孟 榮 褚 罡 楊 豐

（河北超高壓分公司，石家莊 050070）

1 引言

2003年下半年部分省份出現(xiàn)嚴(yán)重缺電局面，電網(wǎng)發(fā)電市場(chǎng)無法有效運(yùn)行而被迫停止。同時(shí)，與發(fā)電市場(chǎng)相配套的統(tǒng)調(diào)電廠輔助服務(wù)機(jī)制也相應(yīng)中止，在一定程度上影響了電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量。為了保障電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、有序運(yùn)行，國(guó)家電力監(jiān)管委員下發(fā)了電監(jiān)市場(chǎng)[2003]23號(hào)文《關(guān)于發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理的意見》，將建立發(fā)電廠運(yùn)行和管理水平與月度發(fā)電量計(jì)劃掛鉤的激勵(lì)和約束機(jī)制[1]。根據(jù)要求對(duì)發(fā)電廠的發(fā)電計(jì)劃執(zhí)行、機(jī)組AGC、頻率調(diào)節(jié)、電壓控制、設(shè)備檢修等多項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行考核。

本系統(tǒng)建立在能量管理系統(tǒng)（EMS）、電能量計(jì)量系統(tǒng)、超短期實(shí)時(shí)調(diào)度系統(tǒng)和調(diào)度管理信息系統(tǒng)（DM IS）的基礎(chǔ)上，對(duì)六項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行考核，并對(duì)每一項(xiàng)設(shè)置權(quán)重。省調(diào)根據(jù)考核周期各發(fā)電廠的考核結(jié)果，采取預(yù)提參與考核的電廠次月總發(fā)電量一定百分比作為獎(jiǎng)勵(lì)電量，最終按考核結(jié)果分配給各電廠，并通過Web方式實(shí)時(shí)發(fā)布。本系統(tǒng)2006年初在浙江省開始試運(yùn)行。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)架構(gòu)采取STRUTS架構(gòu),并根據(jù)J2EE的特點(diǎn)做了相應(yīng)的變化與擴(kuò)展[2]，具有穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)內(nèi)核及強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持?？紤]到系統(tǒng)的安全性，采用完整的用戶權(quán)限管理、網(wǎng)絡(luò)安全加密技術(shù)及防火墻技術(shù)。系統(tǒng)使用3層體系結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)庫與Web服務(wù)器隔離，客戶端只與應(yīng)用服務(wù)器交互，提高數(shù)據(jù)庫的安全性。

2.1 系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)采集服務(wù)器定期或?qū)崟r(shí)采集SCADA/DM IS/超短期實(shí)時(shí)調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)隔離裝置傳送到數(shù)據(jù)接受服務(wù)器；數(shù)據(jù)接受服務(wù)器對(duì)接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并保存到考核系統(tǒng)的Oracle數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行考核計(jì)算；通過應(yīng)用和Web服務(wù)器對(duì)計(jì)算進(jìn)行控制，并可以查詢考核結(jié)果；考核結(jié)果通過局域網(wǎng)下發(fā)到電廠工作站。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)應(yīng)用軟件層次結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)應(yīng)用軟件層次結(jié)構(gòu)是在技術(shù)支持的三層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行部署，表示層部署了信息監(jiān)視、考核結(jié)果、考核發(fā)布以及動(dòng)態(tài)調(diào)整計(jì)劃的操作等功能；應(yīng)用層部署了各考核所需的算法模型、數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)邏輯功能等；數(shù)據(jù)層在公共數(shù)據(jù)集成總線的基礎(chǔ)上，部署了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與管理數(shù)據(jù)的采集與集成處理觸發(fā)功能。應(yīng)用軟件層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.3 系統(tǒng)應(yīng)用功能

系統(tǒng)應(yīng)用功能包括：信息資源管理、電廠考核模塊、考核結(jié)果計(jì)算、信息發(fā)布與查詢。

圖2 應(yīng)用軟件層次結(jié)構(gòu)圖

3 考核算法的改進(jìn)

