CN102082434A - 多目标断面潮流控制的最优决策及性能评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多目标断面潮流控制的最优决策及性能评估方法，包括下列步骤：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，控制目标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再以控制区域内部的电气连接关系为基础，建立断面模型，并为断面引入日前计划和控制带宽，其中日前计划作为控制目标的中间基值，中间基值和控制带宽共同构成断面控制目标带。断面的控制目标为在保证控制目标在断面控制目标带内的前提下，参与主控制区域的功率调节。本发明既能使断面按日前计划目标控制，又可满足常规的AGC控制。

Description

多目标断面潮流控制的最优决策及性能评估方法

技术领域

本发明属电力系统控制领域，更准确地说本发明涉及一种应用于互联电网控制区域内部基于断面潮流控制的自动发电控制(AGC)多控制目标最优决策及控制性能评估方法。

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。随着电网规模的日益扩大，区域内部往往存在多个控制断面。加上当前AGC技术的发展和节能调度的进一步推进，当前控制区域除考虑省际间的联络线和频率目标外，还存在多个控制断面目标，但控制断面目标由计划值提前给定，断面控制目标灵活性较差，断面控制目标与传统目标之间也无法协调，断面潮流控制问题较为突出。将传统的AGC调节目标和区域多断面潮流控制目标相结合，对控制传统目标的机组与控制断面进行统一建模，综合考虑机组限值、断面计划带宽约束和断面下机组调节能力等因素，对传统目标和断面控制目标、联络线偏差目标、大型水电机组调节容量等动态目标进行最优决策，并对断面潮流控制性能进行评估，对于当前的调度运行管理和节能调度的深入实施，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多断面控制目标问题。

文献三《基于多区域的AGC多目标协调控制方法》(电力系统自动化2010年第34卷第16期第55页)提出了一种基于多区域的AGC多目标协调控制方法。主控制区负责全网的区域控制偏差(ACE)，各分控制区负责控制其对外联络线构成的稳定断面，并在紧急情况下协助主控制区控制全网的ACE，该方法可方便地实现全网多目标的协调控制，有利于在保证电网的安全和优质运行。

文献三提到的基于多区域的AGC多目标协调控制方法在河南电网得到了实际运用。但需要注意的是，文献中提到的多目标协调是传统AGC目标和断面控制目标之间协调，并未考虑到多断面控制目标之间的协调，并且断面控制目标由调度员人工给定或由日前计划决定，在实际运行中，断面控制目标固定，灵活性较差，并且断面控制目标之间不能相互协调，各个断面下的机组调节能力不能充分利用，断面潮流控制效果并不理想。

经初步检索，暂未发现有与本发明内容相关的专利条目。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：

1、兼顾全网AGC的频率、联络线控制目标和区域内部的断面控制目标，既能使断面按日前计划目标控制，又可满足常规的AGC控制；

2、提供一种区域内部控制断面与控制区域频率和联络线控制目标机组的统一建模方法，综合考虑AGC传统控制目标和断面控制目标，实现传统控制目标和断面控制目标、断面控制目标之间的协调控制，充分发挥全网机组调节能力，提高频率、联络线控制和断面控制效果，并提出评价断面控制效果的评估方法。

为解决上述技术问题，本发明是采取以下的技术方案来实现的：

一种多目标断面潮流控制的最优决策及性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

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，建立控制断面模型；

4)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；

5)控制断面建模时必须引入日前计划和控制带宽，其中日前计划作为控制目标的中间基值，中间基值和控制带宽共同构成断面控制目标带；

6)按照控制断面的发电计划及断面对应控制区域的所有在线机组的控制参数进行断面控制性能评价，计算流程图如附图1所示；

7)控制断面的控制目标为：在保证控制目标在断面控制目标带内的前提下，参与主控制区域的功率调节；

8)每个控制断面等值为主控制区域中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，参与主控制区域的调节，承担调节功率分配；

9)等值虚拟机组的包括实际出力、调节速率在内的控制参数由对应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和断面控制目标带约束；

10)定义多个控制目标，所述控制目标为传统的区域调节需求，或者为未来5min负荷增量、未来5min联络线交换计划偏差量、某大型水电厂部分调节裕度；

11)将传统区域调节需求分配给不参与最优决策的机组，将额外定义的多目标调节需求分配给参与最优决策的机组，参与最优决策的机组包括虚拟机组。

12)等值虚拟机组在总控制区域分配环节中承担的调节量，作为对应控制区域的调节总量，通过该区域的机组二次分配后下发。

本发明所达到的有益效果：本发明的多目标断面潮流控制的最优决策及性能评估方法兼顾全网AGC的频率、联络线控制目标和区域内部的断面控制目标，既能使断面按日前计划目标控制，又可满足常规的AGC控制。

