自動發電控制（AGC）的結構分析和應用

祁杰 趙斌

摘 要：自廠網分離、競價上網后，AGC成為連接電網和電廠之間的橋梁，廠網之間的密切協作既保證了電網的穩定運行和負荷的靈活調度，又使電廠發電機組高效運轉。本文著重介紹AGC技術和AGC在電網和電廠的應用。

關鍵詞：頻率；AGC；CCS

電力系統有功功率和頻率自動控制系統稱為自動發電控制（Automatic Generation Control）簡稱AGC。

AGC的目標：

（1）保持區域間凈交換功率在計劃值。

（2）維持系統頻率50Hz，并在允許的誤差范圍內。

（3）在保證區域間凈交換功率和系統頻率在計劃值的條件下，以經濟最優化原則安排機組處理，使系統更經濟的運行。

1 AGC的結構

AGC由能量管理系統（EMS）、遠方終端單元和機組協調控制系統組成。EMS通過遠方終端單元（RTU），將控制信息傳遞給電廠機組協調控制系統（CCS），由CCS完成AGC對機組出力的調節。

AGC通過調節區域內各電廠發電機組的功率，使用電負荷變化和發電機組功率波動而形成的區域控制偏差（ACE）不斷減小，直至為零的過程。這個控制過程是一個多變量、串級調節閉環反饋控制系統。其中，負荷分配器是串級調節系統的外回路控制器，即主控制器，承擔系統調節的細調。負荷分配器依據頻率偏差、發電機出力和其它信號，按照一定的調節規律，分配各機組輸出的有功功率。負荷分配器設在區域電網調度處。

機組控制器是串級調節系統的內回路控制器，即輔控制器，承擔系統調節的粗調。根據負荷分配器設定的有功功率，使機組實發功率與設定有功功率一致。機組控制器的功能由機組CCS實現。

2 AGC信號傳遞和電力系統調頻

從發電機組CCS到地區中調EMS的上行信號有9個：機組功率調節運行方式（就地/遠方）、AGC允許、機組輸出功率、機組最大出力限值、機組最小出力限值、機組當前升負荷速率（MW/min）、機組當前降負荷速率（MW/min）、機組指令增閉鎖、機組指令減閉鎖。從EMS到發電機組CCS的下行信號有4個：機組功率設定值管理SPM（set point management）狀態信號、發電機功率設定值、切除機組遠控模式、投入機組遠控模式。EMS與RTU之間通過電力通信系統實現信號傳遞， RTU與CCS之間通過電纜實現信號傳遞。

電力系統調頻有三種調頻方式。一次調頻采用CCS+DEH聯合方式，由發電機組自身實現。CCS的鍋爐主控利用前饋通道，快速改變燃料量，從而改變鍋爐負荷和補充鍋爐的蓄熱損失，CCS的汽機主控經過短時的延遲后，去維持機組負荷直至頻差信號回到死區。DEH在快速響應頻差信號，通過修改流量指令直接改變調門開度。機組的一次調頻功能具有快速性、持續性、穩定性的特點。

二次調頻是機組通過一次調頻無法完成時，由AGC調節機組的有功功率，從而將頻率偏差控制到允許的范圍內。

三次調頻以經濟最優化原則，依據超短期、短期負荷預測結果，分配用電負荷組成中，變化周期最長、變化幅度最大的負荷部分。電力系統有功功率最優分配的內容包括機組組合和經濟調度。機組組合決定哪臺發電機組運行、哪臺發電機組停止；經濟調度是運行機組應用等微增率原則或購電成本最小原則，實現用電負荷在各機組之間的最優分配。

3 AGC的實施標準

調節速率是AGC控制性能的一個非常重要的指標。鍋爐的熱慣性和汽輪機的遲延，使機組在AGC控制時有慣性特性。電網對機組AGC響應速度和調節品質的考評標準分為擾動負荷標準和平穩負荷標準。？

擾動負荷標準分為NERC新標準和B1、B2。NERC新標準規定，在擾動負荷發生后10分鐘內，ACE必須回到擾動前水平或者回到零。B1規定，在擾動負荷發生后10分鐘內，ACE必須回到零；B2規定，在擾動負荷發生后1分鐘內，ACE必須向絕對值減小的方向變化。

平穩負荷標準分為NERC新標準CPS1、CPS2和A1、A2。NERC新標準CPS1，采用ACE和頻率偏差的1分鐘移動平均值（MAVG）計算；二者乘積大于閾值時，控制輸出是ACE的1分鐘移動平均值；NERC新標準CPS2規定，每1小時的ACE平均值均在允許范圍內，控制輸出為預先給出的ACE最小控制值，或者ACE的1分鐘移動平均值。而A1規定在每10分鐘內，ACE至少過零一次；A2規定在每1小時內，以10分鐘為一固定時段，計算ACE的平均值，該平均值小于允許值。

蒙西電網目前采用A1、A2標準，當具備管理和技術方面的條件時，嘗試引入CPS1和CPS2標準進行控制性能評價。為了鼓勵AGC機組多參與AGC調節，中調對調節好的機組給予獎勵，機組退出AGC運行方式，除了不再享有獎勵和補償外，還要依據退出情況，給予一定的經濟處罰。機組退出AGC運行方式之前，需經當值調度員同意。

4 結語

隨著集散控制系統DCS、機組協調控制系統CCS和汽輪機電液調節DEH的廣泛應用，為機組AGC提供了技術條件。AGC使電網負荷調度、頻率調節更靈活便捷。

參考文獻：

[1] 包頭第二熱電廠AGC技術協議書，2014.

[2] 內蒙古西部電網自動發電控制（AGC）運行管理辦法.

作者簡介：

祁杰（1987-），男，內蒙古人，碩士，助理工程師，從事熱工自動控制領域的研究；

趙斌（1985-），男，內蒙古人，碩士，助理工程師，從事熱工自動控制領域的研究。