AGC機組輔助服務考核與補償評估方法

龔陳雄， 姚建剛， 楊先貴， 李 偉， 汪紅波， 田 雄， 卜虎正

(1.湖南大學電氣與信息工程學院， 長沙 410082； 2.湖北省電力公司， 武漢 430050；3.湖南湖大華龍電氣與信息技術有限公司， 長沙 410082)

AGC機組輔助服務考核與補償評估方法

龔陳雄1， 姚建剛1， 楊先貴2， 李 偉2， 汪紅波2， 田 雄3， 卜虎正3

(1.湖南大學電氣與信息工程學院， 長沙 410082； 2.湖北省電力公司， 武漢 430050；3.湖南湖大華龍電氣與信息技術有限公司， 長沙 410082)

為了客觀公正地評價機組提供的自動發(fā)電控制(AGC)輔助服務，介紹了可用率、投運率、調節(jié)速率、調節(jié)精度、調節(jié)貢獻量等確定性指標的相關概念與計算方法。在調節(jié)貢獻量的計算方面，提出了綜合界定法，該方法對AGC機組的每一次調節(jié)過程進行調節(jié)性能的評定，并對性能達標的調節(jié)進行AGC貢獻量的計算，通過實測數據與性能評估法的比較，表明綜合界定法對機組AGC調節(jié)貢獻量的評價更加準確、合理。

性能指標； 輔助服務； 考核； 補償； 綜合界定法

輔助服務是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和電能供應質量必不可少的一種服務，是指除正常電能生產外并網發(fā)電廠所提供的頻率控制、備用容量、無功支持、黑啟動等服務[1]。AGC作為一種重要的輔助服務，其主要功能是在電力負荷隨機變化時調整發(fā)電出力，從而實現以下功能：①維持電力系統(tǒng)的頻率在允許的范圍內；②維持和控制聯絡線上的交換功率在一定的范圍內；③分配發(fā)電出力，使每個電源最經濟地帶負荷[2]。

為了保障電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質、經濟運行，規(guī)范輔助服務管理，促進電力工業(yè)健康發(fā)展，華中電監(jiān)會依據國家有關法律法規(guī)，制定了《華中區(qū)域并網發(fā)電廠輔助服務管理實施細則(試行)》和《華中區(qū)域發(fā)電廠并網運行管理規(guī)定實施細則(試行)》兩個細則[3，4]。隨后湖北省電力公司依據這兩個細則開發(fā)出了一套“并網發(fā)電輔助服務運行管理支持系統(tǒng)”，以下簡稱“兩則系統(tǒng)”[5]?！度A中區(qū)域并網發(fā)電廠輔助服務管理實施細則(試行)》在第十五條中規(guī)定：“對并網發(fā)電機組提供AGC服務的考核內容，包括：AGC機組的可用率、調節(jié)容量、調節(jié)速率、調節(jié)精度和響應時間進行考核”。 就如何定量地界定AGC機組對電網做的貢獻，對提供AGC服務的機組進行合理的考核和補償，文獻[6]提出了將機組調節(jié)效能劃分為三個效能系數：調節(jié)容量、調節(jié)速率和調節(jié)偏差，通過這三個效能系數來量化計算機組的AGC貢獻。文獻[7]提出了調節(jié)電量評估法對機組提供的AGC服務進行界定，實施補償。文獻[8]介紹了可用率、投運率、調節(jié)方向合格率、調節(jié)精度合格率、綜合投運率等確定性指標，并用這些性能指標對AGC機組提供的輔助服務進行評價。文獻[9]提出了結合機組實際運行過程實時獲取調節(jié)速率及精度的計算方法。文獻[10]提出一種基于CPS標準的自動發(fā)電控制機組的考核方法。

