CN104538990B - 小型电网孤网运行自动发电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现小型电网孤网运行的自动发电控制方法。本发明充分考虑了小型电网孤网运行的情况下，可参与频率调节的发电机组数目少，容量有限，存在1分钟内不能连续响应功率调节指令等约束，提出一种新的自动发电控制方法。该方法基于机组一次调频速度变动率和调节裕度的综合指标进行机组轮流调节排序和功率分配：在安全频率运行范围内让可调发电机在1分钟内平均分布，每次选取一台发电机进行调节；而在非安全频率运行范围内每次选取超过2/3可用调节容量的机组进行同时调节。从而，在实现对分钟级以上慢速变化负荷跟踪的基础上，通过对运行点和快速备用容量的调节，使得整个小型孤立电网具有最优的一次调频响应能力，实现对快速频率变化的跟踪和快速负荷平衡。

Description

小型电网孤网运行自动发电控制方法

技术领域

本发明属于电力系统自动发电控制领域，特别涉及一种在小型电网中，发电机数目少，并且有孤网运行需求的发电系统的自动控制。

背景技术

许多具有发电厂的高耗能企业希望通过断开与外部大电网的电气联络，自己发电自己用电，即孤网运行实现用电费用的节省和免除容量费，从而提高企业的经济效益。由于这样的电网可调节的发电机数目和容量有限，并且单机容量通常大于电网总容量的8％，因此称其为小型电网。要达到上述目的需要实现对小型电网发电机出力的协调和灵活控制。然而目前来说已经存在的孤网运行小电网(例如一些从建立起来就没有实现与大电网互联的企业电网或地方电网)，仅靠各发电机组自身的频率跟踪调节能力，来维持瞬时的发用电平衡和频率稳定在额定值50Hz附近，各机组间的调节缺乏协调，这容易导致超调和振荡现象，从而使得频率波动范围加大，调节时间延长，不利于系统的稳定。

而通常的自动发电控制系统AGC，只安装于省级及以上的大电网调度中心。对于省级以下的地区电网调度中心，包括企业电力调度中心，没有自动发电控制系统，大多数机组和企业的发电机组按预先制定的发电计划出力，不接受调度中心的发电指令。电网中发电和负荷的不平衡以及频率维持在50Hz附近主要靠省级电力调度中心协调控制部分参与自动发电控制(AGC)的机组来实现。由于省级及以上电力调度中心可控制的机组多，备用容量大，所以尽管机组对于AGC指令的响应有分钟级的时间限制，即通常1分钟内不会响应下一个功率指令，但是在大电网中调度中心在进行秒级(通常以4秒为调节周期)的功率平衡和频率调节时几乎不需要考虑没有机组可供调节的情况。即使真的出现参与AGC调频机组不够的情况，只要不是大的电网事故，由于大电网中机组很多，不参与AGC的机组，通常也会按要求提供一次调频容量(一次调频是机组本身的功频响应特性，不能被直接控制，但是随机组运行点的不同，性能会有不同，由于其只涉及转子动能和汽门开度引起的汽缸内蒸汽压力的能量转换，对频率的时间响应可以在几秒钟，但是只能维持大约1分钟；而自动发电控制，包括考虑频率和联络线功率目标的二次调频，以及考虑经济目标的三次调频，是通过调节发电机的制煤、制粉、锅炉，从燃烧系统开始的发电机组功率响应，其响应很长，通常要1分钟)，从而保证机组频率不会偏离50Hz太远。此外，在大电网自动发电控制中主要考虑的是机组的二次调频性能，即机组每分钟的功率响应能力，而不考虑机组的一次调频响应能力，即频率变化引起的功率响应变化(通常用速度变动率表示Hz/MW,是机组频率响应系数的倒数)。

小型电网中可参频率调节和功率快速平衡的发电机组很少，往往只有几台，甚至只有两台机组，而火电机组对功率调节指令的响应都有达到分钟级的时间间隔要求，及通常在1分钟内不能连续响应功率调节指令，尤其是反向的功率调节指令。本发明充分考虑了小型电网孤网运行的上述特点，提出基于机组一次调频速度变动率和调节裕度的综合指标进行机组轮流调节排序和功率分配的自动发电控制方法：在安全频率运行范围内让可调发电机在1分钟内平均分布，每次选取一台发电机进行调节；而在非安全频率运行范围内每次选取超过2/3可用调节容量的机组进行同时调节，剩余的机组用于应对可能出现的反向功率调节需求。从而利用有限的机组在实现对分钟级以上慢速变化负荷跟踪的基础上，通过对运行点和快速备用容量的调节，使得整个小型电网具有最优的一次调频响应能力，实现对快速频率变化或者指定功率变化的快速跟踪。

发明内容

为了实现小型电网孤网运行时利用数目很少的机组和有限的调节容量，在网内负荷频繁波动情况下，维持频率稳定的目的，本发明提出一种小型电网孤网运行自动发电控制方法。该方法基于机组一次调频速度变动率和调节裕度的综合指标进行机组轮流调节排序和功率分配，在安全频率运行范围内让可调发电机在1分钟内平均分布，每次选取一台发电机进行调节，而在非安全频率运行范围内每次选取超过2/3可用调节容量的机组进行同时调节。

一种小型电网孤网运行自动发电控制方法，特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

步骤1：获取各机组当前的实际发电功率p_iC(t)，下标i表示机组序号，根据各机组实际发电功率是否达到其可调节容量限值或者是否在启停磨期间等功率调节约束条件，确定各机组实时运行时的有功发电功率上限C_i(t)和有功发电功率下限D_i(t)，以及能够进行上下调节的容量裕度，其中i表示机组序号，当调节容量裕度大于机组调节死区e，则认为该机组具有上调节或下调节能力；

