火电机组AGC 速率的在线计算方法研究

刘 芳，田 亮，申克峰

(1．华北电力大学 控制与计算机工程学院，河北 保定071003;2．河北邯郸市热力公司，河北 邯郸056002)

0 引言

随着电网规模的不断扩大，电能质量和电网安全运行受到很大影响。为解决深层次的电网安全问题，国家电监会于2009 年出台了“两个细则”即:《辅助服务补偿》和《电厂并网管理细则》。“两个细则”的实施，加强了对并网机组的考核和补偿，促进了电网经营企业和并网发电厂的协调发展。发电负荷调节速率是“两个细则”衡量并网机组AGC (自动发电控制［4］)性能的一项重要指标。真实准确的调节速率可为公平公正地考核和补偿并网发电厂提供依据。

目前计算并网火电机组AGC 速率的方法有很多，常见的有如下几种:按月计算，记录一个月内机组的AGC 指令曲线和发电负荷曲线，在月末依据曲线计算AGC 速率;在线计算，根据机组主站AGC 软件实时记录的指令跟踪曲线，选择有效计算区间在线计算AGC 速率;离线计算，人为手动改变负荷，通过对机组进行离线测试来计算AGC 速率。

结合上述计算方法，现提出一种基于DCS 组态实现并网机组AGC 速率在线计算的方法。以下将以新华XDPS 6.0 为例，分析典型AGC 机组调节过程中AGC 指令信号与机组负荷信号的变化特征，设计计算AGC 速率的组态方案，并通过实验证明该方法具有一定的精度，能够为机组运行及考核提供依据。

1 典型AGC 机组调节过程

AGC 调节过程如图1 所示。可以这样描述:T1时刻以前，该机组稳定运行在出力值为P1附近。T0时刻，AGC 控制程序对该机组下发功率为P2的设点命令，机组开始涨出力，到T1时刻可靠跨出P1的调节死区，然后到T2时刻进入启磨区间，一直到T3时刻，启磨过程结束，机组继续涨出力，至T4时刻第一次进入调节死区范围，然后在P2附近小幅振荡，并稳定运行于P2附近。至T5时刻，AGC 控制程序对该机组发出新的设定命令，功率值为P3，机组随后开始降出力的过程，T6时刻可靠跨出调节死区，至T7时刻进入P3的调节死区，并稳定运行于其附近［1］。

调节速率是指机组响应设点指令的速率，可分为上升速率和下降速率。实际调节速率计算公式如下:

图1 网内某台机组一次典型的AGC 机组设点控制过程Fig．1 A typical AGC set point control process of a unit

式中:Vi是第i 台机组的调节速率 (MW/min);PEi是其结束响应过程时的出力(MW);PSi是其开始动作时的出力 (MW);TEi是结束的时刻(min);TSi是开始的时刻(min);Pdi是其启停磨临界点的功率(MW);Tdi是启停磨实际消耗的时间(min)。

2 基于新华XDPS 6.0 组态计算

2.1 基本模型

上述典型AGC 机组调节过程进行简化可得图2 基本模型。

图2 基本模型Fig．2 Fundamental model

整个AGC 调节过程可以这样描述:t1时刻以前，机组以负荷值p1稳定运行。t1时刻，AGC 控制程序对机组下发功率为p2的设点命令，机组以一定的速率开始涨负荷，t2时刻机组负荷值达p2，之后稳定运行于p2。在t3时刻，AGC 控制程序对机组下发功率为p3的设点命令，机组以一定的速率开始降负荷，t4时刻，机组负荷值达p3，之后稳定运行于p3。

AGC 速率:

2.2 计算p(t2)－p(t1)及p(t4)－p(t3)

p(t)是机组在t 时刻的发电负荷值，机组实际的发电负荷值跟随AGC 指令值而变化。计算p(t2)－p(t1)及p(t4)－p(t3)，需记录每个调节过程中机组开始响应AGC 指令时的发电负荷值以及结束该响应过程时的发电负荷值。

AGC 指令信号经迟延处理后与原AGC 指令信号相减，当差值超出抗干扰阈值范围时(抗干扰阈值范围的设定由机组调节允许偏差量决定， “两个细则”规定机组调节允许的偏差量为机组额定有功功率的1%)产生一个脉冲信号，即为表征AGC 设点指令到来时刻的脉冲信号。组态如图3 所示。

