AGC与一次调频解析

AGC与一次调频国网新疆电力公司电力科学研究院2020/1/62HPIPLPGEN过热器再热器stMemfMM火力发电机组：在锅炉中通过燃烧煤炭释放出热能。水在锅炉中吸收热能后，转化为过热蒸汽。具有热力势能的过热蒸汽进入汽轮机后膨胀做功，将热力势能转换为驱动发电机组转子的机械功率。发电机再将机械功率转换为电磁功率。做功后的低能蒸汽在凝汽器中凝结成水。给水泵将水再打入锅炉，强制形成连续循环，使发电机组可连续地生产出电能。汽轮机的机械功率正比于其进汽流量。而流量又正比于蒸汽压力与进汽阀门有效开度之积。因此，改变阀门开度或蒸汽压力，即可改变机械功率。前者称为定压调节方式，后者称为滑压调节方式。汽轮机调节系统通过改变调节阀开度，使功率负荷达到平衡，最终达到稳定供电频率的目的。3水力发电机组：在天然河流上，修建水工建筑物，集中水头，通过一定的流量将“载能水”输送到水轮机中，使水能→旋转机械能→带动发电机组发电→输电线路→用户4交流励磁双馈发电机变速恒频风电系统风力发电机组：把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。5基本概念(1)AGC与一次调频的实质：电网的频率的控制根据电网频率偏离50Hz的方向和数值，实时在线地通过发电机组的调速系统（一次调频）自动发电控制系统（AGC、二次调频），调节能源侧的供电功率以适应负荷侧用电功率的变化，达到电网发/用电功率的平衡，从而使电网频率稳定在50Hz附近的一个允许范围内。6第一类变化幅度小、周期短，具有随机性。P1第二类变化幅度较大、周期较长，有一定可预测性。P2第三类变化幅度大、周期长，由生产、生活和气象等节律引起的。P3当外界电负荷增大时，发电机的电磁阻力矩增大，导致转子的转速下降，反之，转子的转速上升。因此，汽轮机应根据转速偏差改变调节汽门的开度，即改变进汽量和焓降，使蒸汽的驱动力矩与电磁阻力矩及摩擦力矩相平衡。故汽轮机调节系统有时称为调速系统。7频率二次调整频率二次调整定义为通过改变调频机组调速系统的给定值，改变其输出功率使电网频率回到额定值。在一次调频作用后，最终稳定频率会使机组功率偏离给定值。需通过调整预先指定的调频机组的负荷设定值，使各机组的负荷变化量转移到调频机组上，同时将频率恢复到额定值。变化周期较长、变动幅度较大，有一定可预测性。频率三次调整缓慢变化、变化幅度较大，由生产、生活、气象待变化引起。根据预测的负荷曲线，按最优化的原则对各发电厂、发电机组之间进行有功功率的经济分配。频率一次调整频率一次调整定义为在调速系统给定值不变的情况下，利用汽轮机转速控制或调节器，感受电网频率(周波)变化改变有功功率输出，维持同步区域发电输出与电网负荷平衡。一次调频为有差调节。8电厂频率控制9基本概念（2）通过发电机组调速系统的自身频率特性对电网的控制，通常称之为一次调频。它主要是由发电机组调速系统的静态特性来实现的。（有差调节）电网AGC则是考虑电网的宏观控制、经济运行及电网交换功率控制等因素，向有关机组调速系统下达相应机组的目标（计划）功率值，从而产生电网范围内的功率/频率控制，称之为二次调频。（闭环调节）。10AGC概念（1）AGC系统称为自动发电控制系统，它完成电网侧与电源侧的自动控制，可称为大协调控制。而MCS（或CCS）系统称为单元机组的协调控制，它完成发电机组侧的自动控制，也可称为小协调控制。单元机组协调控制系统：主要通过改变汽机调门开度和锅炉燃烧率来调节机组输出功率，并保持机前压力的稳定。11AGC：电力系统频率和有功功率自动控制系统称为自动发电控制（AGC)，亦称负荷与频率控制（LFC)；由自动装置和计算机程序对频率和有功功率进行二次调整实现。自动发电控制（AGC)是电力系统能量管理系统(EMS)中最重要的控制功能。EMS包含：自动稳定控制(ASC)、自动发电控制（AGC)、自动电压控制(AVC)三大控制系统。