CN102222906A - 一种适应多目标的电网分层分区潮流自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适应多目标的电网分层分区潮流自动控制方法，属于电力系统调度自动化技术领域。该方法包括：多控制区域、多控制目标以及分层分区断面潮流协调控制；电网潮流分层分区协调控制体系以及相适应的控制策略；综合考虑电压等级、电网区域以及节能调度原则等的机组出力实时调整的排序分配策略，包括不同电压等级、不同电网区域的发电机组集群之间排序分配策略，相同电压等级、同一电网区域的发电机组之间的排序分配策略；对电网各控制区域进行分区独立超短期负荷预测控制。本发明方法能灵活适应各种电网运行方式，保证电网重要输电断面线路检修方式下的电网稳定运行；水、火电机组发电控制更加协调，为节能发电调度提供了有力的技术支持。

Description

一种适应多目标的电网分层分区潮流自动控制方法

技术领域

本发明涉及一种适应多目标的电网分层分区潮流自动控制方法，属于电力系统调度自动化技术领域。

背景技术

传统自动发电控制是电力系统运行控制的电网安全可靠运行保障技术，其核心目的是根据电网实时运行状态对发电机组出力进行实时调整，以实现电网频率与有功功率的自动控制。

传统的电网实时稳定控制系统中，其控制的目标是针对电网某一紧急情况下的事故控制，往往以切机、切负荷为手段，控制策略和目标往往仅适应局部电网的某一假定事故模式，控制目标相对单一，适应的范围较窄，灵活性较差，不能满足电网开环后对全网进行全面的、多断面联合、提前预控、自适应电网运行方式变化的生产需要。

已有技术中，国内部分网省调度通信中心开展了“互联电网中自动发电控制关键技术”以及“多区域自动发电控制(以下简称AGC)理论与技术”的研究，着重于满足联络线功率控制性能标准(以下简称CPS)的自动发电控制研究，开发了相应的控制软件，建立了多区域控制模型，实现了AGC多区域自动发电控制，并能够对电网间的联络线功率按照CPS考核标准进行控制；通过与全网超短期负荷预报、实时经济调度的结合，实现全网AGC超前控制，但并未考虑电网稳定断面约束，因此无法对电网稳定断面潮流进行有效控制。

国内部分省级调度通信中心开展了“基于AGC的稳定断面潮流控制”的研究，着重于考虑安全约束条件、灵敏度分析、超短期负荷预报，实现对电网内部分稳定断面潮流的控制，形成闭环控制，解决断面稳定输送功率越限的问题，但未考虑发电综合自动排序控制，因此无法较好满足电网三公调度和节能调度的要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种适应多目标的电网分层分区潮流自动控制方法，以电网分层分区潮流自动控制为主要目标，与能量管理系统(EMS)、实时调度系统等密切联系，在电网实时调度运行过程中全程实现电网断面潮流实时的自动控制。

本发明提出的适应多目标的电网分层分区潮流自动控制方法，包括以下步骤：

(1)建立电网的分区控制模型：

当采用频率联络线偏差控制方式时，在电网中建立一个主控制区域A1，建立的主控制区域A₁中包含频率和联络线交换部分，主控制区域联络线功率偏差ACE计算公式为：

ACE＝(f-f₀)*10B+(I-I₀)

其中，f为主控制区域的实采频率，f₀为主控制区域的计划频率值，B为电网控制区域的频率偏差系数，I为本控制区域和外控制区域之间的联络线交换功率，I₀为本控制区域和外控制区域之间的交换功率的计划值；根据电网的调度管辖区域和电网拓扑关系，选择发电机组G₁至G_n构成子控制区域S₁；

当电网解列后，由独立的电气岛形成子控制区域，子控制区域的控制方式转为定频率控制方式，功率偏差ACE计算公式为：

ACE_i＝(f_i-f_i0)*10B_i

其中，f_i为分别从子控制区域采集的频率，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；

(2)建立电网的分区控制模型：根据电网结构建立500kV/220kV电网分层控制模型；

(3)建立分层分区潮流控制模型：由水电机组或燃机机组控制全网的联络线功率偏差，由分区发电机组控制本区与外区相连的多个500kV线路功率和的偏差，由分层发电机组控制本层的500kV联变的功率偏差，电网检修运行方式下由发电机组控制电网相关元件潮流的功率偏差；

(4)制定发电机组出力协调定量控制策略：

当前发电机组的实际出力/计划出力大小、计划电量完成率高低、上网电价高低、能耗高低和电网断面灵敏度，对发电机组进行排序，根据排序结果采用优先级法分配机组出力，依次调整机组出力，排序在前的机组优先加出力、排序在后的机组优先减出力；

