自动发电控制(AGC)联合静态试验和热态试验研究.pdf

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自动发电控制(AGC)联合静态试验和热态试验研究1 自动发电控制(AGC)联合静态试验和热态试验研究2 自动发电控制(AGC)联合静态试验和热态试验研究3 自动发电控制(AGC)联合静态试验和热态试验研究4 自动发电控制(AGC)联合静态试验和热态试验研究5 自动发电控制(AGC)联合静态试验和热态试验研究6
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第38卷第13期2010年7月1日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControlvol_38NO.13Ju1.1.2010自动发电控制(A60)联合静态试验和热态试验研究时海刚(山东省电力学校,山东泰安27l000)摘要:为了满足电网AGC控制的要求,必须测试发电厂控制器的实时负荷跟踪性能,以确定能否参与AGC调节。面对火力和水力(或抽水蓄能)发电厂的AGC负荷响应特性存在很大差异的问题,提出必须有针对性地分别进行试验,以反映实际情况。制定了AGC试验方法和步骤,并着手进行离线静态模拟和实时热态跟踪两种情况的试验,得出试验数据和曲线。对试验数据进行了分析,得出AGC控制性能指标,从而为系统AGC联调提供试验依据和必要的工程准备。关键词:自动发电控制;静态试验;热态试验;智能电网;负荷分配;发供平衡;区域误差;调差率;功一频特性Analysisandexperimentationresearchofthestatictestandhottestoftheautomaticgenerationcontrol(AGC)—SHIHaigang(ShandongElectricPowerSchool,Taian271000,China)—Abstract:InordertomeetthedemandofgridAGCcontrol,ithastotesttherealtimetrackingperformanceofpowerplantcontrollerstOassureifthecontrollerscanbeusedintheAGCadjustment.ThispaperputsforwardtotestindividuallytoreflecttheactualconditionforthesituationthattherearegreatdifferencesoftheAGCloadresponseperformanceinthethermalpowerplantandhydraulicpowerplant.ThenthispapermakesthemethodandproceduresofAGCtest,anddoesthetestsofofflinestaticsimulationandreal・timeonlinetrackingtogetthetestdataandcurve.Atlast,itanalyzesthetestdatatogettheAGCcontrolperformanceindex,andthustOprovidethetestreferenceandnecessaryprojectpreparationfortheAGCcombinedadjustmentofthesystem.Keywords:automaticgener ̄ioncontrol(AGC):stoictest;hottest;smartgrid;loaddistribution;balanceofthegenerationandsupply;regionalerror;adjustmentrate;characteristicsofthepower- ̄equency中图分类号:TM76文献标识码:A——文章编号:16743415(2010)130065-060引言近年来,电力系统规模不断扩大,风能、太阳能等新能源快速发展,电源以及电网负荷越来越分散,负荷的变化速率也越来越快。同时,由于这些负荷随时变化的新能源的加入,给电网控制带来一定困难。