区域互联电网AGC先进控制策略研究.doc

华北电力大学（北京）硕士学位论文区域互联电网AGC先进控制策略研究姓名：闫东梅申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：刘向杰20080101华北电力大学硕士学位论文摘要本文介绍了先进控制策略在互联电网中的应用。由于自动发电控制系统具有非线性、时变、强耦合和参数不确定性，传统的积分控制无法进行有效的控制。针对这一问题，本文将基于粒子群优化的模糊控制策略应用于互联电力系统的自动发电控制中，在模糊自调整控制的基础上引入模糊决策控制策略，并利用粒子群优化算法整定的参数值作为模糊自调整控制器参数的初值，然后再对模糊控制器的控制规则用粒子群算法优化，克服了单凭经验选择模糊控制规则的困难。将其与传统的积分控制和模糊自调整控制相比较，仿真结果表明模糊决策控制能够使系统获得更好的动态特性。关键词：自动发电控制，模糊决策控制，模糊自调整控制，粒子群优化，（），（）：，华北电力大学硕士学位论文摘要本文介绍了先进控制策略在互联电网中的应用。由于自动发电控制系统具有非线性、时变、强耦合和参数不确定性，传统的积分控制无法进行有效的控制。针对这一问题，本文将基于粒子群优化的模糊控制策略应用于互联电力系统的自动发电控制中，在模糊自调整控制的基础上引入模糊决策控制策略，并利用粒子群优化算法整定的参数值作为模糊自调整控制器参数的初值，然后再对模糊控制器的控制规则用粒子群算法优化，克服了单凭经验选择模糊控制规则的困难。将其与传统的积分控制和模糊自调整控制相比较，仿真结果表明模糊决策控制能够使系统获得更好的动态特性。关键词：自动发电控制，模糊决策控制，模糊自调整控制，粒子群优化，（），（）：，声明户明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文区域互联电网先进控制策略研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：谨盘掏日期：迎岔建，冒关于学位论文使用授权的说明本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。（涉密的学位论文在解密后遵守此规定）作者签名：煎日期：幽：！匿导师签名：主妇立华北电力大学硕士学位论文引言第一章绪论电力系统运行的基本任务是保证发供电平衡，向用户提供稳定可靠、高质量的电能。电力系统频率是电能质量的重要指标之一。为了使电力系统正常运行，频率必须保持在额定频率附近。我国规定，正常运行时电力系统频率应保持在范围之内，当采用现代自动装置时，频率的偏差可不超过。维持电力系统频率在额定值，是靠控制系统内所有发电机组输入的功率总和等于系统内所有用电设备在额定频率时所消耗的有功功率总和来实现的，其中包括机组和电网损耗。这种平衡一旦遭到破坏，电力系统的频率就会偏离额定值。为了维持频率稳定在额定值，首先必须对未来一段时间内的系统负荷需求进行预测，并在此基础上安排发电计划。但是由于电力系统的负荷功率是随机变化的，提前制定的发电计划和实际用电负荷之间总会存在一定的偏差，这种偏差反映在电网上，将会使电网频率偏离额定值。为了弥补这种偏差，需要实时控制发电机组跟踪负荷变化，因此电力系统运行中引入了自动发电控制（：），即通过频率偏差和交换功率偏差自动调节机组出力，使系统负荷重新达到平衡。自动发电控制（）是现代电网控制的一项基本和重要的功能，它通过控制发电机组的有功出力来跟踪电力系统的负荷变化，从而使系统频率和区域间净交换功率维持在给定范围内，并且在此前提下使系统运行最经济。自动发电控制的主要目的是在调速器已经供给随机变化的负荷需求后，在系统中事先选定的机组中重新安排发电功率。这样，为了调节适当，就需要附加调节装置与调速器一起调节。