(5)结合电网分区超短期负荷预测结果，制定发电机组的综合调用顺序指标：

(5-1)根据下式确定可调裕度因子：

${\mathrm{Factor}}_i=\frac{P_{i-\max }-P_i}{P_{i-\max }-P_{i-\min }}$

其中，Factor_i是发电机组i的可调裕度因子，P_i-max是发电机组出力的调节上限，P_i-min是发电机组出力的调节下限，P_i是发电机组的实际出力；

(5-2)根据发电机组的综合煤耗b_i确定发电机组的节能因子；

(5-3)根据发电机组的调节速率V_i确定发电机组的调节速率因子；

(5-4)根据发电机组对分区电网断面灵敏度S_i确定发电机组的断面灵敏度因子；

(5-5)对上述分区中的发电机组的灵敏度S_i、调节容量P_i、调节速率V_i和综合煤耗b_i按从大到小进行排序，排在第一位的发电机组排序指标分别用S₁、P₁、V₁和b₁表示，并标么化为1，其它发电机组各项指标的标么值为：

S′_i＝S_i/S₁，P′_i＝P_i/P₁，V′_i＝V_i/V₁和b′_i＝1-b_i/b₁，

并得到发电机组的综合调用顺序指标k如下：

$k=\frac{k_1{S}_i^{\′}+k_4{b}_i^{\′}+(\frac{k_2{P}_i^{\′}+k_3{V}_i^{\′}}{k_4{b}_i^{\′}}+1)}{\underset{j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{k}_j}$

上式中：k₁、k₂、k₃、k₄分别为设定的电网断面灵敏度、调节容量、调节速率、综合煤耗的权系数。

本发明提出的适应多目标的电网分层分区潮流自动控制方法，实现了电网正常运行方式下各主要断面潮流的分层、分区自动控制，实现稳定断面潮流的实时在线预控；能够灵活适应各种电网运行方式，保证电网重要输电断面线路检修方式下的电网稳定运行；水、火电机组发电控制更加协调，本发明为节能发电调度提供了有力的技术支持。本发明的方法具有如下优点：

(1)提出了适应多种调度目标的电网分层分区潮流控制的思想、技术构架和实现方法，适应电网开环运行的需求。

(2)提出了综合考虑电压等级、电网区域以及节能调度原则等的发电机组出力实时调整的排序分配策略，满足发电优先级的多目标安排，适应节能发电调度的要求。

(3)实现了电网多断面目标的联合、协调控制，能够提高断面潮流控制的协调性，发挥电网输电的能力，适应电网运行方式的变化。

(4)分别对电网各控制区域进行超短期负荷预测控制，实现了对电网各分区输电断面潮流的预控。

附图说明

图1是利用本发明方法对电网进行分区控制的建模示意图。

图2是利用本发明方法对电网进行分层控制的建模示意图。

图3是本发明方法中涉及的系统调节区域划分示意图。

具体实施方式

本发明提出的适应多目标的电网分层分区潮流自动控制方法，包括以下步骤：

(1)建立电网的分区控制模型：

当采用频率联络线偏差控制方式时，在电网中建立一个主控制区域A₁，建立的主控制区域A₁中包含频率和联络线交换部分，主控制区域联络线功率偏差ACE计算公式为：

ACE＝(f-f₀)*10B+(I-I₀)

其中，f为主控制区域的实采频率，f₀为主控制区域的计划频率值，B为电网控制区域的频率偏差系数，I为本控制区域和外控制区域之间的联络线交换功率，I₀为本控制区域和外控制区域之间的交换功率的计划值；根据电网的调度管辖区域和电网拓扑关系，选择发电机组G₁至G_n构成子控制区域S1；

当电网解列后，由独立的电气岛形成子控制区域，子控制区域的控制方式转为定频率控制方式，功率偏差ACE计算公式为：

ACE_i＝(f_i-f_i0)*10B_i

其中，f_i为分别从子控制区域采集的频率，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；

(2)建立电网的分区控制模型：根据电网结构建立500kV/220kV电网分层控制模型；

(3)建立分层分区潮流控制模型：由水电机组或燃机机组控制全网的联络线功率偏差，由分区发电机组控制本区与外区相连的多个500kV线路功率和的偏差，由分层发电机组控制本层的500kV联变的功率偏差，电网检修运行方式下由发电机组控制电网相关元件潮流的功率偏差；

