（电力系统及其自动化专业论文）计及agc的自动优化潮流理论研究.pdf

原创性声明 i 叭i l i i i i i i i l 4 i i i 呲i 眦l l l l i i i i i 吣 y 17 910 6 1 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：盘堑 日期：兰里! 望：垆叩 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和 电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：盘堑导师签名：! b 日期：墨里! 竺：生1 2 山东大学硕士学位论文 目录 摘要i a 】8 i s t r a c t i i i 第一章绪论1 1 1 研究背景及意义1 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 电热协调理论。2 1 2 2 面向过程的电力系统分析3 1 2 3 动态潮流4 1 2 4 自动发电控制5 1 2 5 节点负荷预报7 1 4 目前存在的问题7 1 4 本文主要工作8 第二章伴随a g c 机组控制的过程潮流9 2 1j j l 言9 2 2 电热耦合潮流l o 2 2 1 导体热动态过程的描述1 0 2 2 2 电热耦合潮流模型1 2 2 3 伴随a g c 机组控制的过程潮流1 2 2 4 算法处理1 4 2 5 算例分析1 5 2 5 1 计算时间仿真1 5 2 5 2 实际算例分析1 5 2 6 本章小结1 9 第三章计及a g c 的自动优化潮流21 3 1 弓i 言2 1 3 2 自动优化潮流2 2 3 3 实时优化潮流。2 3 3 3 1 实时优化潮流模型。2 3 3 3 2 算法及实施2 4 3 4 本章小结2 5 第四章自动优化潮流在线应用框架及算例分析2 7 4 1 在线应用框架2 7 山东大学硕士学位论文 4 2 算例分析2 8 4 3 本章小结3 3 第五章结论与展望3 5 参考文献3 7 翌| 【谢4 3 攻读硕士学位期间所发表的论文及参与的项目4 4 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r c t ( c h i n e s e ) i a b s t r c t ( e n g l i s h ) i i i c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 。l 1 1b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e 。”l 1 2c i v i la n da b r o a ds t u d i e s 。”2 1 2 1e l e c t r o t h e r m a lc o o r d i n a t i o nt h e o r y 。2 1 2 2p r o c e s s o r i e n t e dp o w e rs y s t e ma n a l y s i s 。”3 1 2 3d y n a m i cp o w e rn o w 。4 1 2 4a u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o n t r o l 。”5 1 2 5n o d a li o a df o r e c a s t i n g 。”7 1 4t e c h n i c a lc h a l l e n g e s 7 1 4m a i nw o r ko ft h ed i s s e r t a t i o n 8 c h a p t e r 2 p r o c e s sp o w e rf l o wa c c o m p a n y i n gw i t ha g c 9 2 1i n t r o d u c t i o n 9 2 2e l e c t r o t h e r m a lc o u p l i n gp o w e rf l o w 10 2 2 1h e a td y n a m i cp r o c e s sd e s c r i b eo fc o n d u c t o r 1 0 2 2 2e l e c t r o t h e r m a lc o u p l i n gp o w e rf l o wm o d e l 1 2 2 3p r o c e s sp o w e rf l o wa c c o m p a n y i n gw i t ha g c 1 2 2 4a l g o r i t h m 。