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1、专业好文档电网自动发电控制(AGC)技术应用探讨王 焰（华北电力大学，北京 102206）The Exploration of Application of Automatic Generation Control（AGC）of Power GridWang Yan（North China Electric Power University, Beijing,102206）ABSTRACT：This paper incorporating the reality of North China Power Grid, from the point of view of power grid di
2、spatching, summing-up and analysis on AGC evaluation, AGC application of multiregion, calculating of AGC performance index, performance analysis of operating of AGC generating sets, etc.KEY WORDS：Power Grid；AGC；AGC Evaluation；Functional Setting up；Performance Index ；Performance Analysis摘要：文章结合华北电网实际
3、，从电网调度角度出发，对自动发电控制技术（AGC）在电网中的考核、多区域自动发电控制应用、性能指标计算、机组运行性能分析等领域的应用进行了分析总结。关键词：电网；自动发电控制；AGC考核；功能分设；性能指标；性能分析1. 引言自动发电控制(AGC)作为调度自动化系统中一项重要的控制功能，是完成频率与有功功率的调整任务的。其目的是保持电网计划的交换功率和标准频率，并尽可能经济地保持电力系统运行发供电平衡，维持区域间净交换功率为计划值。华北东北大区电网联网运行后，为保证华北电网电能质量和网间联络线控制水平，华北网调CC2000 EMS系统AGC功能采用了联络线频率偏移控制（TBC）方式，相继山西、
4、河北、内蒙中调EMS系统AGC功能也采用了TBC控制方式，实现各控制分区负责本分区内的负荷扰动。同时，由华北网调EMS系统计算的各控制分区的区域控制误差（ACE）实时值，实时地（每8秒下发一次）发送到各省（自治区）中调EMS系统和AGC电厂的远动装置（RTU），使各中调和电厂共同对电网的功率缺赢额实时掌握，并根据调度命令相应地快速调整发电出力和联络线潮流值，以保证电网优质运行。截止到2009年底，京津唐电网投入AGC机组已达到89台，20万以上的火电机组已全部投入AGC，机组总容量已达34，610MW，其中可调容量为17，205MW，可调容量占统调装机容量的40.29；河北电网投入AGC机组已
5、达到48台，机组总容量已达18，320MW，其中可调容量为9，060MW，可调容量占统调装机容量的44.11：山东电网投入AGC机组已达到85台，机组总容量已达30，645MW，其中可调容量为12，224MW，可调容量占统调装机容量的30.19；内蒙电网投入AGC机组已达到72台，机组总容量已达21，020MW，其中可调容量为9，800MW，可调容量占统调装机容量的29.70；山西电网投入AGC机组已达到65台，机组总容量已达22，480MW，其中可调容量为11，240MW，可调容量占统调装机容量的39.88：华北电网投入的AGC机组已达359台，机组总容量已达166，257MW，其中可调容量
6、为59，639MW，可调容量占统调装机容量的35.87，达到并保持了一流电网对AGC运行指标的考核要求（国内一流指标：可调容量占统调装机容量的百分比大于等于12，国际一流指标:可调容量占统调装机容量的百分比大于等于20）。这表明华北电网在AGC应用方面保持了较高的水平。2. 区域联网后华北电网自动发电控制（AGC）及其考核的实现1) AGC软件设计华北电网AGC纳入CC2000系统的实时运行环境（RTE）管理，按照面向对象的思想,采用事件驱动的机制，AGC作为一个独立的应用（Application）agcbob，与其它应用之间不产生直接联系，而是靠事件驱动来传递数据，以保证分布式系统各节点ag
