潘國傳，王保富，龔蘇平，楊凱，王雪武

（浙江浙能電力股份有限公司臺州發(fā)電廠，浙江 臺州 318016）

本文首先介紹了AGC 和一次調(diào)頻控制技術(shù)的概念和意義，以及它們在電力系統(tǒng)中的作用和關(guān)系。接著，詳細(xì)介紹330MW 供熱機組的AGC 和一次調(diào)頻控制策略，包括組成部分和工作原理。然后，將對案例機組的AGC 和一次調(diào)頻控制策略進行分析和優(yōu)化，包括調(diào)節(jié)參數(shù)的設(shè)定、控制算法的改進等方面。本文將為電力和供熱行業(yè)的相關(guān)從業(yè)者和研究人員提供有益的參考和借鑒價值，為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展提供新的思路和方法。

1 供熱機組AGC 和一次調(diào)頻控制

1.1 供熱機組AGC

供熱機組的AGC 由3 個主要部分組成：測量和采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)。測量和采集系統(tǒng)通過傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備，對發(fā)電機組和電網(wǎng)的狀態(tài)和參數(shù)進行實時監(jiān)測和采集。控制系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析，根據(jù)預(yù)設(shè)的控制策略，計算出發(fā)電機組的出力設(shè)定值。執(zhí)行系統(tǒng)通過控制發(fā)電機組的調(diào)節(jié)閥門、燃油噴射等設(shè)備，實現(xiàn)對發(fā)電機組出力的控制。供熱機組的AGC 工作原理是基于反饋控制原理實現(xiàn)的。采集系統(tǒng)通過傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備實時獲取發(fā)電機組和電網(wǎng)的狀態(tài)和參數(shù)，將這些數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)對采集的數(shù)據(jù)進行處理和分析，計算出發(fā)電機組的出力設(shè)定值，并將這個設(shè)定值傳輸給執(zhí)行系統(tǒng)。執(zhí)行系統(tǒng)通過控制發(fā)電機組的調(diào)節(jié)閥門、燃油噴射等設(shè)備，實現(xiàn)對發(fā)電機組出力的控制，并通過采集系統(tǒng)獲取實際出力值，將其傳輸回控制系統(tǒng)，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。這樣AGC可以實現(xiàn)對發(fā)電機組出力的精確控制，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

1.2 一次調(diào)頻控制

一次調(diào)頻控制系統(tǒng)由發(fā)電機轉(zhuǎn)速測量和信號采集模塊、控制器和執(zhí)行機構(gòu)三個主要部分組成。發(fā)電機轉(zhuǎn)速測量和信號采集模塊用于實時監(jiān)測發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，并將采集的數(shù)據(jù)傳輸給控制器?？刂破鲗Σ杉臄?shù)據(jù)進行處理和分析，計算出發(fā)電機的調(diào)整量，并將其傳輸給執(zhí)行機構(gòu)。執(zhí)行機構(gòu)通過控制調(diào)速器等設(shè)備，調(diào)整發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對發(fā)電機的控制。一次調(diào)頻控制的工作原理是基于頻率的負(fù)反饋控制原理實現(xiàn)的。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷發(fā)生變化時，電網(wǎng)的頻率也會發(fā)生變化。發(fā)電機的轉(zhuǎn)速和頻率是有一定關(guān)系的，因此，一次調(diào)頻控制系統(tǒng)通過監(jiān)測電網(wǎng)頻率的變化，計算出發(fā)電機需要調(diào)整的轉(zhuǎn)速量，并實現(xiàn)對發(fā)電機的調(diào)整，使得發(fā)電機輸出的電力能夠適應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)荷需求，從而保持電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2 一種儲能聯(lián)合火電機組參與AGC 調(diào)頻的控制

傳統(tǒng)燃煤機組由于響應(yīng)時滯長、機組爬坡速率低、啟停磨煤機所致斷點段以及命令死區(qū)內(nèi)震蕩等問題，在參與AGC 調(diào)頻時，不能準(zhǔn)確跟蹤電網(wǎng)的調(diào)頻指令。隨著大規(guī)模的風(fēng)電、光伏等間歇式新能源的并網(wǎng)，區(qū)域控制偏差A(yù)CE 信號中的高頻分量增加，機組AGC 指令波動加劇，導(dǎo)致現(xiàn)有調(diào)頻容量不足的問題日益突出，亟需新的手段來彌補火電機組的調(diào)頻缺陷。

本案例說明了一種儲能聯(lián)合火電機組參與AGC 調(diào)頻的控制方法，其特征在于，包括判斷儲能系統(tǒng)是否需要動作；若儲能系統(tǒng)需要動作，則根據(jù)狀態(tài)空間理論確定火電機組出力和儲能出力的動態(tài)模型建立狀態(tài)空間方程；通過所述狀態(tài)空間方程，以調(diào)頻效果和儲能系統(tǒng)的能量管理效果確定目標(biāo)函數(shù)；在對所述目標(biāo)函數(shù)求解的過程中，構(gòu)造火電機組出力和儲能出力為約束條件的優(yōu)化模型，使用所述優(yōu)化模型對儲能系統(tǒng)出力進行實時優(yōu)化。解決了目前儲能輔助火電機組參與AGC調(diào)頻的過程中，儲能系統(tǒng)采取滿功率補償策略，缺乏能量管理的問題。