步骤2：根据日前负荷预测曲线或者经过实时修正的负荷预测曲线确定当前时段所述小型电网内总发电的有功计划出力，按照参与发电的可调节机组的当前容量大小和快速调节能力的不同将总的发电计划功率按照下式分配到各参与发电的机组，得到各机组在当前时刻t的有功计划出力：

$p_{i\_k}\left(t\right)=P_k\frac{b_i{C}_i\left(t\right){\mathrm{\δ}}_i}{\underset{j=1}{\overset{N_a}{\mathrm{\Σ}}}\left[b_j{C}_j\left(t\right){\mathrm{\δ}}_j\right]}$

式中下标k表示当前时刻t在计划曲线的第k时段(1天通常均分为96个时段)，i和j均为表示机组序号的下标，N_a表示总的可参与自动发电控制的发电机组数目，P_k为第k时段总的发电计划功率，C_i(t)和C_j(t)分别为机组i和j在当前时刻t的有功发电功率上限，δ_i和δ_j分别为机组i和j的一次调频速度变动率，b_i是机组承担基本负荷的权重系数，p_{i_k}(t)表示第k时段机组i按当前时刻t所处的容量限和速度变动率状态应分摊到的有功计划出力；

步骤3：计算出当前第k时段当前t时刻各机组有功计划出力p_{i_k}(t)比上一时段末时刻有功计划出力p_{i_k-1}(END)的增加量

△p_{i_k}(t)＝p_{i_k}(t)-p_{i_k-1}(END)；

步骤4：选择正常运行的发电机母线，确定当前小型电网的参考频率，并计算频率偏差Δf，当频率偏差小于预定阈值时，认为小型电网处于安全频率范围内；当频率偏差大于或等于预定阈值时，则认为小型电网处于不安全频率范围内；

步骤5：计算频率偏差有功调节量；

其中，p_F(t)为所述小型电网所有机组t时刻根据频率偏差应进行的有功调节量，即频率偏差有功调节量，k_p和k_I分别为发电厂机组频率调节的比例系数和积分系数，k_p通常取为小型电网的频率响应系数，积分环节k_I可取为k_p的0.1倍；

步骤6：若当前孤网运行的所述小型电网处于安全频率范围之内，则让可调发电机在1分钟内平均分布，每次选取一台发电机进行轮流调节；

步骤7：若当前孤网运行的所述小型电网处于不安全频率范围时，则每次选取超过2/3可用调节容量的机组进行同时调节以快速恢复频率。

本发明还可以进一步优选以下方案：

在步骤2中，通常各调频机组，其承担基本负荷的权重系数b_i为1；当希望某台机组承担更多的动态调节时，令相应值为小于1的数值；对希望承担更多基础负荷，即计划负荷的机组，可令b_i为大于1的数值。

进一步，当在步骤2中，若其中某台机组i分配到的功率大于该机组当前发电功率上限值p_{i_k}>C_i(t)或者小于该机组当前发电功率下限值p_{i_k}(t)<D_i(t)，则令该机组当前时刻的有功计划出力等于其发电功率上限值或下限值，在k时段的所有机组的总的发电计划功率中减去该机组的有功计划出力，然后对剩余的机组再按照步骤2中的公式进行功率分配，直到将第k时段所有机组的总的发电计划功率按照各机组当前的发电功率限制和速度变动率状态分配到各机组，且各机组均不越其当前发电功率上下限为止。

在步骤4中，确定当前小型电网的参考频率的方法优选如下：

(4.1)选择3个最高电压等级的降压变压器的高压侧母线作为频率计算母线，若降压变压器数目小于3个，可以选择发电机的升压变压器的高压侧母线做补充，被选取母线还应满足以下条件：其当前的量测频率应在50±5Hz之内，电压高于0.5倍额定电压，若找不到满足上述要求的3个母线，则输出告警，自动发电控制功能进入暂停，若能找到满足上述要求的3个母线，则进入(4.2)；

(4.2)计算3个母线频率的两两差的平方；

(4.3)选择两两差的平方最小的两个母线频率中距离50Hz最远的母线的频率作为当前小型电网的参考频率f_r；

(4.4)频率偏差的计算：Δf＝f_r-50，若-0.4<Δf<0.4，则小型电网处于安全频率范围内；若|Δf|≥0.4Hz，则认为小型电网处于不安全频率范围内。

在步骤6中，优选采用以下调节方式

(6.1)若孤网参考频率满足49.6Hz≤fr≤50Hz，则执行以下步骤：

6.1.1)对于可增加出力的机组，令N_b为可增加出力的机组数目，也即具有上调节能力的机组数目，按下述方法选择本次指令的执行机组：

(1)若没有任何发电机组距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间已经超过1分钟，则等待1秒钟后，返回步骤1；

(2)若当前仅有1个机组距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟，则选择该机组为当前的被调节机组；

(3)若同时有多个机组距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟，则根据下式求出各参与自动发电控制机组当前的优先级指标r_i，其中优先级指标最大的被作为本次指令执行机组：

r_i＝b_iδ_i[C_i(t)-p_iC(t)]

6.1.2)对于6.1.1)中选出的被调节机组I，按下式向该机组下发功率调节指令p_IA(t)(即机组应该将出力调节到该数值p_IA(t))：

p_IA(t)＝p_F(t)+△p_{I_k}(t)+p_{I_k-1_real}(END)

式中p_F(t)为频率偏差有功调节量，△p_{I_k}(t)是机组I本时段当前时刻t比上一时段末时刻有功计划出力的增量，p_{I_k-1_real}(END)为上一时段结束时发电机组I的实际有功出力；

6.1.3)等待60/N_b秒的时间间隔，然后返回步骤1；

(6.2)若当前孤网的参考频率50Hz<f_r≤50.4Hz，则执行以下步骤：

6.2.1)对于可减少出力的机组，令N_d为可减少出力的机组数目即具有下调节能力的机组数目，按下述方法选择本次指令的执行机组：

(1)若没有任何发电机组距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟，则等待1秒钟，返回步骤1；

