基于分区分层技术的AGC稳定断面潮流的自动控制系统.doc

基于分区分层技术的AGC多目标自动协调控制系统张小白1 孙素琴2 滕贤亮1 李大鹏2 李奎2(1. 国网电力科学研究院，江苏南京市，210003； 2河南电力调度通信中心，河南郑州市，450052)摘要：本文提出一种基于分区分层技术的AGC多目标协调控制体系，将单一控制区域划分为多层次多区域控制。主控制区主负责控制ACE，分区控制稳定断面或分区的有功平衡。通过分区协调和分层协调实现全网多个控制目标的协调优化。该方法在河南电网的实际应用表明是切实可行和有效的。关键字：自动发电控制（AGC） 多目标 分区控制 稳定断面0 引言自动发电控制（Automatic Generation Control，AGC）1是电力系统EMS中的重要控制功能。传统的自动发电控制（AGC）在控制机组出力时只考虑省际间联络线的输送功率及系统频率。随着电网规模的日益扩大，电网运行方式及网络结构发生了重大改变，稳定断面潮流控制的重要性日益凸显。部分地区由于电源与负荷分布的不平衡，存在电力传输瓶颈，如何最大利用断面传输能力又能满足其安全约束成为电力调度部门面临的重要问题。如果能通过AGC自动实现稳定断面潮流控制的安全性、精准性，也就是在以往AGC单一的控制目标基础上实现多目标自动协调控制，无疑将会大大减轻调度人员的工作负担，同时产生巨大的经济效益。本文提出一种基于分区分层技术的AGC控制模型，在此模型基础上实现分层、分区的多目标协调控制体系。该系统中将控制区域划分为主区域和若干分区，主区域主要负责控制全网的ACE（系统频率及联络线交换功率），分区目标可直接控制分区之间的稳定断面，将稳定断面的潮流约束转换为分区控制目标，使稳定断面潮流精准可控，分区内部稳定断面的控制则利用基于灵敏度的预防控制实现。主区域调节容量不足或某些特殊情况下，可通过主区域和分区之间的分层协调将主区域的控制目标部分分解到各分区。1 分区协调AGC控制单一的全网控制很难满足调度运行要求的各项目标，通过分区协调控制实现局部最优，最终达到全局最优是实现电网自动潮流控制最优的有效途径。分区协调AGC控制示意图如图1所示。分区AGC-1分区AGC-2断面T主区域AGC图1 分区协调AGC控制根据控制区特点，可依据需要监视的断面将控制区划分为若干分区进行分区控制。图1中，控制区内存在3个相互关联的AGC：主区域AGC、分区AGC-1和分区AGC-2。主区域AGC主要负责控制与外网的联络线交换以及电网频率。断面T将控制区划分为两个分区AGC，不同分区AGC可根据电网控制需要选用不同的控制目标。1.1 主区域AGC的控制目标主区域AGC的控制目标仍控制常规的区域控制偏差（ACE），控制目标为电网频率以及与相邻区域的联络线交换功率： (1)其中，为区域频率偏差系数，取正值（MW/0.1HZ）；为实测频率（HZ）；为额定频率（HZ）； 为区域与外网联络线实际潮流功率之和（MW）； 为区域计划净交换功率 （MW）； ，为参加主区域AGC控制的机组；为参加主区域AGC控制机组的调整目标。1.2 分区AGC的控制目标分区AGC可根据电网实际情况选取不同的控制目标，常见的控制目标如下。（1） 控制分区之间的断面实时潮流维持在给定计划值； （2）其中，为参加该分区控制的机组； 为断面的控制目标，为断面的当前实际潮流。这是分区最常用的一种控制目标，分区之间的断面潮流计划值可来自日前计划，也可人工设置。（2） 利用超短期负荷预报结果控制本分区的发电负荷平衡； （3）式中：，为参加该分区控制的机组；为人工干预的系数，取值范围一般为（01.0）；为未来时刻该分区预测负荷与当前实际负荷偏差；为未来时刻分区与相邻分区断面潮流计划值与当前时刻断面潮流计划值之偏差；为跟踪计划机组未来时刻计划值与当前实际出力偏差；1.3 主区域与分区AGC的协调如图1所示，主区域AGC和分区AGC并非完全独立，他们之间存在一定的协调机制。正常情况下，主区域AGC的机组能够满足联络线及频率控制的要求。但电网发生较大扰动，仅依靠主区域AGC机组的调节不足以快速恢复扰动，或主区域AGC机组调节容量不足时，需要分区AGC参与辅助控制。此时，分区AGC在其正常的调节目标之外需叠加部分主区域AGC的控制目标。 （4）其中，是第n个分区的辅助比例因子；为主区域AGC需要辅助控制的总量；为将主区域AGC机组调节到调节范围中间需要的总调节量；为第n个分区最终分配得到辅助调节量。由此可见，主区AGC和分区AGC在一定程度上可看作上层与下层AGC的关系，他们之间是不同层次之间的协调控制关系。2 分层协调控制前文所述的主区域与分区AGC的协调控制可进一步扩展到分区AGC的内部。分区AGC的内部可根据需要进一步划分为若干子分区。子分区AGC的控制目标类似分区控制目标，最常见的是子分区之间的断面潮流。