CN101119029A - 一种电力系统自动发电控制的超前控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力系统自动发电控制的超前控制方法，属于电力系统调度自动化技术领域。首先设定电力系统本地控制区域的理想运行状态的发电功率P_G ^*，P_G ^*=P_D－ΔfK_L+P_loss+P_T ^S，设P_D+P_loss＝P_G－P_T，则P_G ^*=P_G－ΔfK_L+P_T＋P_T ^S；设P_G′＝P_G－ΔfK_L－P_T，则P_G ^*=P_G′+P_T ^S；设当前时刻为t_n，对t_n+1时刻的理想发电功率P_G ^*进行预测，得到理想发电功率的预测值：P_G ^*F (t_n+1)=P_G′^F(t_n+1)+P_T ^S(t_n+1)；根据理想发电功率的预测值，调节相应自动发电控制机组。本发明方法符合电力系统自动发电控制过程的物理实际和运行现状，可以有效提高电力系统频率和联络线功率质量，提高现有AGC系统利用效率，合理安排水火电资源，利于节能降排。

Description

一种电力系统自动发电控制的超前控制方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统自动发电控制的超前控制方法，属于电力系统调度自动化技术领域。

背景技术

电力系统自动发电控制(以下简称AGC)是通过调节电力系统中本地控制区域内的发电机有功功率，使本地控制区与其它控制区的联络线功率偏差和系统频率偏差满足运行要求，从而保证电网安全、优质运行。参与自动发电控制的机组大多是响应较快的优质的水电机组，响应方式为滞后校正。目前，大多数控制区域，比如省级或大区电网都有相当数量的AGC机组，但是能够满足电力系统自动发电控制要求的快速响应的优质水电AGC机组在缺水地区比较稀缺，而且，即使是多水电省份，频繁地把大量的优质水电机组用于校正控制，也不利于电网安全、优质运行，还会浪费水利资源，增加火电机组的资源消耗和环境污染。

发明内容

本发明的目的是提出一种电力系统自动发电控制的超前控制方法，该方法以满足下一时刻电力系统频率和本地控制区域联络线功率交换要求的机组理想发电功率为超前自动发电控制的目标，考虑电力系统内本地控制区域的网损因素、负荷的一次调频因素、本控制区与其它控制区间的联络线计划因素以及量测采集的便利性因素，以准确预测出未来时刻本地控制区域的理想的发电总功率，并以此指导自动发电控制的超前控制。

本发明提出的电力系统自动发电控制的超前控制方法，包括以下步骤：

(1)设定电力系统本地控制区域的理想运行状态的发电功率P_G ^*， $P_G^{*}=P_D-\mathrm{\Δf}{K}_L+P_{\mathrm{loss}}+P_T^S,$ 其中P_D为电力系统中本地控制区域的负荷，K_L为电力系统中本地控制区域的负荷单位调节功率，Δf为电力系统频率变化量，P_loss为电力系统中本地控制区域的网损，P_T ^S为电力系统中本地控制区域与其它控制区域之间联络线计划功率；该理想运行状态为：系统频率f＝50HZ，电力系统中本地控制区域与其它控制区域之间联络线的交换功率P_T等于联络线的计划功率P_T ^S；

(2)设P_D+P_loss＝P_G-P_T，则 $P_G^{*}=P_G-\mathrm{\Δf}{K}_L-P_T+P_T^S;$ 设P_G′＝P_G-ΔfK_L-P_T，则

$P_G^{*}=P_G^{\′}+P_T^S;$

(3)设当前时刻为t_n，对t_n+1时刻的理想发电功率P_G ^*进行预测，得到理想发电功率的预测值： $P_G^{*F}\left(t_{n+1}\right)\stackrel{\·}{=}{P}_G^{\′F}\left(t_{n+1}\right)+P_T^S\left(t_{n+1}\right),$ 其中P′_G ^F(t_n+1)为t_n时刻对P_G′的预测值，P_T ^S(t_n+1)为从调度部门直接得到的t_n+1时刻的本地控制区与其它控制区之间的联络线计划功率；

(4)根据上述理想发电功率的预测值，调节相应自动发电控制机组。

本发明提出的电力系统自动发电控制的超前控制方法，其特点如下：

1、不同于传统的电力系统超前自动发电控制的目标，提出了超前自动发电控制的新目标：满足下一时刻电力系统频率和本地控制区域联络线功率交换要求的机组理想发电功率；

2、不同于传统的负荷预测对采集的负荷数据进行预测，本发明针对超前自动发电控制的新目标进行预测；

3、不同于传统的负荷预测仅把采集的电力系统本控制区的负荷数据作为预测数据，本发明的预测数据中考虑电力系统本控制区的网损因素、负荷的一次调频因素、本控制区与其它控制区间的联络线计划因素、以及量测采集的便利性因素。