(4)制定发电机组出力协调定量控制策略：

当前发电机组的实际出力/计划出力大小、计划电量完成率高低、上网电价高低、能耗高低和电网断面灵敏度，对发电机组进行排序，根据排序结果采用优先级法分配机组出力，依次调整机组出力，排序在前的机组优先加出力、排序在后的机组优先减出力；

(5)结合电网分区超短期负荷预测结果，制定发电机组的综合调用顺序指标：

(5-1)根据下式确定可调裕度因子：

${\mathrm{Factor}}_i=\frac{P_{i-\max }-P_i}{P_{i-\max }-P_{i-\min }}$

其中，Factor_i是发电机组i的可调裕度因子，P_i-max是发电机组出力的调节上限，P_i-min是发电机组出力的调节下限，P_i是发电机组的实际出力；

(5-2)根据发电机组的综合煤耗b_i确定发电机组的节能因子；

(5-3)根据发电机组的调节速率V_i确定发电机组的调节速率因子；

(5-4)根据发电机组对分区电网断面灵敏度S_i确定发电机组的断面灵敏度因子；

(5-5)对上述分区中的发电机组的灵敏度S_i、调节容量P_i、调节速率V_i和综合煤耗b_i按从大到小进行排序，排在第一位的发电机组排序指标分别用S₁、P₁、V₁和b₁表示，并标么化为1，其它发电机组各项指标的标么值为：

S′_i＝S_i/S₁，P′_i＝P_i/P₁，V′_i＝V_i/V₁和b′_i＝1-b_i/b₁，

并得到发电机组的综合调用顺序指标k如下：

$k=\frac{k_1{S}_i^{\′}+k_4{b}_i^{\′}+(\frac{k_2{P}_i^{\′}+k_3{V}_i^{\′}}{k_4{b}_i^{\′}}+1)}{\underset{j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{k}_j}$

上式中：k₁、k₂、k₃、k₄分别为设定的电网断面灵敏度、调节容量、调节速率、综合煤耗的权系数。

本发明所提出的适应多目标的电网分层分区潮流自动控制方法，结合了电网分层分区结构、水火电装机不均、装机与负荷分布不均等特点，在多区域控制的基础上，进一步分层控制，建立科学的分层、分区协调控制体系，并提供与之相适应的控制策略，在满足省际联络线CPS考核标准的同时，实现对电网多目标、分层、分区潮流的有效控制，能够自动实时修正各控制目标，并满足各分区内部电网断面的安全约束。本发明方法针对节能调度等原则，提出了考虑电压等级、电网区域以及节能调度原则的机组出力排序分配策略。本发明方法根据电网方式变化，针对单一元件及自定义断面均能进行实时在线控制。本方法针对省网各地区负荷特性的差异，提出了分区域超短期负荷预测控制，各个分区同时进行超短期负荷预测控制，实现电网分区断面的潮流预控。

以下结合附图详细介绍本发明的内容：

1、建立电网分区控制模型：

与分级调度体系中控制区的行政划分不同，这里所涉及的分区概念是指各控制区内部的电气划分。图1为分区建模示意图。实现方法为：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计算依赖于具体的控制方式。例如，当采用TBC(频率联络线偏差控制)控制方式时，如图1所示，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，例如频率测点、联络线交换测点、以及计划值测点等。

针对区域内部需要监视的元件或断面集合，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一元件或联络线断面进行定义即可，频率测点可不定义。

分区建模技术支持电网解列后的多岛控制，对原有的AGC控制功能进行了很好的继承和发展。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，一旦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。

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，例如频率偏差系数、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。

2、建立分层控制模型：

根据电网结构建立500kV/220kV电网分层控制模型。如图2所示。

3、建立分层分区潮流控制模型：

水电机组或燃机机组控制全网的ACE。

分区机组的控制目标为：该区与外界相连的若干500kV线路的功率和的偏差。

分层机组的控制目标为：该层的500kV联变下送或相关断面潮流的功率偏差。

特殊运行方式下机组的控制目标为：自定义断面或元件潮流的功率偏差。

无论主控制区采用哪种控制模式，都可根据控制区的控制偏差数值大小将控制区划分为四种状态区：死区、正常区、次紧急区和紧急区。如图3所示。

划分状态区的目的不仅在于给调度人员一个提示，更为重要的是在于不同的状态区里系统将采取不同的应对策略。

同时系统将机组承担调节功率模式分为：

O(Off-regulated)在任何情况下都不承担调节功率。

R(Regulated)在任何需要的情况下，无条件承担调节功率。

A(Assistant)在次紧急调节区域或紧急调节区域时，才承担调节功率。

E(Emergency)在紧急调节区域时，才承担调节功率。

1)死区内，当前的控制偏差很小，机组无需调节。

2)正常区内，所有调节模式为R的机组均参与调节。

3)次紧急区内，所有指令都必须进行允许下发测试，A模式的机组也参加调节。

4)紧急区内，R、A、E模式的机组均参加调节。

4、制定发电机组出力协调定量控制策略：

采用优先级法分配机组出力，依次调整机组出力，排序在前的机组优先加出力、排序在后的机组优先减出力。排序因子可考虑如下几种方法或它们的组合：当前实际出力/计划出力、计划电量完成率、上网电价、能耗高低、断面灵敏度。