7、cbob数据库的一致性和各应用本身的相对独立性和稳定性。agcbob配置在主、备服务器和其它镜象节点上，主服务器agcbob接收和处理事件并下发控制命令，而备机和镜象只接收处理事件，不下发控制命令。agcbob包含AGC数据库及方法。方法由很多函数组成，最重要的是由实时运行环境（RTE）的时间管理进程（timer）发出的周期启动AGC的计算事件和AGC人机界面agcrap发出的修改参数事件的相应函数。AGC设点控制以事件方式下发给SCADA（包括数据采集与监视控制的全部功能），再由SCADA下发至前置机。agcbob还考虑了与EMS应用软件如机组计划，联络线交易计划，超短期负荷预报等的接口。A
8、GC数据库采用商用关系数据库（采用SYBASE）和实时数据库相结合的技术。实时数据库常驻内存并周期地存放在SYBASE中，利用CC2000提供的数据库访问基本服务函数完成对数据库的读写等操作。AGC数据库还包含历史库，存放AGC月度和年度的考核数据。基于X窗口和Motif开发的AGC界面实现了汉化，包含监视、维护和控制等画面，设计时充分考虑了调度员的使用方便。2) 华北电网AGC模式和特点华北、东北联网后，联络线频率偏差控制（TBC）是大区互联电网AGC控制的主要方式。从理论上讲，只要各控制区计算区域控制误差（ACE）的频率特性系数等于控制区本身的自然频率特性系数，各控制区就只承担控制区内部的
9、发电或负荷扰动，而不承担控制区以外的发电或负荷扰动，这样就真正体现了电网调度公正、公平、合理的原则。AGC分层控制指华北网调AGC程序统一计算三省（区）的ACE，再通过远动或计算机通信将ACE下发至三省（区）AGC，三省（区）AGC根据接收到的ACE调节各自控制区的机组出力。AGC分层控制有利于体现网省调区域协调控制的优势。三省（区）的ACE目前采用远动方式传送。华北网调除向三省（区）下发各自ACE外，还向京津唐网内所有调频机组（包括未参加AGC的机组）通过远动方式下发华北网调的ACE，即使机组不参加AGC自动调整，厂站值班人员也可根据ACE变化，手动参与全网频率调整。这样一方面可以减轻AGC
10、机组的负担，另一方面更有利于全网频率质量的提高。AGC控制策略是与考核标准相关的。华北、东北联网初期，华北电网AGC控制与考核仍按北美可靠性委员会（NERC）A1、A2标准进行。A1、A2标准要求正常运行时控制区ACE在十分钟内至少过零一次及十分钟ACE平均值必须在规定范围Ld内（国调中心要求十五分钟）。采用A1、A2标准进行控制，以调整机组出力使ACE在规定时间过零为控制目标，物理概念比较清楚，但要以机组频繁进行调节、增加损耗为代价，而且不利于电网故障后对事故支援的评价。3. 基于CC2000系统实现华北网调和京津唐中调AGC功能分设的应用研究1) 研究依据CC2000系统的自动发电控制（A
11、GC）技术在华北电网ACE控制方面，曾经成为保持电网稳定、保证电能质量的不可缺少的技术手段。但随着近期华北网调和京津唐中调分设和华北区域电网成型，原有的AGC功能也需要进行调整。CC2000系统原有的AGC功能模块是针对单区域电力系统进行设计的，而网中调分设后的实质是按两级电网分别进行调度，即形成了多区域电力系统。因此，解决如何在网调和中调之间实现AGC功能的分设，以及在此基础上如何基于同一套CC2000系统提供操作支持，可以为网中调分设扫清技术上的障碍，保证电网从从前调度方式向网中调分别调度的稳定过渡。其实，实行网中调分级调度以后，上述的问题实质上归结为如何实现多区域自动发电控制问题。而华北
12、电网结构复杂，500kV线路和220kV线路耦合紧密，限制条件很多，为实现区域自动发电控制带来不少难度。2) 研究方法和技术路线研究方法上，在阐明多区域自动发电控制的原理阶段，主要采用数学建模的一般方法对其算法进行研究，并在此基础上，按照软件工程的一般要求，进行计算模块开发；在研究两个紧密耦合复杂电网的多区域自动发电控制如何实现阶段，主要采取数字仿真的方法进行研究；在按照实际的网、中调调度范围实现多区域自动发电控制阶段，结合数字仿真和逐步扩展范围的试验进行研究；在为网、中调调度员分别实现操作界面支持阶段，结合调度员调度习惯，按照软件工程的一般要求，进行人机界面软件开发。技术路线上，采用理论结合
13、实际的技术路线，在保证理论研究有成果的基础上，重点放在调度工作的生产实际上，以能否为网、中调分设后的调度工作提供方便、高效的AGC技术支持作为衡量相关研究工作成功与否的标准。实际进度中，首先通过数学建模，研究多区域自动发电控制的原理和算法，编写计算模块，另外，结合调度员调度习惯，编写人机界面相关程序；其次，结合华北电网结构，进行数字仿真，对多区域自动发电控制程序进行测试；最后，按照实际调度范围，进行仿真和试验，逐步确定各区域相关参数，最终实现工程应用，通过验收。3) 研究内容和成果研究的主要内容和成果包括：研究多区域自动发电控制的原理，建立其数学模型，阐明各区域内频率变化规律及区域间功率交换规