AGC概念（1）12发电控制与发电计划跟踪系统负荷（如下图）AGC的基本目标13发电控制与发电计划跟踪系统负荷14AGC在电厂火电机组的实现AGC控制状态包括三种：在线、离线、当地；对电厂而言，应发挥一次调频的作用，随时稳定区域电网频率；优化CCS的调节品质，确保较高的变负荷速率小时级负荷调节：按调度前日发电曲线不具备AGC能力的老机组及中小机组15min周期的调节：对具有调功装置的机组，EMS按实时计划曲线送各厂8～12sec周期的调节：由EMS直接控制机组的CCS。火电机组参加AGC的三种模式:15在机组投入CCS运行方式，机组实测负荷信号有效，AGC指令有效，并且机组实测负荷和AGC负荷指令偏差小于5MW时允许投入AGC运行。如机组需要投入AGC运行方式，暂定为由当值值长和中调电话联系，决定是否投入AGC运行方式。16电网调度中心（能量控制系统）EMS（）RTUDCS系统MCS系统微波通道AIDIDOAOAOAO调度负荷指令（ADS）AGC投入电厂端单元机组AGC概念（2）AGC允许AGC上限AGC下限AGC速率AGC返回值AO17AGC概念（3）18机炉协调方式（COORD）控制特征：机侧和炉侧同时进行压力和功率的调整，机炉主站在自动。特点：利用锅炉的蓄热量，功率响应快，又有利于压力的稳定，COORD方式一般都是在TF或BF负荷控制方式的基础上形成的，所以实际应用中COORD方式是指以TF（超临界机组采用效果较好）或BF（目前普遍采用的方式）为基础协调中的一种。适应范围：参与AGC控制的机组。协调控制系统（1）19电网(AGC)运行管理办法为提高电网AGC运行质量，确保电网频率质量和网间联络线控制水平，参照电力行业标准DL/T657—1998“火力发电厂模拟量控制系统在线验收测试规程”（《测试规程》）有关内容，结合《调度规程》所制定的AGC系统调度管理的内容制定。20AGC机组的相关试验与技术管理21机组AGC基本技术要求（新疆）直吹式汽包炉机组负荷调节速率不低于1.0%Pe/分钟；中间储仓式汽包炉机组负荷调节速率不低2.0%Pe/分钟；燃气机组的负荷调节速率不低于5.0%Pe/分钟；水电机组的负荷调节速率不低于50.0%Pe/分钟；循环流化床机组和燃用特殊煤种（如劣质煤、高水分低热值褐煤等）的火电机组负荷调节速率不低于1.0%Pe/分钟；超临界定压运行直流炉机组负荷调节速率不低于1.0%Pe/分钟，其他类型直流炉机组负荷调节速率不低于1.5%Pe/分钟；其它类型机组负荷调节速率不低于2.0%Pe/分钟。《互联电网联络线有功功率控制技术规范（试行）》调计〔2010〕33号22机组AGC基本技术性能测试（1）1、负荷随动性能测试（1）测试指令要求省调测试指令应满足以下要求：a、测试指令以斜坡方式连续增、减或减、增各两个周期。b、指令斜坡速率为测试机组申报的调节速率。c、斜坡指令的连续变化不小于测试机组额定负荷的5%，且时间不小于5分钟。（2）测试结果计算对测试曲线进行记录，并计算机组最大负荷偏差δLm。δLm=Max|Ldt－Lat|Ldt—t时刻的AGC测试负荷指令。Lat—t时刻的实际负荷。232、负荷调节能力测试（1）测试指令要求省调测试指令应满足以下要求：a、测试指令应为阶跃指令，一次发出。b、测试应在增、减两个方向分别进行，且两个方向测试间的时间间隔应不小于10分钟。c、测试指令的变化量应大于或等于测试机组AGC可调范围的50%。机组AGC基本技术性能测试（2）24机组AGC基本技术性能测试（3）1、机组响应时间TrTr=Td－T0式中：Td—机组实际负荷按照测试指令的方向增加或减少的变化量最后一次超过ΔP1值的时间。ΔP1以电网的要求和避开机组负荷的正常波动为原则确定。其中：600MW机组ΔP1=1.2MW300MW机组ΔP1=1.0MW200MW机组ΔP1=0.8MW125MW机组ΔP1=0.6MWT0—机组测试指令发出的时间。