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CN110429669B - 一种agc与一次调频协调的主站侧频率控制方法 - Google Patents

一种agc与一次调频协调的主站侧频率控制方法 Download PDF

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CN110429669B CN201910693068.5A CN201910693068A CN110429669B CN 110429669 B CN110429669 B CN 110429669B CN 201910693068 A CN201910693068 A CN 201910693068A CN 110429669 B CN110429669 B CN 110429669B
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罗浩成
胡泽春
江长明
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North China Grid Co Ltd
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Tsinghua University
State Grid Corp of China SGCC
North China Grid Co Ltd
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Abstract

本发明提出一种AGC与一次调频协调的主站侧频率控制方法，属于电力系统有功控制技术领域。该方法首先计算电网区域控制偏差与AGC调频需求；遍历所有AGC可用机组，判断该机组是否处于一次调频状态超过设定的AGC周期数；根据电网AGC调频需求、AGC可用机组一次调频运行状态和机组转速偏差，对可用机组进行组别划分；对于属于不同组别的机组，采取不同的方式计算并下发AGC控制指令。本发明在分发AGC控制指令时考虑机组运行状态与当前电网状态的关系，确保机组一次调频控制过程的执行，避免因一次调频与AGC控制冲突导致的频率质量恶化。

Description

一种AGC与一次调频协调的主站侧频率控制方法
技术领域
本发明属于电力系统有功控制技术领域，具体涉及一种AGC与一次调频协调的主站侧频率控制方法。
背景技术
电网频率是电能质量的重要指标之一，其反映了发电有功功率和负荷之间的平衡关系，确保电网频率稳定有利于源、网、荷等多个层级的设备安全和经济效益，因此是电网调度机构最为重要的任务之一。
在电网频率控制中，一次调频和AGC(自动发电控制)(automatic generationcontrol)均发挥了重要作用。一次调频是利用发电机组调速器的调差特性在频率偏差较大时调节发电机功率，以改善发用电的不平衡状况，减小频率偏差；AGC是通过调度机构向发电机组下发功率指令，以调节发电机组有功出力，实现减小频率偏差和联络线传输功率偏差的目标。比较而言，一次调频具有动作速度快的特点，但其动作幅度相对较小，无法实现对频率的无差调节；AGC可实现对频率的无差调节，但其动作速度相对较慢。因此，一次调频和AGC的协调控制对电网频率控制至关重要。
由于一次调频和AGC的控制目标、实现方式、控制过程、时间尺度等均有所不同，二者对发电机组的功率调节方向要求可能不一致。在紧急状态下，这可能导致机组的反向调整和过度调整，致使频率恢复缓慢和反复震荡，甚至进一步恶化频率质量，导致事故的扩大。
为了解决这一问题，专利“一种与一次调频协调控制的电网频率调整方法”(专利申请号：CN201410700043.0)、“火电机组AGC方式下确保一次调频动作的优化控制系统及方法”(专利申请号：CN201610119319.5)、“火电机组一次调频与AGC的协调控制方法”(专利申请号：CN201610461880.1)公开了多种火电机组一次调频与AGC的协调控制方法，旨在通过火电机组侧的控制策略改进，在一次调频与AGC控制方向相反时，一次调频过程得以顺利执行，以满足调度机构对一次调频的考核要求，确保电网的频率稳定和故障恢复。而以上方法均是在电厂侧进行的策略优化。
然而，由于规程、技术等原因，目前仍有部分电厂未具备合理的一次调频与AGC协调控制功能，前述一次调频与AGC发生冲突的情况仍可能出现，将严重威胁电网的频率安全。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提出了一种AGC与一次调频协调的主站侧频率控制方法。本发明在分发AGC控制指令时考虑机组运行状态与当前电网状态的关系，确保机组一次调频控制过程的执行，避免因一次调频与AGC控制冲突导致的频率质量恶化。
