（电力系统及其自动化专业论文）电网未来方式研究和安全校核—agc控制优化.pdf

a b s t r a c t f o ral o n gt i m e ，t h ea 1 a 2s t a n d a r d si n s t i t u t e db yt h en o r t ha m e r i c a np o w e rs y s t e m r e l i a b i l i t ya s s o c i a t i o n ( m r c ) p l a ya i m p o r t a n tr o l ei nt h ei n t e r c o n n e c t e dp o w e rs y s t e m o p e r a t i o nc o n t r o l ，t h ea g cc o n t r o ls t r a t e g y ( ac o n t r o ls t r a t e g y ) a d a p t e dt ot h ea 1 a 2s t a n d a r d s h a sb e e nv e r ym a t u r i t y b u ta f t e rac e r t a i np e r i o do ft i m es c b e d u l i n gr e a l t i m ec o n t r o lo p e r a t i o n ， i t si n h e r e n td e f e c t sa r i s i n gf r o mt h ea d v e r s ee f f e c t so fg r a d u a l l yh i g h l i g h t s ，h a sa f f e c t e d t h ep o w e rg r i di m p r o v e m e n to ft h eq u a l i t yo ff r e q u e n c i e s ，m a k i n gt h ep o w e rg r i di n t e r c o n n e c t i o n d i f f i c u l tt ob r i n gi n t of u l lp l a yt h ea d v a n t a g e s i n1 9 9 6 n e r cl a u n c h e dt h ec p s ( c o n t r o l p e r f o r m a n c es t a n d a r d ) c o n t r o lp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o nc r i t e r i a , a n di n1 9 9 8b e g a nt h ef o r m a l i m p l e m e n t a t i o n c p ss t a n d a r dc r i t e r i at oo v e r c o m et h e d e f i c i e n c i e so fas e r i e so fs t a n d a r d c r i t e r i a i th a sn o t a b l et h ea d v a n t a g e si nt h eg r i df r e q u e n c yt om a i n t a i nq u a l i t ya n dr e d u c e u n n e c e s s a r yr e g u l a t i o na n dt oe v a l u a t et h ec o n t r i b u t i o no ft h ec o n t r o la r e ao ft h ei n t e r c o m - n e c t i o np o w e rg r i do nt h eq u a l i t yo ft h eg r i df r e q u e n c y d o m e s t i cc o n t r o ls t r a t e g yo f t h ec p ss t u d yb e g a ni n2 0 0 0 。i nr e c e n ty e a r sh a s 皿a d e c o n s i d e r a b l ep r o g r e s sa n di na c t u a lo p e r a t i o na n de v a l u a t i o no fa g ct op l a yac e r t a i nr o l e b u ts of a r ，s t u d i e si nt h i sr e s p e c th a v en o tc o m p l e t e l ys h a k eo f ft h es h a c k l e so ft h eac o n t r o l s t r a t e g y ，t h em a j o r i t yf 0 1 l o w st h eac o n t r