本文認為對AGC機組性能指標的評價主要考慮如下因素：①可用率；②投運率；③調節(jié)速率，包括升出力調節(jié)速率和降調節(jié)速率；④調節(jié)上、下限；⑤調節(jié)精度；⑥調節(jié)貢獻量。通過①、②、③、④、⑤項，對AGC機組實施考核；通過⑥項，對AGC機組實施相應的補償。

1 EMS可采集數據及說明

“兩則系統(tǒng)”中AGC調節(jié)記錄來源于能量管理系統(tǒng)EMS(energy management system)數據庫，現在將“兩則系統(tǒng)”中采集到的數據做如下的說明。

AGC可控時間：在EMS中記錄每個時刻AGC是否可投的狀態(tài)，為1代表可控，為0代表不可控。通過統(tǒng)計EMS中機組AGC狀態(tài)可控的總時間即為AGC可控時間。

AGC是否投運：在EMS中記錄每個時刻AGC是否投運狀態(tài)，為1代表投運，為0代表未投運。通過統(tǒng)計EMS中機組AGC狀態(tài)投運的總時間即為AGC投運時間。

機組并網時間：通過統(tǒng)計機組上網開關狀態(tài)，獲取機組并網時間。

免考核時間：AGC應投而未投，但是有免責理由，如自動化、通信系統(tǒng)故障等非機組自身原因造成的AGC無法投運時間。

考核時間：機組并網時間與免考核時間之差。

2 性能指標及定義

2.1 投運率

機組AGC投運率是指機組AGC投運時間占考核時間的百分比，即

(1)

投運率是考核機組AGC響應電網調度指令的一個重要參數指標。

2.2 可用率

機組AGC可用率是指機組AGC可控時間占考核時間的百分比，即

(2)

可用率體現的是機組AGC可被調用能力的性能指標。

2.3AGC開始動作門檻值(調節(jié)動作死區(qū))e1

e1即AGC開始動作的最低限值，機組收到的AGC調節(jié)指令值與機組當前出力值之差只有越過這個死區(qū)后，機組AGC才開始動作。這個值是由電廠設定，并上報調度，調度負責測試核準。

2.4AGC結束動作門檻值(調節(jié)到位死區(qū))e2

e2即AGC結束動作的最低限值，機組收到的AGC調節(jié)指令值與機組當前出力值之差小于這個死區(qū)值后，機組AGC結束動作。這個值是由電廠設定，并上報調度，調度負責測試核準。

2.5 調節(jié)過程

對每臺機組(或電廠)，設收到的AGC指令為z，出力為P，AGC開始動作門檻值e1，AGC結束動作門檻值e2，則

升功率調節(jié)過程定義為：當z-P≥e1計升功率調節(jié)過程開始時間t1，初始功率P0，直到0≤P-z≤e2計升功率調節(jié)過程結束時間t2，調節(jié)結束功率P1。

降功率調節(jié)過程定義為：當P-z≥e1計降功率調節(jié)過程開始時間t1，初始功率P0，直到0≤z-P≤e2計降功率調節(jié)過程結束時間t2，調節(jié)結束功率P2。

2.6 調節(jié)精度

機組AGC調節(jié)精度m也即是機組出力在調節(jié)到位區(qū)e2內的波動量，其表征的是機組AGC跟蹤曲線的精確性。這是屬于機組的基本參數，由電廠上報，調度部門負責測試核準，最終用于考核[9]。

2.7 機組調節(jié)速率

2.8AGC貢獻量

電網通常采用機組性能法評估AGC的調節(jié)貢獻量，這種方法的主要思想是用AGC的主要性能指標(功率調節(jié)容量、調節(jié)速率)與AGC機組的運行時間合成一個綜合指數，作為評價機組調節(jié)貢獻的依據[7]。本文通過分析比較，發(fā)現機組調節(jié)能力與調節(jié)貢獻是兩個相關又不同的概念，但可依靠這兩個概念來共同界定機組提供的AGC服務貢獻的方法——綜合界定法。通過在“兩則系統(tǒng)”中的應用表明，綜合界定法能夠更加準確、快速、合理地評價機組的實際調節(jié)貢獻。

