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1、浙江大学电气工程学院硕士学位论文发电厂参与电力市场的AGC机组成本研究姓名：周黎明申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：韩祯祥;郭创新20060701摘要发电侧电力市场的建立改变了我国的电力系统运营方式，而运营方式的改变使传统的A C,C 面临着一系列的问题。本文围绕电力市场下的A C,C，研究了电力市场下机组参与A G C 控制随之而来的成本问题，提出可以通过发电企业集团间的“发电权交易 来实现各电厂间的双赢互利，也可以通过集团下电厂进行优化组合及合理分配，并通过电厂负荷经济调度实现节能降耗。1、介绍了电力市场的由来以及其意义、国内外电力市场的基本情况后，研究了电力市场对A G
2、 C 运营的影响。分析了A C,C 控制的基本原理，并综合分析了目前A G C 市场的几种控制模式，以及A C-C 在发电厂的实现过程，对影响A C-C 机组投运的因素进行了研究。2、对发电厂A G C 机组的成本进行定性和定量的分析，对发电厂A C-C 机组如何进行经济调度、A C-C 机组如何参与电力市场等问题进行了初步的研究，并以北仑发电厂五台机组为计算模型，计算在有、无A C,C 调整前后其成本的变化，来量化A C,C 的运行成本。3、以浙江能源集团公司3 7 台燃煤机组作为计算模型，对优化A G C 机组调度带来运行成本的变化情况进行分析。通过计算，我们可以得出：调度指令到厂，再由各
3、厂对A C,-C 机组进行优化组合，可以使机组尽可能地运行在最经济的运行点，减少机组负荷的频繁变化，从而可以降低热效率损失，减少A G C 机组的运行成本。A G C 对电网保持稳定安全经济的运行具有十分重要的意义，而电力系统的市场化对A C-C 提出了新的要求，总体上看，我国对电力市场下A C,C 的运营的研究还不是很深入。本文对电力市场下A C-C 的运营做了一个大体上的阐述，并就以上三个问题开展研究，取得了一定意义的结果。关键字：发电厂电力市场A G C 成本A b s t r a c tB u i l d i n g-u pt h ee l e c t r i c i t ym a r
4、 k e to fp o w e rg e n e r a t i o nh a sc h a n g e de l e c t r i cs y s t e mo fo u rc o u n t r yb e i n gi nm o t i o na n dd o i n gb u s i n e s sw a y,B u tt h eo p e r a t i o nw a yc h a n g i n gm a k e st h et r a d i t i o nA G Cb ec o n f r o n t e dw i t has e r i e so fp r o b l e m
5、 s I nt h i sp a p e r,t a l ka b o u tA G Co fe l e c t r i c i t ym a r k e t,e x p a t i a t et h ep r o b l e mo ft h ec o s t so fA G Cu n i t sp a r t i c i p a t i n gi nt h ee l e c t r i c i t ym a r k e t P r o p o s e dm a y”t h ee l e c t r i c i t yg e n e r a t i o np o w e rt r a n s
6、a c t i o n r e a l i z eb e t w e e nv a r i o u sp o w e rp l a n t st h r o u g ht h ee l e c t r i c i t yg e n e r a t i o ne n t e r p r i s eg r o u pb e t w e e nd o u b l et ow i nt h em u t u a lb e n e t!i t，A l s om a yc a r r y i n go nt h eo p t i m u mc o m p o s i t i o na n dt h er
