AGC、AVC、PMU课件

AGC、AVC和PMU讲座继保教研室张莉2018年10月第一部分电力系统AGC一、概述二、AGC基本原理三、AGC的系统体系四、AGC的控制原理五、AGC的控制方法六、AGC的控制对象七、水电厂AGC控制概述一、概述自动发电控制(AutomaticGenerationControl，AGC)，通常简称为AGC，是建立在以计算机为核心的能量管理系统（或调度自动化系统），及发电机组协调控制系统之上，并通过高可靠信息传输系统联系起来的远程闭环控制系统。一、概述AGC任务：在联合电力系统中，AGC是以区域系统为单位，各自对本区内的发电机的出力进行控制。其任务可以归纳为如下三项：（1）维持系统频率为额定值，在正常稳态运行工况下，其允许频率偏差在正负（0.05－0.2）HZ之间。（2）控制本地区与其他区间联络线上的交换功率为协议规定的数值。（3）在满足系统安全性约束条件下，对发电量实行经济调度控制。二、AGC基本原理电力系统的频率调整是按照负荷变化的周期和幅值大小区别对待的，一般将负荷变化分解成三种成分。第一种幅度很小，周期又很短，一般小于10秒，据有随机性质，称为微小变动分量。第二种变动幅度较大，周期大约在10秒至2~3分钟之间，属于冲击性的负荷变动。第三种是长周期分量，周期大约在2~3分钟之10~20分钟之间，它是由生产、生活和气象等引起的负荷变化，有其规律性，可以预测。实际负荷曲线第一种负荷分量第二种负荷分量第三种负荷分量二、AGC基本原理针对上述三种不同的负荷变动分量,将频率调整相应划分为一次、二次和三次调整。1、频率的一次调整频率的一次调整是针对第一种负荷变动分量，它是由发电机的原动机（借助于调速器的自动调节）和负荷本身的调节效应共同作用下完成的，因而响应速度最快。但由于调速器的有差调节特性，不能将频率偏差调到零——有差调节，负荷变动幅度越大，频率偏差就越大，因此靠一次调整不能满足频率质量的要求。二、AGC基本原理2、频率的二次调整频率的二次调整是针对第二种负荷变动分量,这种调整需要通过调频器来实现。调频器位置的改变会平移发电机的静特性,从而改变发电机出力,达到调频的目的。如果参加调频机组的容量足够大,就可以实现无差调节（无频率偏差）。二、AGC基本原理3、频率的三次调整频率的三次调整是针对第三种负荷变动分量,它随时间调整机组出力执行发电计划,或每隔一段时间(如1分钟)按经济调度原则重新分配出力。或在非预计的负荷变化经一次调整和二次调整积累到一定程度时，重新按经济原则分配各发电厂的有功出力。AGC正是利用先进的技术手段来取代以前人工所作的二、三次调节，以达到快速、精准、经济和安全的调节。三、AGC体系构成AGC是一个大型的实时控制系统，主要由下列三部分组成：1.调度中心具备自动发电控制功能的自动化系统构成控制中心部分；（电网AGC）2.调度中心自动化系统与发电厂计算机监控系统或远动终端之间的信息通道构成通信链路部分；（通道）3.发电厂计算机监控系统（包括机炉协调控制系统）或远动终端、控制切换装置、发电机组及其有功功率调节装置构成执行机构部分。（电厂AGC）三、AGC体系构成三、AGC体系构成AGC是一个闭环控制系统。在整个系统中，包括了三种闭环：ACE调节控制是AGC系统的闭环，机组调节控制是发电厂监控系统的闭环，机组单元控制是机组本地控制单元的闭环。四、AGC控制原理区域控制偏差AGC的控制区域是指包含实现AGC控制目标的联络线走廊和发电机组在内的电力系统。区域控制偏差（AreaControlError，ACE），反映了电力系统联络线交换功率供需实时平衡关系的计算结果。每隔一定的周期ACE将被计算一次。正的ACE值被认为是过发电，而负的ACE值被认为是欠发电。四、AGC控制原理五、AGC工作流程原始ACE六、AGC控制对象1.电厂控制器电厂控制器（PlantLocalControl，PLC），也叫上位机。