自动发电控制AGC的原理及应用Word格式文档下载.docx

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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，需要提供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。

1.2.AGC的目的

AGC是以满足电力供需实时平衡为目的，使电力系统的发电出力与用电负荷相匹配，以实现高质量电能供应。

其根本任务是实现下列目标：

1）维持电力系统频率在允许误差范围之内，频率偏移累积误差引起的电钟与标准钟之间的时差在规定限值之内；

2）控制互联电网净交换功率按计划值运行，交换功率累积误差引起无意交换电量在允许范围之内；

3）在满足电网安全约束条件、电网频率和互联电网净交换功率计划的情况下协调参与AGC调节的电厂（机组）按市场交易或经济调度原则优化运行。

1.3.AGC的意义

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。

1.4.AGC的地位

AGC是一项对基础通信自动化要求高，涉及范围广，相关环节多，管理技术上有一定复杂难度的系统工程。

《全国电网调度自动化振兴纲要》和《关于开展自动发电控制（AGC）工作的通知》中明确指出，要满足现代化大电网维护正常频率、保证电能质量、加强联络线控制能力的要求，省级调度自动化系统必须具备AGC功能。

《电网调度自动化系统实用化要求》和《网、省电网调度自动化系统实用化验收细则》中明确规定，实现AGC功能是调度自动化系统提高实用化水平的基本要求。

《网、省电网调度机构安全文明生产达标考核实施细则》中也将AGC功能是否达到实用化标准，作为安全文明生产达标必备条件之一。

2.AGC的基本原理

电力系统正常运行状态下最重要的任务之一就是维持有功功率平衡，其平衡方程为：

（1）

其中：

为发电机组的出力、是电力系统的负荷是损失负荷。

电力系统的负荷无时无刻都在发生不规则的变动，分析负荷变动的特性，可将其变动规律分解为几种不同变化的分量，一般分成三种。

第一种是变化幅度很小但周期很短（10秒以内），具有很大的偶然性；

第二种是变化幅度较大、周期较长（10秒至3分钟之间）的脉动负荷，如电炉、冲压机械、电气机车等带有冲击性的负荷；

第二种是幅度大、周期很缓慢的持续变动负荷，如生产、生活、商业、气象等因素影响的负荷。

按照负荷变化三种分量的分解，电力系统的有功功率平衡及其频率调整大体上也分为一、二、三次调节：

1）对于变化周期很短（10秒以内）幅度很小的负荷波动，由发电机组的机械惯性和负荷本身的调节效应自然吸收；

2）对于周期较短（1～3分钟左右）而幅值较小的负荷变化，由发电机组的调速器自动调节，通常称为一次调节；

3）对于周期较长（10分钟以内）而幅值较大的负荷变化，则通过控制发电机组的调频器来跟踪，通常称为二次调节；

4）对于周期长（10分钟以上）而幅值大的负荷变化，则需要根据负荷预测、确定机组组合并安排发电计划曲线进行平衡，通常称为三次调节。

若要力图使运行成本最小化，在发电机组之间按最优化原则分配发电出力，就属于经济优化调度的任务了。

电力系统典型日负荷曲线如图一所示：

图一

表征电能产品质量的标准是频率、电压和波形等三项主要指标。

在稳态情况下，同一交流电力系统的频率是一致的。

当电力系统发电出力与系统负荷不平衡时，频率将随之发生变化。

因此，频率是最为敏感、最能直接反映电力系统有功功率平衡运行参数，因而也是电能质量指标中要求最为严格的一项指标。

所以，独立电力系统有功功率的平衡的问题也就成了对系统频率的监视和对发电机功率的调节问题。

电力系统典型日频率曲线如图二所示：

图二

2.1.负荷频率特性

电力系统负荷的变动将引起频率的变化，而系统频率的变化又会造成负荷功率的变化，即系统负荷是系统频率的函数：

（2）

这种负荷功率跟随频率变化的特性称为负荷的频率静态效应。

负荷的性质不同，频率静态效应也将会不同。

根据负荷的频率静态效应，负荷频率特性系数为：

（3）

即负荷变化量与频率变化量之比。

为频率变化量，为负荷变化量。

如图三所示：

图三

2.2.机组功频特性

在机组装设了有差特性调速器的电力系统中，当系统负荷发生变化时，利用这些调速器确定地分配有功功率，可以维持频率在较小范围内变化。

当频率变化时，负荷的静态频率效应特性对维持频率也会起一定的作用。

由调速器和电力系统负荷的频率静态效应特性自然调节系统频率称为有差调频。

发电机组的有功功率变化量与频率变化量的关系特性可用调差系数表示：

（4）

负号表示当系统频率下降时，发电机出力将上升；

上升时，发电机出力将下降。

用发电机组的功频静态特性系数来表示有功功率变化量与频率变化量的关系特性，则：

（5）

发电机组的调差系数是可以调整的。

通常，对汽轮发电机组。

；

对水轮发电机组。

发电机组的功频静态特性如图四所示：

图四

（5）式可写成：

（6）

或：

（7）

称为发电机组的静态调节方程。

在独立电力系统中，有功功率平衡主要考虑本控制系统的频率。