类似主控制区AGC与分区AGC的关系，分区AGC与其子分区AGC同样存在协调控制的关系。如此，将形成如图2所示的三层甚至多层的协调控制系统。主区AGC分区AGC层层层子分区AGC图2 分层协调AGC控制示意图3 分区内部的稳定断面控制除了在（子）分区控制目标中已有体现的稳定断面之外，各（子）分区内部的稳定断面控制可利用（子分区内部机组有功出力相对于稳定断面有功潮流的灵敏度信息进行预防控制。假设（子）分区内部存在若干需要监控的稳定断面，根据机组对其中重载/越限稳定断面的灵敏度将机组分为以下四种类型：A类：机组对重载/越限稳定断面的灵敏度绝对值都很小；B类：机组对重载/越限稳定断面的灵敏度有绝对值较大者，且绝对值较大者都为正值；C类：机组对重载/越限稳定断面的灵敏度有绝对值较大者，且绝对值较大者且都为负值；D类：机组对重载/越限稳定断面的灵敏度有绝对值较大者，其中部分为正值部分为负值。根据上述机组的类型，对相关机组实行限制某一方向的调节。具体方法如下：对于A类：不做限制；对于B类：限制机组上调节，下调节正常；对于C类：限制机组下调节，上调节正常；对于D类：若其对越限/重载最严重的稳定断面的灵敏度为正，限制上调节；反之，限制下调节。4 实际应用本文介绍的分区分层技术已应用于河南电网AGC系统，该系统已于2009年1月投入实际运行，运行稳定，效果良好。4.1 河南电网的分区分层模型目前，河南电网以网格状500kV电网为主网架，220kV电网分豫北、豫西、豫中东、豫南四片开环运行。受省网机组、负荷分布不均衡的影响，部分输电断面长期满载或重载，存在超过稳定极限的危险。如何充分利用这些断面的传输能力同时又满足断面的安全约束成为调度部门面临的重大难题。通过实施本文介绍的分区分层方法，将断面潮流约束转换为分区的控制目标，有效解决了这一问题。河南电网主要依据下述原则进行分区分层。按照500kV主网输电断面将电网划分为若干500kV分区，控制目标为500kV输电断面潮流。500kV分区内部再按照电压等级划分出220kV下层分区，220kV下层分区的控制目标为500kV主变下送断面。每个220kV下层分区内部仍可以再根据220kV输电断面划分新的分区，控制目标为220kV输电断面。具体模型如下。图3 河南电网分区分层模型图3中，由小浪底和绿城负责全网ACE的调整。豫北分区控制豫北与豫中之间500kV断面，豫西分区控制豫西与豫中、豫南之间的500kV断面。下层分区中，焦新、安濮鹤、郑州、开商、豫南200kV的控制目标为500kV联变下送潮流；五原、信阳分区的控制目标为200kV稳定断面潮流。4.2运行效果分析该系统投运以来有效提高了网内主要断面潮流控制的质量，断面潮流波动幅度明显减小，相关断面传输容量的利用率也得到了很大提高。投运前后断面利用率比较果见图-3所示。75%80%85%90%95%100%105%豫中东下送获塔下送洹仓下送豫中-豫北断面名称断面利用率投运前投运后图3 投运前后断面利用率比较提高稳定断面控制质量的同时，并未影响区域的整体控制效果。通过主区域AGC和分区AGC之间的协调机制，使整个控制区2009年CPS指标较2008年有了明显的改善和提高，见表1所示。月份2008年2009年CPS1CPS2CPS1CPS21月78.37%98.64%76.17%99.56%2月78.75%99.30%77.59%99.78%3月76.73%99.49%77.02%99.53%4月73.05%99.93%89.38%99.76%5月71.66%99.70%88.36%99.60%6月68.42%98.98%81.82%99.30%7月63.23%97.27%82.52%99.26%8月67.16%98.88%86.27%99.70%9月72.75%99.69%85.67%99.37%10月73.31%99.43%84.43%99.49%11月72.72%99.51%79.88%99.26%12月71.37%99.56%86.26%99.57%统计71.75%99.22%82.82%99.51%表1 投运前后CPS指标比较5 结语在AGC中实现分区多目标控制是近年来电网调度部门的急迫需求，本文介绍的基于分区分层技术的AGC多目标自动协调控制系统正是在这一背景下应运而生。该系统目前已在河南电网投入实际运行，运行效果明显，表明了该系统的可靠性和有效性。1 电力系统调频与自动发电控制编委会.电力系统调频与自动发电控制.北京:中国电力出版社,2006.2 张小白,高宗和,钱玉妹,徐田. 用AGC实现稳定断面越限的预防和校正控制. 电网技术, 2005,29,(19)3 高宗和,丁恰,温柏坚,等.利用超短期负荷预报实现AGC的超前控制J.电力系统自动化,2000,11(10):42-44