黑龍江電網CPS標準下AGC的分析

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.哈爾濱電業局，黑龍江哈爾濱150010; 3.華電能源哈爾濱第三發電廠，黑龍江哈爾濱150024)

0 引言

大區電網互聯中要保持和提高電網頻率質量，改善機組控制調節性能，發揮大電網運行的優越性，這與AGC的控制性能密切相關。東北電網用CPS標準取代A標準，注重控制區域對系統頻率質量的貢獻。這對AGC機組的運行提出了新的要求，如何調整AGC控制策略，使之適應CPS考核標準成為現階段亟待解決的重要課題。

1 東北電網CPS考核標準

2010年7月1日起，東北電網關口聯絡線正式實行CPS考核標準，根據東北電網的實際情況，省間聯絡線功率交換控制模式為網調采用定頻率控制方式(Constant Frequency Control，簡稱 CFC)模式，3省調采用聯絡線和頻率偏差控制(Tie-line Bias Control，簡稱TBC)模式。

CPS考核標準由CPS1和CPS2部分組成，CPS1是統計區域控制偏差(Area Control Error，ACE)變化量與頻率偏差關系的標準，作用是控制頻率;CPS2用于限制大的不可接受且不可預見的系統潮流。CPS標準可以明確評估各控制區域長期對電網頻率質量的“功過”，并鼓勵各控制區域積極參與調整聯合系統的運行頻率，促進各區域充分發揮大電網的優越性。

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為控制區域設定的頻率偏差系數，MW/0.1 Hz，帶負號;n為統計周期所包含的分鐘數(東北電網取15 min為1個統計周期);ε1為互聯電網對全年1 min頻率平均偏差的均方根的控制目標值，為該統計周期所包含的1 min時間個數)。

CPS2的計算式定義為式中B為控制區域的頻率偏差系數，MW/0.1 Hz，帶負號;B網為整個互聯電網的頻率偏差系數，MW/0.1 Hz，帶負號;ε15為互聯電網對全年15 min頻率平均偏差的均方根值的控制目標值，ε15=為該統計周期所包含的15 min時間個數)。

根據2009年國調調度生產日報數據，規定東北電網全網-10B網為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合格的標準規定: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標準有利于提高電網頻率質量，改善機組調節性能以及發揮大電網聯網優勢等諸多優越性;但伴隨而來的是其參與調節的難度大大增加，完全依靠人工進行調整是不現實的，需要有性能優良、可調容量大的AGC機組參與調節。

2010年底，黑龍江電網直調火電機組裝機容量為14 997 MW，省網具備投入AGC功能的機組共41臺，裝機容量11 620 MW，可調容量3 348 MW。但實際運行中，由于AGC機組調節中存在諸多問題，AGC運行時并未給聯絡線調整帶來明顯改善。目前，省網運行人員主要依靠人工進行調整，工作繁重，其主要問題分析如下。

2.1 頻率偏差系數B值不準確

由于東北區域各子電網B值的選取按2009年網調直調最高用電負荷與3省調所調系統最高用電負荷權重進行分配，而每年中由于季節和各省負荷增長變化情況不同，導致每年中大多數時間B值是不夠準確的，ACE(Area Control Error，區域控制誤差)計算式為

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

如果B值準確，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，多數情況下CPS1指標始終隨頻率向惡化的方向調節，迫使AGC機組跟隨進行頻繁調節，加大了聯絡線功率的振蕩，也無助于CPS指標的提高。建議電網B值應動態調整，可將上周(上月)B值平均值作為本周(本月)B值。

2.2 AGC機組調節特性差、機組控制策略不完善

當前AGC控制策略按CPS1、CPS2標準進行調節，而電網頻率是不可預知且快速變化的，其周期通常為2～5 min;但黑龍江電網機組AGC調節特性不好，AGC機組由于頻繁動作而掛起或造成單方向調節甚至反方向調節，即使投入再多的AGC機組也無法明顯提高黑龍江電網CPS合格率。建議改進AGC控制策略，加強電廠AGC管理。

2.3 缺乏AGC機組評價及經濟考核機制

由于CPS標準下機組AGC功能還不完善，目前還未開發AGC機組評價和考核結算功能，這使生產人員無法準確掌握各臺機組的調節特性，也不能從根本上調動發電廠投入AGC機組的積極性。AGC控制系統應設計機組出力跟蹤曲線，自動記錄機組每分鐘的調度負荷指令、機組實際出力、機組控制模式，這些信息均可通過歷史數據查詢，并以表格或曲線形式瀏覽。

