文章编号：１００１－９９４４（２０１ ｌ１ｏ９．００３６—０４ 自动发电控制技术研究及应用 张应田 ，郭凌旭ｚ．冯长强ｓ （１．天津市电力科学研究院，天津３００３８４；２．天津电力调度通信中心，天津３０００１０：３天津陈塘热电有限公 ．司．天津３０Ｏ２２３） 摘要：随着电网规模的日益扩大，用电负荷变化越来越快．传统手动调节电网频率的方式已 经很难满足现实需要，而采用自动发电控制（ＡＧＣ）能够自动、快速地减小供需偏差．保证了 电能质量。文中介绍了自动发电控制的核心部分单元机组协调控制，该系统以（ｐ ／ｖ ）ｐ。作为 锅炉热量与汽轮机能量需求问的联络信号进行调节。目前，天津电网２００ＭＷ等级及以上机 组全部具备投Ａ．ＡＧＣ功能．对提高电网自动化水平发挥了重要作用 关键词：频率调节；自动发电控制；协调控制；直接能量平衡 中图分类号：ＴＭ７６ 文献标志码：Ｂ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＺＨＡＮＧ Ｙｉｎｇ—ｔｉａｎ ，ＧＵ０ Ｌｉｎｇ—ＸＵ２ ＦＥＮＧ Ｃｈａｎｇ—ｑｉａｎｇ （１．Ｔｉａｎｊｉｎ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｉａｎｊｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００１０，Ｃｈｉｎａ；３．Ｔｉａｎｊｉｎ Ｃｈｅｎｔａｎｇ Ｈｅａｔ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００２２３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｇｒｏｗｉｎｇ ｓｃａｌｅ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｄｓ，ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｏａｄ ｃｈａｎｇｅｓ ｆａｓｔｅｒ ａｎｄ ｆａｓｔｅｒ，ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｗａｙ ｏｆ ｍａｎｕａｌｌｙ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｇｒｉｄｓ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｑｕｌａｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｍｅｅｔ ｒｅａｌ ｎｅｅｄｓ，ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ（ＡＧＣ）ｅｎ— ｓｕｒｅｓ ｐｏｗｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｔｈｒｏｕｇｈ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ａｎｄ ｒａｐｉｄｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｓｕｐｐｌｙ ａｎｄ ｄｅｍａｎｄ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｕｎｉｔ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｃｏｒｅ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｇｕｌａｔｅｓ ｂｏｉｌｅｒ ｈｅａｔ ａｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｅｎｅｒｇｙ ｄｅ・ ｍａｎｄ ｍ （Ｐｌ／ｍ）ｐｏ ａｓ ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｓｉｇｎａ１．Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｕｎｉｔｓ ｏｆ Ｔｉａｎｊｉｎ ｄ ａｌｌ ｈａｖｅ ｉｎｐｕｔ ＡＧＣ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｖｅｒ ２００ＭＷ， ｗｈｉｃｈ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ ａｎｄ ｐｌａｙｅｄ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ；ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ（ＡＧＣ）；ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｄｉｒｅｃｔ ｅｎｅｒｇｙ ｂａｌａｎｃｅ （ＤＥＢ） 电力系统的主要特点是发电和用电同时完成． 因此．为了向用户连续提供质量合格的电能，必须保 证机组发电负荷随时与用户用电负荷保持平衡。而 电能用户覆盖地域辽阔、用户类型复杂，加上自然灾 害、设备故障等诸多因素影响，使得电网用电负荷频 繁、无规则地连续变化，从而导致电网频率也会不断 偏离正常范围。对于变化幅度小、周期短的负荷分 周期较长的负荷分量．需通过改变机组出力来完成 调整，即二次调频。当二次调整由电网调度中心的能 量管理系统（ＥＭＳ）来实现遥控自动控制时．则称为自 动发电控制ＡＧＣ（ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏ１） ”。 １ 自动发电控制 自动发电控制（ＡＧＣ）是电力系统频率和有功功 率自动控制系统的统称，其作用是保持系统发电负 量．主要靠机组的调速系统来自动完成调整．即一次 调频：但一次调频为有差调节，对于变化幅度较大、 收稿日期：２０１１－０２—２４；修订日期：２０１１－０６—１３ 荷与用电负荷平衡。传统的二次调频主要是靠调度 作者简介：张应田（１９８２一），男，工程硕士，工程师，研究方向为发电机组自动控制、机网协调控制技术研究与优化；郭凌旭 （１９７４一），男，工学硕士，高级工程师，研究方向为电网调度自动化。 圈 员手动向机组下指令或指定主调频厂保持频率质 量 由于电力系统规模日益扩大，用电负荷变化越 不变．系统工作点转移至ｂ，当发电负荷降低至 时．系统重新回到稳定工作点ｎ 。 来越快．依靠传统调频方式已经很难满足要求，而 采用自动发电控制技术能够自动、快速地减小发电 负荷和用电负荷的偏差．时刻保持二者的平衡，从 而保证了系统的电能质量 １．１ 自动发电控制基本原理 自动发电控制是保证电能质量、提高经济效益 的重要手段 ＡＧＣ控制目标为： （１）维持系统频率在允许误差范围之内，频率 累积误差在限制值之内 （２）控制互联电网联络线净交换功率按计划值 运行．交换电能量在计划值内 （３）在满足电网安全约束条件、电网频率和对 外净交换功率计划的前提下协调参与遥调的发电 厂（机组）的出力按最优经济分配原则运行。区域控 制偏差ＡＣＥ的一般表达式为 ＡＣＥ＝（ 一 ）＋ （ ）＝ＡＰ＋ＫＡｆ 式中： 为本控制区域净交换功率，ＭＷ； 为本控制 区域计划交换功率，ＭＷ：Ｋ为区域控制误差系数， ＭＷ／Ｈｚｉ 为系统实际频率，Ｈｚｉ 为目标频率，Ｈｚ。 按式中定义的ＡＧＣ控制模式为定联络线潮流 和频率偏差控制模式（ＴＢＣ）：若在上式中不考虑功 率偏差，ＡＣＥ：Ｋ△厂，则为定频率控制偏差模式 （ＦＦＣ）；若在上式中不考虑频率偏差，ＡＣＥ＝ＡＰ，则为 定联络线潮流控制模式（ＦＴＣ） １＿２电力系统二次调频原理 一般来说．任一区域用电负荷发生变化．频率 经过一次调整后仍偏离规定值．这就需要对发电机 组施加二次控制作用 通过改变发电频率特性曲 线．实现电力系统发电和用电新的平衡 图１中 表示系统用电频率特性． 表示系统 发电频率特性。如图所示，系统起始稳定工作为凡 时，发电负荷 与用电总负荷尸Ｉ。平衡，系统工作 频率为额定频率 。当系统用电负荷增加至尸ｌ 时， 若保持发电总负荷 。不变，则系统工作点转移至 ａ，此时系统工作频率为 ，比额定工作频率减少 ，系统处于不稳定状态；当系统发电负荷提高至 Ｐｃ２时，系统工作点转移至凡 ，此时系统频率重新回 到额定工作频率 ，系统保持稳定状态。 反之，若系统起始稳定工作点为ｎ２时．当系统 用电负荷减小至尸１．。时，如果保持系统发电负荷 自动亿ｓ仪表２０１１《９ｌ 图１ 电力系统的二次调频 Ｆｉｇ．１ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ １．３ 自动发电控制系统组成 自动发电控制通过自动装置和计算机程序实现 对系统频率和有功功率的二次调整。其主要由三部 分组成： （１）电网调度中心的能量管理系统ＥＭＳ（ｅｎｅｒｇｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ），主要实现机组间的负荷分配。 （２）微波通道及电厂端的远方终端ＲＴＵ（ｒｅｍｏｔｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｕｎｉｔ）．主要实现电网调度与各机组之间的 通信联系 （３）单元机组协调控制系统ＣＣＳ（ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ）．将电网调度的负荷指令变成机组实 际负荷 目前．调度中心ＥＭＳ系统与机组负荷控制系统 之间一般设计有以下几个接口信号：调度中心下发至 机组的发电机负荷指令信号．量程为５０％Ｐｅ～１００％ ． 为机组额定负荷：机组上传至调度中心的发电 机有功功率信号、发电机允许负荷变化率信号、发电 机ＡＧＣ待命信号和发电机ＡＧＣ已投入信号 图２为调度中心通过ＲＴＵ装置与机组间常规 的ＡＧＣ信号传输接１５ 调度中 电厂远 协调控 心ＥＭＳ 方终端 制系统 ＲＴＵ ＣＣＳ 图２调度中心与单元机组间ＡＧＣ信号接口 Ｆｉｇ．２ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆｏｒ ＡＧＣ ｓｉｇｎａｌ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ ｃｅｎｔｅｒ ａｎｄ ｕｎｉｔｓ 团 ２单元机组协调控制系统 自动发电控制（ＡＧＣ）的核心为单元机组的协调 控制．协调控制系统的响应快速与否直接决定了 ＡＧＣ的调节性能 协调控制系统按反馈回路分．可分为以汽轮机 跟随为基础的协调控制系统（ＣＣＴＦ）和以锅炉跟随 为基础的协调控制系统（ＣＣＢＦ）．按能量平衡方式 分，可分为直接能量平衡（ＤＥＢ）系统和间接能量平 衡（ＩＥＢ）系统 目前燃煤火电机组为了满足调度对 负荷快速响应的要求大多采用ＣＣＢＦ方式和直接能 量平衡控制系统［４］ ２．１ 以锅炉跟随为基础的协调控制系统 以锅炉跟随为基础的协调控制系统如图３所 示．它是以炉跟机控制方式为基础加入一个非线性 环节构成的 图３以锅炉跟随为基础的协调控制系统 Ｆｉｇ．３ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｂｏｉｌｅｒ ｆｏｌｌｏｗ 这种控制方式虽然负荷响应快．但机前压力波 动较大．为克服机前压力波动过大．增加了死区非 线性环节。汽轮机调节阀的开度（ ）随负荷偏差（负 荷设定Ｐ０与实际负荷 之差，即Ｐ０一ＰＰ）的大小而变 化，升负荷时Ｐ『 ０，汽轮机调节阀开度 增加，而 的变化会引起实际机前压力ｐ 下降，从而使压力 偏差（机前压力设定ｐ。与实际机前压力ｐ 之差，即 ｐｏ－ｐ ）增大。压力偏差信号通过死区非线性环节加 到汽轮机调节器ＷＴ１（ｓ）入口，作输出补偿，当压力 偏差（ｐ。一ｐ ）越出死区范围时，输出补偿起作用，限 制汽轮机调节阀开度的进一步增大．即限制过量利 用锅炉蓄热．以维持机前压力的稳定。通过分析可 以看出．机组在调节过程中由汽轮机控制负荷变 化，所引起的压力变化由锅炉调节器Ｗ （ｓ）通过燃 料控制系统（Ｂ）跟随补偿，故称为以锅炉跟随为基 础的协调控制 田 ２．２直接能量平衡协调控制系统 直接能量平衡协调控制系统工作原理如图４． 图中ｐ。为机前压力设定，Ｐ。为实际机前压力，ｐ，为 汽轮机第一级压力，Ｐ 为锅炉汽包压力，Ｐ０为负荷 设定， 为实际负荷，Ｂ为燃料控制系统， 为汽轮 机调节阀的开度，（ｐ ）ｐ。为能量平衡信号（ｅｎｅｒｇｙ ｂａｌａｎｃｅ ｓｉｇｎａ１）。 Ｐ０ 压 力 偏 差 校 正 图４直接能量平衡协调控制系统 Ｆｉｇ．４ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔ ｅｎｅｒｇｙ ｂａｌａｎｃｅ （１）锅炉调节系统以（Ｐ 。）ｐ。为负荷前馈指令 信号，以热量信号（ｈｅａｔ ｒｅｌｅａｓｅ）ｐ１＋ＣｂｄｐＪｄｔ为反馈 信号，其中， 为锅炉的蓄热系数，ｄｐ 为锅炉汽 包压力的微分 稳态时．能量需求信号与热量信号 平衡．当外界负荷指令阶跃上升时．必须使汽轮机调 节汽门有一定的过开，增加进汽量．才能满足功率的 需求．但由于锅炉补充能量不及时，会使Ｐ 下降，此 时，能量需求信号（Ｐ ，ｐ。）ｐ。大于热量信号，正好符合 暂态过程中更多地增加锅炉能量的输入需求，补充 被利用了的锅炉蓄能，反之亦然。 （２）汽轮机调节系统为串级系统，副调节器的反 馈信号采用了汽轮机第一级压力Ｐ ，当锅炉侧扰动 使ｐ 产生偏差时，Ｐ 首先变化，此时功率指令不变， 副回路动作．消除ｐｌ的变化，保持机组输出功率不 变 在功率调节系统中，还采用了比例微分功率定 值前馈信号．