本发明提出一种AGC与一次调频协调的主站侧频率控制方法，包括以下步骤：
1)当前AGC周期开始时，读取电网区域频率偏差数据和联络线传输功率偏差数据，计算电网区域控制偏差与AGC调频需求；具体步骤如下：
1-1)记AGC周期为T，当前AGC周期开始时刻为t，读取电网区域t时刻频率偏差数据Δf(t)和t时刻联络线传输功率偏差数据ΔPtie(t)，计算t时刻电网区域控制偏差ACE(t)＝BΔf(t)+ΔPtie(t)，其中B为电网区域频率偏差系数；
1-2)计算t时刻AGC调频需求ΔPR(t)＝KPACE(t)+KIIACE(t)；
其中KP和KI分别为比例分量和积分分量增益系数；IACE(t)为t时刻区域控制偏差的积分分量，计算表达式如下：
IACE(t)＝IACE(t-T)+T×ACE(t)
其中，t-T为上一个AGC周期的开始时刻；IACE(t)在第一个AGC周期开始时刻的初始值为0；
2)遍历所有AGC可用机组，读取该机组本地一次调频信号和转速数据，判断该机组是否处于一次调频状态超过M个AGC周期；具体步骤如下：
2-1)对于机组序号为i的AGC可用机组，读取该机组t时刻本地一次调频信号FLocal,i(t)；FLocal,i(t)＝1表示机组序号为i的AGC可用机组t时刻处于一次调频状态，FLocal,i(t)＝0表示该机组t时刻不处于一次调频状态；
2-2)采用转速数据对步骤2-1)的机组一次调频状态进行补充判断；具体方法如下：
2-2-1)对于机组序号为i的AGC可用机组，读取该机组t时刻转速数据ωi(t)，计算该机组t时刻转速偏差Δωi(t)＝ωi(t)-ωn，其中ωn为机组额定转速；
2-2-2)对于机组序号为i的AGC可用机组，将转速偏差Δωi(t)与对应的该机组一次调频动作阈值
Figure BDA0002148484920000021
进行比较：如果
Figure BDA0002148484920000022
则判断该机组t时刻处于一次调频状态但FLocal,i(t)存在数据缺失或错误，将该机组t时刻远程一次调频标记设置为FRemote,i(t)＝1；否则判断该机组t时刻不处于一次调频状态，将该机组t时刻远程一次调频标记为FRemote,i(t)＝0；
2-3)对于机组序号为i的AGC可用机组，如果存在
Figure BDA0002148484920000023
则该机组t时刻处于一次调频状态超过M个AGC周期，将该机组t时刻一次调频标记设置为Fi(t)＝1；如果存在
Figure BDA0002148484920000031
且
Figure BDA0002148484920000032
则该机组t时刻处于一次调频状态超过M个AGC周期，但FLocal,i(t)存在数据缺失或错误，将该机组t时刻一次调频标记设置为Fi(t)＝1；否则将该机组t时刻一次调频标记设置为Fi(t)＝0；
3)根据t时刻AGC调频需求ΔPR(t)、AGC可用机组t时刻一次调频状态、机组转速偏差Δωi(t)，对所有AGC可用机组所属控制的组别进行划分；具体步骤如下：
3-1)对于机组序号为i的AGC可用机组，如果该机组t时刻不处于一次调频状态或处于一次调频状态未超过M个AGC周期，即一次调频标记Fi(t)＝0，则将该机组划入控制组别A，进入步骤4-1)；
3-2)对于机组序号为i的AGC可用机组，如果该机组t时刻处于一次调频状态已超过M个AGC周期，即一次调频标记Fi(t)＝1，且一次调频动作方向与AGC动作方向一致，即Δωi(t)×ΔPR(t)≥0，则将该机组划入控制组别A，进入步骤4-1)；
3-3)对于机组序号为i的AGC可用机组，如果该机组t时刻处于一次调频状态已超过M个AGC周期，即一次调频标记Fi(t)＝1，且一次调频动作方向与AGC动作方向不一致，即Δωi(t)×ΔPR(t)＜0，则将该机组划入控制组别B，进入步骤4-2)；
4)根据步骤3)的结果，对于不同组别的机组采取对应的AGC指令：
4-1)对于属于控制组别A的机组，根据可用调频容量按比例分配AGC调频需求，并与该机组当前实际出力叠加后设定为当前AGC周期AGC指令；计算表达式如下：
Pcmd,j(t)＝Pg,j(t)+ΔPR,j(t)，j＝1,2,...,J
Figure BDA0002148484920000033
Figure BDA0002148484920000034