7、a t i o n a ld i s t r i b u t i o nb e t w e e nt h ep o w e rp l a n tu n d e rg r o u p，A n df a i l st h r o u g ht h ep o w e rp l a n tl o a de c o n o m yd i s p a t c hr e a l i z a t i o ne n e r g yc o n s e r v a t i o nc o n s u n I c s 1、I n t r o d u c et h eo r i g i na n ds i g n i f
8、 i c a t i o no fe l e c t r i c i t ym a r k e t；F u n d a m e n t a lc o n d i t i o no fd o m e s t i ca n da b r o a de l e c t r i c i t ym a r k e t,d o i n gr e s e a r c hf o rh o we l e c t r i c i t ym a r k e ti n f l u e n c e st h eA G Co p e r a t i o n A n a l y z et h eb a s a lp r i
9、 n c i p l eo fA G Cc o n t r o l s，a n d-h a v es y n t h e s i z e da n a l y s i st os e v e r a lk i n dc o n t r o lp a t t e r n sa tp r e s e n tA G Ce l e c t r i c i t ym a r k e t,A sw e l la sa n a l y z eh o wA G Ci si m p l e m e n t e di nt h ep o w e rp l a n t，S t u d yt h ef a c t o
10、 r st h a tC a ni n f l u e n c et h er u n n i n gs t a t u so f A G Cu n i t s 2、C a r r i e so u ta n a l y s i so ft h ew h e e l i n gc o s t so f A G Cu n i t s，m a k ep r e l i m i n a r yd i s c u s s i o na b o u tt h ep r o b l e mo fh o wt od oe c o n o m i cl o a dd i s p a t c h i n gf
11、o rA G eu n i to f p o w e rp l a n t,a n dh o wt h eA G Cu n i tp a r t i c i p a t e si ne l e c t r i c i t ym a r k e t，t h e nb a s e dO i lt h a tt h ef i v eu n i to fB e i l u np o w e rp l a n ta r ec a l c u l a t i o nm o d e l，c a l c u l a t et h ec o s t so f B e i l u np o w e p l a n
12、 tw h e nA G Ci sp u t t e di na n dw h e nA G Ci sn o ti ns e r v i c e，c a l c u l a t e 也ed i f f e r e n c eo ft h e mS Oa st oe v a l u a t et h ec o s t so f A G Cn m n i n g 3、W i t ht h e3 7f i r ec o a lu n i to fZ h e j i a n gE n e r g yG r o u pC o，L t di sc a l c u l a t i o nm o d e l，
