CN103151776A - 一种适应于特高压联络线功率控制的agc性能评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适应特高压联络线功率控制的AGC(自动发电控制，AutomaticGenerationControl)性能评价方法，其方法为：（一）得到用于性能评价的ACE(区域控制偏差，AreaControlError)值，（二）责任度指标的定义，（三）责任度评价指标可进一步推广到任意互联电网，作为一种联络线功率控制性能评价方法，以正确评价区域电网对特高压联络线功率波动应承担的责任和所做出的贡献。在此基础上，进一步提出了一种以特高压联络线功率为控制目标的AGC性能评价方法。所发明的评价方法能够有效地评价互联电网对特高压联络线功率波动应承担的责任和所做出的贡献。

Description

一种适应于特高压联络线功率控制的AGC性能评价方法

技术领域

本发明属电力系统控制领域，具体涉及的是一种适应特高压联络线功率控制的AGC性能评价方法。

背景技术

互联电网中任何地方发生的发电和负荷的有功扰动都会对联络线输送功率产生影响，功率波动跟联络线两端电网容量和频率特性等因素有关。华北和华中电网经1000kV晋东南-南阳-荆门特高压交流联络线联网后，特高压联络线功率在计划值的基础上的波动最大可到300MW。特高压交流扩建工程投产后，联络线功率输送将达到500万千瓦，电网结构和运行特性发生了较大变化，研究有效抑制特高压联络线波动的功率控制策略，制定可以合理评价各区域控制性能的评价方法，是特高压扩建工程投运后华北-华中互联电网调度运行面临的新课题。

为了提高特高压交流扩建工程联络线功率波动的控制效果，需要研究一套与之相适应的控制性能评价指标。北美电力可靠性委员会（NERC）先后提出了两套互联电网控制性能评价方法，A1/A2方法和CPS（Control Performance Standard）方法，两套方法各有侧重点。A方法主要侧重于ACE在任意10分钟至少过零一次，其实质是引导各控制区始终维持ACE在零附近，从而导致AGC（自动发电量控制，Automatic Generation Control）机组的频繁调节。CPS方法主要侧重于引导各控制区以频率质量为控制目标，鼓励控制区之间相互支援，以发挥互联电网的优势，但带来的问题是联络线功率偏差加大。因此，这两套方法但均不宜直接应用于对特高压联络线功率控制效果的评价。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种以特高压联络线功率为控制目标的性能评价指标（称之为“责任度”），用于有效评价各控制区对特高压联络线功率波动应承担的责任和所做的贡献，在此基础上，进一步提出了一种以特高压联络线功率为控制目标的AGC性能评价方法，能够有效地评价互联电网对特高压联络线功率波动应承担的责任和所做出的贡献。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种适应特高压联络线功率控制的AGC性能评价方法，其方法如下：

步骤一，设以两表征区域，即区域A和区域B互联电网为模型，得到交换功率增量与区域控制偏差ACE的关系表达式，如式（1）所示；

△P_ab=(K_B/K_Σ)ACE_A-(K_A/K_Σ)ACE_B

（1）

式中：

K_A、K_B分别为区域A、B的自然频率特性系数，K_Σ=K_A+K_B；

△P_ab为联络线上的交换功率增量；

ACE_A和ACE_B分别为A、B两区域的ACE；

步骤二，参照步骤一，定义一分钟区域A和区域B的责任度评价指标；通过公式（2）、（3）来量化评估互联电网的ACE调整对特高压联络线功率波动的影响；

η_A-1-min=(2K_B/K_Σ)ACE_A-1-min△P_T-1-min/L_p ²

（2）

η_B-1-min=(2K_A/K_Σ)ACE_B-1-min(-△P_T-1-min)/L_p ²

（3）

式中：

ACE_A-1-min和ACE_B-1-min分别表示ACE_A和ACE_B在1分钟内的平均值；

△P_T-1-min为△P_T在1分钟内的平均值；L_p为特高压联络线功率的控制精度；

步骤三，将上述提出的责任度评价指标推广到任意互联电网，作为联络线功率控制性能评价方法，其计算公式为：

T1_i=(2-CF_i)×100%

（4）

CF_i称为一致性因子，各时段CF_i的统计公式为：

${\mathrm{CF}}_i=\mathrm{AVG}\left(\frac{{2K}_r}{K_{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{ACE}}_{i-1-\min }{\mathrm{\ΔP}}_{T-1-\min }\right)/L_T^2---\left(5\right)$