o ls t r a t e g y ，b u tad i f f e r e n td e g r e eo fi m p r o v e m e n t c a nn o ts u b s t a n t i a l l yi m p r o v ec p si n d i c a t o r s i tc a r ln o tf u l l yr e f l e c tt h em u t u a ls u p p o r tb e t w e e n t h ea g cc o n t r o la r e ai nt h ei n t e r c o n n e c t i o np o w e rg r i d o nt h eo t h e rh a n d ，a st h e s i z eo ft h ep o w e rs y s t e m ，a sw e l la s s o m ef o r e i g ni n c r e a s i n g o c c u r r e n c eo fm a j o ra c c i d e n t s ，p o w e rs y s t e ms e c u r i t yi s s u e s & r em o r ee x t e n s i v ea t t e n t i o n i n r e c e n ty e a r s 。t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ee l e c t r i c i t ym a r k e tm a k e sp o w e rn e t w o r ks e c u r i t yh a s b e c o m ee v e nm o r ea r d u o u s f o rt h e s er e a s o n s ，t h i sp a p e rp r e s e n tt h ee x i s t i n ga g cc o n t r o ls t r a t e g yo p t i m i z a t i n n p r o g r a m s ，r e s e a r c ha n di m p l e m e n ts t a n d a r d so ft h ea g cc o n t r o ls t r a t e g ya d a p tt oc p s ( c p sc o n t r o l s t r a t e g y ) a tt h es et i m e ap r a c t i c a la p p l i e dv a l u eu n i ta g cc o n t r o lm o d ei sp r e s e n t e d c o n s i d e r i n gt h ec o n d i t i o n so ft h ee l e c t r i c i t ym a r k e t ：a n ds e c u r i t yc o n s t r a i n t ss c h e d u l i n gp o s e 8c l o s e d - l o o ps y s t e mw i t ha g c i th a sb e e na c h i e v e dg o o dr e s u l t si n t h ep r e v e n t i o na n dc o r r e c t i o n o ft h es t a b i l i t yo v e r - l i m i tp r o b l e m t h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o no fo p t i m i z e da g cc o n t r o ls y s t e mi nj i a n g s up o w e rg r i di n d i c a t e s ： n o to n l yf u r t h e re n h a n c e dt h ej i a n g s up o w e rg r i dc p si n d i c a t o r s m o r ee f f e c t i v ec o n t r o lo ft h e n oi n t e n t i o no fe l e c t r i c i t ye x c h a n g e ，a c h i e v i n gg r e a t e re c o n o m i cb e n e f i t s ，b u ta l s oc r e a t i n g f a v o r a b l ec o n d i t i o n sf o rj i a n g s up o w e rg r i da g ca d a p tt ot h ed e v e l o p m e n to fr e g i o n a le l e c t r i c i t y m a r k e to fe a s tc h