这种发电控制方式定义为负荷频率控制（）【。负荷频率控制即控制系统的频率和联络线功率。它的投入将提高电网频率质量，提高经济效益和管理水平。自动发电控制在我国的研究和开发虽然起步较早，但真正在电网运行中发挥效能，还是在最近几年。年代初，我国几个主要电力系统都曾试验过自动频率调整（：），而直到年代，自动发电控制却还未能全部正常运行。近些年来，随着我国经济的高速发展，为了保证电力系统安全、可靠、优质和经济运行，各区域电网都对频率的调整非常重视，并实行了严格的考核。为实现这一目标，全国各大电网均不同程度地采用了技术。随着计算机技术、自动控制理论、网络通讯等技术的发展，电网自动化运行水平的不断提高，自动发电控制将逐步得到广泛的应用。华北电力大学硕士学位论文区域互联电网研究的背景和意义随着世界各国电力产业的不断发展，单个电网已经不能很好地满足对用电数量以及电能质量的要求。大电网之间的互联是世界各国电网发展的共同经验。互联电网的任务是要保持和提高电网频率质量，通过联络线实现电网与电网之间的电力输送，保证联络线交换功率按计划运行，改善控制区域内机组控制调节性能，从而发挥大电网运行的优越性。由于我国国民经济的迅速发展，社会对电能的需求以惊人的速度增长。同时负荷分布不均匀的状况也日益突出，煤炭资源主要集中于华北和西北部地区，水能资源主要集中于西部和西南部地区，而能源的消耗中心在中部和东部沿海发达地区，在这些地区出现了较大功率的缺额。这种资源和经济发展的不平衡性客观上要求必须加快全国联网，推动西电东送和南北互供，充分发挥互联电网的特性，实现南北电网、东西电网间的互补，从而实现全国范围内资源的优化配置。这样可以降低成本，提高效率，促进区域互联电网的协调发展。从互联电网整体来看，有功功率的平衡情况反映在电网频率的波动变化中。但对于互联电网中的一个区域电网而言，其有功功率的平衡情况不仅反映在频率上，而且反映在联络线有功功率的变化上。要很好地实现整个互联电网有功功率的瞬间平衡，保持电网的频率稳定，作为大电网要加强对各区域电网间联络线的控制与考核，各区域电网则必须调整好各自内部的有功平衡。电力系统要求能够安全可靠地供电，还要电能质量符合电力用户的需要，这和自动发电控制（）的控制策略密切相关。自动发电控制（）是建立在电网调度自动化与发电机组协调控制系统（：）闻闭环控制的一种技术手段。由于电力市场的竞争愈来愈激烈，电网为了自身的安全和经济效益，对火电厂单元机组提出了一系列严格的调频、调峰范围和速度的要求，竟价上网的市场原则使火电厂必须最大限度地挖掘机组潜力，提高效率，减少人员，降低成本，这就要求电厂实现自动发电控制。自动发电控制（）是能量管理系统（）的重要组成部分，是短期实时经济调度的主要内容之一。它的投入将提高电网频率质量，保证系统安全。实现功能的前提是发电机组及其辅助设备的控制系统要具备协调控制功能。功能实用化涉及调度、电网频率、电压控制、远动、通讯、电厂调节控制子系统等诸多环节，需要相关部门及技术人员的大力支持与配合，需要改进和调节发电机组的自动化水平，也需要良好的外部工作环境，才能通过大量的艰苦细致的工作，使自动发电控制在区域互联电网之中发挥巨大的经济效益和社会效益。华北电力大学硕士学位论文是保证电网的发电功率与负荷功率平衡，保证电能质量一种重要的控制手段。是电网调度自动化系统的重要功能之一。实现是电网安全、优质、经济运行的需要，也是电网商业化运营发展的需要。功能的提出和应用，在提高电网的运行控制水平和管理水平、减轻调度人员和电厂工作人员的劳动强度方面发挥了极为重要的作用。随着电网建设的不断发展和用电负荷的急剧增长，电网调度运行对的依赖性越来越高，应用水平也成为电网整体水平高低的重要指标之一。先进控制策略在互联电网中的应用自动发电控制（）是以控制调整发电机输出功率来适应负荷波动的一种闭环反馈控制，主要是通过控制发电机组的汽门来实现电力系统的频率稳定，属于负荷频率控制（）范畴。