式中：

i为区域个数，ACE_i-1-min为1分钟的ACE_i平均值；△P_T-1-min为1分钟的△P_T平均值；L_T为区域i对外净交换功率的控制精度；K_r为区域r的频率偏差系数，K_i为区域i的频率偏差系数，K_Σ=K_i+K_r；

通过上述定义，可得到一分钟、十分钟、一小时、一天、一月、一年的T1_i统计公式。

表征区域对联络线功率波动的责任和贡献的“责任度”指标，如果责任度指标大于0，说明该区域电网在该1分钟内对联络线功率波动负有责任；如果责任度指标小于0，说明该区域电网在1分钟内对抑制联络线功率波动做出了贡献。

联络线功率控制性能评价方法，该T1_i值的大小表征了控制区对抑制联络线功率波动的作用，T1_i≥200%，表示在该段时间内，控制区对抑制联络线功率波动有贡献；T1_i≤100%，表示在该段时间内，控制区对联络线功率波动有责任，但其责任未超过允许的程度；

T1≤100%，表示在该段时间内，控制区对联络线功率波动有责任，其责任超过了所允许的范围。

本发明以特高压联络线功率为控制目标的性能评价指标（称之为“责任度”），用于有效评价各控制区对特高压联络线功率波动应承担的责任和所做的贡献，在此基础上，进一步提出了以特高压联络线功率为控制目标的AGC性能评价方法，其能够有效地评价互联电网对特高压联络线功率波动应承担的责任和所做出的贡献。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为两区域互联电网示意图；

图2等效为两区域的互联电网；

图3为责任度指标在ACE平面图上的分布；

图4为联络线功率偏差在ACE平面图上的分布；

图5为联络线偏差和责任度指标在运行平面的联合分布。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

本发明为有效地评价互联电网对特高压联络线功率波动应承担的责任和所做出的贡献，提出了新的AGC性能评价方法，本发明实施方式如下：

（一）得到用于性能评价的ACE计算值：以两区域互联电网的数学模型为基础，如图1，得到交换功率增量与ACE的关系为

△P_ab=(K_B/K_Σ)ACE_A-(K_A/K_Σ)ACE_B

（1）

其中：K_A、K_B分别为区域A、B的自然频率特性系数，K_Σ=K_A+K_B，联络线上的交换功率增量为△P_ab（由A向B流动时为正值），A、B两区域的ACE分别为ACE_A和ACE_B。

（二）责任度指标的定义:参照（1）式，定义1分钟区域A和区域B的“责任度”指标如下：

η_A-1-min=(2K_B/K_Σ)ACE_A-1-min△P_T-1-min/L_p ²

（2）

η_B-1-min=(2K_A/K_Σ)ACE_B-1-min(-△P_T-1-min)/L_p ²

（3）

其中，ACE_A-1-min和ACE_B-1-min分别表示ACE_A和ACE_B在1分钟内的平均值；△P_T-1-min为△P_T在1分钟内的平均值；L_p为特高压联络线功率的控制精度；2为系数，该系数的物理意义是为了满足该责任度能有效区分控制区的责任,推导过程见附录1。

（三）虽然责任度评价指标是针对特高压交流试验示范工程联络线控制的要求提出来的，但可以进一步推广到任意互联电网，作为一种联络线功率控制性能评价方法。

将任一互联电网等效为图2所示两区域电网，区域i表示互联电网中的任一控制区，其余所有控制区等效为区域r，断面T由区域i和区域r之间的所有联络线构成。该性能评价方法可以表示为

