張慧琦，王海濤，張慧琳，王海波

(1.黑龍江省電力有限公司，黑龍江哈爾濱150090;2.哈爾濱電業(yè)局，黑龍江哈爾濱150010; 3.華電能源哈爾濱第三發(fā)電廠，黑龍江哈爾濱150024)

0 引言

大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)中要保持和提高電網(wǎng)頻率質(zhì)量，改善機組控制調(diào)節(jié)性能，發(fā)揮大電網(wǎng)運行的優(yōu)越性，這與AGC的控制性能密切相關(guān)。東北電網(wǎng)用CPS標(biāo)準(zhǔn)取代A標(biāo)準(zhǔn)，注重控制區(qū)域?qū)ο到y(tǒng)頻率質(zhì)量的貢獻(xiàn)。這對AGC機組的運行提出了新的要求，如何調(diào)整AGC控制策略，使之適應(yīng)CPS考核標(biāo)準(zhǔn)成為現(xiàn)階段亟待解決的重要課題。

1 東北電網(wǎng)CPS考核標(biāo)準(zhǔn)

2010年7月1日起，東北電網(wǎng)關(guān)口聯(lián)絡(luò)線正式實行CPS考核標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)東北電網(wǎng)的實際情況，省間聯(lián)絡(luò)線功率交換控制模式為網(wǎng)調(diào)采用定頻率控制方式(Constant Frequency Control，簡稱 CFC)模式，3省調(diào)采用聯(lián)絡(luò)線和頻率偏差控制(Tie-line Bias Control，簡稱TBC)模式。

CPS考核標(biāo)準(zhǔn)由CPS1和CPS2部分組成，CPS1是統(tǒng)計區(qū)域控制偏差(Area Control Error，ACE)變化量與頻率偏差關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)，作用是控制頻率;CPS2用于限制大的不可接受且不可預(yù)見的系統(tǒng)潮流。CPS標(biāo)準(zhǔn)可以明確評估各控制區(qū)域長期對電網(wǎng)頻率質(zhì)量的“功過”，并鼓勵各控制區(qū)域積極參與調(diào)整聯(lián)合系統(tǒng)的運行頻率，促進(jìn)各區(qū)域充分發(fā)揮大電網(wǎng)的優(yōu)越性。

CPS1的計算式定義為

式中ACEAVE為1 min ACE的平均值，要求每5 s采樣1次，然后12個取平均值;ΔfAVE為1 min頻率偏差的平均值，Hz，要求1 s采樣1次，然后60個取平均值;B為控制區(qū)域設(shè)定的頻率偏差系數(shù)，MW/0.1 Hz，帶負(fù)號;n為統(tǒng)計周期所包含的分鐘數(shù)(東北電網(wǎng)取15 min為1個統(tǒng)計周期);ε1為互聯(lián)電網(wǎng)對全年1 min頻率平均偏差的均方根的控制目標(biāo)值，為該統(tǒng)計周期所包含的1 min時間個數(shù))。

CPS2的計算式定義為式中B為控制區(qū)域的頻率偏差系數(shù)，MW/0.1 Hz，帶負(fù)號;B網(wǎng)為整個互聯(lián)電網(wǎng)的頻率偏差系數(shù)，MW/0.1 Hz，帶負(fù)號;ε15為互聯(lián)電網(wǎng)對全年15 min頻率平均偏差的均方根值的控制目標(biāo)值，ε15=為該統(tǒng)計周期所包含的15 min時間個數(shù))。

根據(jù)2009年國調(diào)調(diào)度生產(chǎn)日報數(shù)據(jù)，規(guī)定東北電網(wǎng)全網(wǎng)-10B網(wǎng)為3 908 MW/Hz、黑龍江省-10B為1 017 MW/Hz、ε15取0.025 Hz、黑龍江L15為80 MW。

