140.集中控制下的梯级AGC运行浅析

何国春，刘广宇

（二滩水电开发有限责任公司，成都）

摘要：本文介绍了梯级AGC的基本功能、任务及负荷调节控制方式，在厂间AGC模型中加入了电站所处市场的时段价格因子，简单分析了梯级AGC运行中应该注意的问题。

关键词：梯级AGC、负荷调节控制、厂间AGC、厂内AGC、策略。

1 引 言

自动发电控制AGC（Automatic Generation Control）是上世纪50年代在电力系统监视控制和数据采集SCADA(Supervisory Control and Date Acquistion)系统的基础上发展而来，包括负荷频率控制LFC(Load Frequency Control)和经济调度EDC(Economic Load Dispatching Control)。AGC在大量应用于电网调度自动化后，经过不断完善和发展，现广泛应用于电厂负荷分配与经济运行、流域梯级电站远程调度中。

梯级AGC是流域梯级集控中心计算机监控系统的高级应用功能，是与电网调度的主要接口。与常规电厂AGC不同，梯级电站之间的调度需考虑的因素更多，水量平衡、流达时间、区间径流、站间通信等都会影响AGC的决策。梯级AGC控制示意图如图一所示。

集控中心梯级AGC系统首先把电站参加AGC的机组有功功率

(Pgn)、电网频率f（即上行信息）传送到集控中心，集控中心根据电网调度梯级总负荷给定值，按预定的程序发出控制命令，经SCADA和通信通道传给参加AGC的机组（即下行信息），完成流域梯级电站AGC控制。

通信通道 下行 电网负荷给定值 RTU 电站AGC、调速器 ▽ Pg1 电力 系统网络 集控中心 AGC 系统软件 主机 … SCADA 上行 电站AGC、调速器 ▽ ▽

f … Pgn

图一 梯级AGC控制示意图

2 梯级水电厂AGC的功能描述 2.1 梯级AGC的基本功能

梯级AGC是一个处于电网调度和电厂AGC之间的运行控制层，一般由厂间AGC和厂内AGC两部分组成。它是根据电网调度机构要求的梯级总发电功率或下达的梯级总负荷曲线，考虑站间电力平衡、水量平衡、站间通信、区间径流、流达时间、尾水衔接、以及厂内相关约束条件，以整个流域梯级经济效益最大化为目标，确定流域内梯级各电站最佳运行的机组台数、最佳机组的组合方式和机组间最佳有功功率分配，再下达给厂内AGC执行。

2.2梯级AGC的基本任务

对流域集控中心而言，梯级AGC的主要任务是：在满足整个梯级以及电站各项约束条件下，将给定的梯级总负荷（曲线）逐时段以经济方式分配到梯级电站各条母线，使整个梯级的经济效益最大，并将分配结果分别送到各站级监控系统，最终由电站AGC执行。负荷给定方式通常有以下几种。

 给定梯级总负荷时的AGC运行

电网调度给定流域梯级总负荷，梯级AGC完成梯级电站的坝间优化，得到梯级电站的出力，并进一步分配到梯级电站各条母线。  给定梯级各电站总负荷时的AGC运行

电网调度或集控分别给定梯级各电站总负荷，梯级AGC将各电站总负荷在各电厂运行母线间进行优化分配。  给定电厂母线负荷时的AGC运行

电网调度（或集控）直接给定电厂母线负荷时，厂内AGC进行校核，确定是否执行。

负荷给定方式一般又分为定值给定方式和负荷曲线方式两种。 2.3梯级AGC的调节控制方式 1 梯级AGC的调节控制目标

梯级AGC的调节控制目标通常选择梯级水电站群发电量最大或梯级水电站群总蓄能量最大。但随着电力改革的推进和发电侧电力市场的开放，我国电力市场将实行分时上网电价，形成具有一定季节电量差价的上网电价结构，其目的是通过合理的丰枯、峰谷上网电价，调动水电调峰的积极性，从而促进电力资源的优化配置，缓解系统峰荷电量紧张的压力。因此，梯级AGC的调节控制必须考虑电站

所在电力市场及丰枯期电价差异。本文选择的梯级AGC调节控制目标不再单纯考虑梯级水电站群发电量最大或梯级水电站群总蓄能量最大，而是在考虑电价差异的情况下，使调节控制期内的发电效益最大。

2 梯级AGC调节控制方式

梯级AGC调节控制方式通常可设置“集中控制(现地)、电网调度（远方）”。

（1） 远方：在此方式下，集控中心执行电网调度机构的AGC/ED运算结果。

（2） 现地：在此方式下，集控中心运行ED/AGC，ED/AGC运算结果有两种下达方式：

A.闭环：集控中心现地AGC运算结果直接下达到梯级各电站立即执行，不需运行人员干预。

B.开环：集控中心现地AGC运算结果需经运行人员确认后方可下送到各梯级电站。

3 梯级AGC运行 3.1水电厂内AGC运行 3.1.1水电厂负荷给定方式

由于水电厂调节性能好，调节速度快，通常承担电力系统的峰荷和腰荷。在集控中心具有充分调度权的情况下，经过梯级优化，对于调节性能好，机组容量大，在电网中担任调峰、调频的水电厂，梯级AGC定时计算出给定值，电厂负荷可瞬间给定；对于调节性能差，机组容量小的水电厂，电厂负荷给定可根据集控中心的优化结果，于某天的前一日下达负荷给定值曲线，以便水电厂AGC执行。