图3 AGC 信号检测组态图Fig．3 AGC signal detection configuration diagram

机组结束响应过程时，机组发电负荷值在AGC 设点指令值在调节死区内(调节死区由机组的调节允许偏差量决定， “两个细则”规定机组调节允许的偏差量为机组额定有功功率的1%)。将AGC 指令信号与机组发电负荷信号相减，当差值由较大值减小到进入调节死区的时刻产生一个脉冲，所得的脉冲信号即为表征机组结束响应过程的脉冲信号。组态图如图4 所示。

图4 机组负荷稳定检测检测组态图Fig．4 Steady load detection of a unit configuration diagram

在基本模型中，p(t1)和p(t3)是AGC 控制程序对机组下发设点指令的时刻所对应的机组发电负荷值，记录p(t1)和p(t3)可用表征AGC设点指令到来时刻的脉冲信号触发锁存机组发电负荷信号。p(t2)和p(t4)是机组结束响应设点指令时的发电负荷值，记录p(t2)和p(t4)可用表征机组结束响应设点指令时刻的脉冲信号触发锁存机组发电负荷信号。将锁存得到的p(t1)、p(t3)和p(t2)、p(t4)对应相减即可。组态图如图5 所示。

图5 p(t2)－p(t1)及p(t4)－p(t3)组态图Fig．5 p(t2)－p(t1)and p(t4)－p(t3)configuration diagram

2.3 计算t2 －t1 及t4 －t3

t1，t3是机组开始响应AGC 设点指令的时刻;t2，t4是机组结束响应AGC 设点指令的时刻。t2－t1和t4－t3是机组响应AGC 设点指令过程的调节时间。

机组实际的发电负荷值跟随AGC 指令的变化。在调节过程中，调节时间是机组从开始响应AGC 设点指令到机组发电负荷值进入到AGC 设点指令调节死区内的时间。将AGC 指令信号与机组发电负荷信号相减，用积分作用计算差值超出AGC 指令调节死区内的时间，所得结果是机组各个调节过程调节时间的总和。组态图如图6所示。

图6 积分求取时间组态图Fig．6 Using integration to calculate time configuration diagram

用表征AGC 设点指令到来时刻的脉冲信号和表征机组结束响应过程的脉冲信号分别触发锁存上述调节时间总和信号，将所得信号相减即可得到t2－t1和t4－t3。组态图如图7 所示。

图7 时间组态图Fig．7 Time configuration diagram

2.4 计算AGC 速率

根据AGC 速率计算公式，进行除法运算即可得v1和v2。组态图如图8 所示。

2.5 显示AGC 速率

机组响应每一个AGC 设点指令结束时显示该过程的调节速率。用表征机组结束响应设点指令时刻的脉冲信号来触发锁存上述AGC 速率信号，输出v2;用表征机组结束响应设点指令时刻的脉冲信号来触发锁存经过迟延处理的v2信号，输出即为v1。组态图如图9 所示。

图9 显示速率组态图Fig．9 Show rates configuration diagram

3 实验数据

利用上文提出的火电机组AGC 速率在线计算的方法，进行下列两组实验。实验1:选取理想状态下机组响应AGC 指令曲线，如图10，计算机组响应AGC 指令的速率;实验2:选取网内某台具备AGC 功能的火电机组的部分运行曲线，如图11，计算机组响应AGC 指令的速率。

图10 理想状态下机组响应AGC 指令曲线Fig．10 Unit ideal response to an AGC instruction configuration diagram

图11 某台AGC 机组实际运行曲线Fig．11 Actual operation curve of an AGC unit

表1 给出在两组实验条件下，利用火电机组AGC 速率在线计算的方法求取的AGC 速率值，以及相应的AGC 速率理论值和误差。

表1 实验数据Tab．1 Experimental datas

分析实验结果，用上文提出的在线计算AGC速率的方法得到的结果与理论值相比，最大的误差为0.023 4 MW/min，最高精度可达1.25%。由此方法得到的计算结果在一定误差范围内与理论值相吻合。同时，由于此方法设计了显示速率的组态模块，所以能够实现调节速率的实时显示，即在每次机组响应AGC 设点指令结束时刻显示该响应过程的调节速率。

上述AGC 调节速率在线计算的方法不仅具有一定的准确性，而且具有较好的实时性。能为“两个细则”合理、公正的考核并网发电机组提供一定的数据依据，也为电厂建立公平的奖惩考评机制提供依据。在火电机组AGC 速率在线计算的方法中，调节死区范围和抗干扰阈值范围的设定与机组有关，不同机组对应的调节死区范围和抗干扰阈值范围不同。所以在实际系统应用中应注意:组态模块中设定调节死区范围值和抗干扰阈值范围值之前，要根据实际机组的容量和运行指标计算出调节死区范围和抗干扰阈值范围。