附图说明

图1为本发明中断面评估计算流程图；

图2为本发明中断面和机组统一建模示意图；

图3为本发明中控制目标分配示意图。

具体实施方式

在本发明的多目标断面潮流控制的最优决策及性能评估方法中，在所述步骤6)中，对电网内部的控制断面进行控制性能评价的具体方法为：在已经建立的电网模型中，每个控制断面都有对应的机组进行控制，对于任意一个控制断面，断面潮流自动控制能力和控制效果由控制断面下所有机组AGC投入容量、控制断面下所有机组AGC上下调节速率、控制断面对应控制区域的负荷变化量及变化速率、控制断面控制目标决定。根据这些决定因素，评估断面控制性能的方法如下：

1)断面可控性

$C=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{G}_{\mathrm{range}}-\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{Load}}---\left(1\right)$

式中：

G_range：为机组的调节容量；

为断面下所有机组的调节容量之和；

ΔP_Load：为断面未来5min的负荷变化量；

2)断面控制能力

$A=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{Load}}}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{G}_{\mathrm{range}}}& \underset{i}{\mathrm{\Σ}}{G}_{\mathrm{range}}>0\\ \left|\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{Load}}\right|& \underset{i}{\mathrm{\Σ}}{G}_{\mathrm{range}}\≤0\end{array}\right.$

(2)

式中：

G_range：为发电的调节容量；

为该断面下所有机组的调节容量之和；

ΔP_Load：为断面未来5min的负荷变化量；

3)断面控制精度

$\mathrm{Accu}=\frac{R_{\mathrm{load}}}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{R}_i}---\left(3\right)$

式中：

R_load：为负荷变化速率；

R_i：为机组调节速率；

为断面下AGC机组调节速率之和；

4)断面控制难度

D＝A₁*A+A₂*Accu                        (4)

式中：

A1：断面控制能力系数。

A2：断面控制精度系数。

A：断面控制能力。

Accu：断面控制精度

5)断面当前可控范围

$\left[\begin{array}{cc}{C}_{\min }& C_{\max }\end{array}\right]=P_T+\left[\begin{array}{cc}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{G}_{\min }& \underset{i}{\mathrm{\Σ}}{G}_{\max }\end{array}\right]---\left(5\right)$

式中：

C_min：断面可控下限；

C_max：断面可控上限；

P_T：断面实际潮流；

断面下机组调节下限之和；

断面下机组调节上限之和；

6)最大负荷断面可控范围

$\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{MC}}_{\min }& {\mathrm{MC}}_{\max }\end{array}\right]=P_{\max \mathrm{load}}-P_{\mathrm{load}}+P_T+\left[\begin{array}{cc}\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{G}_{\min }& \underset{i}{\mathrm{\Σ}}{G}_{\max }\end{array}\right]---\left(6\right)$

式中：

MC_min：最大负荷断面可控下限；

MC_max：最大负荷断面可控上限；

P_maxload：断面对应区域预测最大负荷；

P_load：断面对应区域当前负荷；

P_T：断面实际潮流；

断面下机组调节下限之和；

断面下机组调节上限之和。

在所述步骤8)中，在本发明中，在电网潮流和断面潮流控制时，为了实现控制目标的最优分配，将电网内所有的控制断面，机组(包括水电机组，燃气机组和火电机组)进行联合统一建模，建模方式如下，建模示意图如附图2所示：

1)给断面潮流控制引入96点计划基值，并结合断面功率传输限值、机组调节范围约束、建立等效机组控制模型，赋予其机组控制的特性。并结合实际运行情况，允许调度员对计划基值实施临时人工修正、大大提高了断面潮流控制的灵活性，在保证断面安全可控的前提下实施潮流控制；

2)综合不同的控制对象(包括承担常规ACE调节的机组、控制断面潮流的机组、控制断面)构成联合控制层综合节能发电调度序列、调节容量、调节速率、人工优先级等因素制定排序优先级，实施潮流总目标分配。

3)上一级针对控制传统控制目标机组和控制断面潮流的等效机组控制目标，再转化为对应层面的断面控制目标，实施分区内部的二次分配。分配过程中还需要综合考虑相关机组对应于断面潮流的灵敏度等因素实现优先排序控制。

在所述步骤11)中，根据控制断面与实际机组统一建模，将电网内所有机组和断面分为两层，第一层为机组(包括水电机组、燃气机组、火电机组和控制断面构成的联合控制层)，第二层为分区断面下的所有机组。在原有的单个ACE控制目标和断面的计划控制目标的基础上，充分利用水电燃气机组的速度优势和火电机组的容量优势，引入真正反映电网实际运行的动态目标，这些动态目标包括：