大多数情况下，一台电厂控制器能同时控制多台机组。上位机六、AGC控制对象2.机组控制单元（下位机）水电厂：LCU响应来自PLC（上位机）或直接从调度中心发出的设点功率控制指令，经分析比较后以增减功率的变脉宽信号发送给机组调速器并跟踪机组实发功率，直到逐渐逼近期望值。火电厂：DCS一般是直接响应从调度中心发出的设点功率控制指令，经分析比较后，协调控制机炉辅助系统并跟踪机组实发功率，直到逐渐逼近期望值。六、AGC控制对象机组控制单元（LocalControlUnit，LCU），也叫下位机，通常是指水电机组的控制装置（现地控制单元LCU），在火电厂通常则是指分散控制系统（DistributedControlSystem，DCS）水电机组火电机组火电机组六、AGC控制对象3.RTU控制装置远动终端（RemoteTerminalUnit，RTU）接收从调度中心发出的机组发电功率升降脉冲控制指令，直接控制调速器增减有功功率，其功率期望值的逼近是由AGC来判断的，没有中间闭环处理七、水电厂AGC控制电力系统AGC系统总体结构如下图所示：第二部分电力系统AVC一、电力系统电压调整概述二、电力系统AVC概述三、变电站AVC控制四、发电厂AVC控制一、电力系统电压调整概述一、电力系统电压调整概述1、电力系统的无功功率平衡电压是衡量电能质量的重要指标。电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则电压就会偏离额定值。35kV及以上电压供电负荷:±5%10kV及以下电压供电负荷:±7%低压照明负荷:+5%~-10%农村电网:+7.5%~-10%不可能控制电力系统所有节点的电压，选定某些有代表性的节点加以控制－中枢点电压控制我国规定的允许电压偏移一、电力系统电压调整概述（1）中枢点的电压管理电压中枢点：指那些能够反映和控制整个系统电压水平的节点（母线）。如：1）大型发电厂的高压母线；2）枢纽变电所的二次母线；3）有大量地方性负荷的发电厂母线。电力系统的电压中枢点例：中枢点中枢点一、电力系统电压调整概述中枢点电压调整方式一般分为三类：逆调压、顺调压和常调压。A、逆调压最大负荷时升高电压，但不超过线路额定电压的105%，即1.05UN；最小负荷时降低电压，但不低于线路的额定电压，即1.0UN。一、电力系统电压调整概述B、顺调压最大负荷时降低电压，但不低于线路额定电压的2.5%，即1.025UN；最小负荷时升高电压，但不超过线路额定电压的7.5%，即1.075UN。C、常调压电压保持在较线路额定电压高2%~5%的数值，即(1.02~1.05)UN，不随负荷变化来调整中枢点的电压。一、电力系统电压调整概述（2）电压调整的基本原理1212()/iGGNPRQXUUkUkUkkU（1）调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压UG；（2）改变变压器的变比k1、k2；（3）改变功率分布P+jQ（主要是Q），使电压损耗△U变化；（并联补偿调压——电容器或调相机等）（4）改变网络参数R+jX（主要是X），改变电压损耗△U。（串联电容）电压调整的措施：12iGNPRQXUUkkU二、电力系统AVC概述1.AVC的含义二、电力系统AVC概述2.AVC的基本功能和作用二、电力系统AVC概述3.AVC的工作过程二、电力系统AVC概述三、变电站AVC控制变电站AVC工作过程三、变电站AVC控制1.简单电力系统的九区图控制策略简单电力系统220kV10kV三、变电站AVC控制三、变电站AVC控制三、变电站AVC控制三、变电站AVC控制三、变电站AVC控制四、发电厂AVC控制1.系统电压的全局控制四、发电厂AVC控制一级电压控制为单元控制。控制器为发电机励磁调节器，控制时间常数一般为毫秒~秒级。其作用是保证机端电压等于给定值。