因此,必须采取一定的技术手段,实时对电网的质量指标进行调整和控制,避免严重影响电网的运行。这种技术手段称为自动发电控制(AutomaticGenerationControl,AGC)[11。AGC负责对电网和电源企业进行协调,在维持电网频率稳定的同时能快速响应多种接入能源的负荷变化,是保持发电功率与负荷功率平衡的关键。风头正劲的智能电网技术虽将能源资源开发、输送、存储、转换(发电)、输电、配电、供电、售电、服务以及蓄能与能源终端用户的各种电气设备和其它用能设施通过数字信息化网络连接在一起L2】,但其核心依然是AGC。AGC一改过去电力系统频率和有功功率的控制在电源侧各发电企业分别进行的局面,而是根据发电机组的调节性能及在电网中的地位进行分类,再把电网负荷指令变为每个机组的负荷指令,进行分别控制,快速实现发供平衡。由此可见,AGC必须同时满足电网调度和电源企业控制的要求。而每台机组的AGC特性将直接影响控制效果,也必将影响电网的性能。通过对组网的每台发电机组进行试验,便能获得机组及系统的AGC特性参数,然后对试验数据进行分析和研究,以提高AGC的控制效果。在此基础上再进行全厂AGC试验,单个控制区联调及多个控制区的联调。由于火力发电和水力发电的调节特性存在根本不同,因此,一般情况下,火力发电厂常采取单台机组AGC试验方案,而配有多台发电机组的水电厂采用全厂AGC试验方案。.66.电力系统保护与控制1AGC概述1.1电力系统的负荷变化及频率调节电力系统频率波动的主要原因是发电机组输入功率与输出功率(负载)的失衡。尽管原动机输入功率也在随时变化,但通过改善自身的调速器特性便可很容易地进行控制。因此失衡的状况更多取决于负荷和同网其他发电机的运行工况。众所周知,电力系统一次调频是有差调节。比如火力发电厂中,一次调频并没有改变锅炉的燃烧状况,在调节的瞬间,仅仅利用了蓄热,早晚还是要回到以前的状态。因此,必须采用二次调频,也就是AGC。它能充分调动各种资源,维持电网能量平衡,实现无差调节。比如在采用CCS的火电厂中,AGC同时把指令送给汽轮机和锅炉,使它们同时响应负荷的变化而又满足对汽压的规定。当然,最终还要实现三次调频(经济负荷分配),但笔者认为,现在的AGC技术应包括经济负荷分配的内容。1.2AGC系统的结构和功能AGC系统的结构如图1所示。艇藕管理系统EMsl1if网络通粗作站fRTu通信一:作站I信ll篓……\\…………嘲络翊工作站4R11Jf一II1………l电厂控制系统}一}电厂控制器i发电机组发电机组图1AGC系统的结构图Fig.1StructureoftheAGCsystemAGC的功能要求如下:(1)火力发电厂机组的热工自动控制系统(一般采用分散控制系统DCS)必须在自动方式运行,“”且协调控制系统(CCS)必须在协调控制方式;水电厂自动控制系统及功率调节装置应可靠运行。(2)电网调度中心的能量管理系统(EMS)、通信网络、电厂端的远方终端(RTu)必须都在正常工作状态,并能从EMS的终端上直接改变CCS(或水电厂自动控制系统)中的调度负荷指令。CCS(或水电厂自动控制系统)能直接收到从EMS下发的要“”“”求执行自动发电控制的投入和切除信号、“”调度负荷指令的模拟量信号(标准接口为4~20mADC),EMSfi ̄接收 ̄jccs(或水电厂自动控“制系统)的反馈信号、协调控制方式信号和AGC投”/切信号o“”(3)EMS下达的调度负荷指令信号与电厂机组实际出力的绝对偏差必须控制在允许范围内。(4)机组在自动控制方式下运行,直接由电网调度中心远方控制。自动控制系统的手动负荷设定器的输出负荷指令自动跟踪调度负荷指令;在就地控制时,调度负荷指令自动跟踪机组实发功率。2试验目的和实现AGC必须使全系统的发电出力和负荷功率相匹配;将电力系统的频率偏差调节到零,保持系统频率为额定值;控制区域间联络线的交换功率与计划值相等,实现区域内有功功率的平衡;在区域内各发电厂间进行负荷的经济分配。AGC试验的目的是测试电厂控制器和机组是否满足网调AGC控制技术的要求,检查机组适应负荷变化的能力,当机组在一定负荷范围内变化时,按一定线性关系和速率跟踪网调要求的负荷指令出力。对于火力发电机组,AGC控制目标是使由于负荷变动而产生的区域误差ACE(AreaControlError)不断减少直至为零。网调通过AGC可调整电网发电出力与电网负荷平衡,将电网频率偏差调节到零,保持电网频率为额定值,在控制区内分配发电出力,维持区域间联络线交换功率在计划值内,降低区域运行成本。