1)超短期负荷预报结果目标。通过引入超短期负荷预报结果作为目标之一，可以通过超前控制的方式，让速度较慢的火电机组超前调节，可以充分利用火电机组的容量优势，减轻水电机组的调节压力。

ΔT_ldfc＝P_F-P_Load+P_plan-P_redl                        (7)

式中：

P_F：省网未来5min预报负荷

P_Load：省网实际负荷。

P_plan：联络线计划交换功率。

P_real：联络线实际交换功率

2)交换功率偏差目标。引入交换功率偏差作为控制目标之一，可以由火电机组分担调节ACE，从而使水电机组和燃气机组充分利用速度优势调节由频率变化产生的调节需求，可提高区域的控制指标，并能充分利用火电机组的容量优势。

ΔT_tyln＝P_plan-P_real                (8)

式中：

P_plan：联络线计划交换功率

P_real：联络线实际交换功率

3)大型水电机组调节裕度目标。可以将调节裕度目标作为调节偏差分配给其他控制ACE的火电机组或控制断面下的火电机组，可以起到火电机组为水电机组自动腾出调节容量的作用，使火电发挥容量优势，群策群力，分担水电机组的调节需求，使得大型水电机组始终处于最佳调节状态，提高电网的调节性能。

$\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{xld}}=\left\{\begin{array}{c}\begin{array}{cc}|G-G_{\mathrm{mid}}|,& T>30\end{array}\\ 0\end{array}\right.---\left(9\right)$

式中：

G：大型水电机组实际出力

G_mid：大型水电机组中间基值

T：大型水电机组实际出力与调节上(下)限之差在30MW以内的时间

在引入机组和断面统一建模、多控制目标后，再进行多目标最优决策。

在进行多目标最优决策时，首先进行第一层面即联合控制层面进行控制目标的分配，目标分配示意图如附图3所示。在这一层面，所有机组(包括实际机组和虚拟机组)分为两类，第一类是承担原有AGC调节需求的机组，往往是实际机组。另一类是参与最优决策，承担动态多目标调节需求的机组，这类机组包括了实际机组和虚拟机组。对于第一类机组，AGC将区域调节需求ACE按照机组的调节能力，调节范围比例分配给各个机组，各个机组将分配得到的调节量加上机组的实际出力作为机组的目标出力，再将机组的目标出力发送至电厂。对于参与最优决策的机组，得到这类机组总目标后，首先对这类机组进行排序，排序策略包括节能发电调度序列，调节速率，人工优先级等。在排序完毕后，再将总目标逐一按机组的最大调节能力并考虑机组的安全约束(对实际机组存在调节范围和方向限制，对虚拟机组存在断面极限，断面日前计划，断面允许控制带等限制)将目标分配给每台机组，直至目标分配完毕。在联合控制层面控制分配结束的基础上，再进行第二层级的断面控制层面分配。对于实际机组，得到调节量后加上机组的实际出力作为机组的目标出力。对于虚拟机组，在得到调节量后，加上断面的实际潮流值作为断面控制目标，再将该断面下AGC机组按照优先级排序，排序策略包括机组的调节能力、机组日前计划、机组发电调度优先级和人工优先级等。排序结束后，在考虑机组的调节范围约束的前提下，再将断面控制目标与实际潮流值的偏差逐一按照机组的最大调节能力分配给各个机组，最后将各个机组得到的调节量加上机组的实际出力作为机组的目标出力下发至电厂。

通过两个层面控制目标分配，最终实现多目标断面潮流控制目标的最优决策。

本发明按照优选实施例进行了说明，应当理解，但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 (6)

1.一种多目标断面潮流控制的最优决策及性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

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，建立控制断面模型；

4)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；

5)控制断面建模时必须引入日前计划和控制带宽，其中日前计划作为控制目标的中间基值，中间基值和控制带宽共同构成断面控制目标带；

6)按照控制断面的发电计划及断面对应控制区域的所有在线机组的控制参数进行断面控制性能评价；

7)控制断面的控制目标为：在保证控制目标在断面控制目标带内的前提下，参与主控制区域的功率调节；

8)每个控制断面等值为主控制区域中的一个等值虚拟机组，等值虚拟机组视作与正常机组无异，参与主控制区域的调节，承担调节功率分配；

9)等值虚拟机组的包括实际出力、调节速率在内的控制参数由对应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和断面控制目标带约束；