自从和于年首次提出负荷频率控制的问题以来，已有不少学者运用各种控制策略对负荷频率控制进行了大量的研究。古典控制理论在互联电网中的应用早期的负荷频率控制研究中所采用的控制策略可分为经典和最优两种。经典的负荷频率控制方法，对单区域电力系统主要按频率偏差厂进行比例一积分调节，对多区域电力系统主要按区域控制偏差配。进行比例一积分调节。其中，是偏差系数，厂，凹瞳分别是系统频率偏差和联络线功率偏差。这种控制方法比较简单，所设计的控制器可获得零稳态频率偏差和区域控制偏差，但是系统的动态性能不好，如：频率偏移有较大的超调，调节时间较长【】，难以满足系统的动态性能指标要求。文【】将最优控制理论应用于负荷频率控制中。变结构控制理论在互联电网中的应用二十世纪年代中期，等人首先应用变结构控制方法进行自动发电控制【。变结构控制理论在解决如何在系统参数不精确可知的情况下使设计的控制器具有简单的算法和较强的鲁棒性以及良好的动态品质问题时具有独特的优点。年代初，变结构系统（：）应用到单区域和多区域的负荷频率控制器的设计中，有效地控制了系统的暂态响应【。但是，这种方法在切换矢量参数的选择上是基于一种不等式约束，并且基本上是一种尝试的过程，没有对切换矢量的参数选择提供系统的方法。文【，】利用闭环系统极点配置的方法来选择切换矢量的参数。这种方法改进了系统的暂态性能，并且当系统运行在滑模上时，系统暂态响应对对象参数变化不敏感，但不足之处是需要把系统状态方程化成分块标准形式，并且没有考虑发电机变化率约束等非线性因素。变结构系统具有反应快，华北电力大学硕士学位论文对对象参数不敏感以及对外界干扰鲁棒性好等特点，如文】中变结构控制器对系统参数发生变化时，系统的动态特性几乎不受影响，但该方法在考虑发电机变化率约束（）和死区非线性的影响时，系统往往不收敛，且有时还会引起不稳定。文币用遗传算法来选择变结构控制器的反馈矩阵参数，并将它应用到单区域的负荷频率控制中，不仅系统暂态过程得到了改善，同时控制器的输出也得到了改善。近年来，滑模变结构控制方法得到广泛的重视。采用滑模变结构控制方法来研究问题，克服了原有变结构控制的缺点，利用在滑模上系统对外界干扰和对参数变化的不变性解决鲁棒性问题。文】中基于传统区域控制偏差的辅助控制器虽然能够有效地调节联络线功率偏差觚一频率偏差和区域控制偏差（：）到零，但很难同时维持频率偏移引起的电钟误差累积值和净交换功率偏差引起的交换电量偏差的累积值，为零的问题，首先提出了基于新区域控制偏差的负荷频率控制方法，基于的辅助控制器除了具有传统辅助控制器的特点外，还可同时控制电钟误差累积值和交换电量偏差累积值，并使其达到最小值。但该方法没有考虑发电机变化率约束和死区非线性的影响及系统的鲁棒性等问题。文】结合基于的控制和滑模变结构控制二者的优点，提出了一种用于多区域互联电力系统的负荷频率综合滑模控制的方法，选用带积分的滑模超面方程使系统从一开始就直接进入滑模状态，滑模存在于整个控制过程中。当系统进入滑模状态后，转化为基于新区域控制偏差的比例一积分控制。对于滑模控制系统，系统的动态特性完全由滑动模态决定。这种控制方法具有所希望的动态特性，并且对系统参数和外部干扰的变化具有完全的鲁棒性，消除了抖振，且在考虑发电机变化率约束和死区非线性的影响时，仍能保证系统具有较好的性能。自适应控制理论在互联电网中的应用年代中期，随着自适应控制的发展，以及自适应控制具有对过程参数的变化和对未建模部分的动态过程不敏感等特点，自适应控制被引入电力系统自动发电控制中。文弓入频率偏差与功率偏差加权和指标，利用自校正最小方差控制策略，对负荷频率进行控制。文【】采用具有动态参数的频率偏差与功率偏差加权和指标，提出了一种改进的双路自校正负荷一频率控制器，由于引入了具有动态权值的指标和双路自校正技术，该设计优于其他控制方案。