【正文】 能量管理軟件系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)2） 系統(tǒng)軟件：由計(jì)算機(jī)廠商提供的、用于管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的操作系統(tǒng)，以及用于診斷、調(diào)試、維護(hù)、編程的支持工具。3） 支撐軟件：為支撐SCADA、電力系統(tǒng)應(yīng)用軟件運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)庫管理、人—機(jī)界面管理等軟件系統(tǒng)。4） SCADA：對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，對電力系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制的軟件系統(tǒng)。5） 電力系統(tǒng)應(yīng)用軟件：實(shí)現(xiàn)對發(fā)電生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)度和控制（發(fā)電調(diào)度）、電力系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行安全分析（網(wǎng)絡(luò)分析）、對電力系統(tǒng)運(yùn)行人員進(jìn)行模擬培訓(xùn)（DTS）、支撐電力市場運(yùn)作等功能的軟件系統(tǒng)。自動發(fā)電控制應(yīng)用軟件自動發(fā)電控制主站功能除需有整個(gè)主站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、能量管理軟件系統(tǒng)的支撐外，其主要功能是通過發(fā)電調(diào)度諸應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)的。發(fā)電調(diào)度的主要應(yīng)用有：（1） 負(fù)荷頻率控制：調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率，以響應(yīng)系統(tǒng)頻率、聯(lián)絡(luò)線功率的變化，使系統(tǒng)頻率、聯(lián)絡(luò)線功率維持在規(guī)定值；糾正電力系統(tǒng)時(shí)鐘偏差和無意交換電量；與經(jīng)濟(jì)調(diào)度相結(jié)合，降低發(fā)電總成本或總費(fèi)用。（2） 備用監(jiān)視：周期性地監(jiān)視整個(gè)電力系統(tǒng)發(fā)電備用容量；根據(jù)事故預(yù)想，檢查發(fā)電備用容量的充裕度；按規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算實(shí)際備用容量對標(biāo)準(zhǔn)的符合度。（3） 控制性能評價(jià)：按規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，跟蹤和分析負(fù)荷頻率控制的性能。（4） 聯(lián)絡(luò)線交換計(jì)劃：接受來自其它應(yīng)用（如電力市場支持功能）、或調(diào)度人員輸入的交易計(jì)劃，將其轉(zhuǎn)換成聯(lián)絡(luò)線功率交換計(jì)劃，提供給負(fù)荷頻率控制、機(jī)組組合、經(jīng)濟(jì)調(diào)度等應(yīng)用使用。（5） 負(fù)荷預(yù)計(jì)：又分為短期負(fù)荷預(yù)計(jì)和超短期負(fù)荷預(yù)計(jì)，短期負(fù)荷預(yù)計(jì)可預(yù)計(jì)明日至數(shù)日內(nèi)規(guī)定時(shí)間間隔（如1小時(shí)）的負(fù)荷，是編制發(fā)電計(jì)劃的基礎(chǔ)；超短期負(fù)荷預(yù)計(jì)可預(yù)計(jì)未來數(shù)小時(shí)內(nèi)更小時(shí)間間隔（如10分鐘）的負(fù)荷，是調(diào)整發(fā)電計(jì)劃和改變自動發(fā)電控制基點(diǎn)功率的依據(jù)。（6） 機(jī)組組合：在滿足各種發(fā)電和輸電的限制條件下，確定優(yōu)化的發(fā)電機(jī)組啟停計(jì)劃，并確定初步的發(fā)電計(jì)劃。（7） 經(jīng)濟(jì)調(diào)度：在運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組中經(jīng)濟(jì)地分配負(fù)荷，使發(fā)電成本（發(fā)電費(fèi)用）最低。其中經(jīng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度計(jì)算，直接修改AGC機(jī)組基點(diǎn)功率的閉環(huán)控制方式，又稱為經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制（EDC）。自動發(fā)電控制（AGC）信息傳輸系統(tǒng)如果把能量管理系統(tǒng)比作自動發(fā)電控制的大腦，信息傳輸系統(tǒng)則好比神經(jīng)系統(tǒng)，用于傳輸自動發(fā)電控制主站系統(tǒng)計(jì)算所需的信息、以及主站系統(tǒng)發(fā)送給電廠的控制指令。