以上特点使得本发明的方法符合电力系统自动发电控制过程的物理实际和运行现状，通过预测未来时刻满足电力系统频率和本控制区与其它控制区之间联络线控制要求的理想的本控制区有功发电，对本控制区进行超前自动发电控制，这样，可以有效提高电力系统频率和联络线功率质量，提高现有AGC系统利用效率，合理安排水火电资源，利于节能降排。

附图说明

图1为电力系统中本地控制区与其它控制区互联示意图，图中，P_T为本地控制区与其它控制区的联络线功率；P_G为本地控制区总发电功率；P_loss为本地控制区网损功率；P_D为本地控制区负荷功率；A为本地控制区域；B为等效的其它控制区域。

具体实施方式

本发明提出的电力系统自动发电控制的超前控制方法，包括以下步骤：

(1)设定电力系统本地控制区域的理想运行状态的发电功率P_G ^*， $P_G^{*}=P_D-\mathrm{\Δf}{K}_L+P_{\mathrm{loss}}+P_T^S,$ 其中P_D为电力系统中本地控制区域的负荷，K_L为电力系统中本地控制区域的负荷单位调节功率，Δf为电力系统频率变化量，P_loss为电力系统中本地控制区域的网损，P_T ^S为电力系统中本地控制区域与其它控制区域之间联络线计划功率；该理想运行状态为：系统频率f＝50HZ，电力系统中本地控制区域与其它控制区域之间联络线的交换功率P_T等于联络线的计划功率P_T ^S；

(2)设P_D+P_loss＝P_G-P_T，则 $P_G^{*}=P_G-\mathrm{\Δf}{K}_L-P_T+P_T^S;$ 设P_G′＝P_G-ΔfK_L-P_T，则

$P_G^{*}=P_G^{\′}+P_T^S;$

(3)设当前时刻为t_n，对t_n+1时刻的理想发电功率P_G ^*进行预测，得到理想发电功率的预测值： $P_G^{*F}\left(t_{n+1}\right)=P_G^{\′F}\left(t_{n+1}\right)+P_T^S\left(t_{n+1}\right),$ 其中P′_G ^F(t_n+1)为t_n时刻对P_G′的预测值，P_T ^S(t_n+1)为从调度部门直接得到的t_n+1时刻的本地控制区与其它控制区之间的联络线计划功率；

(4)根据上述理想发电功率的预测值，调节相应自动发电控制机组，即取t_n+1时刻P_G ^*的预测值P_G ^*F(t_n+1)为t_n+1时刻电力系统自动发电控制的超前控制目标，调节相应自动发电控制机组。

以下结合图1所示的电力系统中本地控制区与其它控制区互联示意图，详细介绍本发明方法内容：

1)确定电力系统内本地控制区的理想发电功率P_G ^*。电力系统稳态运行条件下，本地控制区域的理想运行状态为：系统频率为额定频率f＝50HZ、本地联络线交换功率P_T等于联络线计划功率P_T ^S。该理想运行状态下的有功发电功率为本地理想有功发电，参照图1，该发电包括3部分：

a)额定频率下本地控制区域的负荷。传统意义下采集的负荷都没有考虑频率因素，考虑负荷频率效应后，实际负荷P_D ^R为： $P_D^R=P_D-\mathrm{\Δf}{K}_L,$ 其中，P_D为本地控制区负荷；Δf为电力系统频率变化量；K_L为本地控制区负荷单位调节功率；

b)本地控制区与其它控制区的联络线功率P_T，理想状态下其值等于P_T ^S；

c)本地控制区网损P_loss。

参照图1，电力系统中本地控制区域A的理想发电功率P_G ^*为上述3部分功率的和：

$P_G^{*}=P_D-\mathrm{\Δf}{K}_L+P_{\mathrm{loss}}+P_T^S---\left(1\right)$

2)将P_G ^*中不易采集的数据进行替换。式(1)中，由于获得P_loss所需测点太多，不易有效准确地获得其值，而图1所示本地控制区A内实测的发电等于实测负荷、网损和联络线功率的和：P_G＝P_D+P_loss+P_T，由于P_G、P_T比P_loss易于获取，所以用P_G-P_T代替P_D+P_loss，P_G ^*的计算公式由式(1)变为：

$P_G^{*}=P_G-\mathrm{\Δf}{K}_L-P_T+P_T^S---\left(2\right)$

3)将P_D ^*进一步分解。令

P_G′＝P_G-ΔfK_L-P_T      (3)