1 4 2 5s i m u l a t i o na n a l y s i s 1 5 2 5 1c o m p u t a t i o nt i m es i m u l a t i o n 。1 5 2 5 2p r a c t i c a le x a m p l ea n a l y s i s 15 2 6s u m m a r y 19 c h a p t e r3 a u t o m a t i co p t i m a lp o w e rf l o wc o n s i d e r i n ga g c 21 3 1i n t r o d u c t i o n 2 1 3 2a u t o m a t i co p t i m a lp o w e rf l o w 2 2 3 3r e a l t i m eo p t i m a lp o w e rf l o w 2 3 3 3 1r e a l t i m eo p t i m a lp o w e rf l o wm o d e l 。”“2 3 3 3 2a l g o r i t h m 2 4 3 4s u m m a r y 2 5 c h a p t e r 4o n l i n ea p p l i c a t i o nf r a m ea n ds i m u l a t i o na n a l y s i s 2 7 4 1o n l i n ea p p l i c a t i o nf r a m e 2 7 4 2s i m u l a t i o na n a l y s i s 2 8 4 3s u m m a r y 。3 3 山东大学硕士学位论文 c h a p t e r 5c o n c l u s i o n sa n d e x p e c t a t i o n s 3 5 r e f e r e n c e s 3 7 a c k n o w l e d g e m e n t 4 3 p a p e r sp u b l i s h e da n d r e s e a r c hw o r k 4 4 山东大学硕士学位论文 摘要 目前电力系统有功调度、控制体系中，超前调度确定自动发电控制( a g c ) 机组的基值和参与因子后，在a g c 时间级，系统状态就完全由a g c 机组来把握， 由于是固定的控制模式，系统便失去了制约功能，存在调度失去主动性的间隙， 尤其是大量间歇性电源的接入使得这一时间级的潮流变动可能超越人们的把握。 因此，对a g c 机组动作过程中系统状态的监视，以及更短时间级优化调整a g c 机组的基值，对保证a g c 控制过程中系统的安全经济运行有着重要的理论意义和 现实价值。 针对自动发电控制过程中难以把握潮流状态的问题，本文在安全经济调度确 定a g c 机组基点和参与因子的前提下，依据考虑节点的超短期有功和无功负荷预 测方法及提供的节点分配因子，利用实时的a c e 信号规律，结合电热耦合潮流理 论和动态潮流思想，建立伴随a g c 机组控制过程的潮流模型和算法。通过实际算 例对过程潮流的模型和算法进行了验证，表明本文在跟踪自动发电控制过程中对 潮流状态的计算，是非常重要的。尤其是间歇电源的出现使需求规律波动难以预 料时，对输电线路温度变化实现跟踪，对系统安全性能的监视，乃至校正控制都 是有益的。 在过程潮流的基础上，计及自动发电控制规律，进一步提出自动优化潮流的 概念，建立了相应的模型，并对其在线应用框架进行了分析。自动优化潮流可以 为调度中心提供a g c 时间级内系统潮流状态的细致变化过程，并根据系统潮流状 态自动调整a g c 机组基点和参与因子，有机协调超前优化调度和自动发电控制， 保证a g c 时间级系统运行的安全性和经济性，整个过程全部自动完成，对提高电 网的自动化和智能化水平是有益的。 