自动发电控制基本原理及控制方法ppt课件.pptx
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1、自动发电控制(新能源有功控制系统)基本原理及控制方法,韩 杰甘肃省电力调度控制中心二一七年九月,自动发电控制(Automatic Generation Control),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。 其功能为按电网调度中心的控制目标将指令发送到有关发电厂或机组,通过发电厂或机组的控制系统实现对发电机功率的自动控制。,基本概念,电能是一种特殊的产品,其最大特点在于电能不能大量储存,电能的生产、输送、分配和使用可以说是在同一时刻完成的。在任何时刻,电力系统中电源发出的功率都等于
2、该时刻电力系统负荷和电能输送、 分配过程中所消耗的功率之和。 电力系统的负荷瞬息万变,因此,独立电力系统必须满足电能的供需平衡,维护正常频率,保证控制内部的电能质量;联合电力系统还必须保证联络线交换功率按交易计划运行,加强联络线控制能力,使整个系统协调稳定运行。然而,依靠人工调节方式无论从反应速度还是调节精度都难以满足电力系统安全、优质、协调、经济运行的要求。显然,要实现现代化的电网管理,进一步提高整个电力系统的电能质量和联络线交换功率的控制水平,需要采取相应的自动化技术手段来提供实质性的保障。解决这一问题的最佳途径就是AGC。,AGC的作用,AGC的目的,在互联电力系统中, 各区域承担各自的
3、负荷,与外区域按合同买卖电力。各区域的调度中心要维持电力系统频率,维持区域间净交换功率为计划值,并希望区域运行最经济。 自动发电控制是满足以上要求的闭环控制系统。 具体地说自动发电控制有以下四个基本控制目标:(1) 使全系统的发电出力和负荷功率相匹配 ;(2) 将电力系统的频率偏差调节到零,保持系统频率为额定值;(3) 控制区域间联络线交换功率与计划值相等,实现各控制区域有功功率平衡;(4) 在区域内各发电厂间进行负荷的经济分配。,运用AGC技术,可以获得以高质量电能为前提的电力供需实时平衡,提高电网安全、稳定、经济运行水平,更加严格有效地执行互联电网之间的电力交换计划,进一步减轻运行管理人员
4、的劳动强度;对于提高调度中心和发电厂自身的科学技术素质,完善运行管理机制,适应电力系统发展运营的需要,增强在电力市场的竞争实力都具有十分重要的意义。,使用AGC的意义,7,下图表示某一联合电力系统,由3个区域及3条联络线组成。各区域内部有较强的联系,各区域间有较弱的联系。正常情况下,各区域应负责调整自己区域内的功率平衡。例如,区域B中接入一个新的负荷时,起初联合电力系统全部汽轮机的转动惯性提供能量,整个联合电力系统的频率下降。系统中所有机组调节器动作,加大出力,提高频率到某一水平,这时整个电力系统发电与负荷达到新的平衡。一次调节留下了频率偏差f和净交换功率偏差,AGC因此而动作。提高区域B 的
5、发电功率,恢复频率达到正常值和交换功率到计划值,这就是所谓的二次调节。此外,AGC将随时调整机组出力执行发电计划(包括机组停机),或在非预计的负荷变化积累到一定程度时按经济调度原则重新分配出力,这就是所谓的三次调节。,联合电力系统,自动发电控制的一般过程,AGC 的其中一项重要功能是调频作用,电网的频率调整分为:一次调频、 二次调频和三次调频: 其中利用发电机调速系统频率静态特性而改变发电机出力所引起的调频作用叫一次调频, 一次调频控制一分钟以下的负荷变化, 在电力系统负荷发生变化时, 仅靠一次调频是不能恢复的, 即一次调频是有差调整(迅速拉回频率)。为了使系统频率维持不变,需要运行人员手动操
6、作或通过调度自动化系统自动操作,以改变汽轮机调速器(调门)的位置,增减发电机的出力,进而使频率恢复至目标值,这种调整叫二次调频。二次调频控制几分钟至十几分钟的负荷变化,二次调频控制频率的目标值为额定频率,即二次调频是无差调频(稳定频率)。只有经过二次调频后,电网频率才能精确地保持恒定值。二次调频主要由 AGC 机组自动完成,所以 AGC 属于二次调频。三次调频是根据负荷预计曲线, 各厂或各机组按计划出力曲线(包括开停机组)调整, 三次调频控制半小时以上的负荷变化。,一次、 二次和三次调频,AGC 控制系统主要有电网调度中心的实时控制系统、信息传输通道、远动控制装置( RTU)、单元机组控制系统