(2)若当前仅有1个机组距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟，则选择该机组为当前的被调节机组；

(3)若同时有多个机组距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟，则根据下式求出各参与调节机组当前的优先级指标d_i，其中优先级指标最大的被作为本次指令执行机组：

d_i＝b_iδ_i[p_iC(t)-D_i(t)]；

6.2.2)对于6.2.1)中选出的被调节机组J，按下式向该机组下发功率调节指令p_JA(t)：

p_JA(t)＝p_F(t)+△p_{J_k}(t)+p_{J_k-1_real}(END)

式中p_F(t)为频率偏差有功调节量，△p_{J_k}(t)是发电机组J本时段当前时刻t比上一时段末时刻有功计划出力的增量，p_{J_k-1_real}(END)为上一时段结束时发电机组J的实际有功出力；

6.2.3)等待60/N_d秒的时间间隔，然后返回步骤1。

在步骤7中，优选采用以下调节方式：

(7.1)当fr<49.6Hz时，按以下步骤进行紧急的二次频率调节；

7.1.1)按以下优先级顺序选择机组，直到选择出的机组的总的上调节裕度第一次超过或等于2/3所有可参与自动发电控制的发电机组的总的上调节裕度时，停止选择：

a)距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟的机组，在满足该前提的情况下，以下面的优先级顺序进行选择：

a.1)上次调节指令为升出力的机组；

a.2)二次调频性能快的机组，若无此参数则认为额定容量大的机组二次调频性能快；

a.3)上调节容量裕度大的机组；

b)距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间不满1分钟的机组，在满足该前提的情况下，按照以下优先级进行选择：

b.1)上次调节指令为升出力的机组；

b.2)上次接收指令时间距当前时间较长；

7.1.2)按照下述的等容量裕度的方法在所选择出的各发电机中分配步骤5所计算出的频率偏差有功调节量p_F(t)；

7.1.2.1)若频率偏差有功调节量p_F(t)大于所选择出的发电机组总的可上调容量，

则各机组均应满发，即所选择出来的机组i接收到的调节指令为

p_iA(t)＝C_i(t)

7.1.2.2)否则按下面步骤求解机组的调节量：设各机组执行调节后，具有相同的容量裕度s，则s满足

$p_F\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N_{b1}}{\mathrm{\&Sigma;}}}[(1-s)C_i\left(t\right)-\mathrm{\&Delta;}{p}_{i\_k}\left(t\right)-p_{i\_k-1\_\mathrm{real}}\left(\mathrm{END}\right)]$

这里N_b1为本次所选择出的可调节机组的数目，通过求解上式可得到调节后各机组达到的统一容量裕度s，由此可计算出在本次调节中向所选择出的各机组下发的功率调节指令值为：

p_iA(t)＝(1-s)C_i(t)

若p_iA(t)<p_i(t)，则令p_iA(t)＝p_i(t)；

7.1.3)将上述指令下发给所选择出的各机组，若相应机组上次接收指令时间距当前时间大于1分钟，则立即将指令下发给该机组；否则等待，直到相应机组上次接收指令时间距当前时间大于1分钟；

给其中的第一台机组下发指令后，等待30秒时间，然后返回步骤1。

7.2)当f_r>50.4Hz时，按以下步骤进行紧急的二次频率调节。

7.2.1)按以下优先级顺序选择机组，直到选择出的机组的总的下调节裕度第一次超过或等于所有可参与自动发电控制的发电机组的2/3总的下调节裕度时，停止选择；

a)距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟的机组，在满足该前提的情况下，以下面的优先级顺序进行选择：

a.1)上次调节指令为降出力的机组；

a.2)二次调频性能快的机组，若无此参数则认为额定容量大的机组二次调频性能快；

a.3)下调节容量裕度大的机组；

b)距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间不满1分钟的机组，在满足该前提的情况下，则按照以下优先级进行选择：

b.1)上次调节指令为降出力的机组；

b.2)上次接收指令时间距当前时间较长；

7.2.2)按照下述的等容量裕度的方法在所选择出的各发电机中分配步骤5所计算出的频率偏差有功调节量p_F(t)；

7.2.2.1)若频率偏差有功调节量p_F(t)大于所选择出的发电机组总的可下调容量，则各机组均应下调到当前约束的最低值，即所选择出来的机组i接收到的调节指令为

p_iA(t)＝D_i(t)；

7.2.2.2)否则按下面步骤求解机组的调节量：设各机组执行调节后，具有相同的容量裕度s，则s满足

$p_F\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N_{b1}}{\mathrm{\&Sigma;}}}[(1-s)C_i\left(t\right)-\mathrm{\&Delta;}{p}_{i\_k}\left(t\right)-p_{i\_k-1\_\mathrm{real}}\left(\mathrm{END}\right)];$

这里N_d1为本次所选择出的可调节机组的数目，通过求解上式可得到调节后各机组达到的统一容量裕度s，由此可计算出在本次调节，向选中的各机组下发的功率调节指令值为：

p_iA(t)＝(1-s)C_i(t)

若p_iA(t)>p_i(t)，则令p_iA(t)＝p_i(t)；

7.2.3)将上述指令下发给所选择出的各机组，若相应机组上次接收指令时间距当前时间大于1分钟，则立即将指令下发给该机组；否则等待，直到相应机组上次接收指令时间距当前时间大于1分钟；