13、A n a l y z et h ec o s tc h a n g ew i t ho p t i m i z et h el o a dd i s t r i b u t i o nb e t w e e nA G Cu n i t s 1 1B yc a l c u l a t i o n,w eg o tt h ec o n c l u s i o n：T h ed i s p a t c h i n gs i g n a la r r i v e sa tp o w e rp l a n t，e v e r yp o w e rp l a n to p t i m i z et h
14、el o a dd i s t r i b u t i o nb e t w e e ne v e r yA G Cu n i t s，i tc a nm a k ea l lu n i tw o r ka sf a ra sp o s s i b l ei nt h em o s te c o n o m i c a lw o r k i n gp o i n t,C u td o w nu n i t l o a d sf T c q u e n t l yc h a n g e，C a nr e d u c et h e r m a le f f i c i e n c yl o s s
15、t h e r e b y，r e d u c i n gt h eo p e r a t i o nc o s to f A G Cu n i t I t sv e r yi m p o r t a n ts i g n i f i c a n c et h a tA G Ck e e p st h es e c u r i t T,s t a b l ea n de c o n o m yr u n n i n go f p o w e r 鲥d b u te l e c t r i c i t ys y s t e mb e c o m i n gm a r k e t-o r i e
16、n t e dh a v eb r o u g h tf o r w a r dt h en e wr e q u e s tt oA G C，W a t c ha saw h o l e，t h er e s e a r c hg o i n gd o w nt h eA G Co p e r a t i o ni ne l e c t r i c i t ym a r k e tg o e sd e e pi n t oo u rc o u n t r yf a u l tv e r ym u c h I nt h i sp a p e r,m a k eo n eg e n e r a
17、le x p o u n da b o u tt h eo p e r a t i o no f A G Ci ne l e c t r i c i t ym a r k e t,a n dm a k er e s e a r c ha b o u ta 1 1a b o v ef i v ep r o b l e m s，H a v eg o tc e r t a i n8 i 嘶f i c a n c er e s u l t K E YW O R D S：P o w e rP l a n t：E l e c t r i c i t yM a r k e t：A u t o m a t i
18、 cG e n e r a t i o nC o n t r o l；C o s tA n a l y s i sI I I1 1 课题背景及意义第一章绪论自动发电控制(A G c)是E M S 中最重要的控制功能之一，随着各大电网和调度中心E M S 系统的投运，A C-C 已经成为现代电网不可缺少的频率调整和功率调整手段。同时，在现代电网中具备A G C 功能的机组的比重越来越大，成为辅助服务中调频口1 的主要提供者。在传统电力工业中，A G C 机组进行的频率调整在确保电力系统运行稳定性方面受到了足够的重视。调度中心根据系统情况和机组性能，以行政命令的方式分配功率频率调整任务。发电公司的
19、收入只与其发电量有关，其提供的A G C 服务大多是作为一种义务，而不是作为一种商品，因此，传统电力工业中基本上没有定量地从经济学角度分析发电厂提供A G C 的成本，尤其是其机会成本，而发电厂提供A C-C 的积极性也不高，需要严格的监管。随着电力工业的市场化进程，系统的频率调整将不再是简单的运行调度问题，行政和经济隶属关系的变化、利益主体的多元化等因素都增加了频率调整问题的复杂性，如果这个问题没有解决好，将对系统运行的可靠性和经济性造成重大的影响。目前，电力市场环境下的调频服务问题得到了越来越多的关注，成为电力市场理论研究、市场规则制定的热点问题之一。调频服务的成本和定价问题在以往的系统运