自動發(fā)電控制傳輸?shù)男畔㈩愋蜑閷?shí)現(xiàn)自動發(fā)電控制，需傳輸?shù)闹饕畔㈩愋陀校旱诰耪?計(jì)算控制偏差所需的信息，如系統(tǒng)頻率、與相鄰區(qū)域的聯(lián)絡(luò)線交換功率等。第十章 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工況信息，如參與AGC運(yùn)行的發(fā)電機(jī)的實(shí)際發(fā)電功率、發(fā)電功率調(diào)節(jié)的限制條件（調(diào)節(jié)范圍、調(diào)節(jié)速率）、電廠控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)等。第十一章 控制指令，如調(diào)節(jié)發(fā)電功率的功率設(shè)定值或升降命令、改變發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)或電廠控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的控制指令。信息傳輸技術(shù)用于傳輸自動發(fā)電控制所需信息的主要技術(shù)有：一. 遠(yuǎn)動通信技術(shù)：是一種采用專用通道、專用通信協(xié)議的通信技術(shù)，其特點(diǎn)是：1. 由于采用專用通信協(xié)議，通信的額外開銷少，所需設(shè)備和軟件簡單；但通用性差。2. 由于采用專用通道，信息傳輸不受其它系統(tǒng)通信的影響，傳輸時(shí)間易保證，排錯(cuò)較容易；但為保證傳輸?shù)目煽啃?，一般需配置主備通道，通道資源利用率低。3. 信息傳輸一般需經(jīng)過調(diào)制成模擬信號、傳輸、解調(diào)成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的過程，傳輸速率一般較低，常用的傳輸速率為1200bps~9600bps。二. 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)：是一種采用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議、共用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)，其特點(diǎn)是：1. 由于采用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，通用性好；但通信協(xié)議較復(fù)雜，通信的額外開銷大，所需設(shè)備和軟件較復(fù)雜。2. 由于采用共用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，通道資源利用率高；但傳輸時(shí)間易受數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)載輕重的影響，排錯(cuò)較復(fù)雜。3. 由于數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)采用數(shù)字通信技術(shù)，傳輸速率較高，一般在64kbps以上。信息傳輸系統(tǒng)的組成部分及其作用l 主站通信工作站：能量管理系統(tǒng)的一部分，承擔(dān)與外部通信，交換數(shù)據(jù)的任務(wù)。進(jìn)行通信協(xié)議的解釋和轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)的預(yù)處理，差錯(cuò)控制等工作。根據(jù)所采用的通信技術(shù)，又分為RTU通信工作站和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信工作站。l 通信網(wǎng)絡(luò)：信息傳輸?shù)拿浇?，主要有微波通信網(wǎng)絡(luò)和光纖通信網(wǎng)絡(luò)。l 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)：采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，復(fù)用通信網(wǎng)絡(luò)，提供數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)的增值業(yè)務(wù)通信網(wǎng)絡(luò)。目前常用的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)有：分組交換網(wǎng)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）、幀中繼網(wǎng)、異步傳遞方式網(wǎng)（ATM）等。l 遠(yuǎn)動裝置(RTU)：采集遙測、遙信數(shù)據(jù)，發(fā)送遙控、遙調(diào)信號的設(shè)備；l 廠站自動化系統(tǒng)：除具有遠(yuǎn)動裝置的信息采集和控制功能外，還具有人—機(jī)會話和數(shù)據(jù)處理功能；一般通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與主站系統(tǒng)進(jìn)行通信。