给其中的第一台机组下发指令后，等待30秒时间，然后返回步骤1。

应指出的是上述方法中，各发电机组接收到指令，可以根据机组的实际运行约束，不实际执行到相应的功率值；而本发明的各步决策，也不依赖机组对历史指令的实际完成情况。

本发明充分考虑了小型电网孤网运行的情况下，可参与频率调节和快速功率平衡的发电机组数目少，容量有限，存在1分钟内不能连续响应功率调节指令等约束，提出一种新的自动发电控制方法。该方法基于机组速度变动率(反映机组快速一次调频能力的性能参数)和调节裕度的综合指标进行机组轮流调节排序和功率分配；在安全频率运行范围内让可调发电机在1分钟内平均分布，每次选取一台发电机进行调节；而在非安全频率运行范围内每次选取超过2/3可用调节容量的机组进行同时调节，剩余的机组用于应对可能出现的反向功率调节需求。从而，在实现对分钟级以上慢速变化负荷跟踪的基础上，通过对运行点和快速备用容量的调节，使得整个小型电网具有最优的一次调频响应能力，实现对快速频率变化的快速跟踪，维持系统频率稳定和对变化负荷的快速平衡。

附图说明

图1计及一次调频性能优化的小型电网孤网运行自动发电控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细介绍。

如图1所示为计及一次调频性能优化的小型电网孤网运行自动发电控制方法流程图。本发明所提出的自动发电控制模块运行于小型孤立运行电网的电力调度控制中心的SCADA/EMS平台。其他与实现孤网运行相关的功能模块还包括生产计划或负荷预测模块，负荷同时率控制模块和事故稳定控制系统。生产计划或负荷预测模块用于估计未来1日或超短期的电网负荷大小(通常将1天均分为96各时段)，作为本发明确定各机组有功计划出力的基础。负荷同时率控制系统用于在发电机旋转备用不足或冲击大小冲过发电机一次调频能力时，通过闭锁部分负荷的投入、或者降低或切除部分负荷的出力，使得发电机具有足够一次调频和二次调频容量。事故稳定控制系统在电网故障造成大的发电和负荷不平衡时，通过切负荷或切发电机操作，将发电和负荷的不平衡差值缩小到自动发电控制系统的可调节范围之内。在这些相关模块或系统的辅助下，本发明的自动发电控制系统可实现孤网运行的小型电网在日常生产过程中的稳定运行，其调节手段与事故稳控系统和负荷同时率控制系统不同，其对生产过程或负荷几乎没有影响。该模块从SCADA平台获取各发电机组和负荷的有功和无功功率以及关键母线的频率数据，并通过安装于发电机侧的AGC子站，获取发电机组功率当前的运行上下限、AGC设定值的返回值、AGC调节速率、机组运行约束等状态信息。然后基于本发明所提出的方法在电调中心的AGC主站对各发电机组进行实时的功率控制决策。发电厂侧安装有AGC子站，负责将电调AGC主站的决策指令转发给发电机的DCS，并从发电机DCS获取机组的状态信息并上送到电调中心的AGC主站。AGC主站与子站的通信可以采用IEC 104规约。AGC主站的实时功率控制决策采用本发明的方法，其具体步骤如下：

步骤1：获取各机组当前的实际发电功率p_iC(t)，下标i表示机组序号，根据各机组实际发电功率是否达到其可调节容量限值或者是否在启停磨期间等功率调节约束条件，确定各机组实时运行时的有功发电功率上限C_i(t)和有功发电功率下限D_i(t)，以及能够进行上下调节的容量裕度，其中i表示机组序号，当调节容量裕度大于机组调节死区e，则认为该机组具有上调节或下调节能力。

步骤2：根据日前负荷预测曲线或者经过实时修正的负荷预测曲线确定当前时段(通常为15分钟1个时段，1天均分为96个时段)所述小型电网内总发电的有功计划出力(无自由功率调节能力的机组，例如与生产过程密切相关的余热、余压机组等，作为特殊负荷考虑，将其发电容量从总发电计划曲线中减除)，按照参与发电的可调节机组的当前容量大小和快速调节能力的不同将总的发电计划功率按照下式分配到各参与发电的机组，得到各机组在当前时刻t的有功计划出力：

$p_{i\_k}\left(t\right)=P_k\frac{b_i{C}_i\left(t\right){\mathrm{\&delta;}}_i}{\underset{j=1}{\overset{N_a}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left[b_j{C}_j\left(t\right){\mathrm{\&delta;}}_j\right]}$

式中下标k表示当前时刻t在计划曲线的第k时段(1天通常均分为96个时段)，i和j均为表示机组序号的下标，N_a表示总的可参与自动发电控制的发电机组数目，P_k为第k时段总的发电计划功率，C_i(t)和C_j(t)分别为机组i和j在当前时刻t的有功发电功率上限，δ_i和δ_j分别为机组i和j的一次调频速度变动率，是反映机组一次调频能力的参数，b_i是机组承担基本负荷的权重系数，p_{i_k}(t)表示第k时段机组i按当前时刻t所处的容量限和速度变动率状态应分摊到的有功计划出力。其中将反映机组一次调频能力的速度变动率参数δ加入到计划有功功率的分配公式中是本发明的特征之一，可以使得一次调频响应能力快的机组，承担较少的计划功率，从而有更多的热备用容量用于应付负荷的快速波动。机组承担基本负荷的权重系数b_i是本发明的另一特征，通常取为1，当希望某台机组承担更多的动态调节时，可令相应值为小于1的数值，通常取为0.9；当希望某台机组承担更多基础负荷，即计划负荷时，可令相应的b_i为大于1的数值，通常取为1.1。

经过上述分配，若其中某台机组分配到的功率大于该机组当前发电功率上限值p_{i_k}>C_i(t)或者小于该机组当前发电功率下限值p_{i_k}(t)<D_i(t)，则令该机组当前时刻的有功计划出力等于其发电功率上限值或下限值，在k时段所有机组的总的发电计划功率中减去该机组的有功计划出力，然后对剩余的机组再按照步骤2中的公式进行功率分配，直到将第k时段所有机组的总的发电计划出力按照各机组当前的发电功率限制和速度变动率状态分配到各机组，且各机组均不越其当前发电功率上下限为止。