i n ap o w e rg r i d k e y w o r d ：p o w e rs y s t e m ，a g c ( a u t o m a t i o ng e n e r a t i o nc o n t r 0 1 ) ，c p ss t a n d a r d ，s e c u r i t yc o n s t r a i n e d s c h e d u l i n g ，c o n t r o lo p t i m i z a t i o n 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它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。 研究生签名：i 筮迓e t 期：生! 笪! ：夕 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：i 玺鲤导师签名：j 墨型! ：日期：z 坐竺 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 自动发电控制( a g c ) 技术是维持电力系统发电与负荷实时平衡，保证电力系统频率质量和安 全运行的重要技术手段。1 9 9 4 起，华东电力系统通过深入研究联合电网条件下a g c 技术应用问题， 开始全面推进a g c 技术应用。1 9 9 8 年，华东电网开始按北美n e r c 的a 1 、a 2 标准对全网各省市 进行a g c 考核。经过几年的实践，a i 、a 2 标准的缺陷逐步显现，影响了电力系统频率质量的进一 步提高。1 9 9 6 年，n e r c 推出了c p s 控制性能评价标准i x l 。华东电网经过跟踪研究c p s 标准，于 2 0 0 1 年开始在全网推行c p s 标准 2 1 。 为满足c p s 考核，各省市采取了各种措旖，对各自的a g c 控制系统进行了改进。但当时的改 进方案普遍采用了设定控制输出的条件，减少控制行动的方法来适应c p s 标准的实施，基本没有改 变原来的a g c 控制策略9 叫。 随着近几年c p s 标准在华东电网的实施。全网频率质量保持在较高水平，各省市的c p s 指标也 逐年提高。但华东电网对省市的考核也逐年严格，每年都对频率响应系数( k 系数) 和频差均方根 ( e 参数) 进行调整，省市的a g c 控制越来越困难，指标问的竞争日益加剧，如表1 1 、表1 2 所 示。 表1 1华东电网a g c 参数一览 频率响应系数k ( 删i i z )十分钟a c e 平均值控制目标l d 或l 1 0 频差均方根 执行起始日 1 0 分钟1 分钟 上海 江苏 浙江 安徽 福建 直属 上海江苏 浙江安徽 福建 1 e1 0 2 0 0 i 1 0 1 0 1 9 0 01 2 8 08 6 05 0 08 1 06 57 86 44 90 0 3 50 0 2 0 2 0 0 2 0 4 0 1 9 0 01 4 6 08 9 06 5 08 0 06 86 66 75 7 o 0 3 3 0 0 2 0 2 0 0 3 0 6 0 1 1 0 0 0 1 7 6 01 1 3 07 1 06 0 0 7 19 5 7 66 00 0 3 10 0 1 9 2 0 0 4 0 i 0 1 7 0 06 4 2 0 0 4 0 4 0 1 1 1 4 02 2 3 01 3 6 07 7 01 0 0 08 0 08 61 2 09 47 08 00 0 3 00 0 1 8 2 0 0 5 0 4 0 1 1 4 0 02 9 7 01 6 9 09 4 01 1 3 04 0 09 91 4 51 0 98 l8 90 0 2 80 0 1 7 4 2 0 0 6 0 4 0 i 1 6 3 04 0 3 0 2 0 9 0 1 1 9 01 3 9 04 0 01 1 71 8 41 3 31 0 01 0 8 0 0 2 8 0 0 1 7 注：2 0 0 1 1 0 1 开始实行c p s 标准。 东南大学工程硕士论文 表1 2近几年江苏省c p s 指标及其与华东各省市平均指标的对比( ) 江苏华东各省市平均值指标偏差 年度 c p s lc p s 2c p s lc p s 2c p s lc p s 2 2 0 0 3 1 7 4 0 l1 3 2 6 4 4 1 3 7 2 0 0 4 1 6 4 6 s 9 7 5 31 4 8 2 69 4 41 6 4 23 1 3 2 0 0 51 6 7 7 89 8 1 91 5 4 4 59 6 3 51 3 3 31 8 4 注：指标偏差= 江苏指标一华东各省市平均值 对江苏电网而言，参与a g c 调节的机组全部都是火电机组。响应速度、调节速率、调节容量等 受机组特性影响十分明显，c p s 指标在达到一定水平之后再难以有明显的提高。另一方面，江苏电 网虽然近年来发展迅速，但北电南送的格局并未改变，实际运行中电能的输送断面存在经常超限额 运行的情况，因此保证系统安全运行，特别是对重要断面的潮流的控制，变得更加艰巨。 