2.4 低谷調峰困難對AGC機組的影響

隨著電網“節能減排、上大壓小”的逐步推進，黑龍江電網已沒有可用于調峰的火電機組，而新投運的大容量供熱機組調峰能力有限;此外，近2年風電場大量投運，風電的反調峰特性也使電網調峰能力逐年下降，低谷期間可用于調節的AGC機組非常少。當前聯絡線調整過分依賴蓮花水電機組的調峰及快速調整能力，當水電機組少發或停發時，將加大火電機組調峰的困難程度，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容量，能在較低出力的情況下進行調節，并且在任意出力區間內均能迅速調整，以滿足電網運行的要求。

3 提高AGC調節效果的措施

3.1 改進AGC控制策略

在A1/A2控制標準下，僅以ACE的15 min平均值作為控制標準。因此，只要有足夠的調節速率，就有可能達到該控制標準;而在CPS標準下，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偏差和系統頻率偏差的符號相反。這種調整的優點是ACE曲線波動小，CPS指標高而且穩定性好，對機組AGC性能要求較高，需要機組響應迅速，調節精度高。由于黑龍江電網機組AGC控制功能不完善，機組經常受煤質、輔機設備、機組響應時間慢等影響，接受AGC調節的效果不好，運行中經常發現同一時間內不同機組的調節方向相反，很多機組還由于調節頻繁，AGC功能自動掛起不再調節。

由式(4)可看出，ACE值的瞬時波動主要取決于頻率分量，而本區域的調整行為又無法有效影響頻率分量的波動，因此利用AGC調節使ACE 15 min均值趨近于零是不現實的。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，其方法是設定ACE曲線+40 MW和-40 MW為兩個動作目標值，當判斷ACE偏差與頻率偏差同方向且大于AGC動作門檻值時，調節AGC機組使ACE曲線向反方向目標值(+40 MW或-40 MW)調節，直至頻率偏差翻轉或ACE曲線達到目標值為止。

系統頻率偏差符號反轉的平均時間多數在2～3 min左右，機組在這幾分鐘內的調節應盡可能使ACE與頻率偏差符號相反，而在頻率偏差符號反轉后還能盡快做出相應調節。實現這一點的關鍵是加強機組集中并行調節能力，盡量使得所有AGC機組的調節能力和調節比例基本相當。這樣不但可以提高本系統對ACE和電網頻率的響應速率，而且使機組調節負載均衡，大大減小超調量，從而提高本控制區的調節品質。

3.2 改進火電機組調節策略

火電機組負荷指令方向變化過于頻繁而使機組出力處于不斷地升、降交替變化狀態時，機組控制系統將始終處于頻繁的調節狀態，不僅使機組不能穩定運行，同時影響了機組及AGC系統的負荷調節響應效果。為此，可增加機組反向控制延遲功能，即機組的反向調節需經過人為設定的時間。這樣，不僅提高了機組的調節性能，同時也提高了整個AGC系統的調節性能。

3.3 一次調頻與AGC相結合

就CPS考核標準而言，最理想的調節策略應當是使機組出力總是向使系統頻率偏差變小的方向調節。由機組一次調頻的原理可知，機組的一次頻率響應完全符合這個理想調節策略。因此，要充分發掘系統中機組一次調頻的潛力，合理整定一次調節的有關參數和協調好機組數字電液調節系統(DEH)中一次調頻與機組分散控制系統(DCS)的AGC調節的關系，取得最佳的調節效果。

為防止AGC調節指令和機組一次調頻響應之間可能產生的矛盾，在AGC機組的DEH中投入一次調頻功能的同時，在DCS系統中也盡量考慮一次調頻環節，從而協調了一次調頻和AGC控制之間的關系。

3.4 超短期負荷預報與AGC相結合

將超短期負荷預報與AGC相結合，使AGC由“跟蹤調節”轉為“預測調節”，可進一步提高AGC的調節效果?？紤]到機組出力沒有加減到位也可以通過適當提前加減負荷來彌補，可在超短期負荷預測中加入一個反映電網負荷變化趨勢的調節因子［1］，使得機組在電網負荷上升或下降前適當提前加減出力，對減少負荷偏差，減少電量罰款有實際意義。

4 結語

當前黑龍江電網AGC機組在CPS標準下的控制和調節還不成熟，需要在今后的工作中逐步完善，特別要加強發電廠AGC及一次調頻的管理，加強各地區的負荷預測及用電管理。省調應根據電網運行情況及時調整優化AGC控制策略，在管理制度上應盡快出臺AGC機組考核細則，利用經濟杠桿調動發電廠參與AGC調節的積極性。

［1］ 趙良，王濤，張鋒.浙江電網聯絡線功率交換考核指標(CPS)優化研究［J］.浙江電力，2004(6):22-25，34.