10)定义多个控制目标，所述控制目标为传统的区域调节需求，或者为未来5min负荷增量、未来5min联络线交换计划偏差量、某大型水电厂部分调节裕度；

11)将传统区域调节需求分配给不参与最优决策的机组，将额外定义的多目标调节需求分配给参与最优决策的机组，参与最优决策的机组包括虚拟机组；

12)等值虚拟机组在总控制区域分配环节中承担的调节量，作为对应控制区域的调节总量，通过该区域的机组二次分配后下发。

2.根据权利要求1所述的多目标断面潮流控制的最优决策及性能评估方法，其特征在于：在所述步骤6)中，对电网内部的控制断面进行控制性能评价的具体方法为：在已经建立的电网模型中，每个控制断面都有对应的机组进行控制，对于任意一个控制断面，断面潮流自动控制能力和控制效果由控制断面下所有机组AGC投入容量、控制断面下所有机组AGC上下调节速率、控制断面对应控制区域的负荷变化量及变化速率、控制断面控制目标决定，评估指标包括断面可控性、断面控制能力、断面控制精度、断面控制难度、断面当前可控范围、最大负荷断面可控范围。

3.根据权利要求1所述的多目标断面潮流控制的最优决策及性能评估方法，其特征在于：在所述步骤8)中，在电网潮流和断面潮流控制时，将电网内所有的控制断面、机组进行联合统一建模，建模方法为：

81)给断面潮流控制引入96点计划基值，并结合断面功率传输限值、机组调节范围约束建立等效机组控制模型，赋予其机组控制的特性；

82)综合控制传统控制目标的机组、控制断面潮流机组和控制断面的控制对象构建联合控制层，综合包括节能发电调度序列、调节容量、调节速率、人工优先级在内的因素制定排序优先级，实施潮流总目标分配；

83)上一级针对控制传统控制目标机组和控制断面潮流的等效机组控制目标，再转化为对应层面的断面控制目标，实施分区内部的二次分配。

4.根据权利要求1所述的多目标断面潮流控制的最优决策及性能评估方法，其特征在于：在所述步骤10)中，动态目标包括：

a)超短期负荷预报结果目标：

ΔT_ldfc＝P_F-P_Load+P_plan-P_real                  (7)

式中：

P_F：省网未来5min预报负荷

P_Load：省网实际负荷

P_plan：联络线计划交换功率

P_real：联络线实际交换功率

b)交换功率偏差目标：

ΔT_tyln＝P_plan-P_real                          (8)

式中：

P_plan：联络线计划交换功率

P_real：联络线实际交换功率

c)大型水电机组调节裕度目标：

$\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{xld}}=\left\{\begin{array}{c}\begin{array}{cc}|G-G_{\mathrm{mid}}|,& T>30\end{array}\\ 0\end{array}\right.---\left(9\right)$

式中：

G：大型水电机组实际出力

G_mid：大型水电机组中间基值

T：大型水电机组实际出力与调节上下限之差在30MW以内的时间。

5.根据权利要求1所述的多目标断面潮流控制的最优决策及性能评估方法，其特征在于：所述步骤11)中，在引入机组和断面统一建模、多控制目标后，进行多目标最优决策，进行多目标最优决策的步骤包括：

111)进行第一层面即联合控制层面进行控制目标的分配，所有机组分为两类，第一类是承担原有AGC调节需求的机组，另一类是参与最优决策、承担动态多目标调节需求的机组，参与最优决策的机组包括实际机组和虚拟机组；

112)对于第一类机组，AGC将区域调节需求ACE按照机组的调节能力、调节范围比例分配给各个机组，各个机组将分配得到的调节量加上机组的实际出力作为机组的目标出力，再将机组的目标出力发送至电厂；

113)对于参与最优决策的机组，得到这类机组总目标后，首先对这类机组进行排序，排序完毕后，将总目标逐一按机组的最大调节能力并考虑机组的安全约束将目标分配给每台机组，直至目标分配完毕，在联合控制层面控制分配结束的基础上，再进行第二层级的断面控制层面分配。

6.根据权利要求5所述的多目标断面潮流控制的最优决策及性能评估方法，其特征在于：

在所述步骤113)中，对于实际机组，得到调节量后加上机组的实际出力作为机组的目标出力；

对于虚拟机组，在得到调节量后，加上断面的实际潮流值作为断面控制目标，再将该断面下AGC机组按照优先级排序，排序结束后，在考虑机组的调节范围约束的前提下，再将断面控制目标与实际潮流值的偏差逐一按照机组的最大调节能力分配给各个机组，最后将各个机组得到的调节量加上机组的实际出力作为机组的目标出力下发至电厂。

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