AGC機組性能指標及考核補償計算方法

馬 斌，李一鵬

(國網(wǎng)河北省電力公司，石家莊 050021)

1 概述

自動發(fā)電控制(automatic generation control，AGC)通過自動控制程序的運行自動實現(xiàn)對控制區(qū)發(fā)電機組功率的重新調(diào)節(jié)分配，來滿足控制區(qū)內(nèi)負荷的動態(tài)變化及交換功率的動態(tài)平衡，同時使發(fā)電機的調(diào)速器能響應大的頻率偏差，保持互聯(lián)電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定［1-4］。河北省南部電網(wǎng)(簡稱“河北南網(wǎng)”)在AGC 應用方面保持較高水平，截止2014年10月，河北南網(wǎng)投入的AGC 機組已達61 臺，可調(diào)容量達11 000 MW，占統(tǒng)調(diào)裝機容量的42.4%。機組的調(diào)節(jié)性能對AGC 系統(tǒng)調(diào)節(jié)的品質(zhì)起著重要作用。

為保證華北區(qū)域電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行，華北電監(jiān)局2009年初頒布了《華北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細則》［1］和《華北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務管理實施細則》［2］(簡稱“兩個細則”)，河北南網(wǎng)自2010年6月試運行。統(tǒng)計2013年10月至2014年4月7 個月“兩個細則”數(shù)據(jù)，河北南網(wǎng)AGC月平均考核費用147 萬元，約占總考核費用的25%，AGC月平均補償費用1 654 萬元，約占總補償費用85%，AGC 考核補償在“兩個細則”中比例較大，準確計算AGC 機組性能指標及考核補償量尤為重要。

2 AGC 機組調(diào)節(jié)過程

河北南網(wǎng)某額定容量為600 MW 機組典型AGC機組設點控制過程見圖1。

圖1 河北南網(wǎng)典型AGC 機組調(diào)節(jié)曲線

整個過程為:t0時刻前，該機組穩(wěn)定運行在上次指令值Ps(412.95 MW)附近小幅波動;t0時刻，AGC對該機組下發(fā)功率為Pe(428.89 MW)的設點命令，機組開始增加出力，t1時刻機組跨出響應死區(qū)到達P1(418.95 MW);t2時刻，機組出力到達P2，第1 次進入調(diào)節(jié)死區(qū)，然后繼續(xù)出力并在Pe附近小幅振蕩，并穩(wěn)定運行于Pe附近，直至t3時刻，AGC 控制程序?qū)υ摍C組發(fā)出新的設點命令，機組隨后開始降出力的過程。

響應死區(qū)是用來判斷機組按照指令方向調(diào)節(jié)是否動作的設定量，為機組額定容量的1%;調(diào)節(jié)死區(qū)是用來判斷機組本次調(diào)節(jié)是否結(jié)束的設定量，為機組額定容量的0.5%，機組進入調(diào)節(jié)死區(qū)即認為本次調(diào)節(jié)完成。

3 AGC 機組性能指標計算方法

AGC 調(diào)節(jié)性能指標包括響應時間、調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)精度、調(diào)節(jié)深度［5-6］，計算方法如下。

3.1 響應時間

響應時間是指AGC 系統(tǒng)發(fā)出指令之后，機組出力在原出力的基礎上，可靠地跨出與指令方向一致的響應死區(qū)所用的時間。以圖1中的升出力為例，即為機組從P0升出力到P1所用的時間，計算公式為:

式中:tj為機組第j 次響應時間。

響應時間對應“兩個細則”K3指標，K3衡量的是機組實際響應時間與標準響應時間相比達到的程度，公式為:

3.2 調(diào)節(jié)速率

調(diào)節(jié)速率是指機組在AGC 指令方向，出力越過響應死區(qū)到進入調(diào)節(jié)死區(qū)這段時間的速率。即圖1中t1～t2或t3～t4兩段時間內(nèi)機組的調(diào)節(jié)速度。以升出力為例，計算公式為:

式中:vj為第j 次調(diào)節(jié)的機組調(diào)節(jié)速率。

調(diào)節(jié)速率對應“兩個細則”K1指標，公式為:)

式中:Kj1衡量的是實際調(diào)節(jié)速率與其應該達到的標準速率相比達到的程度，如果Kj1的計算值小于0.1，則取為0.1;vN為機組的標準調(diào)節(jié)速率，MW/min，直吹式制粉系統(tǒng)汽包爐的火電機組一般為PN×1.5%(PN為機組額定容量)，帶中間儲倉式制粉系統(tǒng)的火電機組一般為PN×2%，循環(huán)流化床機組和燃用特殊煤種(如劣質(zhì)煤，高水分低熱值褐煤等)的火電機組為PN×1%，超臨界定壓運行直流爐機組為PN×1.0%，其他類型直流爐機組為PN×1.5%，燃氣機組為PN×4%，水力發(fā)電機組為PN×10%。

3.3 調(diào)節(jié)精度

調(diào)節(jié)精度是指機組進入調(diào)節(jié)死區(qū)到下次指令開始這段時間內(nèi)實際出力和設點出力之間的差值。如圖1中t2～t3區(qū)間，機組出力圍繞Pe輕微波動，在該時段內(nèi)，對實際出力與設點指令之差的絕對值進行積分(結(jié)果如圖1中陰影部分)，然后用積分值除以積分時間，即為該時段的調(diào)節(jié)精度，如下式:

式中:Δpj為機組在第j 次調(diào)節(jié)的精度，MW;Pj(t)為機組實際出力;Pe為AGC 指令值。

調(diào)節(jié)精度對應“兩個細則”的K2指標，公式為:

式中:Kj2衡量的是機組第j 次實際調(diào)節(jié)偏差量與其允許達到的偏差量相比達到的程度，反映了機組跟蹤指令的能力，如果Kj2 的計算值小于0.1，則取為0.1;ΔpN為機組調(diào)節(jié)允許的偏差量，規(guī)定為機組額定容量的1%;

3.4 調(diào)節(jié)深度

調(diào)節(jié)深度是指機組按照AGC 指令方向的出力調(diào)整量，反映機組為調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率變化做出的貢獻。計算公式為:

式中:Dj為第j 次機組的調(diào)節(jié)深度;Pe、P0分別為機組第j 次的指令值和初始出力;Pj，max為機組按照指令方向調(diào)整出力，但最終未達到指令值Pe的最大出力，當機組按照指令方向調(diào)節(jié)，但未達到指令值時按最接近指令值的實際做功計算。

4 AGC 考核補償

4.1 AGC 考核月指標

按“兩個細則”要求，AGC 考核按月統(tǒng)計，K1、K2、K3分別考核，K1、K2、K3月平均值計算公式表達式:

Kmon反映了AGC 機組一個月內(nèi)N 次調(diào)節(jié)過程中的各個性能指標平均值(注意:實際的調(diào)節(jié)過程中不是每次都能全部統(tǒng)計出K1、K2、K3值，如:某機組不響應AGC 指令，出力長期不動，那么只能統(tǒng)計出其響應時間，調(diào)節(jié)速率及精度無法統(tǒng)計)。未被調(diào)用AGC 的機組是指裝設AGC 但在考核月內(nèi)一次都沒有被調(diào)用的機組。

K1、K2、K3每月考核電量分別為:

式中:pk1、pk2、pk3分別為機組的K1、K2、K3月考核電量;PN為機組額定容量，分別為K1、K2、K3月平均值。

4.2 AGC 補償計算公式

“兩個細則”AGC 補償按日統(tǒng)計，月補償量為日補償量之和。

K1、K2、K3日平均值計算公式都可以采用以下表達式:

日補償計算公式為:

式中:Yday為機組日AGC 補償總數(shù)，元;為機組N 次調(diào)節(jié)深度之和;分別為K1、K2、K3日平均值;αAGC為AGC 調(diào)節(jié)性能補償標準，火電機組取5 元/MW。

5 實例分析

5.1 AGC 機組性能指標

以某額定容量為600 MW 的直吹式制粉系統(tǒng)汽包爐的火電機組出力曲線為例，本算例數(shù)據(jù)采樣為每min 內(nèi)間隔16 s 記錄一次，實際系統(tǒng)統(tǒng)計以4 s為一個采樣周期，機組標準速率9 MW/min，標準響應時間60 s，標準調(diào)節(jié)精度為6 MW，響應死區(qū)為6 MW，調(diào)節(jié)死區(qū)為3 MW，指令及出力數(shù)據(jù)見表1，出力曲線見圖2。

表1 機組單次調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)

圖2 機組調(diào)節(jié)曲線

06:49:32 機組出力502.19 MW，接收到指令值520.19 MW，06:50:16 機組出力越過響應死區(qū)到達508.61 MW，機組響應時間為44 s。06:51:32 機組出力進入調(diào)節(jié)死區(qū)到達518.57 MW，出力越過響應死區(qū)到進入調(diào)節(jié)死區(qū)之間，時間為76 s，計算機組速率v=(518.57－508.61)/(76/60)=7.863 MW/min。進入調(diào)節(jié)死區(qū)到下次指令06:52:32 之間測試機組調(diào)節(jié)精度ΔPj=(|522.01－520.19|+|521.02－520.19|+|520.2－520.19|)/3=0.8867。調(diào)節(jié)深度D=520.19－502.19=18。

對應的K1= 2－9/7.863 = 0.8554，K2= 2－0.8867/6=1.852，K3=2－44/60=1.267。該計算方法能準確反映機組實際運行指標，為準確計算兩個細則AGC 考核補償提供了基礎。

5.2 AGC 考核補償計算

以機組某段時間16 次調(diào)節(jié)為例，表2為該段時間機組執(zhí)行指令情況(取部分數(shù)據(jù))。

日平均K1、K2、K3取當天有效的K1、K2、K3做平均值，月平均K1、K2、K3取當月有效的K1K2K3做平均值。

表2 機組執(zhí)行指令情況

AGC 考核按月計算，如表2為機組全月數(shù)據(jù)，則本月AGC 考核電量分別為:

AGC 補償按日計算，如表2為機組全天數(shù)據(jù)，則當天補償為: Yday= ·· αAGC= 191.69 ··5 = 1 489.721 元

6 結(jié)束語

自動發(fā)電控制用于自動調(diào)整電網(wǎng)頻率及網(wǎng)間聯(lián)絡線潮流，是智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中重要的控制功能，是聯(lián)絡線調(diào)整及維持頻率穩(wěn)定的重要手段，可有效降低運行人員的勞動強度，提高對電網(wǎng)的駕馭能力，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。AGC 考核補償在“兩個細則”中比例較大，準確計算AGC 機組性能指標及考核補償量尤為重要。結(jié)合河北南網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)介紹了AGC 調(diào)節(jié)性能指標－響應時間、調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)精度、調(diào)節(jié)深度的計算方法。并根據(jù)某段時間的機組性能，介紹河北南網(wǎng)“兩個細則”機組補償考核計算方法，對發(fā)電廠了解AGC 主站系統(tǒng)運行及“兩個細則”計算方法有較強的指導意義。

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