自動發(fā)電控制（AGC）電廠控制系統(tǒng)發(fā)電廠用于接受控制信號、控制發(fā)電機(jī)組調(diào)整發(fā)電功率的系統(tǒng)或設(shè)備有：調(diào)速器調(diào)速器是控制發(fā)電機(jī)組輸出功率最基本的執(zhí)行部件，改變調(diào)速器的功率基準(zhǔn)值或轉(zhuǎn)速基準(zhǔn)值是進(jìn)行頻率二次調(diào)節(jié)最基本的方法。對于那些具有功率基準(zhǔn)值輸入接口的功頻電液調(diào)速器、或微機(jī)調(diào)速器，可通過RTU、或電廠自動化系統(tǒng)直接將功率設(shè)定值或升降命令發(fā)送到調(diào)速器，實(shí)現(xiàn)AGC控制。調(diào)功裝置對于那些不具備功率基準(zhǔn)值輸入接口的調(diào)速器（如機(jī)械式調(diào)速器），必須由調(diào)功裝置進(jìn)行控制信號的轉(zhuǎn)換，如轉(zhuǎn)換成對調(diào)速電動機(jī)的控制信號。同時(shí)，調(diào)功裝置還具有功率限制控制、轉(zhuǎn)速控制、汽溫汽壓保護(hù)等功能。協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS）單元汽輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)和鍋爐是一個(gè)有機(jī)的整體，對汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行要求是：當(dāng)電力系統(tǒng)負(fù)荷變化時(shí)，機(jī)組能迅速滿足負(fù)荷變化的要求，同時(shí)保持機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)（特別是主汽壓）在允許的范圍內(nèi)。而調(diào)功裝置運(yùn)用于汽輪發(fā)電機(jī)組的控制，只能實(shí)現(xiàn)對汽輪機(jī)響應(yīng)負(fù)荷變化的控制，無法實(shí)現(xiàn)對鍋爐的控制。因此，需要采用協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，對汽輪發(fā)電機(jī)組機(jī)、電、爐的多個(gè)變量進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，使機(jī)組既能滿足電力系統(tǒng)的運(yùn)行要求，又能保證整個(gè)機(jī)組的安全性、經(jīng)濟(jì)性。全廠控制系統(tǒng)在有多臺機(jī)組的電廠中，采用全廠控制系統(tǒng)對主站的AGC指令在機(jī)組之間進(jìn)行負(fù)荷分配，能降低每臺機(jī)組調(diào)節(jié)的頻繁程度；進(jìn)一步提高負(fù)荷分配的經(jīng)濟(jì)性；避開機(jī)組不宜運(yùn)行的區(qū)域（如水電機(jī)組的振動區(qū)、氣蝕區(qū)）；當(dāng)其中某些機(jī)組因運(yùn)行工況不能響應(yīng)控制指令時(shí)（如啟、停輔機(jī)），將控制指令轉(zhuǎn)移給其它機(jī)組。因此，全廠控制系統(tǒng)是提高電廠的的安全性、經(jīng)濟(jì)性，改善控制性能的有效手段。第三章 自動發(fā)電控制的基本原理頻率的一次調(diào)節(jié)1. 負(fù)荷的頻率特性1) 負(fù)荷按頻率特性的分類電力系統(tǒng)中各種有功負(fù)荷，根據(jù)其與頻率的關(guān)系，可以分為以下幾類：一. 與頻率變化無關(guān)的負(fù)荷，如白熾燈、電弧爐、電阻爐、整流負(fù)荷等。二. 與頻率成正比的負(fù)荷，如切削機(jī)床、球磨機(jī)、往復(fù)式水泵、壓縮機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等。三. 與頻率的二次方成比例的負(fù)荷，如變壓器中的渦流損耗。四. 與頻率的三次方成比例的負(fù)荷，如通風(fēng)機(jī)、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵等。五. 與頻率的更高次方成比例的負(fù)荷，如靜水頭阻力很大的循環(huán)水泵等。2) 負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性電力系統(tǒng)全部有功負(fù)荷與頻率的關(guān)系為： ? ? ?PD=ɑ0 PDN+ɑ1 PDN(—)+ɑ2 PDN(—)2 +ɑ3PDN(—)3 +… （） ? N ? N ? N式中：PD為頻率等于?時(shí)電力系統(tǒng)全部有功負(fù)荷； PDN為頻率等于額定值? N時(shí)電力系統(tǒng)全部有功負(fù)荷； ɑi（i=0，1，2，…）為與頻率的i次方成比例的負(fù)荷在PDN中所占的份額。有 ɑ0 +ɑ1 +ɑ2 +ɑ3+…=1 （）公式（）即電力系統(tǒng)負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，若以PDN和? N分別作為功率和頻率的基準(zhǔn)值，以PDN去除公式（）的各項(xiàng)，便得到用標(biāo)么值表示的功率——頻率特性： PD﹡=ɑ0 +ɑ1 ? *+ɑ2 ? *2+ɑ3 ? *3+… （）由于與頻率的更高次方成比例的負(fù)荷所占的比重很小，可以忽略，多項(xiàng)式（）和（）通常只取到頻率的三次方為止。