如圖1所示的t1到t5就是一個完整的AGC調節(jié)過程，圖中陰影部分就是機組在這個調節(jié)過程中的AGC貢獻量。

圖1 AGC調節(jié)過程曲線

3 性能評估法模型

自動發(fā)電控制系統(tǒng)主要是針對隨機性較強的功率進行調整，因此要求參與AGC調節(jié)的機組具有較大的功率調節(jié)范圍、較快的調節(jié)速率等，而這些性能指標與整個系統(tǒng)的調節(jié)品質密切相關，所以備受關注。功率調節(jié)范圍是指正常情況下AGC機組受控期間所能達到的最大負荷和最小負荷的差值。

采用性能評估法定量評估某一AGC機組 的調節(jié)貢獻，其函數可表示為

(3)

式中：Fagc為機組i提供的輔助服務總量；Ci_j為機組i申報的功率調節(jié)范圍；Vti_j為統(tǒng)計時段內機組的平均調節(jié)速率；Ti_j為統(tǒng)計時段內機組的受控時間；N為機組iAGC功能投入的總段數。

為實現AGC的運行目標，電網調度部門需對自己調度管理的電網進行定性及定量測試，合理選定系統(tǒng)需求的AGC調節(jié)容量及調節(jié)速率，并根據AGC機組的性能選定部分機組參與自動發(fā)電控制。因此，目前國內很多網(省)調采用機組性能法評估AGC機組的調節(jié)貢獻，這種AGC機組調節(jié)輔助服務評估計費方法是一種用性能代表貢獻的方法。

4 綜合界定法

機組的AGC調節(jié)是一個完整的過程。綜合界定法的核心思想就是，先考核每個AGC的調節(jié)過程是否合格，對那些合格的調節(jié)過程進行調節(jié)電量的計算，從而得到機組的AGC調節(jié)貢獻量，最終“兩則系統(tǒng)”對這個貢獻量進行補償。本文引出兩個基本概念：有效調節(jié)過程AGC貢獻量，是指AGC調節(jié)過程滿足發(fā)電機組調節(jié)性能規(guī)定，機組出力與AGC指令差對時間的積分，體現了合格調節(jié)過程機組的實際調節(jié)貢獻，在“兩則系統(tǒng)”中要給予補償的；無效調節(jié)過程AGC貢獻量，是指AGC調節(jié)過程不滿足發(fā)電機調節(jié)性能規(guī)定，機組出力與AGC指令差對時間的積分，體現不合格調節(jié)過程中機組的實際貢獻量，“兩則系統(tǒng)”中不予補償。

有效調節(jié)過程AGC貢獻量統(tǒng)計如下。

AGC機組從投入遠方控制到退出控制的每個時段(如一小時)內，根據機組實時出力與AGC設點值結合機組動作死區(qū)判斷，可以得到多個機組的調節(jié)過程。通過對這些調節(jié)過程中，機組調節(jié)性能的判斷，對調節(jié)性能滿足要求的調節(jié)過程進行AGC貢獻量的計算，計算方法為

(4)

式中：Fagc,i為第i臺機組在統(tǒng)計時段內的AGC貢獻量；z為AGC設點值；P為機組出力響應值；Tj為機組第j個調節(jié)過程的調節(jié)時間；N為統(tǒng)計時段內機組AGC完整調節(jié)過程次數；Kj反映機組AGC調節(jié)是否滿足要求的系數，當機組的調節(jié)過程滿足下列三個條件時，Kj為1，否則，Kj為0。

條件1為

Pmin≤P≤Pmax

(5)

式中：Pmin為機組調節(jié)下限；Pmax為機組調節(jié)上限。滿足這個條件表明機組的AGC調節(jié)是在規(guī)定的范圍之內的，是有效的。

條件2為

v≥vmin

(6)