對于每個考核時段(15 min)，CPS合格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:a.若CPS1≥200，則不論CPS2是否合格，均判定CPS合格;b.若100%≤CPS1＜200%，則由CPS2決定，CPS2合格則CPS合格，CPS2不合格則CPS不合格;c.若CPS1＜100%，則不論CPS2是否合格，均判定CPS不合格。

2 AGC控制面臨的問題

雖然CPS標(biāo)準(zhǔn)有利于提高電網(wǎng)頻率質(zhì)量，改善機組調(diào)節(jié)性能以及發(fā)揮大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢等諸多優(yōu)越性;但伴隨而來的是其參與調(diào)節(jié)的難度大大增加，完全依靠人工進(jìn)行調(diào)整是不現(xiàn)實的，需要有性能優(yōu)良、可調(diào)容量大的AGC機組參與調(diào)節(jié)。

2010年底，黑龍江電網(wǎng)直調(diào)火電機組裝機容量為14 997 MW，省網(wǎng)具備投入AGC功能的機組共41臺，裝機容量11 620 MW，可調(diào)容量3 348 MW。但實際運行中，由于AGC機組調(diào)節(jié)中存在諸多問題，AGC運行時并未給聯(lián)絡(luò)線調(diào)整帶來明顯改善。目前，省網(wǎng)運行人員主要依靠人工進(jìn)行調(diào)整，工作繁重，其主要問題分析如下。

2.1 頻率偏差系數(shù)B值不準(zhǔn)確

由于東北區(qū)域各子電網(wǎng)B值的選取按2009年網(wǎng)調(diào)直調(diào)最高用電負(fù)荷與3省調(diào)所調(diào)系統(tǒng)最高用電負(fù)荷權(quán)重進(jìn)行分配，而每年中由于季節(jié)和各省負(fù)荷增長變化情況不同，導(dǎo)致每年中大多數(shù)時間B值是不夠準(zhǔn)確的，ACE(Area Control Error，區(qū)域控制誤差)計算式為

式中ΔP為電網(wǎng)間實際交換功率和計劃交換功率之間的偏差，MW;Δf為電網(wǎng)實際頻率與計劃頻率之間的偏差，Hz。

如果B值準(zhǔn)確，同一時刻由于頻率波動所造成的ΔP的變化量就會被抵消，ACE值將保持不變。但實際運行中，由于B值偏大，ACE值隨頻率的波動變化很大，多數(shù)情況下CPS1指標(biāo)始終隨頻率向惡化的方向調(diào)節(jié)，迫使AGC機組跟隨進(jìn)行頻繁調(diào)節(jié)，加大了聯(lián)絡(luò)線功率的振蕩，也無助于CPS指標(biāo)的提高。建議電網(wǎng)B值應(yīng)動態(tài)調(diào)整，可將上周(上月)B值平均值作為本周(本月)B值。

2.2 AGC機組調(diào)節(jié)特性差、機組控制策略不完善

當(dāng)前AGC控制策略按CPS1、CPS2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而電網(wǎng)頻率是不可預(yù)知且快速變化的，其周期通常為2～5 min;但黑龍江電網(wǎng)機組AGC調(diào)節(jié)特性不好，AGC機組由于頻繁動作而掛起或造成單方向調(diào)節(jié)甚至反方向調(diào)節(jié)，即使投入再多的AGC機組也無法明顯提高黑龍江電網(wǎng)CPS合格率。建議改進(jìn)AGC控制策略，加強電廠AGC管理。

2.3 缺乏AGC機組評價及經(jīng)濟考核機制

由于CPS標(biāo)準(zhǔn)下機組AGC功能還不完善，目前還未開發(fā)AGC機組評價和考核結(jié)算功能，這使生產(chǎn)人員無法準(zhǔn)確掌握各臺機組的調(diào)節(jié)特性，也不能從根本上調(diào)動發(fā)電廠投入AGC機組的積極性。AGC控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計機組出力跟蹤曲線，自動記錄機組每分鐘的調(diào)度負(fù)荷指令、機組實際出力、機組控制模式，這些信息均可通過歷史數(shù)據(jù)查詢，并以表格或曲線形式瀏覽。