在AGC功能实现过程中,RTU为网调或自动调度系统(ADS)与DCS建立了联络通道。RTU接受网调的AGC控制信息,发送至DCS;RTU“”接收并将DCS送出的机组AGC投/切等状态量,传送至网调。机组已经正常运行,具备带满负荷、安全稳定运行的能力;DCS的各种功能经过试验已投入运行,各模拟量控制系统投入自动运行,调节品质达到机组要求;负荷摆动试验已经成功,机组保护全部投入。试验应在网调要求的负荷范围内的正常工况下进行。.对于水力发电厂,AGC控制目标和火力发电机组类似,区别在于控制系统接收的是全厂AGC指令,然后根据设备情况进行功率的二次分配,由每时海刚自动发电控制(AGC)联合静态试验和热态试验研究.67.台机组的功率调节装置完成调节。3试验方法及步骤3.1火力发电机组 ̄JAQC试验某300MW火力发电机组L5J,网调给出AGC控制的各项技术要求:控制范围为250~300MW,负荷变化率不小于6MW/min。整定机组控制器的信号接收范围(4~20mA),并且下限对应机组调节范围的下限,上限对应机组满负荷。根据系统原理图、接线图检查电气远动RTU到DCS的遥调接口接线正确。确认接入DCS系统的负荷控制指令信号正确。DCS与RTU的接口信号如表l所示。表1DOS与RTU ̄J接口信号Tab.1SignaloftheinterfacebetweentheDCSandRTU序测点测点类测点类信号量程工程量量程号名称型(DCS)型(RTU)AGCl负荷AIAO4~20mA25O~3o0MW指令机组2AGCDODI投入3.1.1静态试验(1)远动与DCS的接口信号静态试验从DCS模拟AGC投入信号,检查远动系统接收此信号正确无误;从远动模拟输出AGC负荷指令信号,DCS接收此信号正确无误。f2)检查DCS系统中AGC功能的软件组态,对不符合现场要求的一律予以整改。(3)对静态参数进行检查和设置。“”“(4)模拟满足AGC投/切条件,AGC投”/切时,系统无扰动,不影响机组的安全运行。“”AGC投入时,模拟AGC控制指令信号,机组负荷控制动作方向与AGC控制指令相一致。3.1.2热态试验机组炉膛负压控制系统、给水控制系统、燃烧控制系统、风量控制系统(含氧量校正)、主/再热蒸汽温度控制系统等子系统投入自动且工作稳定的状况下,首先将DEH切为CCS遥控方式投入汽轮机主控自动,机/炉主控制器控制方式为汽轮机跟随(TF)方式;相继投入给粉机自动及锅炉主控自动,机/炉主控制器控制方式转换为协调控制方式。当机组协调控制稳定后,进行AGC大负荷爬坡试验。机组AGC试验在AGC控制负荷250~300Mw范围内进行,分下坡和上坡两个阶段进行。(1)在网调允许和调度下,发出AGC指令进行下坡段AGC降负荷试验,试验数据如表2所示。试验开始时负荷为302MW,机组负荷变化率上限设定为6MW/min。AGC指令负荷目标250MW,负荷变动量为2MW,到达目标值后,进入稳态,负荷为252Mw。试验过程中AGC指令进行了下降试验,机组负荷变化率上限未作改变,保持6MW/min,AGC功率动态偏差在±4Mw内,稳态偏差在±1MW内。试验时参数变化如表3所示。表2下坡段AGc指令和机组负荷对照表Tab.2ComparisonformoftheAGCorderandunitloadindownhillsection序号时间AGC指令/MW机组负荷/MW116:5540299.95302.04216:5640295.71301.20316:5740292.1O297.45416:5840292.56298.16516:5940290.66291.49・617:O040286.47286.04717:0140282.73281.83817:0240280.83280.77917:0340275.65277.8510”17:0440271.92273.24l117:0540269.O9269.94l217:0640264.81266.35l317:0740261.07262.481417:0840256.88258_321517:0940253.63255.141617:1040249.83252.O8表3下坡段主要参数变化表Tab.3Formofthemainparameterschangingindownhillsection序号被控参数动态偏差稳态偏差1实际功率±4MW±1.0MW2主蒸汽压力±Ⅳo.5O【Pa±Ⅳ0.1a3主蒸汽温度±℃3±℃24再热汽温度±℃5±℃35炉膛压力±10OPa±60Pa试验时的负荷跟踪详细情况见图2。