文【】则在改进的双路自校正负荷一频率控制器中引入功率面积指标并规定功率面积是当前频率偏差与功率偏差加权和及其预测值、负荷面积变化的预测值及功率修正增量的线性组合。负荷面积变化预测采用了自适应滤波技术，系统由递推最小二乘法辨识，所设计的控制器力图使误差为零。自适应控制的控制效果要优于固定参数的控制器。华北电力大学硕十学位论文鲁棒控制理论在互联电网中的应用二十世纪年代，鲁棒控制被应用到负荷频率控制中。文【，】针对单区域的负荷频率控制中参数偏移的问题，设计了一种基于方程的针对不确定性系统的控制器，并将它应用于具有发电机变化率约束特性的单区域负荷频率控制模型中。文】针对经典两区域互联电力系统，基于方程设计鲁棒控制器。文】提出了一种基于自适应控制的鲁棒设计方法，自适应控制用以克服较大的参数偏离，而鲁棒设计则用来克服较小的扰动，这样能够使系统在较大范围的参数偏移发生时，保持良好的系统性能。另外，超导磁储能【】，短期负荷预测频率控带，在负荷频率控制中都有应用。智能控制理论在互联电网中的应用近年来，智能控制策略广泛地应用于电力系统的负荷频率控制研究中。如：文提出电力系统负荷频率控制采用噪声可以忍受的反馈；文【】提出将模型预测控制用于负荷频率控制；文】结合控制和模糊逻辑控制结构控制二者的优点，提出了一种用于多区域互联电力系统的预定的增益模糊控制方法，这种控制方法能有效地削弱由负荷扰动产生的系统振荡；文】结合控制和模糊逻辑控制结构控制二者的优点，采用模糊增益安排比例一积分控制方法，该法能够对非线性和其它可预测的系统动态变化进行有效的补偿，优于自适应控制或自调整方法。文将基于综合理论的径向基函数（：）神经网络控制器应用到负荷频率控制中；文币用递归模型的小波神经网络的实现方法对负荷频率模型进行了辨识，利用的最终预测误差准则和信息准则，并进行了隐层节点数目和反馈阶次的计算，理论和仿真表明辨识模型可取得较好的效果。文】提出了一种小波神经网络与相结合的负荷频率控制；文【】利用反向传播学习设计神经网络控制器，并将它分别应用于三区域互联电力系统的负荷频率控制问题中。并将控制效果与传统的积分控制器进行比较。文】提出了一种基于动态小波神经网络的自适应负荷频率控制器，该动态小波神经网络有着滞后的动态特性，并选取小波母函数作为激励函数和连接权值。自适应性是以调整负荷频率控制的动态小波神经网络参数为基础，它是通过最小化负荷频率误差的阀值函数来实现的。文【】提出了一种基于综合的非线性智能神经网络控制器。为了避免大的建模误差和最小化区域负荷扰动的作用，文中使用综合的思想来训练基于负荷频率控制的智能神经网络控制器。此方法将二者的优点结合了起来，既能较好的克服系统的模型误差，参数偏离带来的问题，也能将外部负荷扰动的影响降低到较小的程度。控制器被应用于两区域互联电力系统模型中，并将其控制效果与普通的控制器效华北电力大学硕士学位论文果进行了对比。文禾用神经网络动态辨识电力系统的动态模型，并将模糊逻辑技术与神经网络相结合，通过动态寻优确定最优性能指标下的控制器参数，设计了一种两区域负荷频率的神经模糊自适应控制器，使两区域的负荷频率控制既有自学习适应能力，又有控制的广泛适用性。文设计了一种新的混杂模糊一神经网络控制器（：），并将它与常规的模糊控制器、神经网络控制器的控制效果进行比较。文【】利用基于推理的模糊算法优化了最优控制器的参数。比起自适应神经网络控制方案，此文提出的自适应控制器只需要更少的训练模式，因此避免了过长的训练时间。文】结合模糊控制和遗传算法提出一种新型智能控制器，这种控制器的主要特点是选用遗传算法整定的参数值作为模糊自整定参数控制器的初值，然后再对模糊控制的相关参数用遗传算法优化，避免了参数选择的盲目性，实现了对系统的最优控制。但遗传算法虽有较强的全局搜索能力，却易陷入局部最优情况，且搜索速度较慢。