4 结论

本文对火电机组AGC 速率在线计算的方法进行了研究，从DCS 组态角度提出实现AGC 速率在线计算的方法。通过两组实验进行测试，证明本文提出的计算方法是正确有效的，所得结果具有一定的精度，能够为机组运行及考核提供支持。

［1］华北电监会．华北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则［S］．2009．

［2］《电力系统调频与自动发电控制》编委会．电力系统调频于自动发电控制［M］．北京:中国电力出版社，2006．

［3］薛定宇，陈阳泉．控制数学问题的MATLAB 求解［M］．北京:清华大学出版，2007．

［4］赵振书，祝海光．350MW 机组DEB 协调控制对AGC 的适应性分析［J］．电力科学与工程，2011，27 (3):72-75．Zhao Zhenshu，Zhu Haiguang．Analysis of AGC adaptability based on the DEB coordinated control method ［J］Electric Power Science and Engineering，2011，27 (3):72-75．

［5］李滨，韦化，农蔚涛，等．满足互联电网CPS 标准的AGC 最小调节容量研究［J］．中国电机工程学报，2009，29 (13):59-64．Li Bin，Wei Hua，Nong Weitao，et al．Study of minimum AGC capacity under control performance standard for interconnected power grid ［J］．Proceedings of the CSEE ，2009，29 (13):59-64．

［6］汪德星，杨立兵．自动发电控制(AGC)技术在华东电力系统中的应用［J］．华东电力，2005，33 (1):23-27．Wang Dexing，Yang Libing．Application of AGC technology in east china electric power system ［J］．East China Electric Power，2005，33 (1):23-27．

［7］张秋生，李学峰．提高河北南网协调控制系统响应AGC 速率的方法［J］．河北电力技术，2005，24 (4):33-35．Zhang Qiusheng，Li Xuefeng．Method of raising AGC response speed of Hebei south network coordinated control system ［J］．Hebei Electric Power，2005，24 (4):33-35．

［8］冯玉昌，腾贤亮，涂力群．AGC 机组调节速率和精度的实时计算方法［J］．电力系统自动化，2004，28(4):75-77，79．Feng Yuchang，Teng Xianliang，Tu Liqun．Real-time calculation of regulation speed and regulation precision on AGC software ［J］．Automation of Electric Power Systems，2004，28 (4):75-77，79．

［9］李端超，江山立，陈家庚，等．AGC 机组调节效能定量评估与补偿方式研究［J］．电力技术，2001，25(8):15-19，44．Li Duanchao，Jiang Shanli，Chen Jiageng，et al．Quantitative evaluation of regulation efficiency of generating sets with AGC and study on the comdensation modes ［J］．Power System Technology，2001，25 (8):15-19，44．

［10］许靖，赵学顺，甘德强，等．有功和AGC 联合电力市场调度模型及定价分析［J］．电力系统自动化，2004，28 (6):14-18．Xu Jing，Zhao Xueshun，Gan Deqiang，et al．Dispatching model and pricinganalysis of energy and AGC market Co-optimization ［J］．Automation of Electric Power Systems，2004，28 (6):14-18．

［11］林万菁，刘娆，李卫东，等．发电侧电力市场下AGC容量确定于机组选择［J］．电力系统自动化，2004，28 (19):17-21．Lin Wanjing，Liu Rao，Li Weidong，et al．AGC requirement determination and unit selection in the generation market ［J］．Automation of Electric Power Systems，2004，28 (19):17-21．

［12］高宗和，滕贤亮，张小白．互联电网CPS 标准下的自动发电控制策略［J］．电力系统自动化，2005，29(19):40-44．Gao Zonghe，Teng Xianliang，Zhang Xiaobai．Automatic generation control strategy under control performance standard for interconnected power grids［J］．Automation of Electric Power Systems，2005，29 (19):40-44．

［13］夏成军，周良孙，刘林，等．吉林电网AGC 性能指标统计的在线计算程序开发［J］．继电器，2003，31(3):47-49．Xia Chengjun，Zhou Liangsun，Liu Lin，et al．Development of statistic methods of AGC control index for JiJin power network by on-line program［J］．Relay，2003，31(3):47-49．

［14］龚陈雄，姚建刚，杨先贵，等．AGC 机组辅助服务考核与补偿评估方法［J］．电力系统及其自动化学报，2011，23 (5):137-141．Gong Chenxiong，Yao Jiangang，Yang Xiangui，et al．Evaluation method of auxiliary service examination and compensation of AGC units ［J］．Proceedings of the CSU-EPSA，2011，23 (5):137-141．