因此必须对现有a c , c 控制策略进行优化，充分发挥c p s 标准的优势，合理利用e m s 中安全约 束调度功能提供的分析结果，保证互联电网的安全、稳定、优质运行。 1 2a g c 控制优化综述 自动发电控制( a g c ) 根据系统负荷的变化调节发电机组的有功出力，维持系统频率和区域问 净交换功率为计划值，具备恒定频率( f f c ) 、恒定联络线交换功率( f t c ) 和联络线功率与频率偏 差( t b c ) 三种控制方式。华东网调a g c 控制方式采用f f c 方式，各省市a g c 控制方式采取t b c 方式。 截止2 0 0 6 年1 2 月，江苏电网装机4 7 1 7 6 5 m w ；a g c 机组容量3 7 3 3 3 8 m w ；a g c 可调容量 1 5 2 0 1 m w ；a g c 可调容量占总装机容量的3 2 3 3 。江苏电弼参与a g c 实时调节的机组全部为火电 机组。为了保证系统频率和联络线交换功率保持稳定，参与a g c 调节的机组功率调节相对过于频繁； 由于火电机组的特性，机组普遍存在上升快、下降慢，响应速率不高的问题。系统在夜间低谷时段 调节手段缺乏，白天高峰时段又可能造成断面过载等情况，调节效果并不十分理想。 随着各省市a g c 调节经验和c p s 控制运行经验的累积，各省市的指标在逐年提高的同时，差 距也逐渐缩小。而华东网调对省调的考核却日益严格。 针对实际运行中的问题与困难，在几年运行经验积累下，虽然调度员能够通过设置机组可调范 围、设置机组的不同调节模式等人工手段来减少机组的频繁调节，但对于c p s 指标的提高却帮助有 限；且随着电网规模的日益扩大，江苏电网北电南送的格局并未打破，在实时运行中合理解决断面 过载问题是一个迫切需要解决的问题。同时，电力工业市场化改革的日益深入也对系统在运行中保 证安全和发挥最大输送能力提出了更高的要求。 2 箜二皇堡堡 本项目正是基于上述原因，通过深入分析a g c 的c p s 标准及华东电网c p s 考核办法的特点， 优化a c r c 控制策略，并引入安全约束调度结果实现稳定断面的预防与校正控制，在保证系统安全， 切实解决实际运行面临的闯题的前提下，以进一步提高c p s 指标，控制无意交换电量，为江苏省电 力公司争取更大的经济效益。 在本项目实施过程中，对如下技术问题进行了深入研究，并完成o p e n - 3 0 0 0 系统a g c 软件的 升级： ( 1 ) 研究并开发了适应c p s 标准的a g c 控制策略，主要包括： a 在a g c 区域调节需求( a r e ar e g u l a t i o nr e q u i r e m e n t ，a r r ) 中引入了c p s 调节功率分 量： b 在区域控制偏差( a c e ) 和频率偏差( f ) 构成的运行平面上，由最小支援力度线和最 大支援力度线共同确定a g c 理想运行区域，据此确定c p s 调节功率分量的大小； c 通过将理想运行区域沿a c e 轴方向左右平移的方法，来协调( ；p s i 和c p s 2 指标两个控 制目标之间的矛盾； d 根据区域调节需求( a r r ) 而非a c e 来划分a g c 调节区域。 ( 2 ) 研究制定了a g c 辅助调节的措施，主要包括： a 根据有利于c p s l 原则来确定a c e 积分分量、无意电量校正和交换计划偏置，协调与c p s i 指标之问的矛盾； b 利用超短期负荷预计结果获得自动计划偏置，实现了a g c 的超前调节； c 根据江苏电网机组普遍上升快、下降慢及华东电网频率平均偏高的特点。在a c e 及c p s 调节功率中引入了频率偏移分量。 ( 3 ) 研究并实施电力市场环境下机组a g c 控制模式，确定电力市场环境下a g c 机组的基点 功率。 ( 4 ) 针对运行中矛盾最为突出的稳定断面的越限问题，充分利用e m s 系统o p e n 3 0 0 0 中已具 备的高级应用软件( 安全约束调度) 的功能，实现a g c 与安全约束调度的闭环控制，从而合理有 效的调节机组预防，校正运行中的断面越限问题，实现系统安全稳定的闭环控制。这一功能的实现， 为缓解系统实时运行中的断面越限的突出问题起到了积极作用。 1 3a g c 控制优化研究的意义 保证电网安全稳定运行、连续可靠供电是电网经营企业的重要职责。电网调度部门虽然事先制 定了发、受电计划，但实时运行中为了保证用户的电力需求和系统频率质量，仍然需要对发电机组 进行功率调节。a g c 控制可以实现对机组功率的自动调节，保证频率与联络线功率维持在要求的范 围内，是保证电力系统频率质量和安全运行的重要技术手段。在电力系统实时运行中，a o c 功能的 投入已经为提高调度自动化水平，实现系统安全优质运行，保证电网频率质量做出了巨大贡献。 然而随着电力系统规模的日益发展扩大，电网运行中的安全性问题，尤其是联网的大区电网， 3 查壹查兰三堡堡主堡兰 与经济性问题矛盾日趋突出，伴随华东电网对省市电网的c p s 考核要求日渐提高，现有控制策略已 无法满足实际运行的需要。