步骤3：计算出当前第k时段当前t时刻各机组有功计划出力p_{i_k}(t)比上一时段末时刻有功计划出力p_{i_k-1}(END)的增加量

△p_{i_k}(t)＝p_{i_k}(t)-p_{i_k-1}(END)；

步骤4：确定当前小型电网的参考频率，在本发明中，参考频率的选择可以使用多种不同方法，例如选择固定的负荷变压器高压侧母线的频率为参考频率，任何一种参考频率的选择均能实现本发明的技术方案。但从保证母线频率真实可靠反映系统负荷频率的角度考虑，并兼顾实施的方便性，优选以下算法进行参考频率的选择：

(4.1)选择3个最高电压等级的降压变压器的高压侧母线作为频率计算母线，若降压变压器数目小于3个，可以选择发电机的升压变压器的高压侧母线做补充。被选取母线还应满足以下条件：其当前的量测频率应在50±5Hz之内，电压高于0.5倍额定电压，若找不到满足上述要求的3个母线，则输出告警，AGC功能进入暂停；若能找到满足上述要求的3个母线，则进入(4.2)

(4.2)计算3个母线频率的两两差的平方。

(4.3)选择两两差的平方最小的两个母线频率中距离50Hz最远的母线的频率作为当前小型电网的参考频率f_r。

(4.4)频率偏差的计算：Δf＝f_r-50。若-0.4<Δf<0.4，则小型电网处于安全频率范围内；若|Δf|≥0.4Hz，则认为小型电网处于不安全频率范围内。

步骤5：计算频率偏差有功调节量：

其中，p_F(t)为所述小型电网所有机组t时刻根据频率偏差应进行的有功调节量，即频率偏差有功调节量，k_p和k_I分别为发电厂机组频率调节的比例系数和积分系数。k_p通常取为小型电网的频率响应系数，积分环节k_I可取为k_p的0.1倍，比通常的AGC方法省略了微分环节，而代之以在不同的频率区间，采用不同的机组数目参与频率的同时调节，从而避免微分环节导致的不容易协调的超调特性，有利于动态过程的快速稳定。

步骤6：若根据步骤4.4的结果，当前小型孤立电网处于安全频率范围之内(频率与额定频率的偏差在±0.4之内)，则让可调发电机在1分钟内平均分布，每次选取一台发电机进行轮流调节，其方法的基本原则是使有限的可调节机组尽可能在1分钟内平均分布，缩短对频率变化的响应时间，在保证各发电机均有调节裕度的基础上，令调节性能好的机组少承担出力，以留有足够的裕量来承担一次调频，即承担毫秒级和秒级快速频率变化的跟踪调节，基于此原则。本申请提出以下方法实现在本步骤的发电机的轮流调节。若当前小型孤立电网处于不安全频率范围内，则前往步骤7；

6.1)若孤网参考频率满足49.6Hz≤fr≤50Hz，则执行以下步骤：

6.1.1)对于可增加出力的机组，令N_b为可增加出力的机组数目，也即具有上调节能力的机组数目，按下述方法选择本次指令的执行机组：

(1)若没有任何发电机组距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟，则等待1秒钟后，返回步骤1；

(2)若当前仅有1个机组距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟，则选择该机组为当前的被调节机组；

(3)若同时有多个机组距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟，则根据下式求出各参与自动发电控制机组当前的优先级指标r_i，其中优先级指标最大的被作为本次指令执行机组：

r_i＝b_iδ_i[C_i(t)-p_iC(t)]

6.1.2)对于6.1.1中选出的被调节机组I，按下式向该机组下发功率调节指令p_IA(t)，即要求被调节机组的有功出力应达到p_IA(t)：

p_IA(t)＝p_F(t)+△p_{I_k}(t)+p_{I_k-1_real}(END)

式中p_F(t)为频率偏差有功调节量，△p_{I_k}(t)是发电机组I本时段当前时刻t比上一时段末时刻有功计划出力的增量(由步骤2求得)，p_{I_k-1_real}(END)为发电机组I上一时段结束时的实际发电机有功出力。

6.1.3)等待60/N_b秒的时间间隔，然后返回步骤1；

6.2)若当前孤网的参考频率50Hz<fr≤50.4Hz，则执行以下步骤：

6.2.1)对于可减少出力的机组，令N_d为可减少出力的机组数目即具有下调节能力的机组数目，按下述方法选择本次指令的执行机组：

(1)若没有任何发电机组距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟，则等待1秒钟，返回步骤1；

(2)若当前仅有1个机组距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟，则选择该机组为当前的被调节机组；

(3)若同时有多个机组距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟，则根据下式求出各参与调节机组当前的优先级指标d_i，其中优先级指标最大的被作为本次指令执行机组：

d_i＝b_iδ_i[p_iC(t)-D_i(t)]

6.2.2)对于6.2.1中选出的被调节机组J，按下式向该机组下发目标调节功率指令p_JA(t)：

p_JA(t)＝p_F(t)+△p_{J_k}(t)+p_{J_k-1_real}(END)

式中p_F(t)为频率偏差有功调节量，△p_{J_k}是发电机组J本时段当前时刻t比上一时段末时刻有功计划出力的增量，p_{J_k-1_real}(END)为上一时段结束时发电机组J的实际有功出力；

6.2.3)等待60/N_d秒的时间间隔，然后返回步骤1。

步骤7：当前小型孤立电网处于不安全频率范围(频率与额定频率的偏差大于0.4Hz时)，则按照下述方法进行以快速恢复频率为首要目的的分组调节策略，其方法的基本原则是尽可能让多台机组同时承担频率的调节，从而便于快速恢复频率到安全范围内，但是又要留下一定量的机组用于应付随后短时间内(例如1分钟内)可能发生的功率反向调节的需求，以避免没有可调节机组可用；本发明基于此原则，提出以下方法实现在本步骤的发电机分组同时调节；