7、组成。 电网调度中心利用控制软件对整个电网的用电负荷情况及机组的运行情况进行监视,对掌握的数据进行分析,并对电厂的机组进行负荷分配,产生AGC 指令。 AGC 指令通过信息传输通道传送到电厂的 RTU; 同时电厂将机组的运行状况及相关信息通过 RTU 和信息传输通道送到电网调度中心的实时控制系统中去。结构如下图所示:,AGC闭环控制回路可分为两层。一层为负荷分配回路,AGC通过远动控制装置(RTU),通讯通道及SCADA获取所需的实时量测数据,由AGC程序形成以区域控制偏差(ACE)为反馈信号的系统调节功率,根据机组的实测功率和系统的调节功率,按经济分配的原则分配给各机组,并计算出各机组或电厂
8、的控制命令,再通过SCADA、通讯通道及RTU送到电厂的机组控制系统;另一层是各机组的控制回路,它调节机组出力(二次调节)使之跟踪AGC的控制命令,最终达到AGC的控制目的。,AGC区域运行状态包括:在线:AGC所有功能都投入正常运行,进行闭环控制。调度员可以手动切换到离线状态。离线:AGC不对机组下发控制命令,但数据处理、ACE计算、性能监视等功能均正常运行。调度人员可以手动切换到在线状态。暂停:当某些量测数据异常导致ACE错误时,自动设置为暂停状态。在给定的时间内,一旦测量数据恢复正常,自动返回在线状态,否则自动转至离线状态。,AGC运行状态,AGC的控制模式包括以下三种:恒定频率控制(F
9、lat Frequency Control,FFC), AGC的控制目标是维持系统频率恒定。恒定联络线交换功率控制(Flat Tie-line Control,FTC), AGC的控制目标是维持联络线交换功率的恒定。联络线和频率偏差控制(Tie-line load frequency Bias Control,TBC),AGC同时控制系统频率和联络线交换功率。,甘肃电网的AGC控制模式采用联络线功率+频率偏差控制模式(TBC)。,AGC控制模式,式中,为控制区频率特性系数(MW/0.1Hz),一般为负值,TBC模式: ACE计算公式中同时包含频率分量和联络线交换功率分量。,FFC模式: ACE
10、计算公式中仅包含频率分量。,分别为频率偏差和净交换功率偏差。,FTC模式: ACE计算公式中仅包含联络线交换功率分量。,区域控制偏差(Area Control Error,ACE):反应控制区域当前的发电功率偏差值,其计算方法取决于AGC控制模式。,、,区域控制偏差(ACE)计算,ACE控制区间划分,图2-4 ACE控制区间划分,死区:在此区段ACE很小, AGC不给电厂发送控制命令。 正常区:在此区段ACE较小,参与偏差调节的发电机组立即跟踪调节,参与基点调节的发电机组仍然在基点值附近运行。帮助区:在此区段ACE较大,在参与偏差调节的发电机组跟踪调节的同时,部分参与基点调节的发电机组加入到偏
11、差调节当中进行辅助调节。当偏差消除之后参与辅助调节的发电机组重新逼近基点值。紧急区:在此区段ACE过大,参与偏差的发电机组在执行调节的同时,所有参与基点调节的发电机组立即脱离基点值加入到偏差当中进行辅助调节。当偏差消除之后参与辅助调节的发电机组又重新逼近基点值。,AGC程序会根据当前区域频率、ACE、ACE积分值等及给定的门槛值,将AGC控制区划分为死区、正常区、帮助区和紧急区。根据不同的区间,采用不同控制算法,计算区域的总调节功率。,AGC 指令是电网调度中心计算产生的被控机组的目标功率,按照远动控制装置( RTU) 通讯规则生成 AGC 遥控报文传送到电厂 RTU, RTU 将 AGC控制
12、信号转换成420mA 信号传输到单元机组的控制系统。同时, 机组的实发功率经过变送器转换成 420mA 信号,经过 RTU 转换成线性比例的二进制遥测数据, 经过高频载波信号传输到电网调度实时控制系统。电网调度实时控制系统和单元机组的控制系统除上述两个重要参数沟通外,还将一些反映机组及控制系统状态、 AGC 运行品质及机组的负荷限制信号通过 RTU 传输到电网调度实时控制系统,如:机组所允许的负荷高、低限,机组的负荷变化速率,机组的运行方式等。,AGC 涉及到的信号,AGC的数据采集周期:一般为18秒。在每一个采集周期内,AGC更新实时数据、计算ACE、执行性能监视等。一般说来,对系统频率的监
