CN103337879A - 一种带死区的调节功率动态优化分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带死区的调节功率动态优化分配方法，死区取值与区域电网的规模和允许频率相关，调节进入死区范围内认为进入准稳态，调节功率输出不变，调节功率按经济分配原则给予在调自动发电控制(AGC)机组，由此在减少机组动作次数的情况下又保证了控制性能标准的合格率；在调节区则按照机组速率大小分配调节功率，保证频率调节的快速性。

Description

一种带死区的调节功率动态优化分配方法

技术领域

本发明涉及一种大型电力系统电网频率控制技术，特别涉及一种带死区的调节功率动态优化分配方法。

背景技术

北美电力可靠性委员会（NERC）在 1996 年推出了 控 制 性 能 标 准 CPS(Control Performance Standard)。自 1998 年正式开始实施以来，这种标准基于控制区域对整个电网频率的贡献进行评价，以整个电网的电能质量和安全稳定运行成为控制目标，从而使大多数区域的利益得到保证。其内容如下:

1、         CPS1

CPS1标准是指控制区在一个考核时间段（如一年）内，其区域控制偏差ACE应满足下式的要求：

式中ACE _i  —— 控制区i的ACE的1min平均值；

  B _i  —— 控制区i的频率偏差系数，此值为负，单位为MW/0.1Hz;

 

 —— 控制区的频率偏差

  

 —— 一年时段内互联电力系统实际频率与标准频率偏差的1min平均值的方均根值。

对于某一段时间（如 10min，1h，甚至一个月，一年）的 CPS1 指标的统计公式为：

CPS1=(2-CF)×100%

=

2、         CPS2

CPS2标准是指一个时段内（如10min），控制区ACE的10min平均值，它必须控制在特殊的限值L ₁₀内。它的表达式为：

AVG_10min(ACE_1min)≤L ₁₀

其中：

为控制区域的频率偏差系数；

为整个互联电网的频率偏差系数；

为互联电网对全年10min频率平均偏差的方均根的控制目标值。

控制区域从数据统计可得出ACE的10min平均值是符合正态分布性质的。为满足频率质量要求，控制区域的ACE的10min平均值应满足

 的正态分布。NERC对CPS2合格率的要求是90%以上。根据正态分布的特点，分布在（-1.65

，1.65

）范围内的事件概率为90%，因此用了系数1.65。

按照CPS1、CPS2的标准对控制区的AGC性能进行评价，其控制指标要求满足：

CPS1≥100%，CPS2≥90%，为CPS合格。

目前涉及CPS指标的控制策略中，多数考虑了死区，但是却让死区的区域扩大化。大部分策略将死区扩大化到考核的合格率范围，也就是说超过考核合格区域后AGC才开始调节，即当电网满足CPS1≥100%，CPS2≥90%时对调节功率采取不调整策略。这虽然大大减小了机组的动作次数，减小了设备磨损，但是会导致的严重后果，将会使电网频率调节的合格率大大下降。

传统的AGC调节功率在进行分配时是采取平均分配法，在不管机组类型，也不管机组容量与调节速率的情况下，仅根据经验对各种AGC机组进行大概平均估计分配调节功率。由于按相同可调容量比例固定分配方法在实际应用中并不能满足实际CPS调节需要，因此AGC调节功率的优化分配问题已日益得到各省调的重视。CPS 标准更注重 AGC 系统的长期收益，从根本上改变了传统AGC 的控制思想，因此设计适应 CPS 标准下考虑了调节死区的AGC系统的快速动态优化控制策略具有重要而深远的意义。

发明内容

本发明是针对传统的功率调节分配方案不能满足现在电力系统发展的问题，提出了一种带死区的调节功率动态优化分配方法，该方法的执行实施不仅可大大减少机组的动作次数，又可保证CPS的合格率。

本发明的技术方案为：一种带死区的调节功率动态优化分配方法，具体包括如下步骤：

1）从电力系统调度机构的自动发电控制（AGC）主站系统中获取实时的控制偏差ACE、频率偏差Δf 、调节功率P _r ，并通过自动发电控制主站中控制性能评价与监视模块获得CPS1、CPS2值；

2）设定控制区域的区域控制偏差(ACE)阈值分别为δ_1～δ₃，δ₁为调节死区阈值，定义为δ₁=|10B ε ₁|，其中B为控制区的频率偏差系数；  ε ₁为一年时段内互联电力系统实际频率与标准频率偏差的1min平均值的方均根值；δ_2～δ₃为调节区阈值，其中δ₂为正常调节区阈值，δ₃为紧急调节区阈值；

3）若满足CPS1≥100%， CPS2≥90%，且ACE≤|±δ₁|，则进入调节死区，认为进入稳态，调节功率输出不变，即P _r (k)= P _r (k-1)，调节功率按经济性分配；