因此，对c p s 标准进行深入研究，充分考虑实时运行存在的安全性问题， 实现系统的安全优质运行，是当前的迫切要求。针对a g c 进行c p s 标准的控制策略研究，将使省 级电网对联网的大区电网的支援更有力、更合理。 电力工业的市场化改革，对电网实时运行的安全性提出了更高的要求。在a c _ r c 机组控制模式中 研究电力市场模式，为a c , - c 控制系统适应今后的市场化运行奠定了基础。在电力市场环境下电网的 调度生产过程中，无论是制定发电计划还是实时运行过程，电力系统出现潮流越限的情况是不可避 免的。电力系统大区互联和市场竞争机制的不确定性更增加了潮流越限发生的可能性。在a c - c 控制 时引入安全约束调度结果，可以将安全约束调度提出的解除输电系统潮流越限的合理方案直接作用 于a g c 控制机组，使a g c 调节更为合理和科学。 总之，对a g c 控制系统在控制策略、辅助服务、机组模式，以及对稳定断面的越限和校正控制 等方面的优化，是提高c p s 指标。限制越限断面潮流，解决系统运行中安全性和经济性矛盾突出的 有效手段。 1 4 本文主要工作 a g c 是能量管理系统( e m s ) 的重要组成部分，是保证电力系统频率质量和安全运行的重要技 术手段。本文研究的目的就是要在实际生产运行中使a g c 调节更为合理，适应电力市场发展需要， 加强e m s 应用软件的实用化应用水平。 本文从a g c 控制策略本身的改进，机组控制模式的完善，在a g c 实时控制中如何实现潮流稳 定断面越限的预防和校正控制等方面入手，详细阐述了a g c 控制优化所涉及的内容和对实际运行带 来的改进。 本文主要完成了以下工作： 1 ) 介绍a c r c 的基本概念，华东电网a c r c 考核概况，江苏电网a g c 调节现状，开展a g c 控 制优化的重要意义。 2 ) 阐述了c p s 标准下的a g c 控制策略改进。对c p s 标准和a 系列标准进行详细比较，并结 合实际运行情况，对控制策略中的比例分量、积分分量进行了综合考虑，提出了改进后的区域调节 器求的计算与a g c 调节区域划分的方法。 3 ) 研究了a g c 的辅助调节措施。针对控制策略中的有关参数进行研究，确定如何正确设置a c e 积分分量、无意电量校正和交换计划偏置的方法，总的原则是对c p s i 指标有利，协调与c p s i 指标 之间的矛盾，并尽量减少无意交换电量。 4 ) 探讨了电力市场环境下机组a g c 控制模式。随着区域电力市场改革日益深入，提出一种电 力市场环境下机组的a g c 控制模式。其要点是根据当前运行负荷修正机组发电计划，以修正过的发 电计划作为机组的基点功率进行a g c 的运行控制，即机组尽量在其发电计划周围运行。详细分析了 4 兰二兰堕丝 参与市场模式的所有a g c 杌组的总基点功率与参与市场模式单个a g c 机组基点功率的算法。 5 ) 研究了利用安全约束调度实现a g c 控制中对稳定断面越限的预防和校正控制的方法。对潮 流断面越限的预防控制和校正控制方法分别进行了讨论。对基于灵敏度的反向等量配对法、原一对 偶内点算法，以及两种算法综合的混合算法进行了分析和比较。 5 东南大学工程硕士论文 2 1 引言 第二章c p s 标准下的a g c 控制策略改进 长期以来，北美电力系统可靠性协会( n e r c ) 制订的a 1 a 2 标准在互联电网的运行控制中发 挥了重要的作用，适应于a l i a 2 标准的a g c 控制策略( 简称a 控制策略) 也已经成熟与完善。我 国自上世纪9 0 年代中期起便对北美电力系统可靠性协会( n e r c ) 制订的a 1 a 2 标准进行了深入研 究，并逐渐在互联电网的运行控制中投入使用。适应于a l i a 2 标准的a g c 控制策略( 简称a 控制 策略) 在我国互联电网的实际运行控制中发挥着重要的作用。经过一定时期的调度实时控制运行后， a 控制策略的固有缺陷所产生的不利影响逐渐突显。已经影响到电网频率质量的进一步提高，使得 大电网联网的优越性难以充分发挥。 1 9 9 6 年，n e r c 推出了c p s ( c o n t r o lp e r f o r m a n c es t a n d a r d ) 控制性能评价标准，并于1 9 9 8 年 开始正式实施。国内对c p s 控制策略的研究近几年取得了相当大的进展，并在a g c 实际运行和考 核中发挥了一定作用。c p s 标准克服了a 1 a 2 标准的缺陷，在实现频率的控制目标；减少不必要的 调节命令，改善机组的运行条件；对各控制区对电网频率质量的功过评价等方面有着显著的优越性。 但这方面的研究工作没有完全摆脱a 控制策略的束缚，大部分沿用了a 控制策略，只是进行了程度 不同的改进，无法大幅度地提高c p s 指标，不能充分体现互联电网各a g c 控制区之间的相互支援。 本章内容正是通过介绍a 1 a 2 标准和c p s 控制性能评价标准，分析c p s 标准的优越性，对c p s 标准和a 系列标准进行详细比较，结合实际运行情况，对c p s 控制策略中的比例分量、积分分量进 行了综合考虑，详细介绍了改进后的区域调节需求的计算与a g c 调节区域划分的方法，从而实现真 正意义上的c p s 标准下的a g c 控制策略。 