式中，vmin為機組的最小調節(jié)速度。如果滿足這個條件表明機組的AGC調節(jié)在速度上是滿足規(guī)定的響應需求的。

條件3為

m≤mmin

(7)

式中，mmin為機組的調節(jié)精度要求。如果滿足這個條件表明機組的AGC調節(jié)在精度上能滿足規(guī)定的調節(jié)要求。

機組各性能參數要求詳見表1。

表1 火電機組AGC調節(jié)性能要求

注：表中%是指機組調節(jié)容量占機組容量的百分比。

5 實例比較

通過“兩則系統(tǒng)”采集到的機組AGC實測數據，分別采用上述兩種(性能評估法，綜合界定法)評估AGC機組輔助服務，通過比較發(fā)現兩種方法的評估結果存在一定的差異。性能評估法只用機組AGC參數進行貢獻量的計算而沒考慮到機組上報參數與機組實際參數的偏差，這樣無疑就加大了AGC補償的容量。

表2 AGC機組速率與調節(jié)電量(同一機組不同調節(jié)過程)

實際生產中，由于AGC動作門檻值的存在，各機組投入運行的時段不會總是一致的，性能評估法在所有時段均采用機組調節(jié)速度核定其調節(jié)貢獻有失公允。

表3 AGC機組速率與調節(jié)電量(不同機組相同統(tǒng)計時段)

從這組數據可以看出，在相同的統(tǒng)計時段內，各機組AGC的有效調節(jié)過程是不一樣的，機組參與AGC調節(jié)的有效時段數越多，AGC貢獻量就越大。而性能評估法算出的貢獻量大都擴大了機組實際貢獻量的值。通過綜合界定法，機組想要獲取更大的AGC貢獻量，就必須上報真實的機組調節(jié)性能指標，同時提高機組的AGC調節(jié)性能參數，這將有利于提高電網中AGC的管理運行水平。

6 結論

(1)自動發(fā)電控制系統(tǒng)在不同的時段承擔的調節(jié)任務是不確定的，AGC機組的功率調整量與時段有關。性能評估法不能正確處理這個因素，其結果的正確性必將受到影響，而綜合界定法完全不受該因素的影響，在任何時段能正確地給出機組的實際調節(jié)貢獻量。

(2)AGC機組在不同的時段內，實際使用的功率調節(jié)容量會相差很大，性能評估利用申報調節(jié)容量過分地夸大了機組的調節(jié)貢獻，這不能體現機組在每個調節(jié)過程中的實際貢獻。

(3)機組的調節(jié)性能與調節(jié)貢獻是兩個既相互聯系又有本質區(qū)別的概念。調節(jié)性能反映的是機組參與AGC控制時所具有的調節(jié)能力，而綜合界定法中確定的調節(jié)電量是機組參與AGC控制時實際提供的有效調節(jié)過程功率調節(jié)量的累計，客觀真實地反映了實際提供的功率調節(jié)量的累計，它客觀真實地反映了機組在AGC功率調節(jié)中做出的貢獻，是評估機組輔助服務的最佳手段。

(4)綜合界定法采用調節(jié)性能與有效調節(jié)貢獻量對機組的AGC做出評價，機組想要獲取更大的補償，就必須客觀真實上報各項AGC調節(jié)性能指標，同時提高機組的各項調節(jié)性能，這不僅有利于電網對機組的AGC做出客觀真實的判斷，同時也能提高電網AGC的總體運行水平。

[1] 葛炬，張粒子，周小兵，等(Ge Ju，Zhang Lizi，Zhou Xiaobing，etal)．AGC機組參與電力市場輔助服務的探討(Discussion on AGC units participating ancillary services in electricity market)[J]．電網技術(Power System Technology)，2002，26(12)： 61-65．

[2] 張家亮，趙菁，彭慧敏，等(Zhang Jialiang ，Zhao Jing ，Peng Huimin，etal)．基于費用優(yōu)化的電力市場下AGC調節(jié)初探(A discussion based on optimum cost about AGC in electric market)[J]．電力系統(tǒng)及其自動化學報(Proceedings of the CSU-EPSA)，2004，16(1)：43-46．