14、律，并研究多区域自动发电控制的相关算法；根据华北电网结构特点，针对紧密耦合的两个电网，进行多区域自动发电控制程序开发和调试；结合数字仿真系统，对开发的多区域自动发电控制程序进行仿真测试，内容应该包括：各种预想机组调度范围仿真、AGC不同控制方式仿真；按照公司最终下达的华北电网和京津唐电网调度范围，确定多区域自动发电控制的范围，以及联络线（联变）走廊的定义，并结合仿真，再次试验各区域AGC控制方式并确定相关参数；开发新的AGC操作界面，为网、中调调度员分别提供操作平台；为网、中调实现AGC功能的分设，并为网、中调调度员分别提供AGC操作支持；基于同一套CC2000系统实现多区域自动发电控制，并实
15、现频率/ACE调整的优化；与以上成果相对应的软件包、论文和技术文档。4. 电网AGC性能指标计算及补偿考核度量办法1) 网内某台机组一次典型的AGC机组设点控制过程图中， 是该机组可调的下限出力，是其可调的上限出力，是其额定出力，是其启停磨临界点功率。2) 各类性能指标的具体计算方法定义两类AGC补偿考核指标，即可用率、调节性能:可用率反映机组AGC功能良好可用状态；调节性能目前考虑调节速率、调节精度与响应时间等三个因素的综合体现。i. 可用率计算公式：，其中可投入AGC时间指结算月内，机组AGC保持可用状态的时间长度，月有效时间指月日历时间扣除因为非电厂原因（含检修、通道故障等）造成的不可用
16、时间。计算频率为每月统计一次。ii. 调节速率计算公式：，式中 是第i台机组的调节速率（MW/分钟），是其结束响应过程时的出力（MW），是其开始动作时的出力（MW），是结束的时刻（分钟），是开始的时刻（分钟），是其启停磨临界点功率（MW），是启停磨实际消耗的时间（分钟）。计算频率为每次满足调节速率计算条件时计算。iii. 调节精度计算公式：，其中，为第i台机组在第j计算时段内的调节偏差量（MW），为其在该时段内的实际出力，为该时段内的设点指令值，为该时段终点时刻，为该时段起点时刻。计算频率为每次满足调节精度计算条件时计算。iv. 响应时间计算公式：和，式中，为该次AGC机组的响应时间。火电机组
17、AGC响应时间应小于1分钟，水电机组AGC的响应时间应小于10秒。计算频率为每次满足响应时间计算条件时计算。v. 调节性能计算公式,式中，衡量的是该AGC机组第次调节过程中的调节性能好坏程度。调节性能日平均值 ,式中， 反映了某AGC机组一天内次调节过程中的性能指标平均值。未被调用AGC的机组是指装设AGC但一天内一次都没有被调用的机组。调节性能月度平均值 ，式中， 反映了某AGC机组一个月内次调节过程中的性能指标平均值。未被调用AGC的机组是指装设AGC但在考核月内一次都没有被调用的机组。计算频率为每次AGC指令下发时计算，次日统计前一日的平均值，月初统计上月的平均值。5. 京津唐电网AGC
18、机组运行性能分析1) 京津唐投运AGC机组增长情况 近三年，京津唐投运AGC机组增长情况如下图所示。 2) 2009年月AGC机组调节性能总体概况AGC机组优良的调节性能对保证AGC的调整效果至关重要。因此，准确掌握AGC机组实时调节效能，并对其加以考核不但是一项有意义的工作，而且势在必行。通过华北CC-2000 EMS系统AGC机组调节性能在线测定软件，对2009年期间AGC机组运行性能（上升速率、下降速率、调节精度、响应时间和综合性能指标Kp）进行在线测试并分析如下：i. AGC机组2009年月平均相对调节上升速率曲线如下： 由以上曲线可看出，随着5月两个细则的考核，AGC机组的调节上升速
19、率不断改善，调节速率基本达到了AGC管理办法中机组容量1.5的要求，相比5月两个细则的考核前有了很大提高。ii. AGC机组2009年月平均相对调节下降速率曲线如下： 由以上曲线可看出，随着5月两个细则的考核，AGC机组的相对调节下降速率不断改善，调节速率基本达到了AGC管理办法中机组容量1.5的要求，相比5月两个细则的考核前有了很大提高。iii. AGC机组2009年月平均相对调节精度曲线如下：由以上曲线可看出，随着5月两个细则的考核，AGC机组的相对调节精度值不下降，已达到了AGC管理办法中调节精度为机组容量1（相对调节精度为100）的要求，相比5月份两个细则的考核前有了很大提高。iv.