2 2a 1 、a 2 标准与c p s 标准简介 2 2 1a 1 、a 2 标准 a l 、a 2 标准是n e r c 早期推行的控制标准，建立在经验基础上，其本质是一种控制方法。这 一标准的最终目标就是各控制区通过执行a 1 、a 2 标准，使a c e ( 区域控制偏差) 始终接近于零， 从而保证用电负荷、发电计划、区域间实际交换功率三者之间的平衡。 2 2 1 1 a 1 、a 2 标准的内容 a 1 标准：控制区域的a c e 在任意1 0 分钟内必须至少过零一次。对于华东电网，网调在考核各 省市电网时规定：将每小时分成6 个l o 分钟的时段，在每个时段内控制区域的a c e 必须至少过零 一次。 a 2 标准：控制区域的a c e 十分钟平均值必须控制在规定的范围厶内。 6 第二章c p s 标准下的a g c 控制策略改进 2 2 1 2 华东电同a 1 、a 2 标准的考核办法 ( 1 ) 考核以1 0 分钟为一个区间； ( 2 ) 1 0 分钟内平均功率小于给定值厶且过零一次即为合格 ( 3 ) 当考核区间内a c e 过零时，其偏离允许范围的积分电量按相应时段集团公司统销电价的 0 5 倍加收费用； ( 4 ) 若考核区间a c e 并未过零，则其偏离允许范围的积分电量，按相应时段集团公司统销电 价的l 倍加收费用；未超出允许范围部分，按o 2 5 倍加收费用； 由a l 、a 2 标准的内容和华东网调对各省市调的考核条款分析可以发现，为了保证a 1 标准下的 a c e 合格率，就必须在l o 分钟的考核区间内使a c e 平均值小于给定的厶且至少过零一次，这样必 然造成对发电机组的无谓调节；同时，a c e 的不断过零和反复波动反而引起整个电网频率的反复波 动，并没有体现其对电网频率质量的贡献：在事故情况下，若网调未及时进行交换计划修改，那么 未发生事故的区域电网为了保证其自身的合格率，必然无法及时对电网进行事故支援。互联电网的 优越性得不封充分发挥。 2 2 2c p s 标准 鉴于a 1 ，a 2 标准在实际控制运行中存在的缺陷，n e r c 于1 9 9 6 年提出c p s 标准，并于1 9 9 8 年开始正式实旅。c p s 标准建立在a c e 对系统频率的影响的理论基础之上，它区别于a l 、a 2 标准 的重要标志就在于c p s 标准规定的是a c e 对频率影响的控制目标，而不是一种控制方法。 2 2 2 1 c p s 标准的内容 c p s 标准与a 1 、a 2 标准相类似，也分为两个考核目标： 1 ) c p s l ：要求 彳阳p 榭 ( a c e a 日一m 1 0 k i ) x a f a 日一m 】砰 ( 2 1 ) 4 坎乙“【似c 幺m 一曲1 0 k i ) x a f a 镕痂】1 ( 2 - 2 ) 式中：a v g ，【】为对【】中的值求平均值：a c e m r 曲为1 分钟a c e 的平均值，一般要求2 秒钟采集一次取平均值，单位为m w ：a f a 眄一m1 分钟频率偏差的平均值，要求1 秒钟采集一次取 平均值，单位为h z ；k 为控制区域的频率调节系数，单位为m w 0 1 h z ；f l 为互联电网对全年1 分钟频率平均偏差的均方根的控制目标值。这是一个全网统一的量，单位为h z 。 7 查堕查兰三堡堡主丝奎 对于某一段时间( 如1 分钟，1 个小时1 个月，1 年) 的c p s l 指标的统计公式如( 2 - 3 ) 、( 2 - 4 ) 所示： 足c 踏l = ( 2 一k 口) 1 0 0 ( 2 3 ) 如= ( a c e a m m i o k ，) x a f a m m 】胛砰( 2 - 4 ) 式中：珂为分钟数。 c p s l 标准要求k c 1 1 0 0 。 2 ) c p s z ；c p s 2 标准类似于a 2 标准，即a c e 十分钟平均值在规定的范围厶。以内的控制合格 率为9 0 。只是厶。的取值方法与a 2 标准的l d 不同，如( 2 5 ) 所示： 厶o = 1 6 5 。x ( 1 0 k i ) x ( 1 0 k j ) ( 2 5 ) 式中：厶。为a c e 十分钟控制目标值，单位为m w ；8 1 0 为互连电网对全年十分钟频率平均偏 差的均方根的控制目标值，是一个全网统一的量，单位为h z ；k j 为整个互连电网的频率调节系数， 单位为i v l w 0 1 h z 。 2 2 2 2c p s 标准的考核条款 ( i ) 仍以1 0 分钟为一个考核区间； ( 2 ) 在一个考核区间内c p s i 小于l o o 时，其a c e 十分钟平均值的绝对值未超过厶。部分乘 以( i - c p s i ) 比例系数所得数值折算成1 0 分钟电量，并对此部分电量进行考核； ( 3 )在一个考核区间内c p s i 大于2 0 0 时，不论其c p s 2 是否大于厶。