3.1 發(fā)電計(jì)劃考核

發(fā)電廠的調(diào)度發(fā)電計(jì)劃管理與考核分為兩類機(jī)組。一類是負(fù)荷控制機(jī)組（可以通過AGC系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的機(jī)組），以實(shí)時(shí)調(diào)度發(fā)電計(jì)劃進(jìn)行管理與考評(píng)；另一類是非負(fù)荷控制機(jī)組（不具備AGC功能的機(jī)組和需要按照特殊方式運(yùn)行的機(jī)組），以日前調(diào)度發(fā)電計(jì)劃進(jìn)行管理與考評(píng)?？荚u(píng)周期電廠執(zhí)行調(diào)度發(fā)電計(jì)劃的電量合格率，以全廠的每5m in的調(diào)度發(fā)電計(jì)劃與實(shí)際發(fā)電出力作為評(píng)價(jià)依據(jù)。原計(jì)算公式為

式中，EQj為考評(píng)周期執(zhí)行調(diào)度發(fā)電計(jì)劃的電量合格率；QJHj為考評(píng)周期電廠調(diào)度每天發(fā)電計(jì)劃電量（按調(diào)度發(fā)電計(jì)劃，以5m in一點(diǎn)，通過梯形積分獲得）；為考評(píng)周期電廠5m in偏離調(diào)度計(jì)劃電量之和，（按實(shí)際發(fā)電量，以5m in一點(diǎn)，通過梯形積分獲得）。

從試運(yùn)行考核結(jié)果得到各發(fā)電廠的電量合格率均大于99%，對(duì)考評(píng)結(jié)果的影響不大，通過對(duì)算法和數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)在投入負(fù)荷控制并且CPS1（電網(wǎng)頻率性能）＜100%時(shí)才計(jì)算5m in偏移電量，而每天并不是時(shí)刻都在投入負(fù)荷控制，并且CPS1＜100%的點(diǎn)也很少，所以在計(jì)算電量合格率時(shí)應(yīng)該把公式中QJHj改進(jìn)為投入負(fù)荷控制時(shí)段的調(diào)度計(jì)劃的積分電量。發(fā)電計(jì)劃考核中首次結(jié)合CPS指標(biāo)，使機(jī)組發(fā)電功率的調(diào)整有利于改善電網(wǎng)頻率質(zhì)量[3]。

3.2 機(jī)組AGC考核

AGC是保證電網(wǎng)頻率質(zhì)量和聯(lián)絡(luò)線交換功率恒定的重要手段。對(duì)機(jī)組AGC的考核，原考核主要以調(diào)節(jié)精度進(jìn)行綜合考核。常用算法對(duì)機(jī)組AGC的考核對(duì)調(diào)節(jié)速率的考慮比較少，而調(diào)節(jié)速率又是AGC調(diào)節(jié)性能中最重要的部分，調(diào)節(jié)速率往往反映機(jī)組對(duì)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)大小。實(shí)時(shí)測(cè)定AGC機(jī)組的調(diào)節(jié)速率依據(jù)主站AGC軟件實(shí)時(shí)記錄的指令跟蹤曲線，選取有效的計(jì)算區(qū)間，由于火電機(jī)組慣性大滯后時(shí)間長(zhǎng)，尤其是當(dāng)下發(fā)反向指令時(shí)，會(huì)出現(xiàn)指令調(diào)節(jié)方向與實(shí)際發(fā)電調(diào)節(jié)方向相反的情況，這樣會(huì)影響實(shí)時(shí)測(cè)定的調(diào)節(jié)速率的準(zhǔn)確性。因此進(jìn)行速率測(cè)定時(shí)要選取有效的計(jì)算區(qū)間，從AGC投入并超過響應(yīng)時(shí)間到AGC指令和實(shí)際發(fā)電之差小于控制死區(qū)或者反向?yàn)橹褂涀饕粋€(gè)有效的計(jì)算區(qū)間，并且該計(jì)算區(qū)間要大于一定的時(shí)間間隔。為了提高調(diào)節(jié)速率計(jì)算的準(zhǔn)確性，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況把時(shí)間間隔縮小。

考慮到人為因素對(duì)AGC機(jī)組調(diào)節(jié)速率的干擾，少數(shù)電廠為了多發(fā)電，人為的調(diào)整機(jī)組AGC控制參數(shù)，升負(fù)荷速率調(diào)整的遠(yuǎn)大于降負(fù)荷速率，所以機(jī)組升、降負(fù)荷速率分開統(tǒng)計(jì)。