(2)在网调调度下,发出AGC指令进行上坡段AGC升负荷试验,试验数据如表4所示。试验开始时负荷为250MW,机组负荷变化率上限设定为6Mw/min。AGC指令负荷目标300Mw,负荷变动量为2Mw,到达目标值后,进入稳态,.68.电力系统保护与控制负荷为297.9Mw。试验过程中AGC指令进行了上升试验,试验过程中机组负荷变化率上限未作改变,保持6MW/min,AGC功率动态偏差在±2Mw内,稳态偏差在±1MW内。试验时参数变化如表5所示。表4上坡段AG0指令和机组负荷对照表Tab.4ComparisonformoftheAGCorderandunitloadin序号时间AGC指令/MW机组负荷/MWl17:1304251.2825O.912”】7:1404254.O325320317:1504258.27256.064”17:1604261.10259365“17:1704264.87263.556”17:1804269.11267.14717:l904272.88271.008”17:2004277.1O274.349”17:2l04279.93278861O17:2204281.07280.21l117:230428508283.0712”17:2404288.74287541317:2504292.10291.21I4”I7:2604295.81295-361517:2704299.95297.96表5上坡段主要参数变化表Tab.5Formofthemainparameterschanginginuphillsection序号被控参数动态偏差稳态偏差1实际功率±2MW±1.0MW2主蒸汽压力±0.5OMPa±0.1MPa3主蒸汽温度±℃3±℃14再热蒸汽温度±℃4±℃25炉膛压力±105Pa±5OPa试验时的负荷跟踪详细情况见图2。图2AGO降升负荷试验曲线图Fig.2ChartoftheloadrisinganddecliningofAGC3.1.3试验数据分析从试验结果来看,整个AGC过程中引起的最大动态偏差为±4Mw,稳态偏差±1Mw。动态偏差为机组实际功率在AGC过程中与调度AGC功率的最大差值,将对整个电网的频率产生一定影响。影响频率的程度可用电力系统综合功率(负荷和发电机功率)一频率特性来进行分析,它能真实反映负荷功率变化量与实际频率变化量之间的关系。功一频特性公式如下:,=(KG+D)Af=flAf式中:表示负荷功率增量;表示发电机的功频静特性系数(或称单位调节功率),即调差率△的倒数;D表示负荷的频率调节效应系数;厂表示引起的频率变化量;=+D为响应系数,表示系统的频率响应特性,单位MW/0.1Hz。需要说明的是:D是随时变化的,代表了负荷具有随时变化的特点,而K是可以整定的,代表了电源侧控制性能。若调差率整定为5%,D取2,则=22MW/0.1Hz。最大频率调节范围:△厂=/=+50X0.I/22±0.228Hz最大频率响应速度:=6g,/min/fl=:t6x0.1/22蜘.027Hz/rrkn最大误差影响频率:△厂=/=±4×O.1/22.018Hz即在不考虑其他机组参与一次调频、联络线交换功率的情况下,该机组的AGC频率控制范围为±0.228Hz,最大频率响应速度为±0.027Hz/min,最大动态偏差影响频率±0.018Hz。由此看出,该机组功率与AGC功率动态偏差较小,负日整较精确,机组控制器线性度较好。3.2水力发电厂的AGC试验某配置5台机组的水电厂网调给出AGC控制的各项技术要求:控制范围为80-240MW,负荷变≠≠化率不小于30MW/min。lf、2}、4jfi}、5}}机组参与AGC调节,3}}机带30Mw基本负荷,不参与AGC调节。整定机组控制器的信号接收范围(4~20mA),并且下限对应机组调节范围的下限,上限对应机组满负荷。时海刚自动发电控制(AGC)联合静态试验和热态试验研究.69.根据系统原理图、接线图检查电气远动RTU到计算机监控系统接线正确。确认接入监控系统的负荷控制指令信号正确,如表6所示。