2.1 控制方法及裝置

本案例中的控制方法，其特征在于：（1）判斷儲能系統(tǒng)是否需要動作；（2）若儲能系統(tǒng)需要動作，則根據(jù)狀態(tài)空間理論確定火電機組出力和儲能出力的動態(tài)模型建立狀態(tài)空間方程；（3）通過所述狀態(tài)空間方程，以調(diào)頻效果和儲能系統(tǒng)的能量管理效果確定目標(biāo)函數(shù)；（4）在對所述目標(biāo)函數(shù)求解的過程中，構(gòu)造火電機組出力和儲能出力為約束條件的優(yōu)化模型，使用所述優(yōu)化模型對儲能系統(tǒng)出力進行實時優(yōu)化。

根據(jù)狀態(tài)空間理論，選取火電機組出力PG(k)、儲能系統(tǒng)的充放電功率PB(k)、儲能SOC 狀態(tài)SOC(k)以及火電機組與儲能系統(tǒng)的聯(lián)合出力PGB(k)作為狀態(tài)變量；以火電機組短期預(yù)測出力增量△PG(k)和儲能系統(tǒng)的短期預(yù)測出力增量△PB(k)作為控制變量；以火電機組和儲能系統(tǒng)聯(lián)合出力和儲能SOC 作為輸出變量，創(chuàng)建的狀態(tài)空間方程如下：

式中，△t 為數(shù)據(jù)的采樣間隔，Erate為儲能系統(tǒng)的額定容量，τ 為儲能系統(tǒng)的自放電率，η 為儲能系統(tǒng)的充放電效率，滿足下式：

式中，ηcharge為儲能系統(tǒng)的充電效率，ηdischarge為儲能系統(tǒng)的放電效率。

所述狀態(tài)空間方程，以調(diào)頻效果和儲能系統(tǒng)的能量管理效果確定目標(biāo)函數(shù)，包括在確定狀態(tài)空間方程的基礎(chǔ)上，建立兩個指標(biāo)RFRErms 和RSOCrms，用于分別反映調(diào)頻效果和對儲能系統(tǒng)的能量管理效果：

式中，SOCref為儲能系統(tǒng)的中位參考值，可以取0.5；由于兩個指標(biāo)的量綱不一樣，對兩個指標(biāo)進行歸一化處理，處理后為：

式中，RFRErmsmax為RFRErms的最大值，RFRErmsmin為RFRErms的最小值，RSOCrmsmax為RSOCrms的最大值，RSOCrmsmin為RSOCrms的最小值。

根據(jù)指標(biāo)歸一化，將確定的綜合評價指標(biāo)J 作為目標(biāo)函數(shù)：

式中，α ∈[0,1]為權(quán)重系數(shù)，可根據(jù)兩指標(biāo)的相對重要性選取。

在對所述目標(biāo)函數(shù)求解的過程中，構(gòu)造火電機組出力和儲能出力為約束條件的優(yōu)化模型，使用所述優(yōu)化模型對儲能系統(tǒng)出力進行實時優(yōu)化，基于目標(biāo)函數(shù)在求解的過程中，綜合考慮火電機組和儲能系統(tǒng)的各種約束，通過選取控制增量的第一個數(shù)值作為本次控制命令的下達，再以本次結(jié)果對下一次預(yù)測進行校正，從而修正控制增量實現(xiàn)滾動優(yōu)化。

火電機組和儲能系統(tǒng)的各種約束，包括火力機組出力約束，PGmin ≤PG ≤PGmax；火力機組爬坡率約束，其中PGmin 和PGmax 分別為火電機組出力的下限和上限，和分別為火電機組在t 時間內(nèi)爬坡能力的下限和上限。

儲能系統(tǒng)SOC 約束，SOCmin ≤SOC ≤SOCmax、SOC(k) ＝SOC(k-1)+PB(k)η △t，其中SOCmin 和SOCmax 分別為儲能系統(tǒng)SOC 的下限和上限。

儲能系統(tǒng)充放電功率約束，Pdmin ≤PB ≤Pdmax或Pcmin ≤PB ≤Pcmax。

與本案例提供的方法相對應(yīng)的，同時提供一種儲能聯(lián)合火電機組參與AGC 調(diào)頻的控制裝置，其特征在于判斷單元，用于判斷儲能系統(tǒng)是否需要動作；方程建立單元，用于若儲能系統(tǒng)需要動作，則根據(jù)狀態(tài)空間理論確定火電機組出力和儲能出力的動態(tài)模型建立狀態(tài)空間方程；目標(biāo)函數(shù)確定單元，用于通過所述狀態(tài)空間方程，以調(diào)頻效果和儲能系統(tǒng)的能量管理效果確定目標(biāo)函數(shù)；優(yōu)化單元，用于在對所述目標(biāo)函數(shù)求解的過程中，構(gòu)造火電機組出力和儲能出力為約束條件的優(yōu)化模型，使用所述優(yōu)化模型對儲能系統(tǒng)出力進行實時優(yōu)化。