3) 負(fù)荷頻率特性系數(shù)?D圖31 有功負(fù)荷的頻率靜態(tài)特性β?PDNPD當(dāng)頻率偏離額定值不大時(shí)，負(fù)荷的頻率靜態(tài)特性常用一條直線近似表示（見圖31），圖中直線的斜率 ΔPD=tgβ=—— （Mw/Hz） () Δ?或用標(biāo)么值表示: ΔP/PDN ΔP*D*=————=—— （） Δ? / ? N Δ? *D、D*稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)，D*的數(shù)值取決于電力系統(tǒng)中各類負(fù)荷的比重，因此D*是一個(gè)隨時(shí)間變化的數(shù)值，在實(shí)際系統(tǒng)中，D*=1~3，它表示頻率變化1%，負(fù)荷有功功率相應(yīng)變化1%~3%。由于負(fù)荷變化與頻率變化的方向一致，因此D為正數(shù)。2. 發(fā)電機(jī)組的頻率特性1) 發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的工作原理在第二章中已經(jīng)說明，當(dāng)發(fā)電機(jī)組的原動機(jī)功率與輸出功率不平衡時(shí)，必然引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。為了控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)組均安裝有調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)測量環(huán)節(jié)的工作原理，調(diào)速系統(tǒng)分為機(jī)械式和電氣液壓式兩大類。（一）. 機(jī)械式調(diào)速系統(tǒng)：在早期的發(fā)電機(jī)組上安裝的調(diào)速系統(tǒng)基本上是機(jī)械式的，機(jī)械式調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖32。在機(jī)械式調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速測量元件由離心飛擺、彈簧和套筒組成，它與原動機(jī)轉(zhuǎn)軸相聯(lián)接，能直接反映原動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。當(dāng)原動機(jī)有某一恒定轉(zhuǎn)速時(shí)，作用在飛擺上的離心力、重力和彈簧力在飛擺處于某一位置時(shí)達(dá)到平衡。當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，發(fā)電機(jī)的有功功率輸出也隨之增加，原動機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，使飛擺的離心力減小。在重力和彈簧力的作用下，飛擺靠攏到新的位置才能使各力重新達(dá)到平衡。飛擺的運(yùn)動，使套筒的位置下降，通過杠桿的作用，增大了調(diào)節(jié)汽門（或?qū)恚┑拈_度，增加進(jìn)汽（水）量，使原動機(jī)的輸入功率增加，轉(zhuǎn)速開始回升。如此反復(fù)動作，直至在阻尼作用下，在一個(gè)新的位置達(dá)到平衡。（二）. 電氣液壓式調(diào)速系統(tǒng)：電氣液壓式調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖33。在電氣液壓式調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速測量元件由齒輪和脈沖傳感器（或電壓互感器）、頻率變送器等組成。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，頻率變送器的輸出也下降，經(jīng)信號整形和放大后，啟動閥控，增大調(diào)節(jié)汽門（或?qū)恚┑拈_度，增加進(jìn)汽（水）量，以達(dá)到調(diào)整原動機(jī)的輸入功率，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。Pc圖34 發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性P0 P1 Pmaxba??0?1ΔPΔ?2) 調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)差系數(shù)在發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的作用下，發(fā)電機(jī)組輸出功率隨電力系統(tǒng)頻率變化而變化，這就是發(fā)電機(jī)組的頻率一次調(diào)節(jié)作用。反映發(fā)電機(jī)組的頻率一次調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，發(fā)電機(jī)組輸出功率和頻率關(guān)系的曲線稱為發(fā)電機(jī)組的功率頻率靜態(tài)特性，它可以近似地用直線來表示。如圖34所示。發(fā)電機(jī)組以額定頻率?0運(yùn)行時(shí)（相當(dāng)于圖中的a點(diǎn)），其輸出功率為P0；當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加而使頻率下降到?1時(shí)，發(fā)電機(jī)組由于調(diào)速系統(tǒng)的作用，使輸出功率增加到P1（相當(dāng)于圖中的b點(diǎn)）。