(2)式变为：

$P_G^{*}=P_G^{\′}+P_T^S---\left(4\right)$

假设当前时刻为t_n，利用式(4)对t_n+1时刻的P_G ^*作预测时，t_n+1时刻的联络线计划P_T ^S(t_n+1)可由调度运行部门获得，因此可以先不考虑P_T ^S，而是预测P_G′在t_n+1时刻的预测值P′_G ^F(t_n+1)，由调度运行部门获得联络线计划P_T ^S(t_n+1)，这样，到t_n+1时刻，P_G ^*的预测值P_G ^*F(t_n+1)为：

$P_G^{*F}\left(t_{n+1}\right)=P_G^{\′F}\left(t_{n+1}\right)+P_T^S\left(t_{n+1}\right)---\left(5\right)$

4)预测P′_G ^F(t_n+1)。预测的典型方法为以P_G′为预测数据，使用日周期多点外推法预测P′_G ^F(t_n+1)：

a)数据准备

由SCADA系统获得电力系统当前频率与额定频率的差Δf：Δf＝f-50以及P_T、P_G；由电力调度中心的运行方式部门得到K_L；按(3)式计算P_G′；以适当间隔(如1分钟、5分钟)将P_G′存入数据库；

b)从数据库得到当天最近的m个时刻点的P_G′历史数据序列P_G′(t_0，n-i)(i＝0，1，2，...，m-1)作为预测未来t_n+1时刻P′_G ^F(t_n+1)的基础数据；

当天最近的m个时刻点的P_G′为：

P_G′(t_0，n)，P_G′(t_0，n-1)，…，P_G′(t_0，n-m+2)，P_G′(t_0，n-m+1)

从数据库取与之对应的前一日数据：

P_G′(t_-1，n)，P_G′(t_-1，n-1)，…，P_G′(t_-1，n-m+2)，P_G′(t_-1，n-m+1)，多取一个对应于t_n+1时刻的昨日数据：P_G′(t_-1，n+1)

使用前一日和今日同一点的每对数据，都可得出一个预测值：

$P_G^{\′F}\left(t_{n+1}\right)=P_G^{\′}\left(t_{0,n-i}\right)+[P_G^{\′}\left(t_{-1,n+1}\right)-P_G^{\′}\left(t_{-1,n-i}\right)]$

从数据库取与当天点对应的前第d日数据：

P_G′(t_-d，n)，P_G′(t_-d，n-1)，…，P_G′(t_-d，n-m+2)，P_G′(t_-d，n-m+1)，多取一个对应于t_n+1时刻的前第d日数据：P_G′(t_-d，n+1)，

使用前第d日和今日同一点的每对数据，也可得出一个预测值：

$P_G^{\′F}\left(t_{n+1}\right)=P_G^{\′}\left(t_{0,n-i}\right)+[P_G^{\′}\left(t_{-d,n+1}\right)-P_G^{\′}\left(t_{-d,n-i}\right)]$

以上各式中，i＝0，1，…，m-1。

使用前D天的历史负荷数据，每天都可以得到m个预测值，共有D×m个预测值，求平均值即为预测结果：

$P_G^{\′F}\left(t_{n+1}\right)=\frac{1}{D\·m}\underset{d=1}{\overset{D}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}[P_G^{\′}\left(t_{0,n-1}\right)+P_G^{\′}\left(t_{-d,n+1}\right)-P_G^{\′}\left(t_{-d,n-i}\right)]---\left(7\right)$

根据近大远小的原则考虑权重： $w(d,i)=\frac{D*m-(d*(i+1)+(d-1)*\left(m\right))+1}{\underset{j=1}{\overset{D*m}{\mathrm{\Σ}}}j}$

则

$P_G^{\′F}\left(t_{n+1}\right)=\underset{d=1}{\overset{D}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}[P_G^{\′}\left(t_{0,n-i}\right)+P_G^{\′}\left(t_{-d,n+1}\right)-P_G^{\′}\left(t_{-d,n-i}\right)]\·w(d,i)---\left(8\right)$

5)预测t_n+1时刻的P_G ^*F(t_n+1)。第4)步已经获得P_G′预测值P′_G ^F(t_n+1)，再由调度部门得到P_T ^S(t_n+1)，参照(5)式，这2个数的和就是P_G ^*F(t_n+1)， $P_G^{*F}\left(t_{n+1}\right)=P_G^{\′F}\left(t_{n+1}\right)+P_T^S\left(t_{n+1}\right).$

6)根据第5)步的预测结果P_G ^*F(t_n+1)调节相应AGC机组。

a)机组分类

将电力系统本地控制区的AGC机组分类，传统的参与滞后校正的AGC机组为滞后AGC机组：L_AGC(Lag-AGC)机组；参与本发明超前控制的AGC机组为超前AGC机组：A_AGC(Advanced-AGC)机组，这样，包括原来的非AGC机组(N_AGC)，机组划分如下表：