7.1)当fr<49.6Hz时，按以下步骤进行紧急的二次频率调节。

7.1.1)按以下优先级顺序选择机组，直到选择出的机组的总的上调节裕度第一次超过或等于2/3所有可参与自动发电控制的发电机组的总的上调节裕度时，停止选择。

a)距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟的机组，在满足该前提的情况下，以下面的优先级顺序进行选择：

a.1)上次调节指令为升出力的机组；

a.2)二次调频性能(MW/分钟)快的机组，若无此参数则认为额定容量大的机组二次调频性能快；

a.3)上调节容量裕度大的机组；

b)距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间不满1分钟的机组，在满足该前提的情况下，按照以下优先级进行选择：

b.1)上次调节指令为升出力的机组；

b.2)上次接收指令时间距当前时间较长；

7.1.2)按照下述的等容量裕度的方法在所选择出的各发电机中分配步骤4所计算出的频率偏差有功调节量p_F(t)；

7.1.2.1)若频率偏差有功调节量p_F(t)大于所选择出的发电机组总的可上调容量，

则各机组均应满发，即所选择出来的机组i接收到的调节指令为：

p_iA(t)＝C_i

7.1.2.2)否则按下面步骤求解机组的调节量：设各机组执行调节后，具有相同的容量裕度s，则s满足

$p_F\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N_{b1}}{\mathrm{\&Sigma;}}}[(1-s)C_i-\mathrm{\&Delta;}{p}_{i\_k}\left(t\right)-p_{i\_k-1\_\mathrm{real}}\left(\mathrm{END}\right)]$

这里N_b1为本次所选择出的可调节机组的数目，通过求解上式可得到调节后各机组达到的统一容量裕度s，由此可计算出在本次调节中向所选择出的各机组下发的功率调节指令值为：

p_iA(t)＝(1-s)C_i

若p_iA(t)<p_i(t)，则令p_iA(t)＝p_i(t)；

7.1.3)将上述指令下发给所选择出的各机组，若相应机组上次接收指令时间距当前时间大于1分钟，则立即将指令下发给该机组；否则等待，直到相应机组上次接收指令时间距当前时间大于1分钟；

给其中的第一台机组下发指令后，等待30秒时间，然后返回步骤1。

7.2)当fr>50.4Hz时，按以下步骤进行紧急的二次频率调节；

7.2.1)按以下优先级顺序选择机组，直到选择出的机组的总的下调节裕度第一次超过或等于所有可参与自动发电控制的发电机组的2/3总的下调节裕度时，停止选择。

a)距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟的机组，在满足该前提的情况下，以下面的优先级顺序进行选择：

a.1)上次调节指令为降出力的机组；

a.2)二次调频性能(MW/分钟)快的机组，若无此参数则认为额定容量大的机组二次调频性能快；

a.3)下调节容量裕度大的机组；

b)距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间不满1分钟的机组，在满足该前提的情况下，按照以下优先级进行选择：

b.1)上次调节指令为降出力的机组；

b.2)上次接收指令时间距当前时间较长；

7.2.2)按照下述的等容量裕度的方法在所选择出的各发电机中分配步骤5所计算出的频率偏差有功调节量p_F(t)；

7.2.2.1)若频率偏差有功调节量p_F(t)大于所选择出的发电机组总的可下调容量，则各机组均应下调到当前约束的最低值，即所选择出来的机组i接收到的调节指令为

p_iA(t)＝D_i(t)；

7.2.2.2)否则按下面步骤求解机组的调节量：设各机组执行调节后，具有相同的容量裕度s，则s满足

$p_F\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N_{b1}}{\mathrm{\&Sigma;}}}[(1-s)C_i-\mathrm{\&Delta;}{p}_{i\_k}\left(t\right)-p_{i\_k-1\_\mathrm{real}}\left(\mathrm{END}\right)]$

这里N_d1为本次所选择出的可调节机组的数目。通过求解上式可得到调节后各机组达到的统一容量裕度s，由此可计算出在本次调节，向选中的各机组下发的功率调节指令值为：

p_iA(t)＝(1-s)C_i

若p_iA(t)>p_i(t)，则令p_iA(t)＝p_i(t)；

7.2.3)将上述指令下发给所选择出的各机组，若相应机组上次接收指令时间距当前时间大于1分钟，则立即将指令下发给该机组；否则等待，直到相应机组上次接收指令时间距当前时间大于1分钟；

给其中的第一台机组下发指令后，等待30秒时间，然后返回步骤1。

应指出的是上述方法中，各发电机组接收到指令，可以根据机组的实际运行约束，不实际执行到相应的功率值；而本发明的各步决策，也不依赖机组对历史指令的实际完成情况。

申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种小型电网孤网运行自动发电控制方法，其特征在于：

该方法基于机组一次调频速度变动率和调节裕度的综合指标进行机组轮流调节排序和功率分配，在安全频率运行范围内让可调发电机在1分钟内平均分布，每次选取一台发电机进行调节，而在非安全频率运行范围内每次选取超过2/3可用调节容量的机组进行同时调节。

2.一种小型电网孤网运行自动发电控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

步骤1：获取各机组当前的实际发电功率p_iC(t)，下标i表示机组序号，根据各机组实际发电功率是否达到其可调节容量限值或者是否在启停磨期间的功率调节约束条件，确定各机组实时运行时的有功发电功率上限C_i(t)和有功发电功率下限D_i(t)，以及能够进行上下调节的容量裕度，其中i表示机组序号，当调节容量裕度大于机组调节死区e，则认为该机组具有上调节或下调节能力；

步骤2：根据日前负荷预测曲线或者经过实时修正的负荷预测曲线确定当前时段所述小型电网内总发电的有功计划出力，按照参与发电的可调节机组的当前容量大小和快速调节能力的不同将总的发电计划功率按照下式分配到各参与发电的机组，得到各机组的当前时刻t的有功计划出力：

$p_{i\_k}\left(t\right)=P_k\frac{b_i{C}_i\left(t\right){\mathrm{\&delta;}}_i}{\underset{j=1}{\overset{N_a}{\&Sigma;}}\&lsqb;b_j{C}_j\left(t\right){\mathrm{\&delta;}}_j\&rsqb;}$