设有台机组并列运行，额定功率分别为，系统基准频率为。

当系统负荷变化引起频率变化时，各台机组的功率变化量分别为，功频静态特性系数分别为。

发电机组的静态调节方程式为：

（8）

即：

（9）

参考（7）式，有：

（10）

当负荷变化之后，每台发电机组所承担的出力变化量为：

（11）

2.3.系统频率特性

（11）式仅考虑了发电机组的静态功频特性，没有考虑负荷的静态频率特性。

实际上，当系统频率下降时，负荷功率将随之减小；

系统频率上升时，负荷功率将随之增加。

设系统负荷增加，引起系统频率降低，发电机组出力增加，两者作用后的平衡方程式为：

（12）

参考（9）式，有：

（13）

（14）

由此可见，系统频率变化不仅与负荷变化有关，还与发电机组的功频静态特性系数及负荷频率特性系数有关。

令：

（15）

称为电力系统频率特性系数。

则有：

（16）

每台发电机组所承担的出力变化量为：

（17）

2.4.独立系统调频

当负荷变化引起系统频率与发电出力变化的过程如图五所示：

图五

原先系统负荷与发电出力平衡时，系统频率为，运行点位于a。

当负荷增加而变为，即负荷的频率特性突然向上平移到，运行点瞬间由a移到b。

如果发电机组调速器不起作用，出力仍为，将引起系统频率下降，沿负荷的频率特性达到平衡，运行点由b移到c。

此时频率为，频率变化量。

由于发电机组调速器的作用，将因频率的下降而增加出力，沿机组的功频静态特性，运行点从a向d移动，与负荷的频率特性直线相交于d，达到新的平衡。

此时负荷为，发电机组增加的出力为，频率为，频率变化量，且，显然比单靠负荷的频率特性造成的频率偏移要小。

这一过程就是频率的一次调节。

由于，因而是有差调节。

当负荷增加很大时，频率可能会降低到不允许的程度。

如果把发电机组的功频静态特性向上平移与相交于b点，则所对应的频率就可恢复到原来的，此时发电机组增加的出力为，达到供需平衡，从而实现了无差调节。

这一过程就是频率的二次调节。

因为二次调节由电力系统中承担调节任务的发电机组通过其调频器来完成，所以在人工调节方式下，通常是指定调节裕度大响应较快的主调频厂来担任，在一个主调频厂满足不了要求时，还要选择一些辅助调频厂参与；

自动调节方式下，则由电网调度中心通过发电机组的调功装置来实现，这就是AGC的任务，所以二次调节也称为负荷频率控制（LoadFrequencyControl，LFC）。

三次调节则按电网调度中心事先给定的发电计划曲线调整发电机组功率来完成，在人工调节方式下按负荷预测给出的曲线执行，但不容易满足在线经济调度。

人工调节方式的缺点是显而易见的，首先是反应速度较慢，难以及时跟踪负荷的变化，更不容易反映负荷变化的趋势，在大幅度调节时，往往不符合复杂经济分配原则和安全约束条件，因此，需要采取自动调节措施。

AGC正是利用先进的技术手段来取代人工所作的二、三次调节。

2.5.自动调频方法

由于手动调频方式难以满足对频率质量的要求，因此电力系统普遍装备了自动调频装置。

自动调频是一个闭环控制系统，原理上主要由两部分组成：

1）负荷分配器。

根据系统频率和互联电网联络线交换功率的偏差，按一定准则计算并分配发电机组出力；

2）机组控制器。

根据负荷分配器给出的发电出力设定值，控制调速器并使发电出力达到设定值。

2.5.1.虚差调节法

在每一台调频发电机组上，都装有反映系统频率和有功功率的调节装置。

电力系统的各调频机组在任何时刻应满足以下方程式：

（18）

为各调频机组出力分配系数，且。

参照（8）式，并将所有调频机组加起来有：

因为，所以，即。

又因为，所以。

虽然在调节过程中频率是有差的，但在调节之后是无差的，故称为虚差调节法。

调节结束时，故各调频机组的出力为：

（19）

虚差调节法的特点是：

各调频机组间按比例分配出力；

调节过程中所有调频机组都参与动作，因此调频速度较快。

对非调频机组因频率无差，作一次调频后出力不变。

2.5.2.积差调节法

积差调节法又称同步时间法，是根据系统频率偏差的累计值进行调节的。

各调频机组积差调节法方程式为：

（20）

所有调频机组相加：

（21）

（21）式代回（20）式可得：

（22）

因就是系统负荷变化，所以：

（23）

上式表明，各调频机组的出力变化是按一定比例分配负荷变化的，并以此来达到新的供需平衡。

2.6.联合系统调频

在联合电力系统中有功功率平衡，需要联网各控制协同配合。

考虑、两个互联的联合电力系统，其负荷变化与发电机出力调节的平衡方程式为：

（24）

（25）

（24）和（25）相互代入可得：

（26）

联络线交换功率变化的平衡方程式为：

（27）

如果区域、互联的联合电力系统中区域发生负荷变化，若该区域调节能力能满足其负荷变化，则且。

否则且。

要使，必须使得，此时区域受入的联络线交换功率变化为：

（28）

同样，如果区域发生负荷变化，若该区域调节能力能满足其负荷变化，则且。

要使，必须使得，此时区域送出的联络线交换功率变化为：

（29）

显然，当区域、负荷变化时，要使且，应同时使、，这也就意味着联合电力系统中各区域应努力维持各自