控制区域间联络线交换功率与计划值相等，实现各控制区域有功功率平衡；（4）在区域内各发电厂间进行负荷的经济分配。运用AGC技术，可以获得以高质量电能为前提的电力供需实时平衡，提高电网安全、稳定、经济运行水平，更加严格有效地执行互联电网之间的电力交换计划，进一步减轻运行管理人员的劳动强度；对于提高调度中心和发电厂自身的科学技术素质，完善运行管理机制，适应电力系统发展运营的需要，增强在电力市场的竞争实力都具有十分重要的意义。使用AGC的意义7下图表示某一联合电力系统，由3个区域及3条联络线组成。各区域内部有较强的联系，各区域间有较弱的联系。正常情况下，各区域应负责调整自己区域内的功率平衡。例如，区域B中接入一个新的负荷时，起初联合电力系统全部汽轮机的转动惯性提供能量，整个联合电力系统的频率下降。系统中所有机组调节器动作，加大出力，提高频率到某一水平，这时整个电力系统发电与负荷达到新的平衡。一次调节留下了频率偏差f和净交换功率偏差，AGC因此而动作。提高区域B的发电功率，恢复频率达到正常值和交换功率到计划值，这就是所谓的二次调节。此外，AGC将随时调整机组出力执行发电计划（包括机组停机），或在非预计的负荷变化积累到一定程度时按经济调度原则重新分配出力，这就是所谓的三次调节。联合电力系统自动发电控制的一般过程AGC的其中一项重要功能是调频作用，电网的频率调整分为：一次调频、二次调频和三次调频：其中利用发电机调速系统频率静态特性而改变发电机出力所引起的调频作用叫一次调频，一次调频控制一分钟以下的负荷变化，在电力系统负荷发生变化时，仅靠一次调频是不能恢复的，即一次调频是有差调整（迅速拉回频率）。为了使系统频率维持不变,需要运行人员手动操作或通过调度自动化系统自动操作,以改变汽轮机调速器（调门）的位置,增减发电机的出力,进而使频率恢复至目标值,这种调整叫二次调频。二次调频控制几分钟至十几分钟的负荷变化,二次调频控制频率的目标值为额定频率,即二次调频是无差调频（稳定频率）。只有经过二次调频后，电网频率才能精确地保持恒定值。二次调频主要由AGC机组自动完成，所以AGC属于二次调频。三次调频是根据负荷预计曲线，各厂或各机组按计划出力曲线(包括开停机组)调整，三次调频控制半小时以上的负荷变化。一次、二次和三次调频自动发电控制原理1自动发电控制应用2新能源有功控制系统介绍3AGC控制系统主要有电网调度中心的实时控制系统、信息传输通道、远动控制装置（RTU）、单元机组控制系统组成。电网调度中心利用控制软件对整个电网的用电负荷情况及机组的运行情况进行监视，对掌握的数据进行分析，并对电厂的机组进行负荷分配，产生AGC指令。AGC指令通过信息传输通道传送到电厂的RTU；同时电厂将机组的运行状况及相关信息通过RTU和信息传输通道送到电网调度中心的实时控制系统中去。结构如下图所示：AGC闭环控制回路可分为两层。一层为负荷分配回路，AGC通过远动控制装置（RTU），通讯通道及SCADA获取所需的实时量测数据，由AGC程序形成以区域控制偏差（ACE)为反馈信号的系统调节功率，根据机组的实测功率和系统的调节功率，按经济分配的原则分配给各机组，并计算出各机组或电厂的控制命令，再通过SCADA、通讯通道及RTU送到电厂的机组控制系统；另一层是各机组的控制回路，它调节机组出力（二次调节）使之跟踪AGC的控制命令，最终达到AGC的控制目的。~AGC区域运行状态包括：在线：AGC所有功能都投入正常运行，进行闭环控制。调度员可以手动切换到离线状态。离线：AGC不对机组下发控制命令，但数据处理、ACE计算、性能监视等功能均正常运行。调度人员可以手动切换到在线状态。暂停：当某些量测数据异常导致ACE错误时，自动设置为暂停状态。在给定的时间内，一旦测量数据恢复正常，自动返回在线状态，否则自动转至离线状态。AGC运行状态AGC的控制模式包括以下三种：恒定频率控制（FlatFrequencyControl，FFC），AGC的控制目标是维持系统频率恒定。恒定联络线交换功率控制（FlatTie-lineControl，FTC），AGC的控制目标是维持联络线交换功率的恒定。联络线和频率偏差控制（Tie-lineloadfrequencyBiasControl,TBC），AGC同时控制系统频率和联络线交换功率。甘肃电网的AGC控制模式采用联络线功率+频率偏差控制模式（TBC）。AGC控制模式PfACE10fACE10PACEfDP式中为控制区频率特性系数（MW/0.1Hz），一般为负值,TBC模式：ACE计算公式中同时包含频率分量和联络线交换功率分量。FFC模式：ACE计算公式中仅包含频率分量。分别为频率偏差和净交换功率偏差。FTC模式：ACE计算公式中仅包含联络线交换功率分量。区域控制偏差（AreaControlError，ACE）：反应控制区域当前的发电功率偏差值，其计算方法取决于AGC控制模式。、区域控制偏差（ACE）计算ACE控制区间划分图2-4ACE控制区间划分死区：在此区段ACE很小，AGC不给电厂发送控制命令。