式中下标k表示当前时刻t在发电计划曲线的第k时段，1天均分为96个时段，i和j均为表示机组序号的下标，N_a表示总的可参与自动发电控制的发电机组数目，P_k为第k时段总的发电计划功率，C_i(t)和C_j(t)分别为机组i和j在当前时刻t的有功发电功率上限，δ_i和δ_j分别为机组i和j的一次调频速度变动率，b_i和b_j是机组i、j承担基本负荷的权重系数，p_{i_k}(t)表示第k时段机组i按当前时刻t所处的容量限制和速度变动率状态应分摊到的有功计划出力；

步骤3：计算出当前第k时段当前t时刻各机组有功计划出力p_{i_k}(t)比上一时段末时刻有功计划出力p_{i_k-1}(END)的增加量

Δp_{i_k}(t)＝p_{i_k}(t)-p_{i_k-1}(END)；

步骤4：选择正常运行的发电机母线，确定当前小型电网的参考频率，并计算频率偏差Δf，当频率偏差小于预定阈值时，认为小型电网处于安全频率范围内；当频率偏差大于或等于预定阈值时，则认为小型电网处于不安全频率范围内；

步骤5：计算频率偏差有功调节量；

其中，p_F(t)为所述小型电网所有机组t时刻根据频率偏差应进行的有功调节量，即频率偏差有功调节量，Δf(t)为频率偏差，k_p和k_I分别为发电厂机组频率调节的比例系数和积分系数，k_p取为小型电网的频率响应系数，积分环节k_I取为k_p的0.1倍；

步骤6：若当前孤网运行的所述小型电网处于安全频率范围之内，则让可调发电机在1分钟内平均分布，每次选取一台发电机进行轮流调节；

步骤7：若当前孤网运行的所述小型电网处于不安全频率范围时，则每次选取超过2/3可用调节容量的机组进行同时调节以快速恢复频率。

3.根据权利要求2所述的小型电网孤网运行自动发电控制方法，其特征在于：

在步骤2中，各调频机组，其承担基本负荷的权重系数b_i为1；当希望某台机组承担更多的动态调节时，令权重系数b_i为小于1的数值；对希望承担更多基本负荷即计划负荷的机组，可令b_i为大于1的数值。

4.根据权利要求2或3所述的小型电网孤网运行自动发电控制方法，其特征在于：

在步骤2中，若其中某台机组i分配到的功率大于该机组当前发电功率上限值即p_{i_k}(t)>C_i(t)，则令该机组当前时刻的有功计划出力等于其发电功率上限值；或者某台机组i分配到的功率小于该机组当前发电功率下限值即p_{i_k}(t)<D_i(t)，则令该机组当前时刻的有功计划出力等于其发电功率下限值，在k时段的所有机组的总的发电计划功率中减去该机组的有功计划出力，然后对剩余的机组再按照步骤2中的公式进行功率分配，直到将第k时段所有机组的总的发电计划功率按照各机组当前的发电功率限制和速度变动率状态分配到各机组，且各机组均不越其当前发电功率上下限为止。

5.根据权利要求2所述的小型电网孤网运行自动发电控制方法，其特征在于：

在步骤4中，确定当前小型电网的参考频率的方法优选如下：

(4.1)选择3个最高电压等级的降压变压器的高压侧母线作为频率计算母线，若降压变压器数目小于3个，可以选择发电机的升压变压器的高压侧母线做补充，被选取母线还应满足以下条件：其当前的量测频率应在50±5Hz之内，电压高于0.5倍额定电压，若找不到满足上述要求的3个母线，则输出告警，自动发电控制功能进入暂停，若能找到满足上述要求的3个母线，则进入(4.2)；

(4.2)计算3个母线频率的两两差的平方；

(4.3)选择两两差的平方最小的两个母线频率中距离50Hz最远的母线的频率作为当前小型电网的参考频率f_r；

(4.4)频率偏差的计算：Δf＝f_r-50，若-0.4H_Z<Δf<0.4H_Z，则小型电网处于安全频率范围内；若|Δf|≥0.4Hz，则认为小型电网处于不安全频率范围内。

6.根据权利要求2所述的小型电网孤网运行自动发电控制方法，其特征在于：

在步骤6中，

(6.1)若孤网参考频率满足49.6Hz≤fr≤50Hz，则执行以下步骤：

6.1.1)对于可增加出力的机组，令N_b为可增加出力的机组数目，也即具有上调节能力的机组数目，按下述方法选择本次指令的执行机组：

(1)若没有任何发电机组距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间已经超过1分钟，则等待1秒钟后，返回步骤1；

(2)若当前仅有1个机组距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟，则选择该机组为当前的被调节机组；

(3)若同时有多个机组距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟，则根据下式求出各参与自动发电控制机组当前的优先级指标r_i，其中优先级指标最大的被作为本次指令执行机组：

r_i＝b_iδ_i[C_i(t)-p_iC(t)]

6.1.2)对于6.1.1)中选出的被调节机组I，按下式向该机组下发功率调节指令p_IA(t)：

p_IA(t)＝p_F(t)+Δp_{I_k}(t)+p_{I_k-1_real}(END)

式中p_F(t)为频率偏差有功调节量，Δp_{I_k}(t)是机组I本时段当前时刻t比上一时段末时刻有功计划出力的增量，p_{I_k-1_real}(END)为上一时段结束时发电机组I的实际有功出力；

6.1.3)等待60/N_b秒的时间间隔，然后返回步骤1；

(6.2)若当前孤网的参考频率50Hz<f_r≤50.4Hz，则执行以下步骤：

6.2.1)对于可减少出力的机组，令N_d为可减少出力的机组数目即具有下调节能力的机组数目，按下述方法选择本次指令的执行机组：

(1)若没有任何发电机组距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟，则等待1秒钟，返回步骤1；