其中，Pcmd,j(t)为当前AGC周期内属于控制组别A的机组j的t时刻AGC指令，Pg,j(t)为属于控制组别A的机组j的t时刻当前实际出力，ΔPR,j(t)为属于控制组别A的机组jt时刻分配到的AGC调频需求，Pavail,j(t)为属于控制组别A的机组jt时刻的可用调频容量，
Figure BDA0002148484920000035
和P j分别为属于控制组别A的机组j的出力上限和下限，j为属于控制组别A的机组序号，J为属于控制组别A的机组总数；
4-2)对于属于控制组别B的机组，将该机组当前AGC周期AGC指令更新为机组参与一次调频动作前10秒内实际出力平均值；计算表达式如下：
Figure BDA0002148484920000041
其中，Pcmd,k(t)为当前AGC周期内属于控制组别B的机组k的t时刻AGC指令，t*为属于控制组别B的机组k开始一次调频的时刻，Δt为10秒，k为属于控制组别B的机组序号，K为属于控制组别B的机组总数；
5)当下一个AGC周期到来时，重新返回步骤1)。
本发明的特点及有益效果在于：
本发明可确保在一次调频和AGC控制方向不一致时，发电机组一次调频控制过程的执行，充分发挥一次调频对频率稳定的积极作用，同时并不影响其他状态下AGC功能的执行。本发明的另一优点在于其不依赖于发电机组侧一次调频与AGC的协调控制策略，对采用不同协调控制策略的发电机组均可起到作用，保证了全网机组在频率紧急状态的相互支援和贡献。
附图说明
图1是本发明方法的整体流程图。
具体实施方式
本发明提出的一种AGC与一次调频协调的主站侧频率控制方法，下面结合附图和具体实施例进一步详细说明如下。
本发明提出的一种AGC与一次调频协调的主站侧频率控制方法，整体流程如图1所示，包括以下步骤：
1)当前AGC周期开始时，从数据采集与监视控制系统中读取电网区域频率偏差数据和联络线传输功率偏差数据，计算电网区域控制偏差与AGC调频需求。具体步骤如下：
1-1)记AGC周期为T，当前AGC周期开始时刻为t，从数据采集与监视控制系统中读取电网区域t时刻频率偏差数据Δf(t)(单位：Hz)和t时刻联络线传输功率偏差数据ΔPtie(t)(单位：MW)，计算t时刻电网区域控制偏差ACE(t)＝BΔf(t)+ΔPtie(t)，其中B为电网区域频率偏差系数(单位：MW/Hz)。
1-2)计算t时刻AGC调频需求ΔPR(t)＝KPACE(t)+KIIACE(t)，其中KP和KI分别为比例分量和积分分量增益系数(两个系数的取值范围通常为-1至0之间)，IACE(t)为t时刻区域控制偏差的积分分量，计算表达式如下：
IACE(t)＝IACE(t-T)+T×ACE(t)
其中，t-T为上一个AGC周期的开始时刻；IACE(t)在第一个AGC周期开始时刻的初始值为0。
2)遍历所有AGC可用机组，从电厂远程终端装置读取该机组本地一次调频信号和转速数据，判断该机组是否处于一次调频状态超过M(M为正数即可，建议值为5～10)个AGC周期。具体步骤如下：
2-1)对于机组序号为i的AGC可用机组，从电厂远程终端装置读取该机组t时刻本地一次调频信号FLocal,i(t)。特别地，FLocal,i(t)＝1表示机组序号为i的AGC可用机组t时刻处于一次调频状态，FLocal,i(t)＝0表示该机组t时刻不处于一次调频状态。
2-2)考虑通过远程终端装置传输的数据可能存在数据缺失或错误，以下采用转速数据对步骤2-1)的机组一次调频状态进行补充判断。具体方法如下：
步骤2-2)是在为校验2-1)中的结果准备数据(校验步骤为2-3))。当2-1)中结果为1时，2-2)的计算结果不在控制策略中起作用，但为保持数据的有效性，仍应进行计算。
2-2-1)对于机组序号为i的AGC可用机组，从电厂远程终端装置读取该机组t时刻转速数据ωi(t)(单位：r/min)，计算该机组t时刻转速偏差Δωi(t)＝ωi(t)-ωn，其中ωn为机组额定转速，一般取3000r/min。特别地对于有多个转速数据的机组，选择其t时刻转速数据的平均值或中值作为该时刻的转速数据以计算转速偏差。
2-2-2)对于机组序号为i的AGC可用机组，将转速偏差Δωi(t)与对应的该机组一次调频动作阈值
Figure BDA0002148484920000051
进行比较：如果
Figure BDA0002148484920000052
则判断该机组t时刻可能处于一次调频状态但FLocal,i(t)存在数据缺失或错误，将该机组t时刻远程一次调频标记设置为FRemote,i(t)＝1；否则判断该机组t时刻不处于一次调频状态，将该机组t时刻远程一次调频标记为FRemote,i(t)＝0。特别地，对于水电机组(包括抽水蓄能)，