关键词：电力系统，自动发电控制，过程潮流，自动优化潮流，节点分配因子 山东大学硕士学位论文 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nc u r r e n tr e a lp o w e rd i s p a t c ha n dc o n t r o lh i e r a r c h yo fe l e c t r i cp o w e rs y s t e m t h eb a s e v a l u e sa n dp a r t i c i p a t i o nf a c t o r so fa g cu n i t sa r ed e t e r m i n e db ya d v a n c e dd i s p a t c h a f t e rt h a t ，i na g ct i m eh o r i z o nt h es y s t e ms t a t u sr e l i e so na g cu n i t so n l y s i n c et h e f i x e dc o n t r o ls t r a t e g y s y s t e mh a sl o s ti t sc o n s t r a i n tf u n c t i o n ，a n dp o w e rf l o w f l u c t u a t i o nm i g h tb e y o n do u re x p e c t a t i o n ，e s p e c i a l l yc o n s i d e r i n gt h ei n t e g r a t i o no fl a r g e a m o u n to fi n t e r m i t t e n te l e c t r i cp o w e rs o u r c e t h e r e f o r e i t ss i g n i f i c a n ta n dm e a n i n g f u l f o rt h es e c u r i t ya n de c o n o m i co p e r a t i o ni na g ct i m eh o r i z o nt om o n i t o rs y s t e ms t a t u s a c c o m p a n y i n gw i t ha g cp r o c e s sa sw e l la st oa d j u s tb a s ev a l u e sa n dp a n i c i p a t i o n f a c t o r so fa g cu n i t si nt h i st i m es c a l e i ti sh a r dt oh a n d l et h es y s t e ms t a t u si nt h ec o u r s eo fa g c e n l i g h t e n e db yt h ei d e ao f e l e c t r o t h e r m a lc o u p l i n gp o w e rf l o wa n dc o m b i n e dw i t ht h ec o n c e p to fd y n a m i cp o w e r f l o w ，an e wi d e ao fp r o c e s sp o w e rf l o wa c c o m p a n y i n gw i t ha g c i sp r o p o s e d ，ap r o c e s s p o w e rf l o ww h i c hi sd r i v e nb va c e t h i sp r o c e s sp o w e rf l o wi so nt h eb a s i so fb a s e v a l u e sa n dp a r t i c i p a t i o nf a c t o r so fa g cu n i t s d e t e r m i n e db ys e c u r i t ye c o n o m i c d i s p a t c h i n g a n do nt h eb a s i so fd i s c i p l i n eo ft h ec h a n g i n go fn o d a ld i s t i l b u t i o nf a c t o r a n dp o w e rf a c t o r p r o v i d e db ys u p e rs h o r tt e r ml p a df o r e c a s t i n g b yt h em e r i to ft h i s i d e a w ec o u l dh a n d l et h es y s t e ms t a t u sa n dt h ec o n t i n u o u sc h a n g i n gc o u r s eo f t r a n s