2.2 具體實施方式

步驟1，判斷儲能系統(tǒng)是否需要動作。設(shè)定儲能系統(tǒng)的容量、額定功率和動作死區(qū)Pallow，讀入機組的AGC指令PAGC 和機組出力PG，判斷火電機組出力與AGC指令之間的偏差與儲能系統(tǒng)動作死區(qū)之間的關(guān)系；若|PAGC-PG|＜Pallow，則儲能系統(tǒng)不動作，輸出儲能功率PB ＝0；若|PAGC-PG|≥Pallow，則儲能系統(tǒng)需要動作，接著執(zhí)行下面的步驟。

步驟2，若儲能系統(tǒng)需要動作，則根據(jù)狀態(tài)空間理論確定火電機組出力和儲能出力的動態(tài)模型建立狀態(tài)空間方程。在上一個步驟中，若儲能系統(tǒng)需要動作，則根據(jù)狀態(tài)空間理論，選取火電機組出力PG(k)、儲能系統(tǒng)的充放電功率PB(k)、儲能SOC 狀態(tài)SOC(k)以及火電機組與儲能系統(tǒng)的聯(lián)合出力PGB(k)作為狀態(tài)變量；以火電機組短期預(yù)測出力增量△PG(k)和儲能系統(tǒng)的短期預(yù)測出力增量△PB(k)作為控制變量；以火電機組和儲能系統(tǒng)聯(lián)合出力和儲能SOC 作為輸出變量，創(chuàng)建的狀態(tài)空間方程如下：

式中，△t 為數(shù)據(jù)的采樣間隔，Erate 為儲能系統(tǒng)的額定容量，τ 為儲能系統(tǒng)的自放電率。

步驟3，通過所述狀態(tài)空間方程，以調(diào)頻效果和儲能系統(tǒng)的能量管理效果確定目標(biāo)函數(shù)。在確定狀態(tài)空間方程的基礎(chǔ)上，建立兩個指標(biāo)RFRErms和RSOCrms，用于分別反映調(diào)頻效果和對儲能系統(tǒng)的能量管理效果：

式中，SOCref 為儲能系統(tǒng)的中位參考值，可以取0.5，且一般情況下也取0.5；由于兩個指標(biāo)的量綱不一樣，對兩個指標(biāo)進行歸一化處理，處理后為：

式中，RFRErmsmax為RFRErms的最大值，RFRErmsmin為RFRErms的最小值，RSOCrmsmax為RSOCrms的最大值，RSOCrmsmin為RSOCrms的最小值；根據(jù)指標(biāo)歸一化，將確定的綜合評價指標(biāo)J 作為目標(biāo)函數(shù)，J ＝min(αR′FRErms+(1-α)R′SOCrms)。

式中，α ∈[0,1]為權(quán)重系數(shù)，可根據(jù)兩指標(biāo)的相對重要性選取。步驟4，在對所述目標(biāo)函數(shù)求解的過程中，構(gòu)造火電機組出力和儲能出力為約束條件的優(yōu)化模型，使用所述優(yōu)化模型對儲能系統(tǒng)出力進行實時優(yōu)化?；谀繕?biāo)函數(shù)在求解的過程中，綜合考慮火電機組和儲能系統(tǒng)的各種約束，通過選取控制增量的第一個數(shù)值作為本次控制命令的下達，再以本次結(jié)果對下一次預(yù)測進行校正，從而修正控制增量實現(xiàn)滾動優(yōu)化。

3 結(jié)語

綜上所述，本文旨在分析330MW 供熱機組的AGC 和一次調(diào)頻控制策略，并對其進行優(yōu)化研究。研究結(jié)果表明，優(yōu)化后的控制策略可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，降低機組燃料成本和維護成本，推動電力系統(tǒng)向智能化、自適應(yīng)化方向發(fā)展。本文對AGC 和一次調(diào)頻控制技術(shù)進行了詳細(xì)介紹，并分析了其在電力系統(tǒng)中的作用。在AGC 技術(shù)方面，本文介紹了傳統(tǒng)PID 控制器和模糊控制器的實現(xiàn)原理，并比較了2 種控制器的優(yōu)缺點。在一次調(diào)頻控制技術(shù)方面，本文介紹了發(fā)電機組在不同負(fù)荷下的調(diào)頻特性，并提出了一種基于區(qū)間型模糊控制的一次調(diào)頻控制策略。本文分析了330MW 供熱機組的AGC 和一次調(diào)頻控制策略，并對其進行了優(yōu)化研究。研究結(jié)果表明，優(yōu)化后的控制策略可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，降低機組燃料成本和維護成本，推動電力系統(tǒng)向智能化、自適應(yīng)化方向發(fā)展。