2、机组平均负荷调节速率VV=ΔL/（T－T0）ΔL—AGC测试负荷指令的变化量。T—AGC测试指令发出后，机组实际负荷到达AGC测试负荷指令目标值死区范围内的时间；死区范围为机组额定有功出力的±1%。25AGC方式下，AGC负荷指令频繁地连续变化。（存在的问题）机组锅炉炉膛容积大，热容量大，锅炉在接到负荷指令后，改变煤量到蒸汽流量发生变化需要时间，即蒸汽产生的纯迟延时间。最终导致汽压响应的迟延；对于负荷响应纯迟延较大的机组将难以适应。直吹式机组燃料量从指令变化到煤粉进入炉膛存在较大延时（中储式制粉系统由于煤粉仓的作用，没有制粉过程的影响，负荷的响应较快。）当机组大修、控制系统改造或自动调节系统发生变化后，机组协调控制系统调节品质将影响AGC效果。须进行AGC试验，重新确保机组AGC调节效果。AGC调节性能的改进与提高26常用名词术语(1)ACEAreaControlError区域控制偏差AGCAutomaticGenerationControl自动发电控制BFBoilerFellow锅炉跟随CCSCoordinatedControlSystem协调控制系统DCSDistributedControlSystem分散控制系统DEBDirectEnergyBalance直接能量平衡DEHDigitalElectricHydraulicControl数字电液控制EMSEnergyManagementSystem能量管理系统27常用名词术语(2)FFCFlatFrequencyControl定频率控制FTCFlatTie-lineControl定联络线功率控制PLCPowerLoadController电厂负荷控制器RBRunBack机组甩负荷RTURemoteTerminalUnit远方终端单元SCADASupervisoryControlandDataAcquisition数据采集与监视TBCTie-lineLoadFrequencyBiasControl联络线功率频率偏差控制28一次调频概念（1）机组一次调频性能是指：电网频率发生偏离额定值时，控制系统改变机组出力的大小以稳定电网频率。定义为在调速系统给定值不变的情况下，通过转速反馈作用改变其输出功率来调整电网的频率。在电网频率按自然调频过程变化的同时，调节系统探测到机组转速的变化后，通过转速反馈作用迅速调整各发电机组的输出功率，以维持供电频率稳定。一次调频范围：100MW及以上火电。机组大修或调速系统发生变化均应进行一次调频验证试验。29电力系统的一次调频稳定运行的电力系统，其电源和负荷功率必须是动态平衡的。当电源功率或负荷发生变化造成变化时（以功率不足为例），系统的频率就会随之降低，系统中的负荷设备会因为频率下降而影响其有功的吸收。与此同时，系统中运行的同步发电机组，也会按照其调速系统的静态特性增加调门开度，弥补系统中功率的不足。右图为电网的调频调整示意图。其中a点为系统变化前电网的功率负荷平衡点。当电网中的负荷从L1增加到L2时，系统的功率负荷平衡点将开始沿调速系统的静态特性线P1下滑，直到系统的功率负荷达到一个新的平衡,b点。在这个过程中汽轮机调速系统根据电网频率的变化情况，按照其自身的静态特性来自动调整所发功率，来满足电网负荷变化的过程,即为机组参与系统的一次调频过程。在这个过程中，系统功率负荷的动态平衡完全是自己随动完成的，不需要人工干预，动态平衡的结果是系统稳定在了一个较低的频率水平。这个过程即为电力系统的一次调频过程。可以看到电力系统的一次调频，是由同步发电机组和负荷设备共同来完成的。L/NL1L2abcNaNbNcfP1P230一次调频是控制系统频率的一种重要方式，但由于它的调节作用的衰减性和调整的有差性，因此不能单独依靠它来调节系统频率。要实现频率的无差调节，必须