[3] 華中電監(jiān)會．華中區(qū)域并網發(fā)電廠輔助服務管理實施細則(試行)[Z]．武漢：華中電監(jiān)會，2009-01．

[4] 華中電監(jiān)會．華中區(qū)域并網發(fā)電廠并網運行管理實施細則(試行)[Z]．武漢：華中電監(jiān)會，2009-01．

[5] 姚建剛，章建，銀車來．電力市場運營及其軟件開發(fā)[M]．北京：中國電力出版社，2001．

[6] 李瑞超，江山立，陳家庚，等(Li Ruichao，Jiang Shanli，Chen Jiageng，etal)．AGC機組調節(jié)效能定量評估與補償方式研究(Quantitative evaluation of regulation efficiency of generating sets with AGC and study on the compensation modes)[J]．電網技術(Power System Technology)，2001，25(8)：15-19,44．

[7] 韓少曉，孫嘉，延峰(Han Shaoxiao，Sun Jia，Yan Feng)．AGC機組輔助服務定量評估 (AGC generator auxiliary service quantitative evaluation)[J]．電網技術(Power System Technology)，2005，29(18)： 26-29．

[8] 姚諸香，鄒根華，羅奇(Yao Zhuxiang，Zou Genhua，Luo Qi)．AGC機組輔助服務確定性指標及應用(Auxiliary service deterministic performance index of AGC units and its usage)[J]．華中電力(Central China Electric Power)，2007，20(5)：10-12，24．

[9] 馮玉昌，滕賢亮，涂力群(Feng Yuchang，Teng Xianliang，Tu Liqun)．AGC機組調節(jié)速率和精度的實時計算方法(Realtime calculation of regulation speed and regulation precision on AGC software)[J]．電力系統(tǒng)自動化(Automation of Electric Power System)，2004，28(4)：75-77,99．

[10]路軼，肖嵐(Lu Yi，Xiao Lan)．CPS標準下的AGC機組輔助服務定量評估(AGC quantitative assessment of unit ancillary service under control performance standard)[J]．電力系統(tǒng)及其自動化學報(Proceedings of the CSU-EPSA)，2009，21(3)：102-105．

EvaluationMethodofAuxiliaryServiceExaminationandCompensationofAGCUnits

GONG Chen-xiong1， YAO Jian-gang1， YANG Xian-gui2， LI Wei2， WANG Hong-bo2， TIAN Xiong3， BU Hu-zheng3

(1.College of Electrical and Information Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China; 2.Hubei Electric Power Company, Wuhan 430050, China; 3.Hunan Hualong Electric Power and Information Company, Changsha 410082, China)

In order to evaluate the automatic generation control (AGC) ancillary service of units fairly and objectively, this paper introduces the definitions and related calculations of performance indicators such as the availability, input rate, adjustable rate, regulation accuracy and regulating the amount of the contribution etc.The paper proposes a combination method which can calculate the contribution of the qualified adjustment process to evaluate the real contribution of AGC units. Compared the performance assessment methods with the measured data, It can be revealed that the combination method is more accurate and reasonable.

performance indicator； auxiliary service； examination； compensation； combination method

2010-03-11；

2010-04-21

TM761

A

1003-8930(2011)05-0137-05

龔陳雄(1986-)，男，碩士研究生，主要從事電網規(guī)劃、電力市場輔助服務及其相關軟件的開發(fā)設計。Email:gcxiong_315@163.com 姚建剛(1952-)，男，教授，博士生導師，主要從事線路及防污、電力系統(tǒng)自動化和電力市場研究。Email:yaojiangang@126.com 楊先貴(1962-)，男，學士，高級工程師，主要從事電力系統(tǒng)調度與管理。Email:yxgui@hb.sgcc.com.cn