20、行中一直未引起足够的重视，尤其是发电厂的利益及成本考虑不多。在电力市场环境下，发电与输电的分离对传统的频率控制方式和算法提出了新的要求。A G C(自动发电控制)作为频率的二次调整，在电力市场环境下，其调节服务产生的最大变化是A C,-C 的调用问题。传统的A C,-C 算法对机组的功率分配的基本原则是按发电费用最小为目标进行控制。在电力市场下，仍需遵守同样的原则，但费用的含义应是输电公司从发电公司购买能量的费用，并由各发电公司在辅助服务市场中对A C,-C 服务进行投标得到。世界各国的电力市场中采用了多种方式来保障电力市场中A c,c 的顺利实施，如建立与电能交易市场并行的A G C 竟价市
21、场(如美国加州的电力市场)以及将A G C 与电能交易统一考虑等(如美国N e wE n g l a n d的电力市场)。国内试点的发电侧电力市场中，也有一些试用的实践方法和手段，但往往将A C-C 辅助服务过于简化，其合理性有待探讨。在现阶段能源价格高企的情况下，节能已经成为全社会急需解决的问题，也是发电公司需要考虑的重要问题。这样作为电力市场的参与主体，发电公司如何对A C-C 辅助服务进行成本分析和定量计算，就变成了目前急需解决的一个问题。本文着重对电力市场环境中，发电厂A G C 机组的成本进行定性和定量的分析，对发电厂A G C 机组如何进行经济调度、A C-C 机组如何参与电力市场
22、等问题进行了初步的探讨，提出了相应的解决办法和建议。1 2 电力市场国内外现况的研究1 2 1 电力市场概述电力有许多区别于普通商品的特点，比如它依赖于网络传输，用电和发电无一一对应的关系，电力不可储存，等等。我国电力行业原有的运营模式是：发电、输电、配售电各环节统一运行和管理，各环节缺少竞争。电力市场就是在电力工业中引入竞争机制，在发电、输电、配售电各个环节逐步放松管制，引入竞争，达到降低生产成本、提高效率、促进资源优化的目的，以促进电力工业的可持续发展，最大化社会效益。在我国实施电力体制改革是社会主义市场经济推进的需要，也是发电资产多元化和更大范围内的资源优化配置的需要。为适应社会主义市场
23、经济的发展，推动电力工业的改革，国务院于1 9 9 8 年确定建立“厂网分开、发电侧开放电力市场 的改革目标，确定浙江、上海、山东以及东北三省等6 省市为第1 批试点单位；但是随着2 0 0 2年开始的电力紧张，电力市场基本暂停了。电监会成立后，明确要建立区域电力市场，首先在东北电网进行试点，华东电网也在2 0 0 5 年四季度试运行，电厂实现竞价上网将是大势所趋。2 0 0 6 年9 月1 日国家电网电力交易中心正式投入运行，标志着我国已经构建成国家、区域和省级三级电力交易中心，形成完整的电力交易的体系。所谓三级电力交易中心，是指在国家电网公司总部，将国家电力市场交易职能从国家电力调度通信中
24、心分离出来，单独设立国家电网电力交易中心；在区域和在省(自治区、直辖市)级电力公司，同样将其市场交易职能从2电力调度中心分离出来，成立区域或省级电网电力交易中心。各级电力交易中心的主要职责，是负责所辖范围内的电力市场建设和市场交易工作。电力工业的固有特性决定了电力市场与其他行市场的差别。电力行业市场化的特征为：电能作为种特殊商品在竞争性市场中交易；要求实时平衡；电网必须安全稳定运行，满足社会需求；市场交易建立在电网安全和实时平衡的基础上。发电竞争模式下，为实现电力市场化运行，改革传统的电能调度机制满足市场规则的需要，需要全新的“电力市场运营系统 来保证电力工业的商业化运作及电网的安全、稳定、优
25、质运行。1 2 2 电力市场的结构电力系统运行有如下特征：很高的存储成本存在输电约束，输电损耗合约与潮流不存在一一对应关系需要中央协调由于电力系统具有上述特点，人们自然地想到运用公开投招标来实现市场运行。这就是电力联营市场的基本思想。电力联营市场的运行方式与传统电力系统的运行方式比较接近。因此，通常认为电力联营市场是最好的过渡市场模式。实际上。现在运行的电力市场绝大部分都是联营型市场。1 2 3 机构设置电力市场的机构设置特点是发电侧为完全的竞争市场，配电侧为部分竞争市场，输电侧仍然按照固定回报率的理论运营并有政府监管。输电系统可由独立的多家输电公司拥有或由一家公司拥有。系统调度员只负责系统运