m i s s i o nl i n et e m p e r a t u r e i no r d e rt or e a l i z et h i si d e a t h i sd i s s e r t a t i o nb u i l d s c o r r e s p o n d i n gm o d e la n da l g o r i t h m f i n a l l y as i m u l a t i o ni sc a r r i e do u tt od e m o n s t r a t e t h ev a l i d i t yo ft h em o d e la n da l g o r i t h mp r o p o s e di n t h i sd i s s e r t a t i o n w h i c hi n d i c a t e s t h a ti ti si m p o r t a n tt oh a n d l et h es y s t e ms t a t u si nt h ec o u r s eo fa g c ，e s p e c i a l l y c o n s i d e r i n gi n t e r m i t t e n te l e c t r i cp o w e rs o u r c e ，b e c a u s ei n t e r m i t t e n te l e c t r i cp o w e r s o u r c ew i l lm a k ei th a r d e rt of o r e c a s tt h el p a dc h a n g i n g b e s i d e s t r a c i n gt h ef l u c t u a t i o n o ft r a n s m i s s i o nl i n et e m p e r a t u r ei sb e n e f i c i a lt ot h es y s t e ms e c u r i t ym o n i t o r i n ga n d c o r r e c t i v ec o n t r 0 1 b yt h em e r i to fp r o c e s sp o w e rf l o wa n dc o m b i n e dw i t ha g cl a w ac o n c e p to f a u t o m a t i co p t i m a lp o w e rf l o wi s p u tf o r w a r d t h i sd i s s e r t a t i o ne s t a b l i s h e d t h e c o r r e s p o n d i n gm o d e la n da n a l y z e di t so n l i n ea p p l i c a t i o nf r a m e a u t o m a t i co p t i m a l p o w e rf l o wc o u l dp r o v i d ed i s p a t c hc e n t e rw i t hd e t a i l e dv a r i a t i o np r o c e s so fp o w e rf l o w s t a t u s ，c o o r d i n a t ea d v a n c e dd i s p a t c ha n da g co r g a n i c a l l ya n de n s u r et h es e c u r i t ya n d e c o n o m i co p e r a t i o ni na g ct i m eh o r i z o n t h ee n t i r ep r o c e s si sa c c o m p l i s h e d a u t o m a t i c a l l y w h i c hi sb e n e f i c i a lf o rt h ei m p r o v e m e n to fa u t o m a t i o na n di n t e l l i g e n to f p o w e rs y s t e m k e yw o r d s ：p o w e rs y s t e m ，a u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o n t r o l ，p r o c e s sp o w e rf l o w ， a u t o m a t i co p t i m a lp o w e rf l o w ，n o d a ld i s t r i b u t i o nf a c t o r i i i 山东大学硕士学位论文 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 社会发展对电力需求的改变是电力工业发展的根本动力，而技术的进步在此 过程中起到了关键性的推动作用。