CN102497147A - 面向控制性能评价标准的自动发电控制的控制方法及控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种面向控制性能评价标准的自动发电控制的控制方法及控制系统。通过设置数据采集及预处理部、AGC总功率计算部、AGC总功率分配部、参数设置界面及AGC状态监视部等结构，基于频差预期确定AGC调节量并取消了积分控制环节，可有效地减少AGC机组调节次数，不仅极大地减少了机组磨损，还有效地降低了能源消耗，有利于电网实现节能减排。

Description

面向控制性能评价标准的自动发电控制的控制方法及控制系统
技术领域
本发明涉及一种电力控制系统，尤其涉及一种面向控制性能评价标准（CPS- control performance standard）的自动发电控制的控制方法及控制系统。
背景技术
按照“统一调度、分级管理”的原则，各级调度应严格执行发、送、受电计划，严格控制和考核联络线功率与系统频率偏差。网公司、各省公司及并入电网运行的各发电企业均有义务和责任参与电网的调频、调峰，充分运用机组的一次调频、自动发电控制（AGC）和超短期负荷预测技术，严格执行发、送、受电计划，共同保证电网的安全、优质、经济运行。
电力作为国民经济基础性行业，既是优质清洁能源的创造者，又是一次能源消耗大户和污染排放大户，在节能减排指标完成中承担着重要任务。由于电力用煤占到全国煤炭消费量的60%以上，电力行业的减排力度是实现减排目标的关键。
为了满足节能降耗的要求，迫切需要在电网运行控制系统中通过优化AGC控制方法，减少机组动作次数，提高动作效率，通过与能量管理系统有机协调，实现所有并网运行的发电机组的安全、节能和经济运行，以信息化手段提高电力生产管理现代化水平，实现电网调度管理的科学化、集约化、精细化。 
北美电力可靠性委员会（North American Electric Reliability Council，简称NERC）于1996年推出了控制性能评价标准（CPS—control performance standard）。目前虽然大多数区域电网都已经使用CPS系列标准进行考核，但迄今为止， AGC控制策略的研究工作依然没有完全摆脱A标准控制策略的束缚。现有研究大都是对A标准的控制策略进行了程度不同的改进，以对现有控制策略打“补丁”的形式来适应CPS标准。显然这种修补策略无法完全满足CPS标准的控制目标要求，同时也无法彻底摆脱A标准控制策略的缺陷。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种面向CPS标准的自动发电控制的控制方法，解决了现有技术中AGC控制策略无法满足CPS标准的控制目标要求，也无法彻底摆脱A标准控制策略缺陷的问题。
本发明的另一目的在于提供一种面向CPS标准的自动发电控制的控制系统。
本发明的控制方法包括下述步骤：
设当前时刻为T0，预测时间TP=20-60分钟，历史统计天数为2-6天；
计算上述2-6天T0至T0+TP时刻内所有频率偏差的总平均值，将其作为当前点的频率偏差预测值，ΔfP；
计算AGC总功率的CPS修正分量PCPS，使用如下公式计算频率偏差修正分量，
PCPS = - G × sign(ΔfP )                               
式中，sign( )为符号函数，正值为1，负值为-1；G为确定的功率修正量，此时频率偏差修正分量只随预测频率偏差符号的变化而变化，预测频率偏差量值改变但仍保持同号时，CPS修正分量保持不变；
总AGC调节功率P为：P = -ACE + PCPS                                     
式中ACE（Area control error）为区域控制偏差，即为交换功率实际值与计划交换功率的偏差；
针对总调节功率P，设置死区、正常调节区、次紧急调节区、紧急调节区。
所述的死区位置及大小为PCPS-1/2L15-PCPS+1/2L15，其中L15为使每个考核周期的ACE十五分钟均值小于特定限值。
本发明的控制系统包括下述结构，设有数据采集及预处理部，处理数据采集与监视控制系统（SCADA-Supervisory control And Data acquisition）上传数据，剔除坏数据；