26、行和市场管理，很多国家的市场均采用了相似机构设置。在美国，一般由十个成员组成的董事会(董事每任两年)负责监管独立调度公司的运营并任免公司总经理。公司总经理具体负责独立调度公司的日常运行。发电、电网、配电公司一般通过雇佣猎头公司寻找董事候选人，并最后投票选举董事。发电、电网、配电公司可以要求弹劾总经理。发电、电网、配电公司每年都联合对独立调度公司进行严格的审计。此外，独立调度公司的预算也由发电、电网、配电公司联合审批。在中国，调度公司还是由电网公司在管理。电力市场监管现在在美国是由独立调度公司完成的，其主要功能是审批市场限价。对报价行为进行限制，审计受到限价的机组运行费用，以及撰写市场运行报告。
27、近来，有人建议成立独立的电力市场监管公司。在中国，由已经成立的电力监管委员会负责市场监管。迄今，零售价格还是受到严格管制的，负责管制的机构在美国是州政府和州议会，在中国是物价局。北美电力可靠性委员会(N o r t hA m e r i c a nE l e c t r i cR e l i a b i l i t yC o u n c i l，简称N E R c)执行的功能包括制定和监督可靠性计算标准、A G C 标准等等。这部分功能在中国由电网公司担任。在一个成熟的电力市场，各种重要的市场信息，如电价和负荷预测、市场规则、系统运行规则、系统规划原则、输电费计算和检修计划，完全都应当发布在互
28、联网上。1 2 4 电力市场定价模式目前电力市场主要采用了以下几种定价模式：1)统一电价模式：如果调度中心有机组费用曲线c(P G)，它可进行经济调度或有安全约束的经济调度。如果调度中心有机组标价曲线，它可进行经济调度或有安全约束的经济调度。电力库的基本思想就是通过投招标来建立标价曲线，再根据报价高低来调度系统。一般要求发电机提供递增报价曲线。如果发电机和负荷有双边交易，它可以报零价格曲线以确保合同实现。所以，联营市场能够一定程度支持双边交易。现在，对一台机组我们假设费用曲线是一条高度为P 的直线。令向量P 代表所有机组费用曲线的高度，这样“)=p r P G。(卜1)暂时不考虑网络约束，经济
29、调度模型简化为：繁pr(1-2)S Ze r b=昂里GsP Gs-G4上述问题可以采用简单的排队方法求解。即首先让报价最低机组出力，如果该机组不能满足负荷，再让报价次低机组出力，如此直至负荷满足为止，如图1-1 所示。蒯蓁L 0 a dM W图1-1 电力市场定价模式阴影部分发电机中标；最后一台中标发电机的报价就是系统电价。2)差价合同模式在我国，因为许多原因，完全引入市场竞争是不能接受的。例如，老电厂还贷期已过，其相应边际运行成本低；而新建电厂因为需要还贷，相应的边际运行成本高。特别是近年来许多新电厂融资渠道复杂，而且包括各种上网合同。将新老电厂投入联营市场同时竞价是不现实的。另外，由于电
30、力系统运行复杂(电力系统是人类有历史以来制造的最大机器)，在引入完全竞争前，希望进行一定程度的尝试。为此，人们建立了所谓“差价合同模式。其基本思想是对系统总电量的一定比例引入竞争，其余电量仍然按照计划经济进行分配。一个电厂的收入由两部分组成，即：发电收入=市场售电收入+差价合同收入其中差价合同电价和电量根据调度中心和电厂协议确定，并由物价部门负责监督。市场电价和电量则根据上一节介绍的经济调度确定。由上式可以得出如下结论，当上网出力等于合约出力时，机组可获得合约收入。当上网出力大于合约出力时，机组收入高于合约收入。当上网出力小于合约出力时，机组收入低于合约收入。上面简单分析表明，只要一台机组在实
31、时市场报价足够低，就能够保证大于或等于合同收入的销售收入。因此，差价合同对许多机组起到“保护”作用。这种“保护 作用有利于电力市场的逐步引入。比如，浙江电力市场于2 0 0 0 年开放。这一年，8 5 电量是通过差价合同销售的。在2 0 0 1 则只有8 0 电量是合同电量。差价合约的实质是“计划经济一。因此，如何确定合约电量和合约电价都没有规则可遵循。3)节点电价模式采用全网统一电价，这种市场模式最大的问题在于不能有效处理网络拥塞价格。下面我们将介绍节点电价原理。节点边际电价在世界各国得到广泛使用。其优点有两个，一是能够自然的运用最优潮流技术处理网络拥塞，二是节点电价合理地反映了节点用电负荷