T1_i=(2-CF_i)×100%

（4）

其中，CF_i称为一致性因子，各时段CF_i的统计公式为：

${\mathrm{CF}}_i=\mathrm{AVG}\left(\frac{{2K}_r}{K_{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{ACE}}_{i-1-\min }{\mathrm{\ΔP}}_{T-1-\min }\right)/L_T^2---\left(5\right)$

式中，ACE_i-1-min为1分钟的ACE_i平均值，△P_T-1-min为1分钟的△P_T平均值，区域i和区域r的频率偏差系数分别用用K_i和K_r表示，互联电网总的频率偏差系数用K_Σ表示，K_Σ=K_i+K_r，L_T为区域i对外净交换功率的控制精度。

通过上述定义，可得到一分钟、十分钟、一小时、一天、一月、一年的T1_i统计公式。

为更好阐述本发明，现以区域A和区域B的控制效果为例，说明实施方式。

特高压交流试验示范工程投运后,用本发明提出的评价方法对区域A和区域B的控制效果进行评价，表1列出了2009年3月几个典型1min的责任度指标。

表1区域A和区域B典型分钟数据信息表

区域Ａ和区域Ｂ的K系数分别为4800M W/Hz和7200M W/Hz。下面结合表一对所发明的性能评价指标责任度进行具体说明。

表1中,20日08:10由区域Ｂ承担主要责任;6日10:05由区域Ａ承担主要责任;7日12:09区域Ａ和Ｂ电网承担的责任基本相当。

下面结合图3-5，对式（2）、（3）中系数2的值进行推导，将式

（2）、（3）中系数的值先用α表示。

将责任度大于1定义为不合格，从式(2)、(3)可知，两互联区域ACE为满足控制合格，则要求：

(αK_B/K_Σ)ACE_A△P_ab<L_p ²

（6）

(αK_A/K_Σ)ACE_B(-△P_ab)<L_p ²

（7）

将式(1)代入，则有

$\frac{K_B^2}{{K_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2}{\mathrm{ACE}}_A^3-\frac{K_A{K}_B}{{K_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2}A{\mathrm{CE}}_A{\mathrm{ACE}}_B<\frac{L_p^2}{\mathrm{\&alpha;}}---\left(8\right)$

$\frac{K_A^2}{{K_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2}{\mathrm{ACE}}_B^3-\frac{K_A{K}_B}{{K_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2}A{\mathrm{CE}}_A{\mathrm{ACE}}_B<\frac{L_p^2}{\mathrm{\&alpha;}}---\left(9\right)$

另外，特高压联络线功率控制要求|△P_T|≤L_p，即

(K_B/K_Σ)ACE_A-(K_A/K_Σ)ACE_B<L_p

（10）

(K_B/K_Σ)ACE_A-(K_A/K_Σ)ACE_B>-L_p

（11）

取L_p=300MW，K_A=11400MW/Hz，K_B=8400MW/Hz，以A区域ACE_A为横坐标、B区域ACE_B为纵坐标在平面上绘制曲线，如图3、4。

图3中，将不等式（8）（9）中的“<”替换成“=”，分别绘制A区域责任度为1的双曲线和B区域责任度为1的双曲线。其中根据α的取值不同，分别绘制了3组曲线。同一α取值对应的4条双曲线中间相夹的区域为区域A、区域B责任度均合格的运行区域。

图4中，由式（11）（12）绘制的两条斜线之间的区域表示联络线功率偏差一分钟平均值小于L_p的运行区域。

为有效区分控制区的责任，即当联络线功率偏差一分钟平均值超过L_p时，不出现区域A、区域B责任度均合格的情况，同时当联络线偏差一分钟平均值小于L_p时，不出现区域A、区域B责任度均不合格的情况，则满足下列条件：

$\frac{K_B^2}{{K_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2}{\mathrm{ACE}}_A^2-\frac{K_A{K}_B}{{K_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2}{\mathrm{ACE}}_A{\mathrm{ACE}}_B=\frac{L_p^2}{\mathrm{\&alpha;}}---\left(12\right)$

