朱燕芳，于昌海，武曉冬

（1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001；2.國(guó)電南瑞科技股份公司電網(wǎng)調(diào)控技術(shù)分公司，江蘇 南京 211106；3.山西大學(xué)電力工程系，山西 太原 030006）

D5000中適應(yīng)于特高壓功率波動(dòng)的AGC控制策略優(yōu)化研究

朱燕芳1，于昌海2，武曉冬3

（1.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001；2.國(guó)電南瑞科技股份公司電網(wǎng)調(diào)控技術(shù)分公司，江蘇 南京 211106；3.山西大學(xué)電力工程系，山西 太原 030006）

針對(duì)交流特高壓線路平均功率波動(dòng)大,目前D5000中的自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)易引起聯(lián)絡(luò)線區(qū)域控制偏差大幅震蕩的問(wèn)題，提出了適應(yīng)于特高壓線路的濾波算法及突變加力控制，優(yōu)化了自動(dòng)發(fā)電控制策略(Automatic Generation Control,AGC)，降低了聯(lián)絡(luò)線控制難度，在山西電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用取得良好效果。

交流特高壓；功率波動(dòng)；自動(dòng)發(fā)電控制；濾波算法；突變加力控制

1 山西電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線控制

長(zhǎng)治—南陽(yáng)—荊門特高壓交流試驗(yàn)示范工程投運(yùn)后，由于聯(lián)系著華北、華東兩大互聯(lián)電網(wǎng)，且輸送距離長(zhǎng)、輸送功率大，自身的波動(dòng)平均300MW以上，最多時(shí)達(dá)600MW以上，引起山西電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線控制ACE（Area Control Error）值大幅震蕩，加大了聯(lián)絡(luò)線控制難度。山西電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線波動(dòng)劇烈在全國(guó)范圍是最大的，在建的晉北直流特高壓預(yù)計(jì)于2017年投產(chǎn)，屆時(shí)山西電網(wǎng)將與華東直接相連，聯(lián)絡(luò)線波動(dòng)將更為加劇，對(duì)自動(dòng)發(fā)電控制（Automatic Generation Control,AGC）控制水平提出了更高要求。

由于區(qū)域控制偏差A(yù)CE是根據(jù)SCADA系統(tǒng)前置接收的秒級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算的，其數(shù)據(jù)變化的周期也是秒級(jí)，而AGC控制則是分鐘級(jí)控制，原始ACE具有變化頻度快、波動(dòng)大的特點(diǎn)，不適合AGC直接控制。因此AGC控制的第一步就是要將原始ACE進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波預(yù)處理。濾波算法的合理直接影響到最終的控制效果。

由于山西電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特殊性，全國(guó)各網(wǎng)省統(tǒng)一建設(shè)的D5000（智能調(diào)度控制系統(tǒng)）AGC控制程序缺少針對(duì)聯(lián)絡(luò)線大幅高頻波動(dòng)相應(yīng)的控制策略。因此有必要基于D5000中AGC控制策略進(jìn)行優(yōu)化，提出一種適應(yīng)于特高壓波動(dòng)電網(wǎng)的控制策略，提高聯(lián)絡(luò)線控制水平。

2 控制策略優(yōu)化

針對(duì)特高壓并網(wǎng)引起的聯(lián)絡(luò)線高頻分量的增多，需要基于D5000系統(tǒng)AGC控制程序進(jìn)行濾波算法的優(yōu)化，有效濾除高頻分量，才能有效減少機(jī)組的頻繁調(diào)整。針對(duì)特高壓并網(wǎng)引起的聯(lián)絡(luò)線大幅波動(dòng)，增加突變加力控制，在波動(dòng)加劇時(shí)，加大調(diào)節(jié)力度，才能有效縮短電網(wǎng)恢復(fù)時(shí)間。

