CN101552474A - 基于稳定断面安全约束的agc分层协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于稳定断面安全约束的AGC分层协调控制方法，包括下列步骤：在系统中建立一个主控制区域；将区域划分为N个子控制区域；子控制区域的所有在线可控机组等值为上级控制区域的一个等值虚拟机组；等值虚拟机组的实际出力、调节速率等控制参数由对应子控制区域的所有在线可控机组参数汇总得出；等值虚拟机组在上级控制区域分配环节中承担的调节量，即为对应子控制区域的调节总量，通过子区域的机组二次分配后下发。本发明通过以上步骤，既能保障稳定断面不越极限运行，又可满足常规的AGC控制；避免由于网络分析软件的故障引起的断面控制失效，且在工程上易于实施、不依赖于网络分析技术。

Description

基于稳定断面安全约束的AGC分层协调控制方法

技术领域

本发明涉及一种应用于互联电网控制区域内部基于稳定断面安全约束的自动发电控制(AGC)分层协调控制方法，属电力系统控制领域。

背景技术

常规的自动发电控制(AGC)控制目标为ACE(区域控制偏差)，遵循的原则是维持本区域功率的平衡。通常情况下，区域内的大部分AGC机组均参与全网ACE的控制，形式上较为单一。随着电网规模的日益扩大，区域内部的多个复杂输电断面的安全约束问题日益凸显。此外，随着节能调度模式的提出，大容量火电机组多并于高电压等级网络，电网的潮流分布也由自然潮流变为强制潮流，主变的下送潮流也将长期接近满载运行，断面潮流控制问题更加突出。

按照传统的调度格局，现阶段国内大多数省级电网的AGC控制方式，在调节机组出力时通常只考虑省际间的联络线潮流和频率目标，无法兼顾区域内的断面调整目标。将传统的AGC调节目标和区域内的多个安全约束目标相结合，建立完善的分区、分层协调控制体系并提供与之相适应的控制策略，对于当前的调度运行管理和节能调度发展需要，具有重大的现实意义。

文献一《互联电网AGC分层控制与CPS控制策略》(电力系统自动化2004年第28卷第1期第78页)披露了一种基于TBC控制模式下的网省调AGC分层控制与协调技术，并探讨了CPS考核标准下的新的AGC控制策略。该文章所探讨的分层控制技术主要是为我国大区域互联系统所服务，着重探讨的是我国当前分级调度体系下网调与省调之间控制策略的协调与配合。文章中所建立的多区域控制模型，主要是指在上级调度AGC中建立所辖各省区在内的AGC多控制区域模型，通过对各个分区的ACE集中进行计算、下发，以避免由于采样数据不同时所造成的AGC超调或欠调。

文献一提出的分区域控制及建模技术，主要是服务于互联电网的上下级调度机构，因而各控制区域(包括上级和下级控制区域对象)的控制目标及算法无本质差别，此外由于缺乏对稳定断面的安全性考虑，故不适用于单个控制区域内部的分区控制。单个控制区域若遭遇特殊情况发生解列，对于内部解网的子电气岛，亦可采用该建模技术实施临时控制，但概念上应视作网省级调度控制体系的衍生，属于特例。

文献二《多区域自动发电控制软件的开发与应用》(电网技术2003年第27卷第7期第25页)披露了一种基于CC-2000调度自动化平台开发的多区域控制AGC软件，介绍了多区域控制AGC软件的数据库结构、控制程序及用户界面。文献二对多区域控制技术的实现构架进行了详细的介绍，和文献一类似，文章提出的分区AGC控制技术可适用于我国目前的多级调度体系，但无法解决控制区域内部的稳定断面越限问题。

电力系统稳定断面控制技术目前所见有如下方法。

文献三《电力系统实时安全约束调度的混合算法》(电力系统自动化2005年第29卷第12期第49页)提出了一种实时安全约束调度的混合算法，该算法集成了基于灵敏度的反向等量配对法和非线性原-对偶内点算法的优点，并进一步与自动发电控制(AGC)相结合，构成闭环控制系统，实现稳定断面越限的校正控制。当发现稳定断面越限时，由安全约束调度提供校正控制策略，并在AGC控制下执行，自动消除越限。

文献三提到的基于安全约束调度的稳定断面控制技术已日趋成熟，近年来已进入实用化阶段。但需要注意到，AGC和安全约束调度闭环结合时对电力系统网络分析技术依赖的程度较高，当高级应用软件(PAS)中状态估计异常或潮流不收敛时，该方法可能存在短时的不适用性。此外，控制的稳定断面必须纳入安全约束调度优化的模型中，当系统中同时存在多个复杂断面的越限问题时，优化算法有可能引起新的断面越限，这对运行和维护人员提出了更高的技术要求。