20、AGC机组2009年月平均响应时间曲线如下：由以上曲线可看出，随着5月两个细则的考核，AGC机组的相对响应时间不断减小，已达到了AGC管理办法中响应时间1分钟（相对响应时间为100%）的要求，相比5月份两个细则的考核前有了很大提高。v. AGC机组2009年月平均相Kp曲线如下：由以上曲线可看出，随着5月两个细则的考核，AGC机组综合性能指标Kp有了很大的改善，相比5月份两个细则的考核前有了很大提高。总之，通过对2009年1至12月AGC调节性能各项指标的分析可以看出，AGC机组的各项性能有了很大的提高。6. 结语建立一套科学完整的AGC运行管理制度和考核办法，是保证电网AGC安全、稳定、可靠
21、运行的保障。通过对AGC机组调节速率进行在线测试，有相当部分的AGC机组的响应时间、调节速率、和调节精度有了很大的提高。但是，还有一些机组调节性能指标达不到AGC管理办法的要求，各电厂对照批准书自查，不合格的机组要限期整改。华北电网AGC机组主要以火电机组为主，机组调节性能的总体情况有待进一步改进提高。各发电公司（电厂）需根据华北CC-2000EMS系统AGC机组调节效能在线测定软件对2009年AGC机组在线考核统计的数据，认真分析本厂各个机组的运行情况，找出问题并制定出整改方案，使华北电网AGC机组调节性能不断提高。针对华北电网投入AGC机组现状和已投AGC机组运行情况及存在的问题，为提高电
22、网AGC工作和AGC运行水平，华北网调在不断深入加强AGC运行管理工作的同时，对华北电网AGC运行机组提出一些要求。各单位需始终严格执行“AGC投入批准书”的各项规定与要求，确保AGC机组的调节性能。各AGC电厂需加强对电厂侧自动化设备（RTU或监控系统）的维护，保证自动化设备正确接收或发送远动信号和AGC控制命令的可靠、正确传输。各AGC电厂安排专人对AGC机组的运行状况进行定期检查，对AGC机组的运行参数（包括调节速率、调节精度、响应时间）进行测试，做到对问题及时发现、及时解决。对新投AGC电厂或机组，加强运行人员的培训，格执行电网自动发电控制（AGC）运行管理办法，提高DCS系统和AGC
23、系统的运行水平。 参考文献1) 华北电网2009年自动发电控制（AGC）运行分析总结，华北电网有限公司2) 华北电网2008年自动发电控制（AGC）运行分析总结，华北电网有限公司3) 华北电网AGC管理办法，华北电网有限公司4) 华北区域发电厂并网运行管理实施细则，华北电网有限公司5) AGC的基本原理及应用，高伏英，百度文库，20106) AGC容量需求研究，李雪峰等，电力自动化设备，No.6,20097) 电力市场条件下安全经济AGC模型的应用，孔祥玉等，浙江大学学报（工学版），No.9,20088) 关于自动发电控制（AGC）的研究，张建武，华北电力大学学位论文，20079) 电力系统调
24、频与自动发电控制，刘维烈，中国电力出版社，200610) 自动发电控制及一次调频控制系统，张斌，中国电力出版社，200611) 自动发电控制中频率偏差系数确定方法的探讨，刘乐等，电力系统自动化，No.6,200612) 电力市场中自动发电控制研究，郑宇，华中科技大学学位论文，200513) 华北电网自动发电控制（AGC），刘永奇等，电网技术，No.18，200514) 基于CC-2000系统的华北AGC机组调节效能在线测定软件开发，谢旭等，电网技术 No.18，200515) 华北电网一体化调度计划和实时发电控制系统的设计与实现，谢开等，电网技术 No.18，200516) AGC机组调节速率
25、和精度的实时计算方法，冯玉昌等，电力系统自动化No.4，200417) 华北电网多区域自动发电控制与在线经济调度的研究，潘敬东等，电力自动化设备，No.11,200418) AGC辅助服务市场的竞价模式研究，丁军威等，清华大学学报(自然科学版)，No.9,200319) 华北、东北联网后华北电网自动发电控制 (AGC)及其考核的实现，杨小煜等，电网技术，No.7，200120) 电力市场建立后电网AGC技术改进的探讨，桂贤明等，电力系统自动化，No.5,200021) 电网AGC分层控制，洪宪平，中国电力， No.9，200022) 能量管理系统，于尔铿，刘广一，周京阳，科学出版社，1998作
26、者简介王焰女，1977年生，华北电网有限公司职工，华北电力大学在读工程硕士。电话：（010）83581265，15901363926邮箱： Editors note: Judson Jones is a meteorologist, journalist and photographer. He has freelanced with CNN for four years, covering severe weather from tornadoes to typhoons. Follow him on Twitter: jnjonesjr (CNN) - I will always wond
27、er what it was like to huddle around a shortwave radio and through the crackling static from space hear the faint beeps of the worlds first satellite - Sputnik. I also missed watching Neil Armstrong step foot on the moon and the first space shuttle take off for the stars. Those events were way befor
28、e my time.As a kid, I was fascinated with what goes on in the sky, and when NASA pulled the plug on the shuttle program I was heartbroken. Yet the privatized space race has renewed my childhood dreams to reach for the stars.As a meteorologist, Ive still seen many important weather and space events,
29、but right now, if you were sitting next to me, youd hear my foot tapping rapidly under my desk. Im anxious for the next one: a space capsule hanging from a crane in the New Mexico desert.Its like the set for a George Lucas movie floating to the edge of space.You and I will have the chance to watch a
30、 man take a leap into an unimaginable free fall from the edge of space - live.The (lack of) air up there Watch man jump from 96,000 feet Tuesday, I sat at work glued to the live stream of the Red Bull Stratos Mission. I watched the balloons positioned at different altitudes in the sky to test the wi