从1 9 世纪的由无到有、改革开放后的快速发展 到2 0 世纪末的逐步领先，我国电力工业发展迅速，为经济建设做出了巨大的贡献。 然而，进入2 1 世纪后，一方面随着人们生活水平的提高，生产生活中所使用精密 电器的日益增多，人们希望得到更为方便、便宜、质量良好的电能供应，并对环 境问题愈加重视，要求减少发电对于环境的破坏；另一方面，由于电力系统规模 的扩大，电力大规模远距离传输的频繁，使得电力系统的运行控制愈发困难，而 为了保证供电的质量、减少事故造成的停电损失，增加系统的供电冗余度几乎成 为唯一的选择，这又必然导致燃料利用效率的下降，与节能减排、降低电价的目 标相违背，可再生能源发电( 如风电、太阳能发电) 的加入虽然可以减缓传统化 石能源的消耗，减少温室气体的排放，但其自身的随机性、间歇性又会对系统的 运行控制造成负面影响。为了缓解和消除重重矛盾对电力工业的进一步快速发展 的制约，促进电力工业的和谐发展，国内外掀起了构建智能电网的研究热潮【l - 8 1 。 虽然对智能电网的概念目前还没有统一的定义，但是构建安全、经济且具有高度 智能化的电网无疑是人们的共识。 有功调度作为电力系统运行调度理论体系中的重要组成部分，直接关联电力 系统中的供需平衡，对电力系统的安全、可靠、经济运行有着不可替代的作用。 电力系统有功调度是个多维度、多层次、复杂系统工程的运筹学问题，其特点 及复杂程度决定了采用大系统理论的分解协调优化( 或称为递阶优化) 方法是简化 有功调度系统设计流程、提高系统运行效率的有效途径【9 l 。 按照有功调度时间尺度的长短，可将有功调度分为日前调度、超前调度与在 线调度三个组成部分【1 0 j3 1 。日前调度根据日负荷预报进行未来2 4 h 的机组组合，确 定机组的启停计划。而随着调度计划执行时刻的临近，由于实际运行条件与日前 调度所假设的运行条件会有所不同，超前调度根据超短期负荷预报对日前调度结 果进行进一步的修正，确定未来一段时间( 如5 m i n 1 0 m i n ) 内非a g c 机组的运行 山东大学硕士学位论文 方式，a g c 机组的基值、备用，以及在备用容许下应对波动的参与因子，并且始 终前瞻一定的时间窗口( 如3 0 m i n _ 1 h ) 。在线调度( 控制) 处于控制时间级，是 自动发电控锖l j ( a u t o m a t i cg e n e r m i o nc o n t r o l ，a g c ) 的执行过程。 在a g c 时间级，电网运行状态就完全由a g c 机组把握，由于是固定的控制模 式，把握状态的好坏与负荷预报精度有直接的关系。这样，一旦偏离人们的预想， 必然威胁电网运行的安全，同时也失去经济性和降低电能质量水平。 由于负荷预报的偏差以及负荷偶发性扰动，自动发电控制过程中系统频率出 现波动在所难免，尤其是随着间歇性能源发电( 如风电等) 量的不断增加，该频 率波动可能对电力系统的频率质量构成威胁。目前a g c 机组的基点和参与因子在 一段时间内都是不变的，由此自动发电控制失调的可能性就必然存在。显然，能 否更短时间内决策适宜的基点和参与因子，即更贴近实时的安全约束经济调度就 显得非常重要；另外，自动发电控制过程中对电网状态、输电元件潮流的把握也 显得十分有必要。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 电热协调理论 在实际运行环境中，电网输电能力主要取决于功角、电压和热载荷的限制， 且随着电网结构的不断完善和f a c t s 技术的应用，输电线路载荷越来越接近于其 热稳定极限。然而，目前输电线路的热极限在工程上一般通过输电线路允许通过 的最大载流量来反映，即通过导体的热平衡方程( h e a tb a l a n c ee q u m i o n ，h b e ) 将输电线路的热制约转换成电的制约，就是一般所称的静态热定值( s t a t i ct h e r m a l r m i n g ，s t r ) 和动态热定值15 1 ( d y n a m i ct h e r m a lr m i n g ，d t r ) 。