正常区：在此区段ACE较小，参与偏差调节的发电机组立即跟踪调节，参与基点调节的发电机组仍然在基点值附近运行。帮助区：在此区段ACE较大，在参与偏差调节的发电机组跟踪调节的同时，部分参与基点调节的发电机组加入到偏差调节当中进行辅助调节。当偏差消除之后参与辅助调节的发电机组重新逼近基点值。紧急区：在此区段ACE过大，参与偏差的发电机组在执行调节的同时，所有参与基点调节的发电机组立即脱离基点值加入到偏差当中进行辅助调节。当偏差消除之后参与辅助调节的发电机组又重新逼近基点值。AGC程序会根据当前区域频率、ACE、ACE积分值等及给定的门槛值，将AGC控制区划分为死区、正常区、帮助区和紧急区。根据不同的区间，采用不同控制算法，计算区域的总调节功率。AGC指令是电网调度中心计算产生的被控机组的目标功率，按照远动控制装置（RTU）通讯规则生成AGC遥控报文传送到电厂RTU，RTU将AGC控制信号转换成4~20mA信号传输到单元机组的控制系统。同时，机组的实发功率经过变送器转换成4~20mA信号，经过RTU转换成线性比例的二进制遥测数据，经过高频载波信号传输到电网调度实时控制系统。电网调度实时控制系统和单元机组的控制系统除上述两个重要参数沟通外，还将一些反映机组及控制系统状态、AGC运行品质及机组的负荷限制信号通过RTU传输到电网调度实时控制系统，如：机组所允许的负荷高、低限，机组的负荷变化速率，机组的运行方式等。AGC涉及到的信号AGC的数据采集周期：一般为1～8秒。在每一个采集周期内，AGC更新实时数据、计算ACE、执行性能监视等。一般说来，对系统频率的监视以一秒为周期，因此，AGC的数据采集周期最小可设置为1秒。AGC的控制周期：应为采集周期的整数倍，一般为3～15秒。在每个AGC控制周期，除完成采集周期的各项任务外，还要计算AGC控制下的各机组的基点功率和调节功率，从而得到机组的目标出力，但是否下发控制命令还取决与机组命令周期。机组命令周期：机组的控制命令周期是可变的，它由机组的实发控制命令和响应速率共同决定。在每个AGC控制周期，如果机组已响应上次的控制命令，则将本次的控制命令立即下发；如果机组未响应上次的控制命令，本次控制命令暂不下发。AGC执行周期AGC的控制对象是电厂控制器（PLC），AGC下发控制命令给PLC，由PLC调节机组的有功出力。一个PLC可以由一个或多个机组构成，以方便实现单机控制或全厂控制。水电厂采取全厂AGC控制模式火电机组选用单机或全厂AGC控制模式新能源场站AGC控制通过新能源有功控制系统实现1、电网负荷频率控制2、对区域、机组统计考核3、AGC实时监视4、AGC综合信息查询5、AGC模型维护通过AGC人机界面的实时监视功能，调度员可随时掌握AGC程序运行中各项重要数据的变化情况，从而迅速、准确地做出决策。调度员和自动化工作人员可对AGC的模型进行维护，包括创建对象、修改参数、导入／导出模型等。此外，AGC人机界面还提供了各项历史统计数据综合查询的功能。AGC主要功能示意图省调AGC系统主要功能实际考核联络线与计划值的偏差DP1、SCADA实时监视采集系统频率与跨省联络线交换功率省调AGC实时调整流程2、AGC根据当前联络线实际功率与计划值之间的偏差，以及当前频率与额定频率的偏差，计算区域控制偏差：PfACE103、根据控制策略，将偏差调节量计算分配给各机组和新能源场站，下发机组或电厂的功率调整指令（新能源有功控制系统下发功率调整指令），通过专用载波通道发送到各个电厂的电厂控制器（PLC)4、电厂控制器（PLC)根据接受到的AGC指令，调节本厂机组出力，使机组出力达到AGC指令的目标值，最终达到AGC的控制目标。1.并网发电厂单机200MW及以上火电机组和单机20MW及以上的水电机组及全厂容量50MW水电厂应具有AGC功能，并参与电网闭环发电控制。2.AGC机组的调节容量原则上应满足从最小技术出力到额定出力的范围。火电机组的AGC调节范围为50%~100%机组额定有功出力，全厂调节的水电厂AGC调节范围为0~100%全厂额定有功出力。3.各电厂应保证AGC机组调节性能参数满足要求，机组AGC可用率、调节速率、响应时间等达到“两个细则”技术标准。4.AGC应具备“当地/远方”两种控制模式，且两种模式可无扰动切换。一般情况下，水电厂采取全厂AGC控制模式，火电机组选用单机或全厂AGC控制模式。5.未经省调批准，并网的AGC机组不得随意修改AGC运行参数，不得擅自退出AGC装置。6.参与AGC调整的机组发生异常情况或AGC装置不能正常运行时，发电企业可先停用AGC或切至“当地控制”模式后立即汇报省调值班调度员，处理完毕后应及时向省调值班调度员汇报并按调度指令投入运行。AGC管理规定机组控制上限、控制下限取前日各电厂申报机组最大、最小可调出力数值！自动发电控制原理1自动发电控制应用2新能源有功控制系统介绍3甘肃新能源有功控制系统（大型集群风电、光