表1机组分类

机组分类	L_AGC机组	A_AGC机组	N_AGC机组
				机组要求	秒级调节能力，一般为优质的水电机组	分钟级调节能力，一般为火电AGC机组或	普通的机组

		慢速的水电AGC机组
				主要功能	校正控制	超前控制	按计划发电
调节周期	秒级	分钟级	15分钟-1天

本发明主要调节A_AGC机组。

b)确定A_AGC机组总调节功率

P_G ^*F(t_n+1)由N_AGC机组、L_AGC机组和A_AGC机组的发电功率组成。到t_n+1时刻：N_AGC机组执行预先设定的机组计划，其发出功率为：P^S _{N_AGC}(t_n+1)；L_AGC机组到t_n+1时刻运行于调度部门预先设定的运行值P^B _{L_AGC}(t_n+1)；这样A_AGC机组到t_n+1时刻计划总发功率P^S _{A_AGC}(t_n+1)为：

$P_{A\_\mathrm{AGC}}^S\left(t_{n+1}\right)=P_G^{*F}\left(t_{n+1}\right)-P_{N\_\mathrm{AGC}}^S\left(t_{n+1}\right)-P_{L\_\mathrm{AGC}}^B\left(t_{n+1}\right)---\left(9\right)$

A_AGC机组发电总调节功率ΔP^S _{A_AGC}(t_n+1)为其下点计划总发电功率P^S _{A_AGC}(t_n+1)与当前发电功率P_{A_AGC}(t_n)的差：

$\mathrm{\Δ}{P}_{A\_\mathrm{AGC}}^S\left(t_{n+1}\right)=P_{A\_\mathrm{AGC}}^S\left(t_{n+1}\right)-P_{A\_\mathrm{AGC}}\left(t_n\right)---\left(10\right)$

c)ΔP^S _{A_AGC}(t_n+1)按剩余可调容量大小分配给各个A_AGC机组具体分配算法如下：

①根据ΔP^S _{A_AGC}(t_n+1)正负确定调节方向，正为上调，负为下调；

②根据调节方向，把A_AGC机组按剩余容量比排序；

③上调时，把上调剩余容量最多的机组的出力上调一个步长的功率 $\mathrm{\Δ}{P}_{A\_\mathrm{AGC}}^S\left(t_{n+1}\right)=\mathrm{\Δ}{P}_{A\_\mathrm{AGC}}^S\left(t_{n+1}\right)-\mathrm{\Δ}\stackrel{\‾}{P},$ 若该机组上调剩余容量小于

则转④；下调时，把下调剩余容量最多的机组的出力下调一个步长的功率ΔP， $\mathrm{\&Delta;}{P}_{A\_\mathrm{AGC}}^S\left(t_{n+1}\right)=\mathrm{\&Delta;}{P}_{A\_\mathrm{AGC}}^S\left(t_{n+1}\right)-\mathrm{\&Delta;}\underset{\&OverBar;}{P},$ 若该机组下调剩余容量小于|ΔP|则转④；如果调完总调节量， $\left|\mathrm{\&Delta;}{P}_{A\_\mathrm{AGC}}^S\left(t_{n+1}\right)\right|<\mathrm{\&xi;}$ (ξ是一小的正数)，转④否则转②；

④结束。

Claims (1)

1.一种电力系统自动发电控制的超前控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)设定电力系统本地控制区域的理想运行状态的发电功率P_G ^*， $P_G^{*}=P_D-\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{fK}}_L+P_{\mathrm{loss}}+P_T^S,$ 其中P_D为电力系统中本地控制区域的负荷，K_L为电力系统中本地控制区域的负荷单位调节功率，Δf为电力系统频率变化量，P_loss为电力系统中本地控制区域的网损，P_T ^S为电力系统中本地控制区域与其它控制区域之间联络线计划功率；该理想运行状态为：系统频率f＝50HZ，电力系统中本地控制区域与其它控制区域之间联络线的交换功率P_T等于联络线的计划功率P_T ^S；

(2)设P_D+P_loss＝P_G-P_T，则 $P_G^{*}=P_G-\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{fK}}_L-P_T+P_T^S;$ 设P_G′＝P_G-ΔfK_L-P_T，则 $P_G^{*}=P_G^{\&prime;}+P_T^S;$

(3)设当前时刻为t_n，对t_n+1时刻的理想发电功率P_G ^*进行预测，得到理想发电功率的预测值： $P_G^{*F}\left(t_{n+1}\right)=P_G^{\&prime;F}\left(t_{n+1}\right)+P_T^S\left(t_{n+1}\right),$ 其中P_G′^F(t_n+1)为t_n时刻对P_G′的预测值，P_T ^S(t_n+1)为从调度部门直接得到的t_n+1时刻的本地控制区与其它控制区之间的联络线计划功率；

(4)根据上述理想发电功率的预测值，调节相应自动发电控制机组。