它们都未实现 电与热物理耦合关系的直接处理，难以考虑载流量变化引起输电元件发热的动态 过程。 在d t r 基础上，文 1 6 1 7 提出了电力系统运行中的电热协调( e l e c t r o t h e r m a l c o o r d i n a t i o n ，e t c ) 概念和应用框架( 本文称电热协调理论) ，该理论计及了电和 热之间的物理耦合关系，将输电元件的载荷能力回归为本质的温度表示，进一步 丰富了输电元件载荷能力挖掘的手段，实现了静态和动态的统一。 电热协调理论使得输电元件的温度成为电力系统运行中一个状态量，必须对 2 山东大学硕士学位论文 计及电热耦合的潮流模型和算法进行研究，而微分形式的热平衡方程的引入使电 力系统的潮流计算变得复杂，针对这个代数微分方程联立求解问题，文 1 8 基于常 规潮流计算提出了计及电热耦合的潮流计算模型及算法，能够计算得到潮流状态 和温度的动态过程。电热耦合潮流是对常规潮流的扩展，将潮流计算推向一个时 间过程。它是一个断面( 空间、时间) 常规潮流在考虑输电元件温度变化时的连 续映射，因而能够反映一个时间段内电力系统潮流状态和输电元件温度的变化轨 迹。 1 2 2 面向过程的电力系统分析 传统的电力系统分析( 状态估计、潮流计算等等) 往往都是以点带面的形式， 以一个时间断面的状态来代替整个时段内系统的状态变化过程。随着电力系统自 动化和数字化程度的提高，如何从海量的数据中挖掘有用信息提供给运行人员参 考显得越来越迫切。有学者指出基于时间过程的电力系统分析是未来一段时间的 发展方向【1 9 - 2 3 1 。 文【1 9 】提出在电网控制中应该“基于量测，面向过程”，用模式刻画过程，为 决策层的评价与控制方案提供过程信息的支持。在该思想启发下，文 2 0 1 指出基于 单一时间断面的状态估计对系统状态的监视过于粗糙，提出了面向时间过程的状 态估计方法，借助传统状态估计算法估计出能够表征系统在一个时段上典型运行 特征的一组时间断面状态量，可作为全局控制的有效依据。 文【2 l 】给出了“过程”、“过程函数”以及“特征断面 的定义，将面向过程 的思想应用于电力市场的日前交易，用特征断面下的负荷作为日前交易的总负荷， 避免了每一时间断面的分析，减少了工作量。 文 2 2 1 研究了电力系统的时间过程特性，提出面向时间过程的基本原则与方 法，借助聚类分析技术，对典型日进行时间过程的划分与特征模式的提取，将面 向时间过程的思想应用于n 1 静态安全分析。 文【2 3 针对配电网分析与优化中数据信息和计算量大，计算效率不高的问题， 基于时间过程特征状态的概念，提出了面向时间区间的配电网静态重构与动态重 构算法，有效降低了重构问题所需的计算量。 虽然同样是面向过程的分析，文 1 9 2 3 与文【1 8 的侧重点是不同的。前者的焦 点是放在一个时段的特征断面的提取上，用特征断面来反映该时段的系统整体运 3 山东大学硕士学位论文 行水平，克服传统选取断面方法所固有的缺陷，但究其本质，仍然是“以点带面” 的形式，只不过其选取的断面更为科学合理。而文 1 8 n 重的是用潮流计算得到一 个时间段内系统状念随时间的连续变化过程，得到的是系统潮流状态的变化轨迹。 1 2 3 动态潮流 电热耦合潮流在每个时间断面上仍然是常规的潮流计算，由于数值计算的原 因，需要人为指定一个平衡节点，系统所有的不平衡功率都由该平衡节点来承担， 这显然是不符合系统实际状况的。实际情况是，当系统中出现不平衡功率时，系 统中有备用容量的机组会根据自身的调节特性或者设定的控制策略改变输出功 率，共同分摊这部分不平衡功率。当不平衡功率较大时，常规潮流计算往往会出 现收敛困难的问题，而且计算结果也会与电网实际状态有较大偏颇。对此，不少 学者展开了动态潮流的研究。 不平衡功率的计算是动态潮流算法的核心，由于总损耗在潮流计算前是未知 的，因此动态潮流计算过程中无法得到准确的不平衡功率，只能通过近似或迭代 的方法来获取。围绕不平衡功率的计算，文 2 4 】提出了三种计算方法：静态算法、 准动态算法和动态算法。静态算法只计算一次不平衡功率，迭代过程中损耗认为 是不变的；准动态算法每次都取上次迭代时的损耗来计算不平衡功率；动态算法 在每次迭代过程中都对损耗进行修正。实际上，后两种方法的计算结果相差甚微。 动态潮流中另外一个需要处理的问题就是不平衡功率的分配。