经初步检索，暂未发现有与本发明内容相关的专利内容。

发明内容

本发明的发明目的是：

1、兼顾全网AGC的频率、联络线控制目标和区域内部的稳定断面控制目标，既能保障稳定断面不越极限运行，又可满足常规的AGC控制；

2、避免由于网络分析软件的故障引起的断面控制失效，提供一种在工程上易于实施、不依赖于网络分析技术的断面控制方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于稳定断面安全约束的AGC分层协调控制方法，包括下列步骤：

1)在系统中建立一个主控制区域，实施互联电网的常规区域控制；

2)主控制区域的主要控制目标明确为：维持电网的频率在控制范围内，保持电网各区域之间的交换功率为计划值；

3)以控制区域内部的电气连接关系为基础，以监控的稳定断面为依据，将区域划分为N个子控制区域；

4)系统中控制区域的个数总计为1+N；

5)主控制区域建模时必须包含控制区域的频率测点，当区域参与互联电网联络线调整时，还需要定义联络线交换功率以及计划值测点；

6)子控制区域的控制目标明确为：在保证子区域的稳定断面输送功率不越极限值的前提下，参与上级控制区域的功率调节；

7)子控制区域模型支持嵌套，在模型建立时需对各个子区域的从属关系给出明确的定义；

8)子控制区域的所有在线可控机组等值为上级控制区域的一个虚拟的等值机组，该等值机组应视作与正常机组无异，参与上级控制区域的调节，承担调节功率分配；

9)虚拟的等值机组的实际出力、调节速率等控制参数由对应子控制区域的所有在线可控机组参数汇总得出，等值机组的调节范围受等值后的机组调节速率、各子区域稳定断面的安全裕度范围约束；

10)虚拟的等值机组在上级控制区域分配环节中承担的调节量，即为对应子控制区域的调节总量，通过子区域的机组二次分配后下发。

本发明所达到的有益效果：

本发明的基于稳定断面安全约束的AGC分层协调控制方法，通过以上步骤，兼顾全网AGC的频率、联络线控制目标和区域内部的稳定断面控制目标，既能保障稳定断面不越极限运行，又可满足常规的AGC控制；避免由于网络分析软件的故障引起的断面控制失效，且在工程上易于实施、不依赖于网络分析技术。

附图说明

图1为本发明中的分层协调区域建模示意图；

图2为本发明中的分层协调机组建模示意图。

具体实施方式

在本发明中，披露了一种基于稳定断面控制的分区建模方法。在分区建模过程中，和分级调度体系中控制区的行政划分不同，本发明所涉及的分区概念是指各控制区内部的电气划分。

图1为本发明中的分区建模示意图。主控制区域的具体建模方法为：在系统中首先建立一主控制区域A₁，执行原单控制区域未分区前的调整任务。主控制区域的建模过程及ACE计算由具体的控制方式决定。当采用TBC(频率联络线偏差控制)控制方式时，建立的主控制区域A₁模型中同时包含频率和联络线交换部分，主控制区域ACE计算公式为：

ACE＝(f-f₀)*10B+(I-I₀)    (1)

其中，f为控制区域的实采频率，f₀为计划频率值，B为整个控制区域的频率偏差系数，I为本区域和外区域之间的联络线交换功率，I₀为交换功率的计划值。

主控制区域在建模时必须录入用于控制的基本参数，包括频率测点、联络线交换测点、以及计划值测点等。

子控制区域的具体建模方法为：针对区域内部需要监视的输电线路或断面集合，按照实际的调度管辖区域和灵敏度(网络拓扑关系)，选择相应的机组构成子控制区域。图1中T₁为需要监视的子区断面，根据此断面选择机组G₁至G_n构成子控制区域S₁。需要指出，子区域的控制机组相对于控制目标(即输电线路或断面)是一个独立的割集。

在电网未发生解列的前提下，子区域是作为主控制区域的下级区域而存在的，和主控制区域之间是层次的隶属关系，不能脱离其单独运行。因此，子控制区域建模时只需要针对监视的对象-输电线路或联络线断面进行定义即可，频率测点可不定义。

在本发明中，披露了一种电网内部发生解列后的多(孤)岛控制方法。在已经建立的分区模型中，当子区域的划分赋予了明确的调度管辖意义时，当子控制区域和相邻区域的输电断面开断时，可针对新形成的电气岛实施单独控制。

当电网发生解列时，各个电气岛的频率量来源可能不一致，因此实际控制中每个子控制区域需要增加频率量测定义，每个子控制区的运行参数，包括频率偏差系数、运行状态等，都需要单独进行设置。