13、视以一秒为周期,因此,AGC的数据采集周期最小可设置为1秒。AGC的控制周期:应为采集周期的整数倍,一般为315秒。在每个AGC控制周期,除完成采集周期的各项任务外,还要计算AGC控制下的各机组的基点功率和调节功率,从而得到机组的目标出力,但是否下发控制命令还取决与机组命令周期。机组命令周期:机组的控制命令周期是可变的,它由机组的实发控制命令和响应速率共同决定。在每个AGC控制周期,如果机组已响应上次的控制命令,则将本次的控制命令立即下发;如果机组未响应上次的控制命令,本次控制命令暂不下发。,AGC执行周期,AGC的控制对象是电厂控制器(PLC),AGC下发控制命令给PLC,由PLC调节机组的
14、有功出力。一个PLC可以由一个或多个机组构成,以方便实现单机控制或全厂控制。,水电厂采取全厂AGC控制模式 火电机组选用单机或全厂AGC控制模式 新能源场站AGC控制通过新能源有功控制系统实现,1、电网负荷频率控制2、对区域、机组统计考核3、AGC实时监视4、AGC综合信息查询5、AGC模型维护通过AGC人机界面的实时监视功能,调度员可随时掌握AGC程序运行中各项重要数据的变化情况,从而迅速、准确地做出决策。调度员和自动化工作人员可对AGC的模型进行维护,包括创建对象、修改参数、导入导出模型等。此外,AGC人机界面还提供了各项历史统计数据综合查询的功能。,AGC主要功能示意图,省调AGC系统主
15、要功能,实际考核联络线与计划值的偏差,省调AGC实时调整流程,2、AGC根据当前联络线实际功率与计划值之间的偏差,以及当前频率与额定频率的偏差,计算区域控制偏差:,1.并网发电厂单机200MW及以上火电机组和单机20MW及以上的水电机组及全厂容量50MW水电厂应具有AGC功能,并参与电网闭环发电控制。2.AGC机组的调节容量原则上应满足从最小技术出力到额定出力的范围。火电机组的AGC调节范围为50%100%机组额定有功出力,全厂调节的水电厂AGC调节范围为0100%全厂额定有功出力。3.各电厂应保证AGC机组调节性能参数满足要求,机组AGC可用率、调节速率、响应时间等达到“两个细则”技术标准。
16、4.AGC应具备“当地/远方”两种控制模式,且两种模式可无扰动切换。一般情况下,水电厂采取全厂AGC控制模式,火电机组选用单机或全厂AGC控制模式。5.未经省调批准,并网的AGC机组不得随意修改AGC运行参数,不得擅自退出AGC装置。6.参与AGC调整的机组发生异常情况或AGC装置不能正常运行时,发电企业可先停用AGC或切至“当地控制”模式后立即汇报省调值班调度员,处理完毕后应及时向省调值班调度员汇报并按调度指令投入运行。,AGC管理规定,机组控制上限、控制下限取前日各电厂申报机组最大、最小可调出力数值!,甘肃新能源有功控制系统(大型集群风电、光电有功智能控制系统)通过对风电和光伏外送通道各断
17、面潮流进行实时监控,可以实时计算各个潮流断面的传送裕量,根据各电厂日前发电能力申报、日前、日内现货申报、基数电量及市场电量完成情况,并结合各风电场和光伏电站的实时出力及申请加出力情况,实现对全网所有风电、光伏场站出力的智能控制。根据当前调度模式、运行方式对各断面的限额,该系统设定了按断面裕度自动控制模式、调度员模式、紧急调峰模式、紧急控制模式、自动调峰模式五种控制模式,合理分配各风电场出力计划,保证甘肃电网在各种运行方式及故障情况下稳定可靠运行,同时最大限度提高了电网的输送能力,使风电场和光伏电站的出力最大化、最优化,实现了对风能和光能资源的充分利用。,系统功能概述,新能源有功控制已考虑的相关