Figure BDA0002148484920000053
一般取3r/min，对于其他机组，
Figure BDA0002148484920000054
一般取2r/min。
2-3)对于机组序号为i的AGC可用机组，如果有
Figure BDA0002148484920000055
则认为该机组t时刻处于一次调频状态超过M个AGC周期，将该机组t时刻一次调频标记设置为Fi(t)＝1；如果有
Figure BDA0002148484920000061
但
Figure BDA0002148484920000062
则认为该机组t时刻处于一次调频状态超过M个AGC周期，但FLocal,i(t)存在数据缺失或错误，仍将该机组t时刻一次调频标记设置为Fi(t)＝1；否则将该机组一次调频标记设置为Fi(t)＝0。
3)根据t时刻AGC调频需求ΔPR(t)、AGC可用机组t时刻一次调频状态、机组转速偏差Δωi(t)，对所有AGC可用机组所属控制的组别进行划分。具体步骤如下：
3-1)对于机组序号为i的AGC可用机组，如果该机组t时刻不处于一次调频状态或处于一次调频状态未超过M个AGC周期，即一次调频标记Fi(t)＝0，则将该机组划入控制组别A，进入步骤4-1)。
3-2)对于机组序号为i的AGC可用机组，如果该机组t时刻处于一次调频状态已超过M个AGC周期，即一次调频标记Fi(t)＝1，且一次调频动作方向与AGC动作方向一致，即Δωi(t)×ΔPR(t)≥0，则将该机组划入控制组别A，进入步骤4-1)。
3-3)对于机组序号为i的AGC可用机组，如果该机组t时刻处于一次调频状态已超过M个AGC周期，即一次调频标记Fi(t)＝1，且一次调频动作方向与AGC动作方向不一致，即Δωi(t)×ΔPR(t)＜0，则将该机组划入控制组别B，进入步骤4-2)。
4)根据步骤3)的结果，对于不同组别的机组采取对应的AGC指令：
4-1)对于属于控制组别A的机组，根据可用调频容量按比例分配AGC调频需求，并与该机组当前实际出力叠加后设定为当前AGC周期AGC指令；计算公式如下：
Pcmd,j(t)＝Pg,j(t)+ΔPR,j(t)，j＝1,2,...,J
Figure BDA0002148484920000063
Figure BDA0002148484920000064
其中，Pcmd,j(t)为当前AGC周期内属于控制组别A的机组j的t时刻AGC指令(单位：MW)，Pg,j(t)为属于控制组别A的机组j的t时刻当前实际出力(单位：MW)，ΔPR,j(t)为属于控制组别A的机组jt时刻分配到的AGC调频需求(单位：MW)，Pavail,j(t)为属于控制组别A的机组jt时刻的可用调频容量(单位：MW)，
Figure BDA0002148484920000065
和Pj分别为属于控制组别A的机组j的出力上限和下限，j为属于控制组别A的机组序号，J为属于控制组别A的机组总数。
4-2)对于属于控制组别B的机组，将该机组当前AGC周期AGC指令更新为机组参与一次调频动作前10秒内实际出力平均值；计算公式如下：
Figure BDA0002148484920000071
其中，Pcmd,k(t)为当前AGC周期内属于控制组别B的机组k的t时刻AGC指令(单位：MW)，t*为属于控制组别B的机组k开始一次调频的时刻，Δt为10秒，k为属于控制组别B的机组序号，K为属于控制组别B的机组总数。
5)当下一个AGC周期到来时，重新返回步骤1)。

Claims (1)

1.一种AGC与一次调频协调的主站侧频率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)当前AGC周期开始时，读取电网区域频率偏差数据和联络线传输功率偏差数据，计算电网区域控制偏差与AGC调频需求；具体步骤如下：
1-1)记AGC周期为T，当前AGC周期开始时刻为t，读取电网区域t时刻频率偏差数据Δf(t)和t时刻联络线传输功率偏差数据ΔPtie(t)，计算t时刻电网区域控制偏差ACE(t)＝BΔf(t)+ΔPtie(t)，其中B为电网区域频率偏差系数；
1-2)计算t时刻AGC调频需求ΔPR(t)＝KPACE(t)+KIIACE(t)；
其中KP和KI分别为比例分量和积分分量增益系数；IACE(t)为t时刻区域控制偏差的积分分量，计算表达式如下：
IACE(t)＝IACE(t-T)+T×ACE(t)
其中，t-T为上一个AGC周期的开始时刻；IACE(t)在第一个AGC周期开始时刻的初始值为0；