用以形成汽轮机调节汽门的动态过开 （关）．以增强机组输出功率跟踪功率给定值的能力。 直接能量平衡控制系统的特点是： ①引入代表汽轮机组能量需求的信号（ｐｌ／ｐ。）ｐ。 作为锅炉与汽轮机间的协调信号，或称为能量平衡 信号。 ２００ＭＷ等级及以上机组全部具备投入ＡＧＣ功能， 正常运行时所有ＡＧＣ机组均处于ＡＧＣ模式运行， ②ｐ 无论是动态还是静态，都与汽轮机调 节汽门的开度成正比．即能实时反映汽轮机输入 的能量 且多数ＡＧＣ功能机组的控制指标都满足网调的要 求．在国内处于较高水平，为天津电网和华北电网的 稳定运行奠定了良好的基础。 ③（ｐ ／ｐ ）ｐ。正确反映汽轮机对锅炉的能量需 求．且只受外扰（汽轮机调节汽门开度变化），而不 受锅炉侧内扰的影响。 ４结语 自动发电控制（ＡＧＣ）系统着重解决电力系统在 ④（ｐ ）Ｐ。协调锅炉与汽轮机间的能量平衡， 适用于所有运行工况。 运行过程中的频率调节和负荷经济分配问题，它是 实现智能调度的重要环节 自动发电控制（ＡＧＣ）技 术的出现构建了电网频率和潮流优化控制的基础技 术支持系统．深入研究大型机组和调度系统ＡＧＣ技 ３ 自动发电控制（ＡＧＣ）技术应用 近年来．在电力监管部门的努力推动下．自动发 电控制（ＡＧＣ）技术在电源侧和电网侧的应用有了长 足进步．ＡＧＣ机组的投运技术指标有了深度提高。 天津电网作为京津唐电网的重要组成部分．自 动发电控制（ＡＧＣ）系统在华北电网控制中发挥举足 轻重的作用．网内ＡＧＣ机组运行模式采用的是按机 组基点功率调整发电功率的ＢＬＯ（ｂａｓｅ ｌｏａｄ ｏｆｆ— ｒｅｇｕｌａｔｅｄ）方式和按区域控制误差（ＡＣＥ）自动调节 术是提高电网自动化水平的关键之一。电力用户高、 精、尖产业的不断涌现．对自动发电控制系统的性能 提出了更高的要求．扎实提高ＡＧＣ机组调节水平． 稳定控制频率与网间潮流．精细化ＡＧＣ调控目标， 减少机组无效调节．降低电网有功调控成本是ＡＧＣ 系统控制的最终目标。 参考文献： ［１］林文孚，胡燕．单元机组自动控制技术［Ｍ］．２版．北京：中国电力 ｝｝；版社．２００８． 的ＢＬＲ（ｂａｓｅ ｌｏａｄ ｒｅｇｕｌａｔｅｄ）２种方式 ＡＧＣ考核执 行的是华北网调Ａ１、Ａ２标准，即每１５ｍｉｎ为１个考 核单元．联络线累计偏差不能超过５０ＭＷ．瞬间偏差 应有归零趋势等 天津电网主力机组为２００ＭＷ等 级和３００ＭＷ等级机组．其他自备电厂及地方电厂 机组进行人工辅助调节以维持一定量的发电机旋 转备用裕度 经过近２年的大力推动。目前天津电网网内 石＼． 蝣 、Ｉ；－、 ＼！ 、、蠕 石＼ ； 石 ．１、 石 ［２］孙毅，路轶．四川电网自动发电控制（ＡＧＣ）应用及分析［Ｊ］．华中 电力，２００７，２０（１）：２９—３１，３４． ［３］陈宇．６００ＭＷ火电机组侧ＡＧＧ功能应用研究［Ｊ］．贵州电力技 术，２００９，１２（８）：１７—１９． ［４］毕贞福．火力发电厂热工自动控制实用技术［Ｍ］ 北京：中国电力 ｍ版社，２００８． ＼！ －、 、 Ｉｌ石 ； ； ＇＿、 石 蛤 ■ 石＼！ ＿ｌ、、 ２０１ ｌ中国国际核电装备展览会在北京开幕 由中国机械工业联合会、中国能源协会共同举办的“中国国际核电装备展览会”于９月１９日在北京中 国国际展览中心盛大开幕．该展览持续三天（９月１９—２１日） 展会期间将举办“中国核电可持续发展高峰论坛”，来自世界各地和来自中国的核能专家、企业家利用 这次宝贵的机会充分交流和沟通，探讨研发更安全的核电技术和装备，探讨核能行业的可持续发展 切实推 进核能事业的又好又快安全发展 据悉，本届展会吸引了众多国内外核电供应商、设备制造商以及投资商。展会面积达１８０００平方米．参 展企业多达３００家，规模为历届之最。来自法国、美国、德国、英国、日本、西班牙、荷兰、奥地利、韩国、加拿 大、瑞士等２１个国家和地区的７０余家国外企业参展。其中中国核工业二三建设有限公司、法国核工业协 会、法中电力协会、快堆产业化技术创新战略联盟、俄罗斯工商会以协办单位的形式加入进来：更是得到了 上海电气集团、哈尔滨电气集团、东方电气集团、一重集团、二重集团、鞍钢集团、西电集团等大力支持：江苏 常州核电设备协会、台湾核能及产业发展协会、法国核工业协会等以展团形式参加中国国际核电装备展 目 前，中国国际核电装备展览会被公认为核能界规模较大、影响力较强的专业展会，已成为国内外核电及其相 关企业展示实力、推介产品的重要平台 本届展会展品内容包括核电设计、燃料元件制造、铀资源开发、核电建设、安全运行等众多领域，涉及专 业领域广泛，展品内容丰富、制作精美 自动化ｓ仪表２０１１（９） 图