31、nds, knowing that if they would just line up in a vertical straight line we would be go for launch.I feel this mission was created for me because I am also a journalist and a photographer, but above all I live for taking a leap of faith - the feeling of pushing the envelope into uncharted territory.
32、The guy who is going to do this, Felix Baumgartner, must have that same feeling, at a level I will never reach. However, it did not stop me from feeling his pain when a gust of swirling wind kicked up and twisted the partially filled balloon that would take him to the upper end of our atmosphere. As
33、 soon as the 40-acre balloon, with skin no thicker than a dry cleaning bag, scraped the ground I knew it was over.How claustrophobia almost grounded supersonic skydiverWith each twist, you could see the wrinkles of disappointment on the face of the current record holder and capcom (capsule communica
34、tions), Col. Joe Kittinger. He hung his head low in mission control as he told Baumgartner the disappointing news: Mission aborted.The supersonic descent could happen as early as Sunday.The weather plays an important role in this mission. Starting at the ground, conditions have to be very calm - win
35、ds less than 2 mph, with no precipitation or humidity and limited cloud cover. The balloon, with capsule attached, will move through the lower level of the atmosphere (the troposphere) where our day-to-day weather lives. It will climb higher than the tip of Mount Everest (5.5 miles/8.85 kilometers),
36、 drifting even higher than the cruising altitude of commercial airliners (5.6 miles/9.17 kilometers) and into the stratosphere. As he crosses the boundary layer (called the tropopause), he can expect a lot of turbulence.The balloon will slowly drift to the edge of space at 120,000 feet (22.7 miles/3
37、6.53 kilometers). Here, Fearless Felix will unclip. He will roll back the door.Then, I would assume, he will slowly step out onto something resembling an Olympic diving platform.Below, the Earth becomes the concrete bottom of a swimming pool that he wants to land on, but not too hard. Still, hell be
38、 traveling fast, so despite the distance, it will not be like diving into the deep end of a pool. It will be like he is diving into the shallow end.Skydiver preps for the big jumpWhen he jumps, he is expected to reach the speed of sound - 690 mph (1,110 kph) - in less than 40 seconds. Like hitting t
39、he top of the water, he will begin to slow as he approaches the more dense air closer to Earth. But this will not be enough to stop him completely.If he goes too fast or spins out of control, he has a stabilization parachute that can be deployed to slow him down. His team hopes its not needed. Inste
40、ad, he plans to deploy his 270-square-foot (25-square-meter) main chute at an altitude of around 5,000 feet (1,524 meters).In order to deploy this chute successfully, he will have to slow to 172 mph (277 kph). He will have a reserve parachute that will open automatically if he loses consciousness at
41、 mach speeds.Even if everything goes as planned, it wont. Baumgartner still will free fall at a speed that would cause you and me to pass out, and no parachute is guaranteed to work higher than 25,000 feet (7,620 meters).It might not be the moon, but Kittinger free fell from 102,800 feet in 1960 - at the dawn of an infamous space race that captured the hearts of many. Baumgartner will attempt to break that record, a feat that boggles the mind. This is one of those monumental moments I will always remember, because there is no way Id miss this.14/14