均不进行考核； ( 4 ) 在一个考核区间内c p s t 小于2 0 0 0 o l h - ，只对考核期间内a c e 十分钟平均值超过厶。部 分乘以( 2 c p s i ) 比例系数所得数值折算成1 0 分钟电量进行考核； ( 5 )相比之下上述( 2 ) 对电网的频率影响较为严重，其考核力度比( 4 ) 大。 2 2 3c p $ 标准优越性 c p s 标准正是从改进a l 、a 2 标准的缺陷，进一步提高电网频率质量，充分发挥大电网联网的 优越性出发提出的。由上节对两个标准的介绍可以分析发现，c p s 标准克服了a 1 、a 2 标准的缺陷， 其优越性体现在如下几个方面： 8 第二章c p s 标准下的a c - c 控制策略改进 ( 1 ) a i 、a 2 标准未直接涉及电网频率控制的目标。而c p s 标准对频率的控制目标有明确的规 ( 2 ) c p s 标准不要求a c e 在规定时间内过零，从而可以减少一些不必要的调节命令改善机 组的运行条件； ( 3 ) c p s 标准对各控制区对电网频率质量的功过评价十分明确，特别有利于某一控制区内发生 事故时，其它控制区对其进行支援，充分发挥大电网的优越性 下面一节便将对两套标准的理想控制效果进行具体比较，并提出为使a g c 控制策略全面满足 c p s 控制标准而必须引入的有关参数。 2 3a 控制标准和c p s 标准的理想控制效果比较 前面已经分析过，在a i 、a 2 考核标准下，a g c 的控制目标是保证在1 0 r a i n 内控制区的a c e 至少过零一次，并且1 0 m i n 内a c e 的平均值在规定的范围l d 内。显而易见，控制区的a c e 是a g c 控制的唯一目标，因而可直接按a c e 绝对值的大小将a c j c 控制区域划分为死区、正常调节区、次 紧急调节区和紧急调节区，其门槛值分别用e d 、e a 、e e 表示，如图2 1 所示。除死区外，均下发 控制命令，控制目标是a c e 为零，只是在不同的a g c 控制区域有不同数量的机组参与调节，a c e 绝对值越大，参与调节的机组数越多。 紧 桑 毒 死b - - ：! 誊 伙 紧 紧 急 急 急：调：。 _ 卜调急调 调 节 节 罂 善j 二蠼 调 区 节 区 卤i | = 区 ：叶 - e e 鞋：尊 由e i ae l ： -jl i；r !l i-r ! l 图2 1a 1 a 2 标准下的理想控制效果 实际上，a g c 控制的根本目的在于保证电网的频率质量，虽然a c e 中包含频率分量，但并未 直接涉及对频率的控制，在未修改交换计划之前，无法实现对其它控制区的支援。在联络线和频率 偏差控制( t b c ) 方式下，a c e 按下式( 2 6 ) 计算； 9 查重查兰三堡堡主堡苎 a c e = 1 0 x b x a f + 蝎( 2 - 6 ) 其中：丑为控制区频率偏差系数，取正值。单位m w 0 1 h z ；a f 为频率偏差，正方向为频率 超过5 0 h z ( 高周) ，单位h z ：耳为实际交换功率与计划值之差，送出为正，单位m w 因此， a c e 的正方向为区域发电过剩( 超发) ，单位m w 。 在适当的b 系数下，( 2 - 6 ) 式只反应了本控制区的功率缺额。也就是说，当负荷变化发生在本 控制区时，a c e 完全反应了负荷的变化量，而当负荷变化发生在外区域时，本控制区的a c e 无任 何变化，仅在一次调频中给予外区域以临时性支援。表面上看，( 2 - 6 ) 式中包含频率分量，实际上r 当负荷变化发生在外区域时，a 控制策略无所作为。 从( 2 1 ) 式可知，c p s 标准要求同时考虑a c e 和a f ，因此，理想的a g c 控制策略也必然需 要考虑这两个因素。追求使a c e a 镕面和巴月一。m 保持相反的符号，也即c p s l 2 0 0 ，这是c p s 控制策略的关键所在。然而，a c e 和a f 总是随着系统用电负荷和发电机出力相互作用而波动，所 有对当前l m i n 内a c e 和a f 预测的努力都无法取得满意的效果。退一步说，即使能够准确预测， 从a g c 下发控制命令，到机组响应控制以改变a c e ，l m i n 时间差不多已经过去了。因此，将a c e 和a f 的瞬时值作为判断依据。由于a f 是互联系统各控制区共同决定的，而a c e 是由本控制区唯 一决定的，如果能够快速调节本控制区a c e ，始终满足4 c e = - c x a f ，c 为正常数，则必然有 a c e a v e 血和兄口一。h 保持相反的符号。由于a g c 调节作用的滞后，也许对当前i m i n 的c p s l 指标改善不大，但可以提高后l m i n 或后几个i m i n 的c p s l 指标。 基于上述考虑，可以将c p s 标准下的理想控制效果用图2 2 表示。 ， j 。一 禽= _ _ 弋 i = _ 。 