对于解列的判据可选择重要的遥信和遥测监视组合，当组合中设置的条件同时满足时即可判定解列发生。此外，状态估计结果也可作为电气岛解列重要判据。

解列后，由独立的电气岛形成的子控制区域，其AGC控制方式转为FFC(定频率控制)，ACE的计算公式为：

ACE_i＝(f_i-f_i0)*10B_i     (2)

其中，f_i为子控制区域分别采集的频率，f_i0为子控制区的计划频率值，B_i为每个子控制区域的频率偏差系数，需依据解列后的电气岛分别进行设置。

在本发明中，披露了一种基于虚拟等值机组的分层协调控制方法，该控制方法适用于系统常规运行状态下。在所述步骤8)至步骤10)中，分层协调控制方法的核心是虚拟等值机组的建模和调节功率的分配及转化。图2为本发明中的分层协调控制时的机组建模示意图，包括三级分层调度体系。

第I级控制对象为主控制区域A₁，在该控制区域下建立有机组模型，用于承担控制区域总的调节功率需求分配。子控制区域S₁和S₂为第II级控制对象，也拥有属于各自控制子区的机组，执行如下的调节：在保证本区域的稳定断面输送功率不越限的前提下，参与控制区域A₁的功率调节。和第I级调度的机组不同，控制子区S₁和S₂下的机组不直接参与控制区域A₁的功率分配，而是通过组合为等值(虚拟)机组EQG₁和EQG₂来间接参与。

等值机组EQG₁所对应的机群为控制子区S₁下的机组G_n+1和G_n+2，EQG₂则对应控制子区S₁下的机组G_n+3和G_n+4。EQG₁承担主控制区域分配时，该机组的实际出力、调节速率、额定容量等控制用参数均为G_n+1及G_n+2在线可控时的参数实时汇总而成：

$P_{\mathrm{EQ}}=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{gen},i}---\left(3\right)$

$R_{\mathrm{EQ}}=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{R}_{\mathrm{gen},i}---\left(4\right)$

对于第I级控制的主控制区域A₁，其中N台机组，包括2台虚拟等值机组和其余的非等值机组，依据固定的分担比例或调节速率参与该区域调节需求ΔP的分配。以最简单情况-平均设定的固定分担因子为例，每台机组承担的调节量为ΔP/N。

对于第II级控制的子区域S₁，为和主控制区域ACE有所区别，控制偏差称为SCE(子区控制偏差)，满足下列的计算关系：

SCE₁＝ΔP_GEN，EQG1-Δ_PDES，EQG1＝-ΔP/N  (5)

其中，SCE₁为子区控制偏差，ΔP_GEN，EQG1为等值机组EQG₁的实际发电，ΔP_DES，EQG1为EQG₁的期望发电，ΔP/N为上级调度中分配给EQG₁的调节量，转化为控制偏差时符号取反。

子区域控制模型支持嵌套(递归)，如图2中的第III级控制。子区域S₃的机组等值为上一级控制区域S₂中的机组EQG₃，假定S₂的机组数为k台，当采用和第I级区域相同的控制策略时，最终区域S₃的调节偏差为-ΔP/N/k。

三级分层调度体系中，子控制区域为3个。

机组建模中共计有N+M+R台机组模型，实际系统拥有的发电机个数为N+M+R-3。可得出以下结论：

机组建模记录数-发电机组个数＝子控制区域的个数

对应每一个控制子区域，都需要在上层控制区域中建立相对应的虚拟等值机组。等值虚拟机组与真实发电机组在分配环节中应等同对待，这类机组在上级控制区域分配环节中承担的调节量，即为对应子控制区域的调节总量，通过子区域的机组二次分配后下发。

分层控制技术建立分区建模基础之上，与单纯的分区控制不同，更多体现的是子区域控制目标和全网AGC控制目标的协调。

这种协调主要体现在：

(1)子区域的控制目标是通过调节该区域的机组出力确保各子区域之间的输电断面不越稳定极限；

(2)从上一级控制区域来看，子区域的所有机组则虚拟为上层控制区域的等值(虚拟)机组，该等值(虚拟)机组承担上级控制区域的调节量分配；

(3)子区域的断面约束相应转化为等值(虚拟)机组的调节范围，通过对调节范围的约束实现两重控制目标的协调；

(4)作为重要的中间媒介，基于等值(虚拟)机组的模型建立方式支持多重嵌套，可实现递归处理。

在本发明中，披露了一种将断面安全约束转化为机组调节限值的控制方法。在所述步骤9)中，子控制区域将监控的联络线断面的最小安全调整范围转化为对应等值机组的调节范围。

设监控的某断面当前功率值为P_T，上限为P_Tmin，下线为P_Tmax，则联络线满足下列的安全约束：

P_T∈(P_Tmin，P_Tmax)    (6)