2.4 低谷調(diào)峰困難對AGC機組的影響

隨著電網(wǎng)“節(jié)能減排、上大壓小”的逐步推進(jìn)，黑龍江電網(wǎng)已沒有可用于調(diào)峰的火電機組，而新投運的大容量供熱機組調(diào)峰能力有限;此外，近2年風(fēng)電場大量投運，風(fēng)電的反調(diào)峰特性也使電網(wǎng)調(diào)峰能力逐年下降，低谷期間可用于調(diào)節(jié)的AGC機組非常少。當(dāng)前聯(lián)絡(luò)線調(diào)整過分依賴蓮花水電機組的調(diào)峰及快速調(diào)整能力，當(dāng)水電機組少發(fā)或停發(fā)時，將加大火電機組調(diào)峰的困難程度，火電機組將因出力過低無法投入AGC運行。這就需要AGC機組要具備較大的可調(diào)容量，能在較低出力的情況下進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且在任意出力區(qū)間內(nèi)均能迅速調(diào)整，以滿足電網(wǎng)運行的要求。

3 提高AGC調(diào)節(jié)效果的措施

3.1 改進(jìn)AGC控制策略

在A1/A2控制標(biāo)準(zhǔn)下，僅以ACE的15 min平均值作為控制標(biāo)準(zhǔn)。因此，只要有足夠的調(diào)節(jié)速率，就有可能達(dá)到該控制標(biāo)準(zhǔn);而在CPS標(biāo)準(zhǔn)下，必須同時考慮頻率因素。此時AGC控制策略是頻率偏差較小時盡量使ACE趨近于零，頻率偏差較大時盡量使ACE偏差和系統(tǒng)頻率偏差的符號相反。這種調(diào)整的優(yōu)點是ACE曲線波動小，CPS指標(biāo)高而且穩(wěn)定性好，對機組AGC性能要求較高，需要機組響應(yīng)迅速，調(diào)節(jié)精度高。由于黑龍江電網(wǎng)機組AGC控制功能不完善，機組經(jīng)常受煤質(zhì)、輔機設(shè)備、機組響應(yīng)時間慢等影響，接受AGC調(diào)節(jié)的效果不好，運行中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)同一時間內(nèi)不同機組的調(diào)節(jié)方向相反，很多機組還由于調(diào)節(jié)頻繁，AGC功能自動掛起不再調(diào)節(jié)。

由式(4)可看出，ACE值的瞬時波動主要取決于頻率分量，而本區(qū)域的調(diào)整行為又無法有效影響頻率分量的波動，因此利用AGC調(diào)節(jié)使ACE 15 min均值趨近于零是不現(xiàn)實的。因此，目前最佳的控制策略是盡量簡化AGC動作條件，保證AGC機組動作的同一性，其方法是設(shè)定ACE曲線+40 MW和-40 MW為兩個動作目標(biāo)值，當(dāng)判斷ACE偏差與頻率偏差同方向且大于AGC動作門檻值時，調(diào)節(jié)AGC機組使ACE曲線向反方向目標(biāo)值(+40 MW或-40 MW)調(diào)節(jié)，直至頻率偏差翻轉(zhuǎn)或ACE曲線達(dá)到目標(biāo)值為止。

系統(tǒng)頻率偏差符號反轉(zhuǎn)的平均時間多數(shù)在2～3 min左右，機組在這幾分鐘內(nèi)的調(diào)節(jié)應(yīng)盡可能使ACE與頻率偏差符號相反，而在頻率偏差符號反轉(zhuǎn)后還能盡快做出相應(yīng)調(diào)節(jié)。實現(xiàn)這一點的關(guān)鍵是加強機組集中并行調(diào)節(jié)能力，盡量使得所有AGC機組的調(diào)節(jié)能力和調(diào)節(jié)比例基本相當(dāng)。這樣不但可以提高本系統(tǒng)對ACE和電網(wǎng)頻率的響應(yīng)速率，而且使機組調(diào)節(jié)負(fù)載均衡，大大減小超調(diào)量，從而提高本控制區(qū)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