$\frac{K_A^2}{{K_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2}{\mathrm{ACE}}_B^2-\frac{K_A{K}_B}{{K_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2}{\mathrm{ACE}}_A{\mathrm{ACE}}_B=\frac{L_p^2}{\mathrm{\&alpha;}}---\left(13\right)$

(K_B/K_Σ)ACE_A-(K_A/K_Σ)ACE_B=L_p

(14)

联合式（12）至(14)求解，可得α=2。

将α=2代入式（8）至（11），在平面上绘制曲线，则得到图5所示的ACE运行平面图。图5中，灰色区域为联络线功率偏差一分钟平均值大于L_p时，区域A、区域B电网中某一区域责任度指标合格的ACE一分钟平均值取值范围；图中蓝色区域为联络线功率偏差一分钟平均值小于L_p时，区域A、区域B区域电网责任度指标均合格的ACE一分钟平均值取值范围；图中可以看出，不存在联络线功率偏差一分钟平均值大于L_p时，区域A、区域B的区域电网责任度指标均合格的区域。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种适应特高压联络线功率控制的AGC性能评价方法，其方法如下：

步骤一，设以两表征区域，即区域A和区域B互联电网为模型，得到交换功率增量与区域控制偏差ACE的关系表达式，如式（1）所示；

△P_ab=(K_B/K_Σ)ACE_A-(K_A/K_Σ)ACE_B

（1）

式中：

K_A、K_B分别为区域A、B的自然频率特性系数，K_Σ=K_A+K_B；

△P_ab为联络线上的交换功率增量；

ACE_A和ACE_B分别为A、B两区域的ACE；

步骤二，参照步骤一，定义一分钟区域A和区域B的责任度评价指标；通过公式（2）、（3）来量化评估互联电网的ACE调整对特高压联络线功率波动的影响；

η_A-1-min=(2K_B/K_Σ)ACE_A-1-min△P_T-1-min/L_p ²

（2）

η_B-1-min=(2K_A/K_Σ)ACE_B-1-min(-△P_T-1-min)/L_p ²

（3）

式中：

ACE_A-1-min和ACE_B-1-min分别表示ACE_A和ACE_B在1分钟内的平均值；

△P_T-1-min为△P_T在1分钟内的平均值；L_p为特高压联络线功率的控制精度；

步骤三，将上述提出的责任度评价指标推广到任意互联电网，作为联络线功率控制性能评价方法，其计算公式为：

T1_i=(2-CF_i)×100%

（4）

CF_i称为一致性因子，各时段CF_i的统计公式为：

${\mathrm{CF}}_i=\mathrm{AVG}\left(\frac{{2K}_r}{K_{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{ACE}}_{i-1-\min }{\mathrm{\&Delta;P}}_{T-1-\min }\right)/L_T^2---\left(5\right)$

式中：

ACE_i-1-min为1分钟的ACE_i平均值；△P_T-1-min为1分钟的△P_T平均值；L_T为区域i对外净交换功率的控制精度；K_r为区域r的频率偏差系数，K_i为区域i的频率偏差系数，K_Σ=K_i+K_r；

通过上述定义，可得到一分钟、十分钟、一小时、一天、一月、一年的T1_i统计公式。

2.根据权利要求1所述的一种适应特高压联络线功率控制的AGC性能评价方法，其特征在于，所述表征区域对联络线功率波动的责任和贡献的责任度指标，如果该责任度指标大于0，说明该区域电网在该1分钟内对联络线功率波动负有责任；如果该责任度指标小于0，说明该区域电网在1分钟内对抑制联络线功率波动做出了贡献。

3.根据权利要求1所述的一种适应特高压联络线功率控制的AGC性能评价方法，其特征在于，所述T1_i值的大小表示了控制区对抑制联络线功率波动的作用；

当T1_i≥200%，表示在该段时间内，控制区对抑制联络线功率波动有贡献；

当100%<T1_i<200%，表示在该段时间内，控制区对联络线功率波动有责任，且其责任未超过允许的程度；

当T1_i≤100%，表示在该段时间内，控制区对联络线功率波动有责任，其责任超过了所允许的范围。

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