对于拥有k个稳定断面的子控制区域，则子区的最小安全调整范围为：

${\mathrm{\ΔP}}_{T\min }=\mathrm{Max}(P_{T\min }^k-P_T^k)---\left(7\right)$

${\mathrm{\ΔP}}_{T\max }=\mathrm{Min}(P_{T\max }^k-P_T^k)---\left(8\right)$

其中，断面的上限一般对应于输出功率，方向取正，下限一般对应输入功率，方向取负。

将公式(7)(8)和公式(4)(5)结合，可得到等值(虚拟)机组的调节范围：

$P_{\mathrm{EQMAX}}=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{gen},i}+\mathrm{Min}(P_{T\max }^k-P_T^k)---\left(9\right)$

$P_{\mathrm{EQMIN}}=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{gen},i}+\mathrm{Max}(P_{T\min }^k-P_T^k)---\left(10\right)$

本发明按照优选实施例进行了说明，应当理解，上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1、一种基于稳定断面安全约束的AGC分层协调控制方法，其特征在于：包括下列步骤

1)在系统中建立一个主控制区域，实施互联电网的常规区域控制；

2)主控制区域的主要控制目标明确为：维持电网的频率在控制范围内，保持电网各区域之间的交换功率为计划值；

3)以控制区域内部的电气连接关系为基础，以监控的稳定断面为依据，将区域划分为N个子控制区域；

4)系统中控制区域的个数总计为1+N；

5)主控制区域建模时必须包含控制区域的频率测点，当区域参与互联电网联络线调整时，还需要定义联络线交换功率以及计划值测点；

6)子控制区域的控制目标明确为：在保证子区域的稳定断面输送功率不越极限值的前提下，参与上级控制区域的功率调节；

7)子控制区域模型支持嵌套，在模型建立时对各个子区域的从属关系给出明确的定义；

8)子控制区域的所有在线可控机组等值为上级控制区域的一个等值虚拟机组，该等值虚拟机组应视作与正常机组无异，参与上级控制区域的调节，承担调节功率分配；

9)等值虚拟机组的实际出力、调节速率等控制参数由对应子控制区域的所有在线可控机组参数汇总得出，等值机组的调节范围受等值后的机组调节速率、各子区域稳定断面的安全范围约束；

10)等值虚拟机组在上级控制区域分配环节中承担的调节量，即为对应子控制区域的调节总量，通过子区域的机组二次分配后下发。

2、根据权利要求1所述的基于稳定断面安全约束的AGC分层协调控制方法，其特征在于：主控制区域的具体建模方法为，在系统中至少建立一主控制区域A₁，执行原单控制区域未分区前的调整任务。

3、根据权利要求1所述的基于稳定断面安全约束的AGC分层协调控制方法，其特征在于：子控制区域的具体建模方法为：针对区域内部需要监视的输电线路或断面集合，按照实际的调度管辖区域和灵敏度，选择相应的机组构成子控制区域。

4、根据权利要求3所述的基于稳定断面安全约束的AGC分层协调控制方法，其特征在于：在建立的子控制区域模型中，当子区域的划分赋予了明确的调度管辖意义时，如果子控制区域和相邻区域的输电断面开断，可针对新形成的电气岛实施单独控制。

5、根据权利要求1所述的基于稳定断面安全约束的AGC分层协调控制方法，其特征在于：在所述步骤1)至步骤10)中，等值虚拟机组的建模及调节功量的分配及转化过程中，对应每一个控制子区域，都需要在上层控制区域中建立相对应的虚拟等值机组。

6、根据权利要求1所述的基于稳定断面安全约束的AGC分层协调控制方法，其特征在于：在所述步骤8)至步骤10)中，等值虚拟机组的等值处理方法为：等值虚拟机组的实际出力、调节速率等控制参数由对应子控制区域的所有在线可控机组参数汇总得出。

7、根据权利要求1所述的基于稳定断面安全约束的AGC分层协调控制方法，其特征在于：在所述步骤8)至步骤10)中，等值虚拟机组的分配方法为：等值虚拟机组与真实发电机组在分配环节中等同对待，其在上级控制区域分配环节中承担的调节量，即为对应子控制区域的调节总量。

8、根据权利要求1所述的基于稳定断面安全约束的AGC分层协调控制方法，其特征在于：在所述步骤9)中，将断面安全约束转化为机组调节限值的控制方法为：将监控的联络线断面的最小安全调整范围转化为对应等值机组的调节范围。

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