二级电压控制为厂级控制，时间常数约为秒~分钟级，控制器为电压无功自动调控装置，控制的主要目的是保证母线电压或全厂总无功等于设定值。三级电压控制是系统级控制，时间常数约为分钟~小时级，它以全系统的安全、经济运行为优化目标，给出各厂站的优化结果，并下达给二级控制器，作为二级控制器的跟踪目标。四、发电厂AVC控制2.电厂侧AVC控制原理四、发电厂AVC控制（1）控制方法①由发电厂高压母线电压值、注入高压母线的无功及机组的运行状态，根据设定的高压母线目标电压值，计算出需注入高压母线的无功总量；②按既定的策略将无功量合理分配给各机组，利用发电厂自动电压控制系统调整机组无功出力或机端电压，使高压母线电压达到系统给定值。四、发电厂AVC控制（2）控制策略①当高压母线电压低于系统给定目标值时——各控制发电机增加无功功率，其大小应根据各控制发电机的无功裕量进行分配；②当高压母线电压高于系统给定目标值时——各控制发电机减少无功功率，其大小应根据各控制发电机的无功裕量进行分配；③某个控制发电机发出的无功功率已经达到极限（上、下限）时——计算时需排除无功功率越限的控制发电机；四、发电厂AVC控制四、发电厂AVC控制首先，系统阻抗的自辨识、在线计算式中，V-，Q-分别为前一次计算系统阻抗时的母线电压和母线送出的总无功；V+，Q+分别为本次计算系统阻抗时的母线电压和母线送出的总无功。四、发电厂AVC控制其次，预测系统无功式中，Qtarget为目标无功；Vtarget为目标母线电压。注意：系统无功先用系统阻抗上限进行计算，母线电压随着无功调节开始变化，当母线电压变化超过死区值时，将得到较准确的系统阻抗值，因此可得到精确的系统无功预测值。四、发电厂AVC控制再次，无功分配预处理①如果母线电压和目标电压在死区范围外，在预测出的系统无功中扣除不可调节机组的无功，加上所有可调机组的主变压器无功损耗。②根据每台机组的PQ图获得每台可调机组当前运行点的无功上、下限，得到可调总无功上、下限。四、发电厂AVC控制最后，无功在机组间的分配①等功率因数法计算出可调机组目标功率因数计算出各可调机组的目标无功四、发电厂AVC控制②等比例法计算目标无功和理想无功运行点的偏移:计算第m台机组分配的无功:四、发电厂AVC控制③相似裕度法如果高压母线电压低于系统给定的目标值，计算各个机组参与控制的发电机分配的无功增量:如果高压母线电压高于系统给定的目标值，计算各个机组参与控制的发电机分配的无功增量:四、发电厂AVC控制第三部分电力系统PMU一、WAMS介绍二、PMU的测量功能三、同步相量及功角的测量原理四、PMU装置介绍一、WAMS介绍WAMS(WideAreaMeasurementSystem)广域测量系统，用于连续监视电网运行性能，异常的频率，低频振荡，扰动期间和扰动后的动态特性。可为调度人员提供高质量的信息和分析工具。PMU(PhasorMeasurementUnit)同步相量测量系统，用于电力系统同步相量测量和输出以及动态过程的记录。PMU和GPS、高速通信网络、子站和主站分析系统共同构成WAMS。一、WAMS介绍PMU与WAMS的关系电力系统相量测量技术就是在高精度的时钟同步下，电网各厂站端的PMU实时地测量电压和电流的相量，并实时地传送到调度端的WAMS主站，经计算分析后提供电网的相量信息，解决现有系统不能直接测量相角的缺陷；监测电网的实时动态特性，填补运行人员不能监测系统动态过程的空白。一、WAMS介绍WAMS与相关系统的比较EMS系统——用于测量和监视系统稳态运行信息，时间分辨率为秒级，而且数据不带时标，不同地点之间缺乏准确的共同时间标记。继电保护及故障录波装置——测量和处理暂态过程数据，时间分辨率为毫秒级。WAMS系统——主要采集、处理动态数据，时间分辨率亦介于以上两系统之间，约从十毫秒到几百毫秒。因此，WAMS系统与EMS系统、继电保护及故障录波信息系统在数据上具有互补性。二、