文针对环型与星型连接的三个相同电力系统区域的传统积分增益自动发电控制器提出了一种自调整、快速作用的模糊增益安排方案。在暂态响应方面，使用模糊逻辑自调整积分增益的方法比使用固定积分增益的方法有更好的工作特性：若考虑相同的输入参数和增益，环线系统比直线系统具有更佳的暂态响应。文【】在两区域互联电力系统中利用遗传算法与粒子群混合算法优化控制器参数。本文的主要任务纵观国内外先进控制策略在自动发电控制中的应用，智能控制策略在电力系统负荷频率控制中得到广泛地应用。模糊控制是一种仿人思维的智能控制系统，具有较强的不确定性知识表达和逻辑推理能力，但模糊控制也有其缺点，主要是模糊规则难以确定。而粒子群优化算法（：）能够有效地弥补模糊控制的缺点，它能以较大的概率找到问题的全局最优解，是优化电力系统负荷频率控制的有效手段。因此本文将算法与模糊控制策略相结合，在模糊自调整控制（：）的基础上，引入两区域负荷频率控制的模糊决策控制（：），利用算法优化模糊控制器的控制规则和控制器参数，并在软件环境下对两区域的系统进行仿真，将其与传统的积分控制算法和模糊自调整控制算法相比较，仿真结果证明了此算法能够保证系统具有更好的动态特性。因此本文的主要工作如下：（）分析两区域互联电力系统的自动发电控制的动态模型。（）研究模糊自调整控制原理及其设计方法。（）利用粒子群优化（）算法优化控制器的参数。华北电力大学硕十学位论文（）利用算法优化模糊自调整控制器的控制规则。（）研究模糊决策控制原理及其设计方法。（）利用算法优化模糊决策控制器的控制规则。（）将模糊决策控制、模糊自调整控制、常规积分控制方法应用于两区域系统，进行对比仿真研究。（）最后对本文的成果进行总结，提出有待进一步解决的问题。华北电力大学硕士学位论文第二章自动发电控制系统原理及动态模型能量管理系统概述在研究系统之前，首先要先了解能量管理系统（：），以便从总体上把握自动发电控制系统。“一个典型的电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电五个环节所组成。对于分级管理的电网来说，主要是管理电力系统中的发电、输电和变电三个部分。配电和用电部分则属于配电管理系统（：）的范畴。”【】是以计算机软硬件为基础的电力调度自动化系统，其结构如图所示。调度员硬件（计算机、网络、通信、远动等）电力系统图能量管理系统结构可见，能量管理系统涉及计算机硬软件的各个方面。它最终是通过应用软件来实现对电力系统的监视、控制和管理。应用软件一般分为三级：监视控制和数据采集（）、能量管理系统、网络分析。进一步还可以增加培；模拟级。监视控制和数据采集（）系统是电网调度自动化的基础，是能量管理系统应用软件实时数据的来源和控制操作的执行机构。能量管理软件的特点是利用电力系统总体信息（频率、机组功率、联络线功率）进行调度决策，目标在于提高控制质量和改善运行的经济性。网络分析软件的特点是利用电力系统总体信息（母线华北电力大学硕士学位论文电压和功角）进行分析与决策，目标在于提高运行的安全性。培训模拟软件是一个由电力系统模型和电力系统控制中心模型所组成的培训系统。电力系统模型提供了一个电力系统的实时动态模型，可以模拟电力系统的各种运行方式，并从远程终端控制系统（）获得各种远动信息。控制中心模拟的设备，应尽可能地做到与实际的控制中心一致，并具有成套的监视、控制、人机界面和应用软件功能。是能量管理系统（）中最重要的控制功能。它利用电子计算机和调节性能较好的发电机组组成一个闭环控制系统来实现控制功能，称为系统。通过闭环控制电力系统发电机组的出力，使系统频率和新的交换功率按计划保持在预定值。根据所期望的发电基点（：）在各机组之间协调分配发电控制需求。这些发电基点是由经济调度或诸如紧急约束调度的约束调度方式所决定的，或由调度员人工输入。自动发电控制（）原理的控制功能电力系统频率反映了发电有功功率和负荷之间的平衡关系。