2.1 濾波算法優(yōu)化

2.1.1 目前D5000的AGC系統(tǒng)濾波算法

D5000系統(tǒng)中ACE的濾波，采用的是最簡(jiǎn)單最常用的一階低通濾波來(lái)過(guò)濾ACE的高頻隨機(jī)分量，濾波算法為

式中: k——第k次濾波；

D —— 離散濾波因子，給定值，在0～1之間；

XFIL——濾波后的值；

XRAW——待濾波的值（生數(shù)據(jù)）。這種濾波方法只與前一個(gè)采樣數(shù)據(jù)有關(guān)，因此實(shí)時(shí)性較好，但缺點(diǎn)是毛刺較多，很多高頻隨機(jī)分量未完全濾除。而由于山西電網(wǎng)因特高壓一點(diǎn)接入，ACE波動(dòng)幅值在全國(guó)范圍內(nèi)為最大，高頻隨機(jī)分量也最多。因此，這種簡(jiǎn)單的一階濾波對(duì)于山西電網(wǎng)不適用。

2.1.2 改進(jìn)后的ACE濾波

為了使得濾波更加平滑，考慮將濾波算法改為二階低通濾波。二階低通濾波器的傳遞函數(shù)HLP(z)簡(jiǎn)稱二階低通濾波傳遞函數(shù)，定義為

式中:HLP(z)——復(fù)頻域二階低通濾波傳遞函數(shù)；a,b ——傳遞函數(shù)系數(shù)。

因此，二階低通傳遞函數(shù)的幅頻響應(yīng)為

a）二階低通濾波性質(zhì)如下。

極點(diǎn)的Q因子為

b） 當(dāng)Re[H(ej2πfj)]=0時(shí)，二階低通濾波的頻幅響應(yīng)等于極點(diǎn)因子，此時(shí)的頻率為

這一事實(shí)表明，在低頻范圍0≤f≤fj，頻幅響應(yīng)為遞增函數(shù)，并在f=fj處得到最大值。反之，在高頻范圍fj≤f≤0.5，頻幅響應(yīng)為遞減函數(shù)。也就是說(shuō)，高頻分量被衰減。

d）歸一化二階低通傳遞函數(shù)可以用a和b表示。

采用二階FIR濾波后，濾波效果明顯平滑，并去掉了不必要的高頻隨機(jī)分量，忽略了因特高壓線路并網(wǎng)而造成的高頻隨機(jī)波動(dòng)，但又很好地保留了ACE整體的波動(dòng)趨勢(shì)。

2.1.3 兩種濾波算法的對(duì)比

a）原有一階濾波編程簡(jiǎn)單，且只與前一個(gè)采樣值有關(guān)，實(shí)時(shí)性較好，但濾波效果粗糙，很多高頻隨機(jī)分量不能很好過(guò)濾，會(huì)造成不必要的機(jī)組頻繁調(diào)整。

b）采用二階FIR濾波器，濾波效果取決于濾波深度（即濾波所需的歷史采樣值的個(gè)數(shù)）。濾波深度越大，則濾波越平滑，但濾波越滯后，反之，保證了實(shí)時(shí)性，但濾波平滑度則要犧牲。

山西電網(wǎng)目前的能源結(jié)構(gòu)以火電為主，風(fēng)、光、水電為輔，而火電的標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)時(shí)間為60 s，因此濾波深度選為5，經(jīng)觀察濾波滯后10 s，可以滿足山西電網(wǎng)控制要求。

2.2 增加突變加力控制

2.2.1 突變加力算法

聯(lián)絡(luò)線跳閘、機(jī)組緊停等電網(wǎng)沖擊均會(huì)造成電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線潮流的大幅波動(dòng)，特別是山西電網(wǎng)外送潮流達(dá)3 000 MW以上，9條聯(lián)絡(luò)線任意一條聯(lián)絡(luò)線跳閘，對(duì)電網(wǎng)都是巨大的沖擊。

ACE數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波后計(jì)算其變化量，在出現(xiàn)ACE較大幅度突變時(shí)（設(shè)一閾值，界面可設(shè)定），在自動(dòng)AGC機(jī)組調(diào)整指令中疊加突變調(diào)整量。通過(guò)突變加力，即ACE出現(xiàn)較大突變時(shí)，加大機(jī)組調(diào)整力度。