32、的发电边际成本因而不存在公平问题。节点电价的定义是：某节点电价等于系统向该节点供应额外1 兆瓦功率的微增费用。以图i-2 系统为例，节点1 的边际电价为5$M 1|，节点2 的为3 0$M W。显然，这个电价系统比全网统一电价系统更加合理。G I 出力1 5 0 M W。0 2 出力5 0M WS S 巾，f、)l，S 3 0 瓜l、)l，G5 0 M W1 5 0 M W节点，的电价分别恕5，3 0$M W图1-2 两机系统节点边际电价计算1 2 5 华东电力市场简介1 2 5 1 华东电网现状华东电网包括隶属于华东电力调度中心的四省一市，即安徽(A)、江苏(S)、浙江(Z)、福建(F)和上
33、海市(S)，是目前国内最大的区域性电网。各控制区域间的地理位置及联络线如图卜3 所示，华东与华中电网间的直流线路没有标出，为了简洁其间，区域间具有多条联络线时只显示一条。6图1 3 华东电网各控制区域间的电网2 0 0 4 年全口径最高负荷为7 8 8 0 千瓦，用电量为5 2 4 9 亿千瓦时，2 0 0 4 年底全社会6 M W 以上装机容量为8 6 1 0 万千瓦，统调最高负荷为6 9 1 6 万千瓦，用电量为4 6 2 02 9 亿千瓦时，统调最大用电峰谷差为1 9 17 万T 瓦。至2 0 0 4 年底，华东电网在原有的两个5 0 0 k V 跨省市环网(武南一瓶窑繁昌一东善桥一武南
34、和武南斗山石牌一黄渡泗轻南桥一下店瓶窑武南)基础上有所增强，其中江苏新增一个5 0 0 k V 过江通道，并在苏锡常地区形成双环网；浙江新增一个5 0 0 k V 过江通道，并在浙南地区形成环网：上海形成内部双环刚。截至2 0 0 4 年底，华东全网5 0 0 k V 厂站j 7 座(包括三堡变)交流输电线路1 2 2 条，总长度9 3 3 30 8 4 k m(不包括幽涧管辖的5 0 0 k V 线路)。5 0 0 k V 交流变压器8 4 台(包括三堡I 号主变，不包括机组升压变)，总容量为6 j 1 5 0 A。5 0 0 k V直流输电系统(华东电网内)换流变容量为2 6 8 7 M
35、V A(葛沪直流)和1 2 2 9 75 V A(龙政直流)。2 2 0 k V 变电站5 1 0 座，变压器9 7 4 台，总容量为13 9 5 8 7 M V A，线路1 2 8 1 条，总长度为3 1 5 1 48 2 k m1 2 8 2 华东电力市场现行的A G C 控制模式2 0 0 4 年5 月，华东区域电力市场成为我国首批试点运行的两个区域电力市场之。根据电监会要求，华东网稠作为一个电力联营体各省直辖市作为实体参与华东电力市场。网调负责监删各控制区的A G C 效果，包括实际电量与合约电量偏差、频率偏差、以及旋转备用等。我国区域电网的运行和管理通常采用两级结构。网调控制各控制区
36、间的合同电量，不直接控制各控制区的机组出力。网调直接控制其直属电厂也就是采用区域统一平衡、分省市获取资源，区域分级调用的控制模式。控制模式的特点为：网调计算A G C 和有功备用容量的需求。网调按一定的规则(如负荷的比例)将对A G C 和有功备用容量的需求分配到省市，然后由省市分配到机组，不足部分可由省市向区域直代管电厂或其他省市采购。在实时运行中，网调负责全网的频率控制，计算全网的A C E，并根据有功功率可控资源的分布和特性计算出各省市的分配量，向省市发出控制指令；然后由省市调度中心计算出对每台机组的控制指令，并将指令发送给发电机组。控制的性能评价，一方面是对全网频率质量的评价，可以采用
37、我国传统的频率合格率的评价方法，也可以采用C P S、D C S 的评价方法；网调按服务提供者的评价标准(如S C P S)对省市调进行评价；同时，由省市调对发电机组的A G C 控制性能和备用容量调用性能进行评价。1 2 5 3 华东电力市场特点电力市场建设目的是希望通过建立电力市场，吸引投资，解决其电能供给不足的问题，提高电力工业的生产效率，降低电费。华东电力市场特点是统一平台、综合电力市场、日前全电量报价、多方参与、协调运作，在统一平台上进行日前全电量报价，按竞价结果处理落实年度合同和日前竞争中标电量的关系，竞价交易与合约交易相结合。发电侧统一申报电量、电价；购电侧统一申报需求或连同电价
38、，以区域内福利最大化原则或购电成本最小化为优化目标，然后按照上述优化目标，考虑相关约束(机组，线路、口子电量、成交量)，在一个较为完善的数学模型的基础上计算所得的电力或电量、电价结果。1 2 5 4 华东电力市场目前的运作模式：集多种交易模式于一体，其中包括年度合同(政府授权)、合约交易、月度市场、日前市场、实时平衡。年度合同、合约交易：固化中长期大部分电能交易空间，有效规避市场风险。月度、日前市场竞价交易：实行集中竞价，实现全网资源优化配置，通过竞争提升效率。月度竞价能充分反映市场主体不同预期，减小市场风险度，其基本特点：采用发电和购电双向报价机制、高峰和低谷两时段分段竟价、交易品种为电量，