(2)若当前仅有1个机组距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟，则选择该机组为当前的被调节机组；

(3)若同时有多个机组距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟，则根据下式求出各参与自动发电控制机组当前的优先级指标d_i，其中优先级指标最大的被作为本次指令执行机组：

d_i＝b_iδ_i[p_iC(t)-D_i(t)]；

6.2.2)对于6.2.1)中选出的被调节机组J，按下式向该机组下发目标功率调节指令p_JA(t)：

p_JA(t)＝p_F(t)+Δp_{J_k}(t)+p_{J_k-1_real}(END)

式中p_F(t)为频率偏差有功调节量，Δp_{J_k}是发电机组J本时段当前时刻t比上一时段末时刻有功计划出力的增量，p_{J_k-1_real}(END)为上一时段结束时发电机组J的实际有功出力；

6.2.3)等待60/N_d秒的时间间隔，然后返回步骤1。

7.根据权利要求2所述的小型电网孤网运行自动发电控制方法，其特征在于：

在步骤7中，

(7.1)当fr<49.6Hz时，按以下步骤进行紧急的二次频率调节；

7.1.1)按以下优先级顺序选择机组，直到选择出的机组的总的上调节裕度第一次超过或等于2/3所有可参与自动发电控制的发电机组的总的上调节裕度时，停止选择：

a)距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟的机组，在满足该前提的情况下，以下面的优先级顺序进行选择：

a.1)上次调节指令为升出力的机组；

a.2)二次调频性能快的机组，若无此参数则认为额定容量大的机组二次调频性能快；

a.3)上调节容量裕度大的机组；

b)距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间不满1分钟的机组，在满足该前提的情况下，按照以下优先级进行选择：

b.1)上次调节指令为升出力的机组；

b.2)上次接收指令时间距当前时间较长，即机组之间相比较，上次接收指令时间距当前时间长者先选择；

7.1.2)按照下述的等容量裕度的方法在所选择出的各发电机中分配步骤5所计算出的频率偏差有功调节量p_F(t)；

7.1.2.1)若频率偏差有功调节量p_F(t)大于所选择出的发电机组总的可上调容量，

则各机组均应满发，即所选择出来的机组i接收到的调节指令为

p_iA(t)＝C_i(t)

7.1.2.2)否则按下面步骤求解机组的调节量：设各机组执行调节后，具有相同的容量裕度s，则s满足

$p_F\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N_{b1}}{\&Sigma;}}\&lsqb;(1-s)C_i\left(t\right)-{\mathrm{\&Delta;p}}_{i\_k}\left(t\right)-p_{i\_k-1\_real}\left(END\right)\&rsqb;$

这里N_b1为本次所选择出的可调节机组的数目，通过求解上式可得到调节后各机组达到的统一容量裕度s，由此可计算出在本次调节中向所选择出的各机组下发的功率调节指令值为：

p_iA(t)＝(1-s)C_i(t)

若p_iA(t)＜p_i(t)，则令p_iA(t)＝p_i(t)；

其中，p_i(t)为机组i的即时有功出力值，p_{i_k-1_real}(END)为上一时段结束时发电机组i的实际有功出力；

7.1.3)将上述指令下发给所选择出的各机组，若相应机组上次接收指令时间距当前时间大于1分钟，则立即将指令下发给该机组；否则等待，直到相应机组上次接收指令时间距当前时间大于1分钟；

给其中的第一台机组下发指令后，等待30秒时间，然后返回步骤1；

7.2)当f_r>50.4Hz时，按以下步骤进行紧急的二次频率调节；

7.2.1)按以下优先级顺序选择机组，直到选择出的机组的总的下调节裕度第一次超过或等于所有可参与自动发电控制的发电机组的2/3总的下调节裕度时，停止选择；

a)距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间超过1分钟的机组，在满足该前提的情况下，以下面的优先级顺序进行选择：

a.1)上次调节指令为降出力的机组；

a.2)二次调频性能快的机组，若无此参数则认为额定容量大的机组二次调频性能快；

a.3)下调节容量裕度大的机组；

b)距离上次接收从自动发电控制主站发来的功率调节指令时间不满1分钟的机组，在满足该前提的情况下，则按照以下优先级进行选择：

b.1)上次调节指令为降出力的机组；

b.2)上次接收指令时间距当前时间较长，即机组之间相比较，上次接收指令时间距当前时间长者先选择；

7.2.2)按照下述的等容量裕度的方法在所选择出的各发电机组中分配步骤5所计算出的频率偏差有功调节量p_F(t)；

7.2.2.1)若频率偏差有功调节量p_F(t)大于所选择出的发电机组总的可下调容量，则各机组均应下调到当前约束的最低值，即所选择出来的机组i接收到的调节指令为

p_iA(t)＝D_i(t)；

7.2.2.2)否则按下面步骤求解机组的调节量：设各机组执行调节后，具有相同的容量裕度s，则s满足

$p_F\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{N_{d1}}{\&Sigma;}}\&lsqb;(1-s)C_i\left(t\right)-{\mathrm{\&Delta;p}}_{i\_k}\left(t\right)-p_{i\_k-1\_real}\left(END\right)\&rsqb;;$

这里N_d1为本次所选择出的可调节机组的数目，通过求解上式可得到调节后各机组达到的统一容量裕度s，由此可计算出在本次调节，向选中的各机组下发的功率调节指令值为：

p_iA(t)＝(1-s)C_i(t)

若p_iA(t)＞p_i(t)，则令p_iA(t)＝p_i(t)；

7.2.3)将上述指令下发给所选择出的各机组，若相应机组上次接收指令时间距当前时间大于1分钟，则立即将指令下发给该机组；否则等待，直到相应机组上次接收指令时间距当前时间大于1分钟；

给其中的第一台机组下发指令后，等待30秒时间，然后返回步骤1。