根据分析问题 的不同，动态潮流不平衡功率的分配方法主要有三种：第一种是在运动方程中只 计及转子加速的影响，根据发电机的转子转动惯量按比例分配不平衡功率；第二 种是认为各机组的过渡过程已趋于结束，各机组按照各自的频率特性系数比例分 摊不平衡功率；第三种是在更长时间级考虑经济性，按照a g c 机组的参与因子分 摊不平衡功率。文 2 5 】分析比较了前两种分配方法的分配原理，在此基础上得到了 其各自所使用的范围及条件。为解决以往动态潮流中存在系统出现大的功率缺额 时潮流无法解算的问题，文【2 6 提出了一种短时间步长的动态潮流方法，既考虑发 电机转子加速的影响，又考虑频率的一次调节作用影响，根据转子运动惯量和节 点特性系数共同分摊不平衡功率。 动态潮流算法在处理无功功率上仍然沿袭了常规潮流的做法一发电机节点电 压幅值固定，缺少使电压在一定范围内自动调整无功的能力。文 2 7 1 提出一种联合 4 山东大学硕士学位论文 动态潮流算法，通过有功和无功的联合调整以获得更合理的潮流结果。 文 2 8 】将动态潮流模型应用于经济调度，避免了基于常规潮流的经济调度需要 指定平衡节点所带来的弊端，新的经济调度模型能够同时优化得到发电机的基值 与参与因子。 动态潮流的应用目前还主要局限在调度员培训仿真系统中【2 9 。，尚没有得到 实时的应用。动态潮流从本质上来说，仍然属于静态的范畴，其焦点在于单时间 断面上多平衡节点的处理，并没有真正随时间“动起来”。 1 2 4 自动发电控制 自动发电控制是电力系统的二次调频过程。当负荷波动造成频率偏离额定值 时，系统的一次调频首先作用，发电机的调速器根据设定的调差系数改变发电机 的输出功率。一次调频是实时的控制过程，响应时间较快，一般数秒内完成。由 于一次调频并没有作用于锅炉的燃烧系统，只是利用锅炉的蓄热暂时改变发电机 的输出功率，因而一次调频无法维持很长的时间，一般只有3 0 s 至u 2 m i n 。而且，一 次调频是有差的，当一次调频结束后系统仍然会存在频率偏差。这时，自动发电 控制会根据系统频率偏差和联络线功率偏差计算目标出力，按照给定的基值和参 与因子自动调整a g c 机组的输出功率，从而实现频率的无差调节，保证系统频率 和联络线传输功率维持在给定值。 自动发电控制是电力系统调度自动化实现的核心和基础 3 2 - 3 5 1 ，目前已经达到 成熟的地步，在各大电网肩负强有力的作用【3 6 。3 9 1 。按照控制方式的不同，自动发 电控制可以分为定频控制、定联络线功率控制和联络线频率偏差控制，控制方式 不同，区域控制偏差( a r e ac o n t r o le r r o r ，a c e ) 的计算方法也不同。 随着互联电力系统的发展，原有a g c 控制性能的评价标准己经不再满足要求， 1 9 9 6 年北美电力可靠性委员会( n e r c ) 提出c p s 标准，取代原来的a 系列标准。 文 4 0 对a 系列标准和c p s 标准的评价机理进行了深入的分析，指出a 系列标准没有 体现对频率质量的贡献，机组调节过于频繁，加大了机组磨损，而且事故情况下 不利于互联区域之间的相互支援。相对于a 系列标准，c p s 标准基于统计学理论， 考察控制区域的长期表现，更加科学合理。文 4 1 对采用c p s 标准进行评价的准确 性进行了研究，对深入剖析c p s 标准提供了有力佐证。 改善a g c 的控制性能，思路无非有两种。一种是通过对控制器的改进【4 2 - 4 4 来 丐 山东大学硕士学位论文 改善频率的动态特性。上世纪中期，k i r c h m a y e r 针对互联系统，基于经典控制理论， 研究t p i 控制方式【4 2 1 。p i 控制器设计简单，鲁棒性好，目前a g c 的控制器大多仍 是采用该控制方法。文 4 3 】设计了一种泛化的神经网络控制器，获得了比p i 控制器 和普通神经网络控制器更好的控制效果。文 4 4 禾1 j 用遗传算法优化控制器的增益系 数以改善频率的暂态响应过程，从而提高a g c 的控制性能。 另一种提高a g c 控制性能的思路就是改进其控制策略，提高发电跟踪负荷的 能力，不少学者在此方面做了大量的研究。将超短期负荷预报用于自动发电控制， 实现a g c 的超前控制，可以使a c e 的变化幅度减小，减少a g c 控制命令的下发次 数【4 5 , 4 6 】。水电a g c 机组的响应能力和调节速度都明显优于火电a g c 机组，对于频 率的快速恢复有极其重要的作用，如何充分利用有限的水电资源，协调水火电a g c 机组就显得十分重要。文 4 7 1 设计了基于超短期负荷预测的火电机组a g c 超前控制 策略，与基于a c e 控制的水电机组a g c 相配合，实现了水火电a g c 机组的协调控 制。