表6监控系统与RTu的接口信号Tab.6SignaloftheinterfacebetweenthemonitoringsystemandtheRTU序测点测点类型测点类型信号量程工程量量程号名称(DCS)(RTU)AGC1负荷AIAo4~20mA80~240MW指令全厂2AGCDODI投入3.2.1静态试验从监控系统模拟AGC投入信号,检查远动系统接收此信号正确无误;从远动模拟输出AGC负荷指令信号,监控系统接收此信号正确无误;模拟分配机组负荷,机组功率调节器与预先设定的相吻合。≠由于3}机不参与AGC试验,因此要修改完善AGC控制值,确保与调度指令完全一致。“”“”模拟满足AGC投/切条件,AGC投/切“时,系统无扰动,不影响机组的安全运行。AGC投”入时,模拟AGC控制指令信号,机组负荷控制动作方向与AGC控制指令相一致。3.2.2热态试验将电厂实际功率由240Mw开始下降至80MW,再从8OMW逐渐升至240MW。(1)在网调允许和调度下,进行降负荷响应试验,试验数据如表7所示。表7降负荷段AGC} ̄令和机组负荷对照表Tab.7ComparisonformoftheAGCorderandunitloadinloaddecliningsection序号时间AGC-] ̄"令/MW机组负荷/MW114:20234232214:24221222314:26199l87414:28l53156514:30l45136614:32l45l38714:42l】8l078l4:449470914:4680831O14:487878≠≠l4:30时,5机停机,14:44时,2捍机停机。最大动态偏差为±24Mw,稳态偏差±2Mw。(2)同样进行了升负荷响应试验,试验数据如表8所示。≠14:58时,5}机开机,15:14时,2机开机。最大动态偏差为±30Mw,稳态偏差±7Mw。表8升负荷段AGC} ̄令和机组负荷对照表Tab.8ComparisonformoftheAGCorderandunitloadinloadrisingsection序号时间AGC指令/MW机组负荷/MW114:527878214:548679314:561l2l04414:58121l18515:00136l】8615:02138l08715:041391268】5:13】761549l5:14l791761015:l6194183l115:202302233.2.3试验数据分析若调差率R整定为5%,D取2,则=22MW/0.1Hz。最大频率调节范围:△厂=zxe,/=+160x0.1/22=±O.727Hz最大频率响应速度:△=/min/=+_30x0.1/22±o.136Hz/min最大误差影响频率:△6f=/=+30x0.1/22±0.136Hz由此看出,该电厂在不考虑其他机组参与一次调频、联络线交换功率的情况下,AGC频率控制范围为±0.727Hz,最大频率响应速度为±0.136Hz/min,能满足控制范围为80~240Mw,负荷变化率不小于30MW/min的要求。但是实际功率与AGC功率动态偏差较大,最大动态偏差影响频率达到±0.136Hz,AGC总体控制效果不佳。还可看出,电厂控制器线性度较差,甚至还有跳变的情况发生。4结论本文介绍的AGC联合静态试验和动态试验,能够检验发电机组在硬件、软件、逻辑通信等方面与AGC系统的配合情况;检验机组能否满足一定的控制范围,且在控制范围内,控制器输入(也就是AGC..70..电力系统保护与控制输出)与机组功率的输出是否成线性关系;检验机组能否满足一定的调节速率,且调节速率的变化对机组的影响是否在允许限度内。进行试验时,控制系统接口、数据通信、机组本身的调节品质、静态模拟须先予保证,AGC实际跟踪情况再在动态试验中不断地修改完善,直到达到AGC的要求。可以看出,该火电机组的AGC跟踪效果较好,动态偏差对频率的影响较小,但响应速度不够快,调节范围也不够大,AGC可以投入,以响应变化缓慢的负荷变化。而该水电厂的AGC跟踪效果较差,动态偏差对频率的影响较大,不能立即投入AGC,必须对机组监控系统进行必要修改,以改善机组功率跟踪AGC的线性度。若偏差能有效下降到允许范围内,即可投入AGC,以跟踪变化快速的负荷变化。总之,尽管试验提供了AGC必要的数据,提高了AGC水平,但也应看到,有些区域负荷变化较大,如无其他调节手段,仅靠AGC通过联络线来交换功率显得过于困难。