考慮到機(jī)組調(diào)節(jié)性能的差異，某些機(jī)組出力無法達(dá)到負(fù)荷指令值，一直在控制死區(qū)之外，此時(shí)實(shí)際出力變化很小，計(jì)算得到的調(diào)節(jié)速率偏低。為了消除這一影響，可以在指令發(fā)出時(shí)同時(shí)根據(jù)電廠需申報(bào)調(diào)節(jié)速率的實(shí)驗(yàn)值預(yù)估出機(jī)組達(dá)到指令之所需要的最大調(diào)節(jié)時(shí)間，當(dāng)出現(xiàn)實(shí)際調(diào)節(jié)時(shí)間達(dá)到最大調(diào)節(jié)時(shí)間，則認(rèn)為該調(diào)節(jié)過程結(jié)束，利用此時(shí)的出力變化量和按計(jì)算得到調(diào)節(jié)速率[4]。

3.3 頻率調(diào)節(jié)的考核

機(jī)組頻率調(diào)節(jié)按貢獻(xiàn)電量百分比進(jìn)行考核。頻率調(diào)節(jié)的貢獻(xiàn)電量百分比實(shí)際是反映頻率調(diào)節(jié)貢獻(xiàn)電量與理論貢獻(xiàn)電量的比值，調(diào)頻貢獻(xiàn)電量計(jì)算程序根據(jù)電網(wǎng)頻率、機(jī)組頻率調(diào)節(jié)動(dòng)作死區(qū)及機(jī)組頻率調(diào)節(jié)狀態(tài)自動(dòng)累計(jì)機(jī)組頻率調(diào)節(jié)貢獻(xiàn)電量。嚴(yán)格講，若期間AGC指令或機(jī)組發(fā)電計(jì)劃使機(jī)組出力變化，變化量中應(yīng)減去機(jī)組以正常爬坡速率變化的部分。

增加對(duì)機(jī)組頻率調(diào)節(jié)響應(yīng)行為約束的考評(píng)，即當(dāng)電網(wǎng)頻率超出機(jī)組頻率控制死區(qū)時(shí)，機(jī)組在20s內(nèi)完全響應(yīng)調(diào)節(jié)目標(biāo)，在以電網(wǎng)頻率超過機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)開始計(jì)時(shí)的45s內(nèi)的機(jī)組實(shí)際出力與機(jī)組響應(yīng)目標(biāo)偏差的平均值應(yīng)在機(jī)組額定有功出力的3%內(nèi)。

從試運(yùn)行考評(píng)結(jié)果可以看出各電廠頻率調(diào)節(jié)的能力差異很大，主要由于很多機(jī)組的頻率調(diào)節(jié)功能都在退出狀態(tài)，浪費(fèi)了電網(wǎng)中保證頻率穩(wěn)定的寶貴資源，所以增加對(duì)投運(yùn)率的考核。

3.4 電壓控制的考核

對(duì)機(jī)組的電壓控制的考核，以電壓合格率進(jìn)行考核。通過對(duì)考核結(jié)果和其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)由于各廠站只關(guān)注自身的母線電壓，沒有從全局角度協(xié)調(diào)無功分配，電網(wǎng)無功功率搬運(yùn)現(xiàn)象突出，造成不必要的有功損耗，而且部分地區(qū)電網(wǎng)電廠集中，大電廠之間距離短，發(fā)電廠之間無功功率調(diào)節(jié)對(duì)相互母線的電壓影響大，無功調(diào)節(jié)矛盾突出。在發(fā)電廠、發(fā)電機(jī)之間無功協(xié)調(diào)仍需調(diào)度員人工實(shí)時(shí)監(jiān)視和干預(yù)發(fā)電機(jī)組無功分配的勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此有必要從發(fā)電廠角度對(duì)電網(wǎng)無功潮流和發(fā)電機(jī)組無功功率進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，現(xiàn)在一般采取自動(dòng)電壓控制（AVC），進(jìn)行離線的電網(wǎng)無功優(yōu)化軟件計(jì)算，保證電網(wǎng)電壓和無功功率分布滿足上述要求。

