辅助调频服务市场化水电厂AGC与一次调频优化策略研究

辅助调频服务市场化水电厂AGC与一次调频优化策略研究

李继平，覃宝

广东省粤电集团天生桥一级水电开发有限责任公司水力发电厂

1我国辅助调频服务市场建设现状

当前国内的电网调频控制还是集中在省级跳读中心，由专门的负责人进行电网频率以及联络线控制。以南方电网而言，自动发电量控制性能评价标准包含了CPS标准，A标准等，能够基本满足水电机组发电调控管理控制。针对自动发电控制所采用的策略一般是基于经典PI控制策略，对一次调频的控制主要是常规控制，重点关注的是水力资源利用，以提升频率控制水平，满足控制性能评价标准要求。在南方电网中，针对特高压的联络线功率、水力发电协调上做出了改善，以满足电网特定控制目标的要求。伴随着智能控制算法理论完善，基于最优控制的自动发电以及一次调频优化的模型预测、自适应调控、模糊逻辑、遗传算法等智能控制算法已开启深化研究，但是当下仍然仅仅停留于研究阶段，尚未投入实际应用。伴随着国内辅助调频服务市场的建立与完善，需要提前设计出适应市场的频率控制以及自动电量控制的架构体系，为实现调频服务市场的频率控制提供参考。

2辅助调频服务市场环境调频控制体系

整体构架分为调频服务提供商、调频服务电力市场、市场环境频率控制策略。调频服务提供商为电力市场交易系统提交调频机组的相关参数，市场负责调频资源准入，并基于调频需求组织调频资源进行竞价、出清和结算。市场环境下频率控制策略主要负责调频需求的实时计算，并能根据市场交易出清结果自动选择调频机组、确定调频机组调频范围，根据电网实时发用电平衡情况，进行区域调节需求的计算分配及调频资源的调用，并根据调频机组实际跟踪控制指令情况统计其控制性能和调节贡献，为市场结算提供基础数据。

3AGC结合一次调频优化策略

3.1AGC与一次调频对比

AGC属于广域控制系统，需要电网中多个设备、子系统相互配合才能完成其功能，其由于系统功能分布广，响应速率受系统数据采集周期和各厂站控制系统影响很大，调整速率由每分钟数兆瓦到数十兆瓦不等。而一次调频则属于当地控制系统，一般由发电机调速器附加控制功能实现，水轮发电机组通过整定调速器永态转差系数实现，对于电网一次调频来说，一般要求整定为4%～5%，根据发电机转速偏差控制导叶开度。AGC的控制方式为功率闭环模式，其控制环涵盖全网；一次调频控制方式为频率闭环模式，只按照设备所在地频率偏差进行调节。两者的控制目标、控制方式、响应时间均有较大差异。如何实现两者调节效率达到最优化，需要规避下列矛盾。

3.1.1控制幅度的矛盾

AGC一般采用功率控制方式，其电厂执行端也是采用功率闭环控制，如水电厂普遍应用的监控系统大多采用功率闭环方式控制机组出力，非AGC机组由人工或负荷曲线设定机组功率；当机组接入AGC时，其功率给定信号由系统RTU给出。由于AGC本地功率闭环响应快，在系统频率发生较大波动时，一次调频将机组功率调整超出功率闭环允许偏差值时，本地功率闭环控制将回调机组出力到之前AGC的定值，而此时电网EMS的解算尚未完成，新的AGC定值尚未下发，一次调频没有起到在AGC之前抑制频率偏差的作用。即一次调频受功率闭环的影响，其响应过程类似于微分控制，而不是比例控制。

3.1.2控制方向矛盾

一次调频只对频率进行响应，但从辅助调频服务市场而言，AGC的控制方向可能与一次调频完全相反，按频率偏差调节未必使系统更加安全。如在潮流单一的南方电网，其调节性能优异的水电大多集中在西部，东部大多为火电大机组，在系统压极限运行时，当东部损失机组较多而引起频率降低，西部水电一次调频快速响应将可能引起系统潮流加重而导致稳定恶化。

3.2辅助调频服务市场下AGC与一次调频优化对策

3.2.1短时闭环AGC

机组参与到辅助调频服务市场竞标中，调节范围在常规运行的约束影响下，还受到了市场交易结果以及中标容量的影响。为此，为了适应辅助调频市场要求，在AGC参数下发时，短时将功率控制闭环，调节结束后断开功率闭环，机组出力随频率按一次调频的自动调节，这种控制方式适合不受线路输送能力限制、靠近负荷中心的调频机组，如抽水蓄能机组。正常情况下，由于电网频率与标准频率误差不大，AGC短时闭环调节等效于移动一次调频转差率曲线，接近前述的理想控制方式。由于不做功率限制，一次调频甚至可以采用变斜率整定调速器永态转差系数曲线方式增强其调频能力，即整定调速器永态转差系数线按不同的频率段分成多个斜率，在标准频率中心采用大斜率以稳定出力；频率偏差超出一定值后，取中间值斜率(3%～8%)以响应频率变化；频率偏差严重超标时，则以0～1%小斜率大幅度响应频率变化。这种控制方式的出力随系统频率变化较大，可能导致发电量误差偏大，不宜进行曲线跟踪考核，宜以累计误差电量考核。

3.2.2带功率增量限制的AGC

AGC本地控制采用功率闭环，设置功率上限，如一次调频作用机组出力超AGC定值允许偏差上限时，AGC本地功率闭环控制保持机组出力在功率允许偏差上限或将机组出力降回设定值，机组出力向下漂移，AGC不做限制。该方法适合于远端受输送容量限制的调频机组，其功率增量上限按线路允许的输送容量进行设置。但此类控制对频率响应是不对称、非线性的，影响EMS对系统状态的估计，发电侧的发电误差累计负偏。

3.2.3常规的AGC延迟控制

AGC本地控制采用功率闭环，设置允许功率偏差上下限值。一次调频引起的功率偏差在允许范围内时，功率闭环控制不起作用；功率偏差超出允许范围时，AGC本地功率控制延迟一定时间后再将功率回调到AGC给定值，其功率偏差、控制延迟时间根据系统频率特性、EMS和AGC响应时间进行整定。

4结语

基于调频服务市场机制，在保证电网频率运行稳定的前提下，AGC、一次调频在系统中的作用日渐重要，逐渐替代人工控制，其影响也将是深远的，但对AGC、一次调频的管理和界定尚不严格，一次调频只是要求投入，响应品质及与AGC的配合尚不被人们所重视。随着AGC、一次调频机组的增加，其品质对系统安全、电能质量的影响也日渐突出，有必要尽快制定AGC、一次调频的技术标准，不仅有利于管理，也有利于将来电力市场辅助服务的竞争与补偿。此外，AGC、一次调频在发电误差考核方面也存在一些矛盾，如AGC希望机组能严格跟踪功率定值，而一次调频则希望机组不要跟踪功率定值，应及时响应系统频率的变化，这就带来了发电误差增大的责任问题，也需要尽快制定AGC及一次调频技术标准加以解决。

参考文献

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