3.2 改進(jìn)火電機組調(diào)節(jié)策略

火電機組負(fù)荷指令方向變化過于頻繁而使機組出力處于不斷地升、降交替變化狀態(tài)時，機組控制系統(tǒng)將始終處于頻繁的調(diào)節(jié)狀態(tài)，不僅使機組不能穩(wěn)定運行，同時影響了機組及AGC系統(tǒng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)響應(yīng)效果。為此，可增加機組反向控制延遲功能，即機組的反向調(diào)節(jié)需經(jīng)過人為設(shè)定的時間。這樣，不僅提高了機組的調(diào)節(jié)性能，同時也提高了整個AGC系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能。

3.3 一次調(diào)頻與AGC相結(jié)合

就CPS考核標(biāo)準(zhǔn)而言，最理想的調(diào)節(jié)策略應(yīng)當(dāng)是使機組出力總是向使系統(tǒng)頻率偏差變小的方向調(diào)節(jié)。由機組一次調(diào)頻的原理可知，機組的一次頻率響應(yīng)完全符合這個理想調(diào)節(jié)策略。因此，要充分發(fā)掘系統(tǒng)中機組一次調(diào)頻的潛力，合理整定一次調(diào)節(jié)的有關(guān)參數(shù)和協(xié)調(diào)好機組數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)中一次調(diào)頻與機組分散控制系統(tǒng)(DCS)的AGC調(diào)節(jié)的關(guān)系，取得最佳的調(diào)節(jié)效果。

為防止AGC調(diào)節(jié)指令和機組一次調(diào)頻響應(yīng)之間可能產(chǎn)生的矛盾，在AGC機組的DEH中投入一次調(diào)頻功能的同時，在DCS系統(tǒng)中也盡量考慮一次調(diào)頻環(huán)節(jié)，從而協(xié)調(diào)了一次調(diào)頻和AGC控制之間的關(guān)系。

3.4 超短期負(fù)荷預(yù)報與AGC相結(jié)合

將超短期負(fù)荷預(yù)報與AGC相結(jié)合，使AGC由“跟蹤調(diào)節(jié)”轉(zhuǎn)為“預(yù)測調(diào)節(jié)”，可進(jìn)一步提高AGC的調(diào)節(jié)效果?？紤]到機組出力沒有加減到位也可以通過適當(dāng)提前加減負(fù)荷來彌補，可在超短期負(fù)荷預(yù)測中加入一個反映電網(wǎng)負(fù)荷變化趨勢的調(diào)節(jié)因子［1］，使得機組在電網(wǎng)負(fù)荷上升或下降前適當(dāng)提前加減出力，對減少負(fù)荷偏差，減少電量罰款有實際意義。

4 結(jié)語

當(dāng)前黑龍江電網(wǎng)AGC機組在CPS標(biāo)準(zhǔn)下的控制和調(diào)節(jié)還不成熟，需要在今后的工作中逐步完善，特別要加強發(fā)電廠AGC及一次調(diào)頻的管理，加強各地區(qū)的負(fù)荷預(yù)測及用電管理。省調(diào)應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)運行情況及時調(diào)整優(yōu)化AGC控制策略，在管理制度上應(yīng)盡快出臺AGC機組考核細(xì)則，利用經(jīng)濟杠桿調(diào)動發(fā)電廠參與AGC調(diào)節(jié)的積極性。

［1］ 趙良，王濤，張鋒.浙江電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率交換考核指標(biāo)(CPS)優(yōu)化研究［J］.浙江電力，2004(6):22-25，34.