以往的超前控制中负荷预报没有计及负荷的功频特性，而且没有考虑计划机 组的控制误差，文 4 8 提出多时间尺度协调的a c e 超前控制方法，通过不同时间尺 度内计划机组、协调机组和a g c 机组的协调，保证了a g c 机组的调节容量，提高 系统的c p s 指标。针对中国互联电网的特点，文 4 9 提出了基于联络线频率偏差控 制模式下的网省调自动发电控制分层控制与协调技术，以及在c p s 考核标准下的控 制策略。文 5 0 在对比了a 系列标准与c p s 标准下a g c 调整幅度的基础上，提出了 满足c p s 标准要求的预测控制与即时控制两类控制策略，在工程上易于实现。基于 c p s 标准，上海电网通过分析实验，提出了“基于频率变化的a g c 控制策略”及 “a g c 机组集群控制模式等方法和思路【5 1 1 ，提高了a g c 运行水平及c p s 考核水 平。 然而，传统的自动发电控制没有制约功能，无法保证控制过程中的安全问题， 例如输电线路安全等。文 5 2 提出安全经济自动发电控制模型，用微增的最优潮流 模型替代传统的负荷分配模块，采用快速计算方法之后，可以胜任实时应用，从 而保证了自动发电控制过程中系统运行的安全性和经济性。然而，该模型依赖大 量的实时量测，对实时状态估计器的计算速度提出了很高的要求，尤其是关键线 路数据较多时，限制了其实际应用。 6 山东大学硕士学位论文 1 2 5 节点负荷预报 对于a g c 时间级的潮流计算，之所以没有这方面的研究，其难点在于节点负 荷难以获取，虽然a c e 能够反映系统负荷的波动情况，但是各个节点的负荷波动 是未知的。如果能够把握总体负荷和节点负荷的牵制规律，那么a g c 控制过程的 潮流跟踪将成为可能。节点负荷预报正是基于这样一个思路实现的。 系统负荷预报目前已经比较成熟【5 3 】，然而由于缺乏长期的统计数据，节点负 荷预报不能像系统负荷预报一样利用统计方法直接进行预报【5 4 1 。电力系统中各节 点是相互联系的有机体，如果将他们之间的牵制规律割裂开来单独进行节点负荷 预测，其精度将大为降低，文 5 5 1 对此进行了论证。 电力系统根据电压等级不同可以分为不同电网层次，不同层次反映不同的负 荷变化规律，低层系统负荷变化规律会渗透到高一层中去，高一层系统的规律也 可以还原到低层系统负荷中来。不论分析哪一层节点负荷，都应该抓住全网有功 负荷总量的规律性和层间、层内等相关信息的规律性。文 5 6 1 根据这一思想，利用 系统有功功率负荷总量和节点参数量( 节点分配因子和节点功率因数) ，提出计 及节点的超短期有功功率和无功功率负荷的预测方法，此文实践表明，有较好的 效果。 1 3 目前存在的问题 由于受到数据采集、传输、处理及程序计算时间等实际条件的限制，目前状 态估计或者潮流计算往往都是5 分钟( 甚至更长的时间) 才进行一次，在a g c 机组 动作过程中系统潮流状态无法观测。而目前由于化石燃料的枯竭，风电等间歇性 电源大量引入，使得a g c 时间级系统状态波动加剧，有必要对这一时间级的系统 状态进行跟踪。 此外，在目前有功调度体系中，超前调度确定了a g c 机组的基值和参与因子 之后，在下一次超前调度来临之前，它们是固定不变的。可见，在两次超前调度 之间，系统的状态就完全由a g c 机组来把握，而且a g c 没有制约功能，执行过程 中不能保证输电线路安全，使得调度存在失去主动性的间隙。 7 山东大学硕士学位论文 1 4 本文主要工作 8 在安全经济调度确定的a g c 机组的基点、参与因子，以及超短期负荷 预报提供节点分配因子和功率因数变化规律的基础上，在电热耦合潮 流理念引导和启发下，结合动态潮流概念，提出了伴随a g c 过程中， 随区域控制偏差信号驱使的，过程潮流计算的思想，由此建立相应的 模型以实现上述思想。 提出适合在线应用的过程潮流的快速计算方法。针对过程潮流计算量 大，求解复杂的特点，通过避免常规的平启动以及迭代过程中潮流和 温度的解耦处理，简化模型，提高求解效率，并通过实际系统算例验 证过程潮流模型与算法的正确性和有效性。 在过程潮流的基础上，进一步提出自动优化潮流的概念，建立了相应 的模型，并对其在线应用框架进行了分析。该模型在a g c 时间级，协 调考虑了发电费用和频率质量，以线路传输功率限制和机组爬坡限制 为约束条件，自动地优化a g c 机组的基值，打破以往固定的控制模式， 渗透调度的主动性，协调系统运行的安全性与经济性。 、，、，、， l 2 3lll 山东大学硕士学位论文 2 1 引言 第二章伴随a g c 机组控制的过程潮流 自动发电控制是电力系统调度自动