2)遍历所有AGC可用机组，读取该机组本地一次调频信号和转速数据，判断该机组是否处于一次调频状态超过M个AGC周期；具体步骤如下：
2-1)对于机组序号为i的AGC可用机组，读取该机组t时刻本地一次调频信号FLocal,i(t)；FLocal,i(t)＝1表示机组序号为i的AGC可用机组t时刻处于一次调频状态，FLocal,i(t)＝0表示该机组t时刻不处于一次调频状态；
2-2)采用转速数据对步骤2-1)的机组一次调频状态进行补充判断；具体方法如下：
2-2-1)对于机组序号为i的AGC可用机组，读取该机组t时刻转速数据ωi(t)，计算该机组t时刻转速偏差Δωi(t)＝ωi(t)-ωn，其中ωn为机组额定转速；
2-2-2)对于机组序号为i的AGC可用机组，将转速偏差Δωi(t)与对应的该机组一次调频动作阈值
Figure FDA0002583675410000011
进行比较：如果
Figure FDA0002583675410000012
则判断该机组t时刻处于一次调频状态但FLocal,i(t)存在数据缺失或错误，将该机组t时刻远程一次调频标记设置为FRemote,i(t)＝1；否则判断该机组t时刻不处于一次调频状态，将该机组t时刻远程一次调频标记为FRemote,i(t)＝0；
2-3)对于机组序号为i的AGC可用机组，如果存在
Figure FDA0002583675410000013
则该机组t时刻处于一次调频状态超过M个AGC周期，将该机组t时刻一次调频标记设置为Fi(t)＝1；如果存在
Figure FDA0002583675410000021
且
Figure FDA0002583675410000022
则该机组t时刻处于一次调频状态超过M个AGC周期，但FLocal,i(t)存在数据缺失或错误，将该机组t时刻一次调频标记设置为Fi(t)＝1；否则将该机组t时刻一次调频标记设置为Fi(t)＝0；
3)根据t时刻AGC调频需求ΔPR(t)、AGC可用机组t时刻一次调频状态、机组转速偏差Δωi(t)，对所有AGC可用机组所属控制的组别进行划分；具体步骤如下：
3-1)对于机组序号为i的AGC可用机组，如果该机组t时刻不处于一次调频状态或处于一次调频状态未超过M个AGC周期，即一次调频标记Fi(t)＝0，则将该机组划入控制组别A，进入步骤4-1)；
3-2)对于机组序号为i的AGC可用机组，如果该机组t时刻处于一次调频状态已超过M个AGC周期，即一次调频标记Fi(t)＝1，且一次调频动作方向与AGC动作方向一致，即Δωi(t)×ΔPR(t)≥0，则将该机组划入控制组别A，进入步骤4-1)；
3-3)对于机组序号为i的AGC可用机组，如果该机组t时刻处于一次调频状态已超过M个AGC周期，即一次调频标记Fi(t)＝1，且一次调频动作方向与AGC动作方向不一致，即Δωi(t)×ΔPR(t)＜0，则将该机组划入控制组别B，进入步骤4-2)；
4)根据步骤3)的结果，对于不同组别的机组采取对应的AGC指令：
4-1)对于属于控制组别A的机组，根据可用调频容量按比例分配AGC调频需求，并与该机组当前实际出力叠加后设定为当前AGC周期AGC指令；计算表达式如下：
Pcmd,j(t)＝Pg,j(t)+ΔPR,j(t)，j＝1,2,...,J
Figure FDA0002583675410000023
Figure FDA0002583675410000024
其中，Pcmd,j(t)为当前AGC周期内属于控制组别A的机组j的t时刻AGC指令，Pg,j(t)为属于控制组别A的机组j的t时刻当前实际出力，ΔPR,j(t)为属于控制组别A的机组j的t时刻分配到的AGC调频需求，Pavail,j(t)为属于控制组别A的机组j的t时刻的可用调频容量，
Figure FDA0002583675410000025
和P j分别为属于控制组别A的机组j的出力上限和下限，j为属于控制组别A的机组序号，J为属于控制组别A的机组总数；
4-2)对于属于控制组别B的机组，将该机组当前AGC周期AGC指令更新为机组参与一次调频动作前10秒内实际出力平均值；计算表达式如下：
Figure FDA0002583675410000031
其中，Pcmd,k(t)为当前AGC周期内属于控制组别B的机组k的t时刻AGC指令，t*为属于控制组别B的机组k开始一次调频的时刻，Δt为10秒，k为属于控制组别B的机组序号，K为属于控制组别B的机组总数；
5)当下一个AGC周期到来时，重新返回步骤1)。
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