当电力系统中发电有功功率满足了负荷的总需求，并能随负荷变化而及时调整时，电力系统的运行频率将保持为额定值；当电力系统中发电有功功率供大于求时，电力系统的运行频率将高于额定值，反之，将低于额定值。的主要功能之一是保证满意的区域频率和联络线交换功率。区域频率和联络线交换功率偏差的出现是由于不可预见的负荷变化引起的发电功率和负荷需求之间的不平衡所引起的。的目的就是要减小所有控制变量的暂态偏移并保证零稳态偏差。为了实现，要求在调度中心的计算机上运行程序。程序控制目标是使因负荷变动而产生的区域控制偏差（：）不断减小直至为零，来实现系统频率和网间的联络线交换功率的调整。根据具体控制方式的不同，可以定义为系统频率偏差矽、联络线交换功率偏差、联络线交换电量偏差舡或系统电钟时间与天文时间偏差出等变量的函数引。一般来说，区域控制偏差可以用如下的算式来表示：（一只）（五一工）（）式中：一实际交换功率，是本区域所有对外联络线实际交换功率代数和，：只一计划交换功率，是本区域所有对外联络线计划交换功率代数和，；兀一电网的实际频率，；疋一电网的计划频率，；华北电力大学硕士学位论文一电网的频偏系数，；区域控制偏差（）是根据电力系统当前的负荷、发电功率和频率等因素形成的偏差值，它反映了区域内的发电与负荷的供需不平衡的程度。即在电网实际运行中，由于系统总的发电水平和负荷水平的不一致，导致系统的频率和联络线交换功率与其额定值（计划值）的偏差。自动发电控制将分配给受控机组，通过调整机组的出力来改变系统总的发电水平，以达到将减到零的目的。目前国内外的分配主要按备用容量和按调整速率两种分配策略。此外，负荷频率控制还可以与经济调度结合，使得参与经济调节的机组发电成本最小。由式（）可知，利用调节控制，归根到底是对电网负荷和频率的控制，我们称之为负荷频率控制（：）。控制的最基本任务就是：一方面，调整系统频率到额定值要求，一般为；另一方面，维持各区域之间联络线的交换功率为计划值。显然，在一段时间内，计划的联络线交换功率和系统频率是不变的，而实际的交换功率和系统频率取决于电力系统的发电水平和负荷水平。在一般情况下，我们都是要维持当前的负荷水平，所以，通过调节电力系统中可控机组的出力来改变只和疋，从而达到减少的目的。调节机组出力，不仅要让机组出力满足的要求，同时在这个基础上，还必须调用经济调度（）的模块来确定最经济的发电调度，以满足给定的负荷水平。经济调度（）就是在发电机之间分配所需的发电量变化量以使运行费用最小。包括计算机组经济基点值和计算机组经济调节增量两个内容。它最终的计算结果就是一组发电机组的经济运行基点值和一组经济分配系数，并且把它们传给。一般情况下，模块会周期性的自动启动以完成上述任务，但是当系统负荷发生重大变化，变化限制由操作员整定以及经济调度机组的运行极限被改变和机组控制模式改变时，也会启动执行。上述的的基本功能用图来描述：经图基本功能华北电力大学硕十学位论文图中，虚线表示为一台机组的量，各参数定义如下：，：机组的调节量，；机组的经济调节量，：机组的经济基点值或实际功率，：机组的期望发电出力，：机组的机组控制偏差，：只：机组的实际功率，；：发电偏差，；。的控制方式根据实际电网的不同要求，实现有以下几种不同的控制方式【：（）定频率控制（：）此种控制方式下，只取式（）中右边的第二项。该策略控制目标使频率偏差，有功功率平衡按矽进行调节，在时停止调节。此方式适用于独立运行的电网或互联电网的主系统。在互联电网中，最多只能有一个区域采用控制策略。此方式下，将控制机组增、减出力来维持系统频率到额定值。（）定联络线功率控制（：）此种控制方式下，只取式（）中右边的第一项。该策略控制目标是使联络线交换功率差凹，有功功率平衡按联络线功率变化进行调节。采用控制策略，相邻电网的功率不平衡也会使联络线功率发生变化，即本区域系统不仅响应自身区域负荷变化，也响应其它区域中负荷变化。