排序因子可分为固定类型和可变类型，固定类型的排序因子在一段时间内相对稳定，例如电价、能耗，预期的调节顺序也相对固定，行为约束性较强。可变类型的排序因子实时变化，例如计划电量完成率、断面灵敏度、机组调节速率，调节的中间过程动态可变。因此，根据不同类型的排序因子，排序的过程可能存在多轮。原则上先执行固定因子的排序，后执行可变因子的排序。

若目前有功率偏差ΔP，先根据爬坡率检测第一优先级的机组在时间T内能否满足，如果可以满足，则功率偏差完全由最高优先级的机组进行调整。否则，考虑第二优先级的机组，把剩余的偏差功率ΔP分配给这些机组。通过出力分配，在一个指令响应周期内可以将控制目标功率回归至计划值。

但是一旦发生机组所归属的断面越限或重载，即使机组的排序在后，其加出力的优先级也会比其余断面的机组高。具体实现策略为：

(1)在机组调整出力，跟踪计划功率值时，首先扫描作为约束条件的断面实际潮流；

(2)在机组加(减)出力过程中，扫描发现有断面越限，优先加(减)与该断面相关机组出力，相关机组优先级自动调整为“1”。

5、结合电网分区超短期负荷预测结果，制定发电机组的综合调用顺序指标：

如何将分区的超短期控制目标分配至分区内各参与超短期控制的机组是分区超短期负荷预测控制的核心。

最原始的分配方法类似于传统AGC的分配方法，按照设置到机组的分担因子比例分担。这种分配方法简单易行，但分配量无法考虑机组的调节性能、调节容量等因素。结合河南电网节能发电调度方面的要求，采用一种基于排序因子的分配策略。

(1)可调裕度因子

使用机组的上调节裕度作为排序因子。

${\mathrm{Factor}}_i=\frac{P_{i-\max }-P_i}{P_{i-\max }-P_{i-\min }}$

其中，Factor_i是机组i的排序因子，P_i-max是调节上限，P_i-min是调节下限，P_i是实际出力。

系统需要加出力时优先选择排序在前的机组增加出力；系统需要减出力时优先选择排序在后的机组减少出力。

(2)机组的节能因子

加出力优先选择节能因子大的机组，减出力优先选择节能因子小的机组。

(3)机组的调节速率因子

按照机组的调节速率对机组进行排序，调节的时候优先选择调节速率大的机组。

(4)机组的断面灵敏度因子

按照计算得出的机组对应断面灵敏度进行排序，调节的时候优先选择灵敏度较高的机组。

将同一组中机组的灵敏度S_i、调节容量P_i、调节速率V_i、综合煤耗b_i按从大到小进行排序。分别排在第一位的机组排序指标分别用S₁、P₁、V₁、b₁表示，并标么化为1，其他机组各项指标的标么值为：

S′_i＝S_i/S₁，P′_i＝P_i/P₁，V′_i＝V_i/V₁，b′_i＝1-b_i/b₁

最后可得机组的综合调用顺序指标k如下：

$k=\frac{k_1{S}_i^{\′}+k_2{P}_i^{\′}+k_3{V}_i^{\′}+k_4{b}_i^{\′}}{\underset{j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{k}_j}$

即： $k=\frac{k_1{S}_i^{\′}+k_4{b}_i^{\′}(\frac{k_2{P}_i^{\′}+k_3{V}_i^{\′}}{k_4{b}_i^{\′}}+1)}{\underset{j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{k}_j}$

式中：k₁、k₂、k₃、k₄分别为给定的灵敏度、调节容量、调节速率、综合煤耗的权系数。由于煤耗较低的机组一般为大容量的高效机组，其调节速率和出力调节范围也较大，故有P′_i≈V′_i≈b′_i、，故上式可简化为：

$k=\frac{k_1{S}_i^{\′}+b_i^{\′}(k_2+k_3+k_4)}{\underset{j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{k}_j}$