首先計(jì)算出本次濾波ACE的變化量，和上一時(shí)刻濾波ACE的變化量。然后先判斷是否大于參數(shù)設(shè)置中設(shè)置的門檻值（5 MW）。如果已經(jīng)超過(guò)門檻值，則突變加力就等于和絕對(duì)值較大的一方取反。如果沒(méi)有超過(guò)門檻值，再判斷是否超過(guò)。如果超過(guò)了，則突變加力就等于取反。如果都沒(méi)超過(guò)門檻值，則突變加力項(xiàng)為0。最后，再進(jìn)行越限保護(hù)判斷。

2.2.2 實(shí)例說(shuō)明

由圖1可以看出5月18日16:51因萬(wàn)家寨4號(hào)機(jī)出力突增120 MW左右，引起ACE曲線出力瞬間波動(dòng)至250 MW（如圖2所示），此時(shí)AGC系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算并產(chǎn)生50 MW左右的突變加力分量，并將此分量疊加到控制指令中（如圖3所示），使AGC迅速給省調(diào)ACE機(jī)組下發(fā)回調(diào)指令，使得本次ACE越限僅25 s就回調(diào)至0左右（如圖2所示），此時(shí)A2值基本未受此波動(dòng)影響，一直保持平穩(wěn)，比無(wú)此突變加力分量調(diào)節(jié)時(shí)間縮短了一半。對(duì)于機(jī)組來(lái)說(shuō)，在執(zhí)行大指令時(shí)調(diào)節(jié)性能往往比執(zhí)行小指令時(shí)更優(yōu)，因此增大控制量，對(duì)于機(jī)組發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)也是有積極作用，更加有利于電網(wǎng)受到較大沖擊后聯(lián)絡(luò)線的潮流恢復(fù)。

圖1 5月18日16:45-17:00萬(wàn)家寨4號(hào)機(jī)出力曲線

圖2 5月18日16:45—17:00 ACE及A2曲線圖

圖3 5月18日16:45-17:00 AGC指令分量圖

3 小結(jié)

對(duì)于特高壓線路并網(wǎng)而引起的聯(lián)絡(luò)線波動(dòng)，可通過(guò)將D5000系統(tǒng)AGC系統(tǒng)中ACE濾波算法優(yōu)化，將原有的簡(jiǎn)單的一階低通濾波，改為二階低通濾波算法，有效平滑過(guò)濾聯(lián)絡(luò)線高頻隨機(jī)分量，但又不丟失重要的趨勢(shì)信息，很好地避免了機(jī)組不必要的頻繁調(diào)整。通過(guò)增加突變加力控制，對(duì)于聯(lián)絡(luò)線受到大型沖擊而引起的突變，可以增大控制力度，保證聯(lián)絡(luò)線潮流和電網(wǎng)頻率快速恢復(fù)，而且在多次聯(lián)絡(luò)線跳閘引起的較大沖擊后，電網(wǎng)得到了快速恢復(fù)，提高了山西電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線控制水平。

Optim ization of AGC Control StrategiesAdaptable to UHV Power Fluctuations in D5000

ZHU Yanfang1,YU Changhai2,WU Xiaodong3

（1.State Grid Shanxi Electric Power Corporation,Taiyuan,Shanxi 030001,China; 2.Power Grid Distribution and Control Company,Guodian Nari Technology Development Co.,Ltd., Nanjing,Jiangsu 211106,China;3.Shanxi University,Taiyuan,Shanxi 030006,China)

Due to large fluctuation ofmean power on UHV AC lines,filter algorithm adaptable to UHV lines is proposed since the problem ofautomatic generation control in the presentD5000willcause thearea controlerror tooscillate largely.Controlstrategiesof AGC areoptimized and the controlling difficulty of tie line is reduced.The resultsare verified by practicalapplication in Shanxipowergrid.

AC ultra-high voltage；power fluctuation；automatic generation control；filtering algorithm；sudden power increase control

TM732

A

1671-（0320）05-0007-03

2016-05-04，

2016-08-02

朱燕芳（1979），女，山西孝義人，2004年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，碩士，高級(jí)工程師，從事調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行及管理工作；

于昌海（1987），男，山東濟(jì)寧人，2011年畢業(yè)于華北電力大學(xué)控制理論與控制工程專業(yè)，碩士，工程師，從事智能電網(wǎng)調(diào)控與新能源控制研究工作；

武曉冬（1978），男，山西清徐人，2007年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，碩士，講師，從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化教學(xué)工作。