 设有AGC总功率计算部，计算AGC总功率；
 设有AGC总功率分配部，将AGC总功率分配到各AGC机组；
 设有参数设置界面，方便调度员实时地修改控制参数；
 设有AGC状态监视部，以图形、报表方式显示各AGC机组各种运行状态。
本发明的优点效果如下：
本发明由于基于频差预期确定AGC调节量并取消了积分控制环节，可有效地减少AGC机组调节次数，不仅极大地减少了机组磨损，还有效地降低了能源消耗，有利于电网实现节能减排。
本发明所提出的AGC单纯比例控制策略，原理简单、实现方便、可操作性强，从而便于现场实施。基于该原理设计的AGC控制系统，适用于省级电力调度机构的AGC及调频调度工作，其中使用纯比例控制以及频差预期的提前控制方法，尤其适用于火电机组占比大，调峰困难的省级调度公司应用。
本发明所提出的控制思想及相应的控制策略，针对CPS评价标准和相关考核办法的本质，紧密结合电网运行实际。控制系统实施后，在显著提高电网频率质量及安全稳定抗扰动水平的同时，还有效地提高了电网的CPS指标，使得考核罚款明显减少，并改善了系统频率质量。该成果不仅对电网运行质量的改善起到了良好的作用，也对同类省网有很好的借鉴与参考价值。
附图说明
图1为本发明的控制系统示意框图。
图2为本发明数据采集及预处理部控制流程图。
图3为本发明AGC总功率计算部流程图。
图4为本发明与现有技术相比，机组的日调整次数示意图。
图5为本发明与现有技术相比，CPS1超过200%的次数示意图。
图6为本发明投入前后的罚电量对比图。
具体实施方式
本发明参照附图，结合具体实施例，进行详细描述如下。
实施例
本发明的控制方法包括下述步骤。
设当前时刻为T0，预测时间TP=30分，历史统计天数为3天，其中的预测时间及统计天数均可根据需要调整。
计算前3天T0至T0+TP时刻内所有频率偏差的总平均值，将其作为当前点的频率偏差预测值，ΔfP。
计算AGC总功率的CPS修正分量，使用如下公式计算频率偏差修正分量。
PCPS = - G × sign(ΔfP )                               
式中，sign( )为符号函数，正值为1，负值为-1；G为确定的功率修正量，此时频率偏差修正分量只随预测频率偏差符号的变化而变化，预测频率偏差量值改变但仍保持同号时，CPS修正分量保持不变，因此可以减少机组调节次数。
总AGC调节功率为：P = -ACE + PCPS                                     
式中ACE（Area control error）为区域控制偏差，即为交换功率实际值与计划交换功率的偏差，式中前两项依然为ACE的比例、积分分量，调节区域ACE趋势为0；第三项中的PCPS，使ACE与频率偏差预期值反号。
针对总调节功率P，设置死区、正常调节区、次紧急调节区、紧急调节区。死区位置及大小为PCPS-1/2L15-PCPS+1/2L15；其中L15为使每个考核周期的ACE十五分钟均值小于特定限值。
CPS标准要求，每个平衡机构应该控制本区实时发电功率，使每个考核周期的ACE十五分钟均值小于特定限值。
本发明的控制系统包括下述结构，设有数据采集及预处理部，处理数据采集与监视控制系统（SCADA-Supervisory control And Data acquisition）上传数据，剔除坏数据；
设有AGC总功率计算部，计算AGC总功率；
设有AGC总功率分配部，将AGC总功率分配到各AGC机组；
设有参数设置界面，方便调度员实时地修改控制参数；
设有AGC状态监视部，以图形、报表方式显示各AGC机组各种运行状态。
数据采集及预处理部控制流程为，从实时数据库读取当前ACE值，判断ACE值是否有效，若ACE值有效，设置ACE数据正常的标志，使用曲线滤波法，对ACE进行滤波，结果为SACE；若若ACE值无效，读取最近有效ACE值，提示ACE数据错误，设置ACE数据有误的标志。
与总调节功率分区对应，调度人员可根据需要，将AGC机组划分到不同的调节功率模式。
不调节：任何时候都不承担调节功率。BLO，只跟踪发电计划。
正常调节：任何需要的时候都承担调节功率。BLR。
次紧急调节：在次紧急区或紧急区时才承担调节功率。BLR。
紧急调节：在紧急区时才承担调节功率。BLR。
若当前AGC总调节功率在死区范围时，则无机组参与总功率分配。