如果原動機(jī)的調(diào)節(jié)汽門（或?qū)恚┑拈_度已達(dá)到最大位置（相當(dāng)于圖中的c點(diǎn)），則頻率再下降，發(fā)電機(jī)組的輸出功率也不會增加。發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性曲線的斜率為： Δ? R= —— （） ΔP式中R是發(fā)電機(jī)組的調(diào)差系數(shù)，負(fù)號表示發(fā)電機(jī)輸出功率的變化和頻率的變化方向相反。調(diào)差系數(shù)R的標(biāo)么值表示式為： Δ?/?0 Δ?* R*= ——— = —— （） ΔP/P0 ΔP*調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)是機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率（或稱發(fā)電機(jī)組的功頻靜特性系數(shù)）KG，KG的數(shù)值表示頻率發(fā)生單位變化時(shí)，發(fā)電機(jī)組輸出功率的變化量。KG的標(biāo)么值表示形式為KG*。與負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)D*不同，發(fā)電機(jī)組的調(diào)差系數(shù)R*和功頻靜特性系數(shù)KG*是可以整定的，根據(jù)北美電力系統(tǒng)可靠性協(xié)會（NERC）運(yùn)行手冊的最新規(guī)定，發(fā)電機(jī)組的調(diào)差系數(shù)R*的整定范圍為4%~7%（60Hz條件下），即KG*~25。一般情況下，水輪發(fā)電機(jī)組R*的整定范圍為4%~5%；汽輪發(fā)電機(jī)組R*的整定范圍為5%~7%。根據(jù)北美電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，相同類型、相同容量的機(jī)組的調(diào)差系數(shù)R*宜一致，圖35表示了兩臺相同容量、但不同調(diào)差系數(shù)的機(jī)組的工作情況。機(jī)組A的調(diào)差系數(shù)R*為5%，機(jī)組B的調(diào)差系數(shù)R*為3%；在初始狀態(tài)，系統(tǒng)頻率為60Hz，兩臺機(jī)組均滿負(fù)荷運(yùn)行。由于某種原因，系統(tǒng)失去了一部分負(fù)荷，機(jī)組A的輸出功率下降了83Mw，而機(jī)組B的輸出功率下降了138Mw，造成同類型、同容量機(jī)組之間的不平衡，對系統(tǒng)的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成危害。因此，北美電力系統(tǒng)可靠性協(xié)會部分區(qū)域協(xié)會（如西部協(xié)會WSCC）要求，在同一個(gè)交流互聯(lián)的電力系統(tǒng)中采用統(tǒng)一的機(jī)組調(diào)差系數(shù)。NERC也曾一度規(guī)定機(jī)組調(diào)差系數(shù)統(tǒng)一采用5%。3) 調(diào)速系統(tǒng)的不靈敏區(qū)發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)不靈敏區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)定義是：“速度持續(xù)變化的總范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)，沒有可測量的由調(diào)速系統(tǒng)控制的閥門位置的變化?！卑l(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)不靈敏區(qū)用額定速度的百分?jǐn)?shù)表示。在發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)中，存在兩種不靈敏區(qū)：固有的、和可整定的。根據(jù)北美電力系統(tǒng)對不同類型的調(diào)速系統(tǒng)的測試表明，調(diào)速系統(tǒng)固有的不靈敏區(qū)很?。ǎ?。而調(diào)速系統(tǒng)可整定的不靈敏區(qū)，則是由運(yùn)行人員設(shè)定的電力系統(tǒng)頻率正常偏差的范圍，在此范圍內(nèi)，減少調(diào)速系統(tǒng)控制器的動作。發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)不靈敏區(qū)的存在，一方面可以減少調(diào)速系統(tǒng)的動作、減少閥門位置的變化，提高發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性；同時(shí)也可滿足電力系統(tǒng)正常運(yùn)行中某些使頻率偏離額定值的需要（如調(diào)整電力系統(tǒng)時(shí)間偏差的需要）。另一方面，由于不靈敏區(qū)的存在，在系統(tǒng)擾動情況下，頻率和聯(lián)絡(luò)線功率振蕩的幅值和時(shí)間都將增加，將加重二次調(diào)頻的負(fù)擔(dān)。因此，合理設(shè)定發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)不靈