此方式可用于互联电网中的小容量电网，主网采用控制方式以维持联合电网的频率稳定。此方式下，将控制机组增、减出力来维持联络线交换功率到计划值。但是，采用的区域在频率和功率控制中必须进行大量的发电出力调整，让一个区域来负担全部系统的频率变化是不公平的。特别是当电厂为汽轮机组，经常运行在波动的输出功率情况下，会降低效率，增加机组磨损。控制方式不能对控制的区域提供有效的帮助，且存在使系统频率恶化的反方向的重复调整。（）联络线功率频率偏差控制（：）此种控制方式下，按式（）计算。此方式需要同时检测系统的频率偏差厂和联络线交换功率偏差艘，判断出负荷变化发生的区域，即由该区域内的调频机组做出相应的响应，跟踪负荷的变动。这是一种同时兼顾了上述两种控制方式的综合控制方式，即既反映频率偏差又反映功率偏差。目前，多数系统的技术都是采用的这种控制方式。此方式可以使系统运行达到较理想运行状态。该方式的控制目标为调节区域控制偏差趋于零，使系统频率和联络线交换华北电力大学硕士学位论文功率都维持到其计划值，有功功率平衡按的变化来调节机组。（）自动修正时差的控制方式此方式增加了控制区域间功率补偿和时钟偏差校正的功能，时间偏差是指与系统频率密切相关的电钟时间与标准天文时钟的偏差，这是由于矽积累而成的。具体做法是在模式的计算式中加入交换功率补偿项和时钟偏差校正项。因此，其实质仍是模式。从的定义式（一）中不难理解的实际意义。显然，当为正值时，说明此时本区域超发，将会引起频率上升；当为负值时，说明此时本区域少发，将会引起频率下降。这样，对于频率偏差的不同情况，有可能有利也有可能有害。表给出了与频率偏差的关系。表与频率偏差的关系可见，理论上需要调节的情况有两种：），；），。即当对频率恢复有利时不调节，当对频率恢复有害时调节。控制方式不存在控制模式的重复调整的问题，也不发生负荷变化的区域的区域控制偏差为零，不会出现重复调整。在正常运行时，各区域履行各自的控制任务。规定各区域内发生的负荷变化都由该区域调节发电功率来达到平衡，即各区域发电功率的变化是根据各区域负荷的变化来决定。在各区域调节平衡即区域控制偏差为零的稳态情况下，联络线传输的净交换功率维持在计划值，所有区域共同负担系统频率调节任务，维持系统频率为正常值。在事故状态或紧急状态下，若系统中一个或几个区域不能履行它们的控制任务，只要整个系统仍处于同步状态，则正常区域可对事故区域进行紧急功率支援。即在某一区域仍处于调整的暂态过程或不能使区域控制偏差为零的非正常情况下，允许区域传输的净交换功率偏离计划值，通过联络线向事故区域提供支援（此时非事故区域区域控制偏差为零），以免发生反向调整。虽然每个区域的净交换功率维持在计划值，但并不意味着各条联络线的潮流都会维持在计划值。尽管每个区域的净交换功率与计划值相符合，在功率调整的暂态过程中，联络线的潮流不但可能在数值上与计划值不符，甚至还可能在方向上相反。因此，控制模式具有比和明显的优点。采用模式进行华北电力大学硕士学位论文调节时，当各区域设定的频率偏差系数等于自然频率特性系数时，没有负荷变化的区域为零，有负荷变化的区域绝对值等于负荷变化量。此种区域控制模式下，可使得当某个区域内电网功率发生扰动时，无负荷变化区域不进行调节，而由负荷变化的区域负责调节由本区域负荷变化引起的，从而实现本区域的有功缺额由本区域的调频机组承担，而其他区域原则上只参加一次调频，通过联络线在频率下降的初期进行支援。随着频率的恢复，联络线上的支援功率趋于零，联络线上功率恢复为计划值。的控制过程通过一个闭环控制系统来实现的，其总体结构如图所示。首先通过、通信通道及获取所需的实时测量数据，由程序形成区域控制偏差（）为反馈信号的系统调节功率，根据机组的实测功率和系统的调节功率，按照经济分配的原则分配给各机组，并计算出各机组或电厂的控制命令，再通过、通信通道及送回各电厂的电厂控制器，由电厂控制器调节机组机组出（次调节）使之跟踪的控制命令，最终达到的控制目的。