若当前AGC总调节功率在正常调节区时，则调节功率模式设置为“正常调节” 的机组参与总功率分配。
若当前AGC总调节功率在次紧急调节区时，则调节功率模式设置为“正常调节”、“次紧急调节” 的机组参与总功率分配。
若当前AGC总调节功率在次紧急调节区时，则调节功率模式设置为“正常调节”、“次紧急调节” 、“紧急调节”的机组均参与总功率分配。
将现有技术中的AGC控制方法与本发明相比较，进行机组控制测试试验，其测试结果分析及结论如下。
1、两种控制方法下机组的日调整次数见图4，由图4可知，采用本发明可使机组的调整次数较原方法减少一倍。
2、图5为本发明与现有技术相比，CPS1超过200%的次数示意图，由图可知，本发明CPS1超过200%的点数大幅增加。
3、图6为本发明投入前后的罚电量对比图，由图6可知，CPS指标显著提升，省间联络线交换功率考核电量明显减少。
由测试结果可知，本发明系统功能设计完整，系统硬件配置指标合理，功能完备，用户界面友好，扩充能力较强；机组控制策略满足调度有关要求，机组响应测试结果准确合理，在确保电网安全稳定运行的前提下，通过优化机组调节指令实现了合理参与CPS控制的目标，通过人工和自动的机组响应测试实现了对机组性能的准确考核，项目整体测试合格。
本发明的保护范围以权利要求为准，不受具体实施例所限制。

Claims (5)

1.面向控制性能评价标准的自动发电控制的控制方法，其特征在于包括下述步骤：
设当前时刻为T0，预测时间TP=20-60分钟，历史统计天数为2-6天；
计算上述2-6天T0至T0+TP时刻内所有频率偏差的总平均值，将其作为当前点的频率偏差预测值，ΔfP；
计算AGC总功率的CPS修正分量PCPS，使用如下公式计算频率偏差修正分量，
PCPS = - G × sign(ΔfP )                               
式中，sign( )为符号函数，正值为1，负值为-1；G为确定的功率修正量，此时频率偏差修正分量只随预测频率偏差符号的变化而变化，预测频率偏差量值改变但仍保持同号时，CPS修正分量保持不变；
总AGC调节功率P为：P = -ACE + PCPS                                     
式中ACE（Area control error）为区域控制偏差，即为交换功率实际值与计划交换功率的偏差；
针对总调节功率P，设置死区、正常调节区、次紧急调节区、紧急调节区。
2.根据权利要求1所述的面向控制性能评价标准的自动发电控制的控制方法，其特征在于所述的死区位置及大小为PCPS-1/2L15-PCPS+1/2L15，其中L15为使每个考核周期的ACE十五分钟均值小于特定限值。
3.面向控制性能评价标准的自动发电控制的控制系统，其特征在于包括下述结构，设有数据采集及预处理部，处理数据采集与监视控制系统（SCADA-Supervisory control And Data acquisition）上传数据，剔除坏数据；
设有AGC总功率计算部，计算AGC总功率；
设有AGC总功率分配部，将AGC总功率分配到各AGC机组；
设有参数设置界面，方便调度员实时地修改控制参数；
设有AGC状态监视部，以图形、报表方式显示各AGC机组各种运行状态。
4.根据权利要求3所述的面向控制性能评价标准的自动发电控制的控制系统，其特征在于所述的数据采集及预处理部，从实时数据库读取当前ACE值，判断ACE值是否有效，若ACE值有效，设置ACE数据正常的标志，使用曲线滤波法，对ACE进行滤波，结果为SACE；若若ACE值无效，读取最近有效ACE值，提示ACE数据错误，设置ACE数据有误的标志。
5.根据权利要求3所述的面向控制性能评价标准的自动发电控制的控制系统，其特征在于所述的AGC总功率分配部，当前AGC总调节功率在死区范围时，则无机组参与总功率分配；当前AGC总调节功率在正常调节区时，则调节功率模式设置为“正常调节” 的机组参与总功率分配；当前AGC总调节功率在次紧急调节区时，则调节功率模式设置为正常调节、次紧急调节的机组参与总功率分配；当前AGC总调节功率在次紧急调节区时，则调节功率模式设置为正常调节、次紧急调节 、紧急调节的机组均参与总功率分配。
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