v i f 一 弋 图2 2c p s 标准下的理想控制效果 为了实现c p s 标准下的这一理想控制策略，应该在区域调节需求( a r e ar e g u l a t i o nr e q u i r e m e n t t a r r ，用只表示，规定正方向为增加a g c 机组出力) 中增加一项与频率偏差a f 成正比的分量p c $ ， 1 0 第二章c p s 标准下的a g c 控制策略改进 即： ( 2 7 ) 其中，弓为a r r 中的比例分量，只为a r r 中的积分分量，这两个分量与a 控制策略中相同。 为a r r 中的c p s 分量，也称c p s 调节功率，是特地为c p s 控制策略而引入的。g 。为比例增益系 数，在a 控制策略下取值略大于1 ，以保证a c e 过零，在c p s 控制策略下可直接取1 ；e 口为滤 波后的a c e 值；g 为积分增益系数；l 口为当前考核时段( 如l o m i n ) 累计的a c e 积分值，单位 m w h ；g c 嚣为频率增益系数，单位m w 0 1 h z ；a f 为滤波后的频率偏差，单位h z 。 a r r 中的比例分量b 用于控制a c e 到零。为了使a g c 控制策略能够全面满足c p s 控制标准， 下面就分别对c p s 分量( c p s 调节功率) 和积分分量只作详细讨论，并介绍改进后的区域调 节需求( a r r ) 的计算与a g c 调节区域划分的方法。 2 4 c p s 调节功率的计算 应该说，频率偏差a f 总是随着互联系统发电与负荷之间的相互作用而快速变化的，期望a c e 随时跟踪系统频率波动是不可能的。始终追求a c e = 一c a f 是不现实的，也是没有必要的。为 此，将直线彳c e = 一c a f 扩大为图2 3 所示的阴影区域。 f jl l 1 l 2 弋 、 r 图2 3c p s 标准下的理想运行区域( 无积分分量) l l 目 地 一 耵乜屯叫 ，限限旧 东南大学工程硕士论文 图2 3 中的l 1 线称为最小支援力度线，表示在一定的频率偏差a f 下，控制区对系统频率恢复 提供的最小功率支援；l 2 线称为最大支援力度线，表示在一定的频率偏差a f 下，控制区对系统频 率恢复提供的最大功率支援，阴影部分为理想运行区域。 直线l 1 和l 2 如公式( 2 8 ) 和( 2 9 ) 所示： 直线l h a c e = 一1 0 k l a f ( 2 8 ) 直线l 2 ：a c e = 一1 0 x k a f ( 2 9 ) 参数蜀和k 2 的单位为m w 0 1 h z ，取值非常重要，也有着明确的物理意义，分别反应了当系 统频率偏差达到o 1 h z 时，控制区应对系统频率恢复提供的最大功率支援( 参数墨) 和最小功率支 援( 参数如) 。 a r r 中的c p s 分量用于对电网频率恢复提供功率支援，取值与当前运行点在a c e - a f 平 面上的分布有关( 如图2 4 所示) ，分下面四种情况来讨论。 l lf l 2 鬃阚 闼麟 图2 4c p s 调节功率的计算 1 ) 情况l ：a c e 与a f 同号( 如图2 4 中的a 1 区域) ，说明此时的a c e 不利于频率恢复，此 时的c p s 分量使a g c 产生过调，导致a c e 反号，数值达到l l 线上，即： = 一1 0 + 墨+ ( 2 - 1 0 ) 这种情况下，引入区域调节需求a r r 的加速因子( 见2 7 节) 。 2 ) 情况2 ：a c e 与a f 反号，但对系统频率恢复的支援力度不足( 如图2 4 中的a 2 区域) ，此 第二章c p s 标准下的a g c 控制策略改进 时的c p s 分量使a c e 符号不变。数值增加到l 1 线上，即： = 一1 0 + k t + a f ( 2 1 1 ) 3 ) 情况3 ：a c e 与a f 反号，且对系统频率恢复的支援力度适中( 如图2 4 中的a 3 区域) ，此 时的c p s 分量p c p s 与比例分量昂抵消，使a c e 保持不变，即 p s = 一 ( 2 1 2 ) 4 ) 情况4 ：a c e 与a f 反号，且对系统频率恢复的支援力度过大( 如图2 4 中的a 4 区域) ，此 时的c p s 分量使a g c 产生欠调，保持a c e 符号不变，数值减少到l 2 线上，即： = 一1 0 + 岛+ a f 2 5a r r 中的积分分量只 ( 2 1 3 ) a r r 中的积分分量只= g j + l 口用于控制a c e 平均值在给定的考核时段( 如1 0 m i n ) 内不 超过规定的范围，以保证c p s 2 指标a a c e 积分值i l i 在每个考核时段开始时重新累计， z a 凹 超过给定的下限，。时，按上式引入调节功率中的积分分量只。为了防止引入过大的积分分量，使 a c e 发生严重偏离，将i ，。j 限制在给定的上限，一上，即当i ，。j 大于，一时，在上式中用士l 。替 换i l 。i 。 参数g ，、，。和，一存在相互配合关系，视c p s 2 的控制目标厶。而定。如取g i = 2 ， i m = 8 m w h ，一= 1 5 m w h ，则引入的积分分量在1 6 m w 到3 0 m w 之间。假设1 0 r a i n 为考核时段， 应能将1 0 r a i n