$=\frac{k_1{S}_i^{\′}+b_i^{\′}{k}_4^{\′}}{k_1+k_4^{\′}}$

式中：k′₄＝k₂+k₃+k₄，上式在调度运行中具有实际的意义，k₁、k′₄不同的取值决定了在调度运行中是以联变潮流的控制精度为主要排序标准，还是以煤耗率最低为主要排序标准。

一般说来，同一组内机组较多时，可取k₁＜k′₄，即通过较多大容量机组出力的调整来解决负荷波动时由于灵敏度较低带来的断面潮流波动幅度较大的问题；

同一组内机组较少时，可取k₁＞k′₄，以负荷波动时联变潮流的控制精度作为排序标准，以提高断面利用率。电网实际运行中，可以通过试验对权系数进行调整，达到既定的控制目标。

实际运行过程中，调用顺序靠前的机组先加后减，调用顺序靠后的机组先减后加，来完成对各联变潮流的准确控制。

无论使用那种排序因子优先，实际分配到机组的量都必须考虑机组的调节上下限值和爬坡速率约束。

Claims (1)

1.一种适应多目标的电网分层分区潮流自动控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)建立电网的分区控制模型：

当采用频率联络线偏差控制方式时，在电网中建立一个主控制区域A₁，建立的主控制区域A₁中包含频率和联络线交换部分，主控制区域联络线功率偏差ACE计算公式为：

ACE＝(f-f₀)*10B+(I-I₀)

其中，f为主控制区域的实采频率，f₀为主控制区域的计划频率值，B为电网控制区域的频率偏差系数，I为本控制区域和外控制区域之间的联络线交换功率，I₀为本控制区域和外控制区域之间的交换功率的计划值；根据电网的调度管辖区域和电网拓扑关系，选择发电机组G₁至G_n构成子控制区域S₁；

当电网解列后，由独立的电气岛形成子控制区域，子控制区域的控制方式转为定频率控制方式，功率偏差ACE计算公式为：

ACE_i＝(f_i-f_i0)*10B_i

其中，f_i为分别从子控制区域采集的频率，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；

(2)建立电网的分区控制模型：根据电网结构建立500kV/220kV电网分层控制模型；

(3)建立分层分区潮流控制模型：由水电机组或燃机机组控制全网的联络线功率偏差，由分区发电机组控制本区与外区相连的多个500kV线路功率和的偏差，由分层发电机组控制本层的500kV联变的功率偏差，电网检修运行方式下由发电机组控制电网相关元件潮流的功率偏差；

(4)制定发电机组出力协调定量控制策略：

当前发电机组的实际出力/计划出力大小、计划电量完成率高低、上网电价高低、能耗高低和电网断面灵敏度，对发电机组进行排序，根据排序结果采用优先级法分配机组出力，依次调整机组出力，排序在前的机组优先加出力、排序在后的机组优先减出力；

(5)结合电网分区超短期负荷预测结果，制定发电机组的综合调用顺序指标：

(5-1)根据下式确定可调裕度因子：

${\mathrm{Factor}}_i=\frac{P_{i-\max }-P_i}{P_{i-\max }-P_{i-\min }}$

其中，Factor_i是发电机组i的可调裕度因子，P_i-max是发电机组出力的调节上限，P_i-min是发电机组出力的调节下限，P_i是发电机组的实际出力；

(5-2)根据发电机组的综合煤耗b_i确定发电机组的节能因子；

(5-3)根据发电机组的调节速率V_i确定发电机组的调节速率因子；

(5-4)根据发电机组对分区电网断面灵敏度S_i确定发电机组的断面灵敏度因子；

(5-5)对上述分区中的发电机组的灵敏度S_i、调节容量P_i、调节速率V_i和综合煤耗b_i按从大到小进行排序，排在第一位的发电机组排序指标分别用S₁、P₁、V₁和b₁表示，并标么化为1，其它发电机组各项指标的标么值为：

S′_i＝S_i/S₁，P′_i＝P_i/P₁，V′_i＝V_i/V₁和b′_i＝1-b_i/b₁，

并得到发电机组的综合调用顺序指标k如下：

$k=\frac{k_1{S}_i^{\′}+k_4{b}_i^{\′}(\frac{k_2{P}_i^{\′}+k_3{V}_i^{\′}}{k_4{b}_i^{\′}}+1)}{\underset{j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{k}_j}$

上式中：k₁、k₂、k₃、k₄分别为设定的电网断面灵敏度、调节容量、调节速率、综合煤耗的权系数。

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