因此,应在大变负荷区域布置水电厂(或抽水蓄能电站)来提高负荷响应速度,这就需要在电网规划阶段放眼长远,对电源和负荷的发展趋势进行分析和预测,然后进行合理布局。参考文献[1]张磊,彭德振.大型火力发电机组集控运行【M】.北京:中国电力出版社,2006.[2]陈树勇,宋书芳,李兰欣,等.智能电网技术综述[J].电网技术,2009,33(8):1-7.—CHENShuyong,SONGShu-fang,LILan-xin,eta1.Surveyonsmartgridtechnology[J].PowerSystemTechnology,2009,33(8):1-7.[3]于尔铿,刘广一,周京阳,等.能量管理系统(EMS)【M].北京:科学出版社,1998.[4]电力系统调频与自动发电控制编委会.电力系统调频与自动发电控制【M].北京:中国电力出版社,2006.[5]国电十里泉发电厂6机AGC试验报告[M】.山东:国电十里泉发电厂,2006.收稿日期:2009-08-22;修回日期:2009-10-31作者简介:时海刚(1971一),男,电力工程技术工程师、工程硕士,主要研究方向为控制工程、电工电子、电力系统、信息技术等E-mail:shihaidx@yahoo.com.cn(上接第64页continuedfrompage64)访问与平台无关的服务、对象和服务器的协议【7J。利用SOAP协议传输电力系统中的信息,可以实现不同平台之间的通信,而且很容易通过防火墙,在接收端也不需要安装特定的接收软件,只要有浏览器即可浏览数据,节约了大量的资金。随着电力系统中客户端的不断增加,利用SOAP协议传输电力系统中的信息是十分有意义的。参考文献[1]曹厚继.利用SOAP技术实现电力系统信息的传输[D】.保定:华北电力大学,2008.CAOHou-ji.RealizationofpowersysteminformationtransmissionbasedOllSOAP[D].Baoding:NorthChinaElectricPowerUniversity,2008.[2]HossenloppL.EngineeringperspectivesOFIIEC61850[J].IEEEPowerandEnergyMagazine,2007,5(3):45.50.[3]曾铮,吴明晖,应晶.简单对象访问协i ̄SOAP综述[J].计算机应用研究,2O02,19(2):5-8.ZENGZheng,WUMing-hui,YINGJing.Summaryofsimpleobjectaccessprotocol[J].ApplicationResearchofComputers,2002,19(2):5-8.[4]DaveMercer.XML编程起步【M】.袁鹏飞,译.北京:人民邮电出版社,2001.[5]邓昱,曾文华.SOAP的原理及实现[J].杭州电子工业学院学报,2002,22(3):19.23.DENGYu,ZENGWen-hua.TheoryandrealizationofSOAP/J].JournalofHangzhouInstituteofElectronic—Engineering,2002,22(3):1923.[6]RichardMonson.Haefe1.J2EEWebServices[M].崔洪斌,王爱民,译.北京:清华大学出版社,2005.[7]苏丹娣,肖少非,邹成武.利用SOAP实现异构系统之的信息交互[J].计算机与现代化,2004(9):57-59,62.SUDan・di,XIAOShao-fei,ZOUCheng-wu.RealizationofinformationinteractionbetweenheterogeneoussystemwithSOAP[J].ComputerandModernization,2004(9):57.59,62.—收稿日期:2009-0804;修回日期l2009-09-16作者简介:曹厚继(1981一),男,工程师,硕士,从事电力设计—相关工作;Email:caoho@一28@163.tom贾云辉(1975-),男,工程师,学士,从事电力设计相关工作。
周大爷
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