39、部分电量竞价、区域内社会福利最大化为优化目标函数、采用分省(i t)出清电价。日前市场基本特点是以机组为单位全电量统一平台报价、中长期合同覆盖约9 0 的总发电量、全网优化、节点电价、兼容物理合同与差价合约，兼容省(市)双边交易，并可进一步扩展运用其他金融衍生工具、发电权自动转让、具备需求侧管理(日前)功能。实时平衡：实现电力电量平衡，确保普遍服务。特点是按照安全经济调度原则和调度规程进行实时调整，维持所管辖电网内的电力电量平衡，被调整的电量，按照年度合同的价格、电量进行结算、补偿。1 3A G c 研究现状自动发电控制(A G C)是能量管理系统(E M S)中最重要的功能之一，它的投入将提
40、高电网频率质量，保证系统安全。自动发电控制在“当今世界已是普遍应用的成熟技术，是一项综合技术协在互联电力系统中，各区域承担各自的负荷，与外区域按合同买卖电力。各区域的调度中心要维持额定系统频率，以及区域间净交换功率计划值，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。电力系统正常运行状态下的基本目标是：(1)响应负荷和发电的随机变化，使电力系统频率在规定范围内；(2)在各区域间分配系统发电功率，维持区域间净交换功率为计划值；(3)对周期性的负荷变化按发电计划调整出力，对偏离预计的负荷，实现在线9经济负荷分配。1 3 1A G C 的控制过程1 3 l以图1 4 表示的互联系统
41、为例介绍A G C 的控制过程。A、B、C 为三个子区域，它们之间通过联络线互联。正常情况下，各子区域负责调整自己区域内的功率平衡。例如，当区域B 中增加一个新负荷时，互联系统全部汽轮机组增加出力，系统频率下降，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，G C 因此而动作。提高区域B 的发电功率，使频率和交换功率在规定范围内，这就是所谓的二次调节。此外，调度中心将随时间调整机组出力执行发电计划(包括机组启停)，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。图1-4A G C 一般过程示例一次调节是系统的自然特性，希望
42、快速而平稳；二次调节不仅考虑机组的调节特性，还要考虑到安全(备用)和经济特性；三次调节则主要考虑安全和经济，必要的话甚至可以校验网络潮流的安全性。一般数据采集(S C A D A)采样周期为1-2 秒，自动发电控制(A G c)启动周期为4-8 秒，经济调度的启动周期为几秒钟到几分钟甚至几十分钟。1 3 2A G C 的总体结构自动发电控制通过一个闭环控制系统实现。自动发电控制从S C A D A 获得实时测量数据，计算出各电厂或各机组的控制命令，再通过S C A D A 送到各电厂的电厂控制器，由电厂控制器调节机组功率。自动发电控制的总体结构如图1 5 所示。这里主要有三个控制环：计划跟踪环
43、、区域调节控制环和机组控制环。计划跟踪控制的目的是按计划提供发电基点功率，可以看出，它由负荷预测、机组经济组合、水电计划及交换功率计划决1 0定。区域调节控制的目的是使区域控制误差(A c E)调到零，这是A G C 的核心。其主要功能是A G C 计算出为了消除区域控制误差(A C E)而分配给各机组的功率增减量，将这一分量加到机组跟踪计划的基点功率之上，得到设置发电值发往电厂控制器。机组控制是由基本控制回路去调节机组控制误差到零，在许多情况下(特别是水电厂)，一台电厂控制器能同时控制多台机组，A G c 的信号送到电厂控制器后，再分到各台机组。图1-5 G C 的总体结构1 3 3A G
44、C 与E M S 的关系A G C 与E M$其它功能是相互有机结合在一起的，相互的关系如图l 一6 所示。图l 一6A G C 与E M S 中其他功能的关系系统负荷预测、机组组合、水电计划和交换计划均与发电计划协调，并经过发电计划与 G C 相联系。这种联系一种是按负荷曲线以周期的形式实现：一种是计划外恒定负荷变动的修正。A G C 所需的负荷预测不仅是短期的(日周)，还需要超短期(几分钟几小时)，尤其是在负荷上升阶段。超短期负荷预报与发电计划相结合，达到尽可能密切的调峰跟踪，这有助于提高系统频率性能指标。状态估计可以每1 0 r a i n 向A G C 提供各机组和各联络线交接点的网损