3.1.2水电厂内AGC数学模型

水电厂内AGC的目标是使水电站总的耗水量最小，而耗水量又与机组的有功出力有关，因此，水电厂内AGC的目标函数为：

MinQ∑＝Min [Q1（Pg1）+Q2（Pg2）+…＋Qn(Pgn)]＝MinQi(Pgi)

i1n式中：Q∑—水电站总的耗水量；

Qi(Pgi)—i台机组耗水量，i＝1，2，…,n；

Pgi—i台机组的有功功率；

Qi(Pgi)—第i台机组发出有功功率Pgi时的引用流量。 约束条件： 1、电站出力； 2、机组发电水头； 3、机组有功出力； 4、机组无功出力； 5、机端电压； 6、电站水头。

用拉格朗日乘数法对上述模型进行求解，并对约束条件进行适当简化，可得：

dQidPi=。

由上式可见，水电站承担的有功功率一定时，为使总耗水量最小，应按相等的耗量微增率在各发电机组间分配负荷。

在一个水力发电厂内如机组型号相同，即机组的水耗量特性曲线相同，厂内AGC经济负荷可以简化为按机组容量成比例分配；而容量和型号都完全相同时，厂内AGC经济负荷则可以简化为等负荷分配。

3.1.3水电厂内AGC相关问题

水电厂AGC在实现负荷优化分配中，应注意机组启停条件下的负荷转移、分配以及避免由于设定值的小波动而引起机组负荷频繁调节问题。同时，机组在进行AGC调节时，要考虑规避水轮机的振动区、汽蚀区等问题。

3.2 梯级厂间AGC运行策略 3.2.1概述

梯级AGC根据电网调度部门给定的发电控制目标，按照负荷优化分配原则，实现梯级总耗水量最小或计算期末总储能最大，从而达到经济运行的目的。梯级AGC将梯级各水电站作为一个整体参加梯级AGC运行。由于梯级水电系统由于上下游电站之间存在水利、电力联系以及下游水库的补偿调节作用，使得AGC的运行方式灵活多变，但同时考虑的约束条件也较多。

3.2.2梯级厂间AGC模型

在各电厂实现厂内AGC最优分配的前提下，梯级厂间AGC是在遵守各项条件，通常以梯级水电厂各计算期末梯级效益最大化原则分配厂间负荷。在未考虑时滞影响的条件下，目标函数为：

MaxPTNt1i1i,t(Hui，tHdN，t)(QINi，tQi，t)

式中 N——水电站的个数； T——计算时段数目；

Pi,t——第i级电站所处电力市场的t时段的价格； H——第i电站t时段上有水位；

H——第N级电站t时段下游水位；

ui，tdN，t Q——第i级电站t时段入库流量； Qi，t——第i级电站t时段综合利用流量。

INi，t约束条件：

1、梯级各电厂出力 2、梯级各电厂流量约束 3、梯级各电厂水位约束 4、上下游水位变幅约束 5、出力平衡约束 6、水量平衡约束 7、电网负荷平衡 3.2.3 模型求解

模型的求解是一个包括机组工况计算、电站特性计算和水力计算的、多阶段、多约束的复杂非线性优化问题。求解方法可用等微增率和协调方程、线性规划（Lp）、非线性规划（NLP）、动态规划、逐步优化算(POA)、大系统分解协调、遗传算法以及混沌、模糊数学，神经网络等方法。由于模型的求解相对复杂，限于篇幅，本文不作深入讨论。

3.2.4水电厂间AGC相关问题

为使整个流域梯级电站效益最大化，除考虑负荷优化分配外，梯级电站之间距离较远，水流存在流达时间及不同电站可能处于不同的电力市场，在经济计算时必须考虑时滞影响和梯级各电厂的电价差异。同时，由于梯级电站联合调度，梯级集控调度负荷的较小分配可能引起机组的频繁启停，导致机组的损耗加大，制定机组启停计划非

常必要。另外，由于电厂机组存在振动区，梯级集控负荷分配需考虑厂间联合躲避振动区的问题。

4 结束语

梯级AGC作为集控中心自动化系统安全经济运行的关键组成部分之一，是实现梯级负荷优化分配和流域梯级电力生产效益最大化必备的技术手段。梯级AGC的成功实施，必将为电网安全、稳定运行以及梯级电站远程集中控制、无人值班发挥重要作用。

参考文献：

方辉钦 《现代水电厂计算机监控技术与试验》 中国电力出版社 2004

李先彬 《电力系统自动化》 中国电力出版社 2004 陈慈萱 《电气工程基础》 中国电力出版社 2004