在图中，自动发电控制（）主要有个控制环：计划跟踪环、区域调节控制环和机组控制环。计划跟踪控制的目的是按照计划提供发电基点功率，它与负荷预测、机组经济组合、水电计划及交换功率计划有关，担负主要调峰任务。如果没有上述计划软件，全部发电计划应由人工填写。区域调节控制的目的是伎区域控制偏差（）调到零，这是的核心功能，计算出各机组为消除区域控制偏差（）而分配给各机组的功率增减量，将这一可调分量加到机组跟踪计划的基点功率之上，得到控制目标值发往电厂控制器。机组控制是由基本控制回路去调节机组控制偏差到零，在许多情况下（特别是水电厂），一台电厂控制器能同时控制多台机组，的信号送到电厂控制器后，再分到各台机组。发电计划）磊阍机组分担二一图总体结构电力系统华北电力大学硕十学位论文的控制目标自动发电控制在实现高质量电能的前提下，以满足电力供需实时平衡为目的，应该能够实现以下控制目标【】：（）使全电网的发电出力和负荷功率相匹配。维持电网频率在允许误差范围之内，频率累积误差在限定值之内。国家电力行业标准规定：系统频率为，对于装机容量在以上的电力系统，维持其系统频率偏差为，以下的电力系统频率偏差不超过，频率偏移引起的电钟误差累积值不超过，超过时自动或手动矫正；（）控制区域间联络线的交换功率与计划值相等，实现各区域内有功功率的平衡；（）在满足电网安全约束条件、电网频率和对外净交换功率计划的情况下，协调参与遥调的发电厂（机组）的出力按最优经济分配原则运行，使电网运行成本最小；（）在能量管理系统（）中作为实时最优潮流与安全约束经济调度的执行环节。自动发电控制（）模型系统的动态数学模型电力系统是复杂的非线性动态系统，由于电力系统在正常运行时仅仅暴露出较小的负荷变化，所以使用线性化的模型来表示运行点附近的系统动态。因此，在建立各元件数学模型时，对其进行了一定的简化。（）发电机一电力系统模型由发电机的运行方程可知：蛾一必：日掣（）“其中：蛾为输入的机械功率变化量；必为输出的电磁功率变化量：日为发电机组的惯性常数（标幺值）；为角速度变化量。由此可知，当输入的机械功率变化量和输出的电磁功率变化量之间产生不平衡时，必然引起发电机转速的变化，亦即引起系统频率的变化。式（）经拉普拉斯变换后为：哦（）一北（）（）（）华北电力大学硕十学何论文又由于发电机输出的电磁功率要和电力系统负荷变化相一致，则有：必（）必（）峨（）蝇（）（）（）其中：叱（）为发电机供给负荷频率无关变化量；刖（）为频率相关变化量；为负荷单位调节功率（标幺值），它通常表示为频率变化引起负荷的百分比变化。联立（）、（）式有：哦（）一蛾（）（）（）即竺犊：上（）峨（）一蛾（）以传递函数的形式表示为：（）电力系统图发电机一电力系统模型（）调速器发电机系统模型这里采用机械液压控制（）的通用调速系统模型。以传递函数的形式表示为：其中：为调速器时间常数；为发电机时间常数。调速器发电机图调速器一发电机系统模型（）联络线模型联络线上的有功功率增量可以近似地表示为：罅毒（一眺炒将（）式进行拉普拉斯变换为：（）华北电力大学硕十学位论文（）（）一（）（）式中：丁土，石，为联络线电抗。爿互联电力系统的自动发电控制多采用联络线和频率偏差控制（）方式。采用控制方式可实现频率的无差调节，同时实现本区域只负责调整本区域内的负荷变化，兼顾各控制区的自身利益，可以使全网的功一频动态特性达到最佳。由多个控制区互联组成的电力系统的频率是一致的，因此，当由于系统的负荷扰动使某个控制区内的发电与负荷产生不平衡时，其它控制区域通过联络线上功率的变化对其进行支援，从而使整个系统的频率保持一致。采用控制方式，不管哪个控制区发生负荷功率不平衡，都会使系统的频率和联络线交换功率产生一定的偏移，则此时可以通过调节机组的有功功率，最终可以将因联络线功率偏差、频