18、因素,全网:调峰约束(含联络线控制),多级外送断面:电网安全约束,新能源有功控制系统配置图,甘肃新能源有功控制系统分四层结构:2个控制中心站,主备配置,位于甘肃省调和嘉峪关地调,主要实现对整个系统进行实时监控,实现新能源有功智能实时协调控制策略、计划值的实时计算和下发、新能源发电厂加出力申请的自动批复、申请算法和跟踪算法的切换、运行方式和控制模式的切换等主要功能。2个控制主站位于瓜州、玉门站,主备配置SCS-500W新能源有功功率控制装置,主要实现河西地区风电场、光伏电站、9个控制子站、2个控制中心站之间的信息汇总和交换、装置运行信息的上送和下发、控制中心站计算的计划值的实时下发等。9个控制子
19、站,由原河西稳控系统中的瓜州子站、山丹子站、凉州子站、玉门子站、嘉峪关子站以及西北新疆联网安全稳定控制系统中敦煌子站、酒泉子站、河西子站、武胜子站组成,实时监测750kV、330kV各控制断面的潮流,把检测线路和关键断面的运行情况、故障情况、过载情况实时上送到本系统的主站和控制中心站,作为与控制策略有关的一个重要信息来源、计算和协调控制决策的依据和约束条件,同时也实现了新能源发电有功智能控制系统和河西稳控系统的协调。各风电场和光伏电站装设有 SCS-500W风电场有功功率控制装置(执行子站),实现新能源有功指令的接收及超发切馈线,确保有功下调指令的严格执行。监视风电场、光伏电站运行数据并向调度
20、主站上传信息,接受并执行调度主站下发的有功目标指令,当风电场、光伏电站出力大于计划值,控制子站通过超计划告警、切馈线等手段,保证风电场和光伏电站总出力在调度允许范围之内。中心站还能与省调EMS通信,获取实时备用容量等数据,实现风电场和光伏电站调峰控制策略,在控制中心站与控制子站通信中断时,可以从EMS系统中获取电网断面裕度等控制策略计算所需要的数据,保证控制策略计算的正确性,提高系统的可靠性和可用性。,新能源有功控制系统配置,自动调峰-新能源与AGC协调控制,通过读取联络线ACE偏差值、AGC上下备用空间,实现新能源与常规水、火电机组联合自动调节,实现在新能源大发期间,水、火电出力压至最低,不
21、再预留联络线调整空间,通过调整新能源出力来调整联络线,以弥补电网调峰能力不足的缺陷,最大程度地利用风、光资源。,甘肃省调新能源有功控制系统(AGC技术支持系统)主要功能如下:(1)新能源实时发电及断面裕度的在线监视;(2)方式变化与稳定限额自适应切换;(3)考虑电网调峰、静态、暂态约束的新能源接纳能力的在线评估;(4)综合考虑市场化电量、多级断面约束、潮流灵敏度、风光资源差异和公平性原则的的新能源实时发电计划的优化分配;(5)基于风光出力最大化的新能源与常规能源协调控制;(6)新能源预测精度及控制性能的在线监视与考核;(7)基于WEB平台的三公调度信息的实时发布;,可按分区、电站设置与上网断面
22、的关联及灵敏度,有功实时控制功能,1)控制策略体现公平、公正、公开原则,保证每个新能源场站能公平的获得发电计划,各信息相互开放,充分公开,所有场站都能看到本区域其它场站的出力和计划以及电网可再增加接纳新能源能力(最小断面裕度)等信息。2)保证新能源场站出力最大化,实时计算电网总接纳新能源能力,根据电网总接纳能力的变化及各新能源场站当前出力和加出力申请,每固定周期(5分钟)计算一次各场站计划并下发,该计划为上限值,低于该计划可自由发电,高于该计划需要申请。3)以保证电网安全稳定运行为首要条件,未提出加出力申请或提出加出力申请未批准的情况下,高于计划值运行,超过规定时间,由控制执行站装置切除相应的
23、馈线,使出力回到计划值以下,保证主网安全。4)减少操作复杂性,对风机尽量做到无损伤控制。各风场根据发电计划调整发电出力,调整方式可由风场操作人员手动调整或由风电集控系统自动调整,进行出力跟踪。,控制策略整体原则,5)尽量做到风/光场站间资源协调优化分配,根据风况/光照强度不同实时调整各电厂出力。6)提高对新能源场站运行的管控能力,保证调度计划的公平和严肃性。7)采取分片、分区控制:根据风电场、光伏电站接入电网情况,分片、分区控制,首先判断总体出力情况,再判断各个片区出力情况。原则上总体受限,总体控制;片区受限,片区内控制。8)根据各新能源电厂参与跨区外送、跨省外送、新能源与自备电厂电量置换、新
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