45、微增率，使A G C 做到最恰当的网损修正。如果状态估计发现有线路潮流过负荷，则启动实时安全约束调度软件，提出解除过负荷的措施，以改变电厂出力限值的方式送给 G C，由下一个周期开始，A G C 将自动进行解除支路过负荷的调整。最优潮流可以代替安全约束调度的功能，还可以及时提供网损修正后的经济负荷分配方案给A C,C。1 3 4 G C 的控制方式1 3 4 1 两种A G C 控制方式1)集中控制当电网容量相对较小、结构紧密或电网管理模式是统一管理时，最易实现的便是集中控制方式。由调度部门的控制中心把电网频率变化量换算成相应功率增减，再按经济分配原则分配到电厂，电厂机组接到信号后进行二次调整
46、，从而实现维持额定频率运行(图l-7)。图1 7 集中控制P2)互联控制由几个电网联合组成的电力系统，由于相互之间有电力、电量传送的约束，因此采用互联控制方式。这种方式与集中控制不同点在于：a 控制点分散到参加联合电网的各个电网控制中心。1 2b 各网之间互送的电力、电量计划偏差值成为重要控制对象。所以这种控制又简称为T B C(T I EL I N EB I A SC o N T R o L)，区域控制误差A C E般用下式表示：A C E=墨鲈+K s P(卜3)式中厶厂频率偏差；A P 一一区域间联络线电力偏差：K。K 2 比例系数A G C 控制策略主要有三种，即定频率控制(F F c
47、)、定联络线潮流控制(F r C)和频率偏差联络线控制(T B C)。T 1 3 C 控制方式是一种分区控制，最终维持各分区功率的就地平衡，这与定频率、定潮流控制是有区别的。表1-1 列出了A、B 两系统不同控制目标下的比较。其中假定A 系统有自动调频，能进行二次调整；B系统仅有一次调整，且蛾F=0。根据功率平衡可得：刖么=t 鲈一蛾+哦H(1-4)刖么=K 口鲈+蛾式中刖么、刖么分别为A、B 两系统负荷增量；蛾_ A 系统发电机出力增量；蛾联络线潮流变化。表1-1 不同调频方式的比较系统调频方式按频率调整按交换功率调整按频率和交换功率调整(F F C)(F T C)(T B C)调整准则蝎=
48、0A P a b=0K 一一蛾=0频率变量鲈O醴嚏，K l址么(K 一+K 口)交换功率变量必6脚么O蛾心(K _+K。)创乙一屹E K 口A 系统调频厂功率变量屹H刖乙+刖么脚乙由表卜1 看出，T B c 控制最终A 系统峨。=岔乙，即保持区域的就地平衡。1 3 4 2 各种机组的不同控制要求现代电网由多种能源组成，不同种类机组在电网运行中担负不同任务。在自动调频中常把参与调频的机组分为4 种等级：a 不参加调频机组A C E 任何值均不参加调频，这类机组一般是带基荷的机组。b 紧急参加调频机组电网发生事故，A C E 达到某一数值时参与调频，如某些燃汽轮机。C 辅助参加调频机组A C E
49、大到一定范围就参加调频，如有电量限制要求的水电机组。d 经常参加调频机组A C E 超出死区机组就参加调频，一般是性能较好的火电机组和无电量限制的水电机组。对于紧急或辅助参加调频的机组，平常按调度发电曲线运行，只有当A C E 偏离定值到指定限额才参加紧急或辅助调频，频率正常后又继续按发电曲线运行。1 3 4 3 经济调度的考虑经济调度是A C-C 中一个重要环节。一般按下面步骤实现：a 每隔一定时间(1 0 m i n 或1 5 m i n)全区域计算一次经济调度分配，其结果作为机组功率基点。如果基点值与实际值相差较小时，则调整分量较小。对于不参加或不经常参加调频的机组，可以通过人工调整或修
50、改计划值由计算机自动控制出力而向基点靠拢。b 由于考虑到各种因素(容量、增荷速度、机组响应)，对经常参加调整的机组其功率分配一般采用按事先给定的经济出力范围进行比例分配。c 区域之间的经济调度，是通过边际成本来实现“口子 交换电力、电量调整，逐步达到全网经济运行，一般要通过买卖成交过程。1 3 5A G c 控制准则6 1 m近年来，各地电力电量供应紧张，但随着电站的大量建设，电量供应紧张的局面将在明后年大为缓解，计划供电体制下的卖方市场将会向电力市场体制下的1 4买方市场过渡，这为各地电力电量的调剂，实现整个电网的安全经济高效运行创造了条件。但在这种情况下，采用何种标准对联网区域进行考核，在