作為發(fā)電廠應(yīng)該調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)使發(fā)電機(jī)組無功出力分布盡量均衡，機(jī)組功率因數(shù)應(yīng)大致相等，即增加無功出力時(shí)，在滿足安全的條件下，優(yōu)先增加功率因數(shù)高的機(jī)組，反之則優(yōu)先減少功率因數(shù)低的機(jī)組。從電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度，對(duì)發(fā)電廠電壓及其無功的考評(píng)，只對(duì)電壓合格率進(jìn)行考評(píng)是不夠的，還需進(jìn)一步改進(jìn)考評(píng)規(guī)則[5]。

4 工作流

考核系統(tǒng)在考核模塊中還穿插著數(shù)據(jù)的管理功能，所以引進(jìn)工作流程是相當(dāng)必要的，這樣就避免了電廠人員通過郵件遞交修改或免考申請(qǐng)、獎(jiǎng)勵(lì)電量確認(rèn)、調(diào)度相關(guān)科室在界面上逐項(xiàng)查找核實(shí)的麻煩，極大減少了有關(guān)人員的工作量。系統(tǒng)采用先進(jìn)的工作流平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)符合現(xiàn)代化管理要求的分布式、開放式、模塊化、可擴(kuò)充、可移植的考核系統(tǒng)，每一個(gè)功能模塊的維護(hù)和擴(kuò)展對(duì)其余模塊的影響都最小，同時(shí)采用規(guī)則管理、內(nèi)容管理引擎技術(shù)。工作流全面覆蓋省調(diào)和各考核單位，能夠適應(yīng)網(wǎng)廠間復(fù)雜業(yè)務(wù)流程的交互需要。工作流業(yè)務(wù)對(duì)象應(yīng)包括以下幾個(gè)方面：數(shù)據(jù)免考、數(shù)據(jù)修改、及月考核結(jié)果數(shù)據(jù)審批和確認(rèn)[6]。

5 系統(tǒng)評(píng)價(jià)及展望

5.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)采用struts架構(gòu)，雖然struts功能強(qiáng)大，在開發(fā)過程中具備很多優(yōu)點(diǎn)，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高，建議用Struts+Hibernate+Spring輕量級(jí)架構(gòu)來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)[7]。這種架構(gòu)用成熟的開源產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)各層，能縮短開發(fā)周期，且架構(gòu)所用到的開源產(chǎn)品均有相當(dāng)廣泛的用戶群．經(jīng)受過多個(gè)項(xiàng)目實(shí)踐的考驗(yàn)其質(zhì)量和性能更有保障。降低層與層之間的耦合程度，增加代碼重用率，各層分工明確，這樣也利于項(xiàng)目小組的明確分工。

5.2 圖形顯示

考核系統(tǒng)對(duì)監(jiān)視、查詢、顯示和考核計(jì)算等功能要求比較高，以便于監(jiān)視和分析各類信息，及時(shí)做出決策。因此集成信息的圖形顯示也是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。現(xiàn)在系統(tǒng)使用的圖形軟件，提供了一些接口函數(shù)，調(diào)用接口函數(shù)，將數(shù)據(jù)傳入，將圖形顯示出來，但由于接口函數(shù)的有限性，致使圖形顯示形式固定，不利于系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)。使用新技術(shù)創(chuàng)建曲線圖，使得系統(tǒng)的圖像顯示能進(jìn)一步查詢和考核的需要[8]。比如能任意放大某點(diǎn)的局部曲線用于查詢和修改，并且修改數(shù)據(jù)能在修改表中自動(dòng)進(jìn)行改動(dòng)并置標(biāo)志位。

電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)電廠調(diào)度運(yùn)行管理考核系統(tǒng)嚴(yán)格按照《關(guān)于發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理的意見》建設(shè)。目前，

對(duì)于計(jì)劃考核、機(jī)組AGC考核、機(jī)組頻率調(diào)節(jié)考核、電壓考核模塊已進(jìn)入正式運(yùn)行，其他附加功能正在研究開發(fā)中?？己讼到y(tǒng)不僅為統(tǒng)調(diào)電廠的調(diào)度運(yùn)行提供了先進(jìn)科學(xué)的管理手段，而且充分體現(xiàn)了電力“三公”調(diào)度，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

[1] 關(guān)于發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理的意見.電監(jiān)市場(chǎng)[2003]23號(hào)文.

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