4）若在以下三种情况中符合任意一个，则进入正常调节区，调节功率按正常调节区调度机组进行速率分配，

A:不满足CPS1≥100%，但ACE≤|±δ₂|，

B: 满足CPS1≥100%，不满足CPS2≥90%，但ACE≤|±δ₂|，

C: 满足CPS1≥100%， CPS2≥90%，但|±δ₁| < ACE≤|±δ₂|；

5）若在以下三种情况中符合任意一个，则进入帮助调节区，调节功率按帮助调节区调度机组进行速率分配，

a:不满足CPS1≥100%，但|±δ₂| < ACE≤|±δ₃|，

b:满足CPS1≥100%，不满足CPS2≥90%，但|±δ₂| < ACE≤|±δ₃|，

c:满足CPS1≥100%， CPS2≥90%，但|±δ₂| < ACE≤|±δ₃|；

6）若在以下三种情况中符合任意一个，则进入紧急调节区，调节功率按紧急调节区调度机组进行速率分配,

Ⅰ：不满足CPS1≥100%，但ACE > |±δ₃|，

Ⅱ：满足CPS1≥100%，不满足CPS2≥90%，但ACE > |±δ₃|，

Ⅲ：满足CPS1≥100%， CPS2≥90%，但ACE > |±δ₃|。

所述步骤3）ACE≤|±δ₁|时，进入调节死区调节功率按经济性分配，调节功率根据机组的供电煤耗量建立目标函数为：

，

功率平衡约束条件：

 ， 

机组限幅约束条件：

，

、

、

为AGC调节容量P _ri 下的机组运行耗量特性参数，P _ri 为第i台机组的AGC调节功率，P _bi 为第i台机组的基点功率，P _maxi  、P _mini  分别为第 i 台机组承担负荷的上、下限。

所述步骤4）、5）、6）中系统进入调节区，调节区域的调度机组按机组的速率分配：

 ，                    

功率平衡约束条件：

，

机组限幅约束条件：

 ，

P _ri 为第i台机组的AGC调节功率，P _bi 为第i台机组的基点功率，P _maxi  、P _mini  分别为第 i 台机组承担负荷的上、下限，v _i  为带第i台机组所允许的升降负荷速率，调节机组的数量根据正常调节区、帮助调节区、紧急调节区所调度的机组获得。

本发明的有益效果在于：本发明带死区的调节功率动态优化分配方法，根据电网的规模和其所允许的频率偏差定义其调节死区，使区域控制偏差尽可能在死区范围内，使在减少机组动作次数的情况下又提高了控制性能标准的合格率；并且在调节区按照机组速率大小分配调节功率，保证频率调节的快速性。

附图说明

图1为AGC系统调节功率动态优化分配过程示意图；

图2为CPS相空间与控制区域示意图；

图3为本发明带死区的调节功率动态优化分配方法示意图。

具体实施方式

自动发电控制（AGC）是电网调度运行不可或缺的工具，已成为保障电网安全、优质、经济运行的必备技术手段。电网调度中心的负荷频率控制软件通过数据采集与监视系统（SCADA）采集电网的频率、联络线潮流、系统电钟时差，计算控制区的区域控制偏差ACE，经过滤波后，得到平滑的ACE。然后ACE通过AGC控制器得到调节功率P _r ，如图1所示为AGC系统调节功率动态优化分配过程示意图。本发明就是针对调节功率P _r 进行的动态优化分配后再将调节指令送到电网上各个机组。

数据采集：本发明首先从电力系统调度机构的AGC主站系统（又称能量管理系统EMS）中获取实时的区域控制偏差ACE、频率偏差Δf 、调节功率P _r ，并通过AGC主站软件中AGC控制性能评价与监视模块获得CPS1、CPS2值。

调节方法：

设定控制区域的区域控制偏差(ACE)阈值分别为δ_1～δ₃，δ₁为调节死区阈值，定义为δ₁=|10B ε ₁|，其中B为控制区的频率偏差系数； ε ₁为一年时段内互联电力系统实际频率与标准频率偏差的1min平均值的方均根值，δ_2～δ₃为调节区阈值，其中δ₂为正常调节区阈值，δ₃为紧急调节区阈值；

若满足CPS1≥100%， CPS2≥90%，且ACE≤|±δ₁|，则进入调节死区，认为进入稳态，调节功率输出不变，即P _r (k)= P _r (k-1)，此时调节功率按经济性分配；

若不满足CPS1≥100%，但ACE≤|±δ₂|，则进入正常调节区，此时调节功率按正常调节区调度机组进行速率分配；

若不满足CPS1≥100%，但|±δ₂| < ACE≤|±δ₃|，则进入帮助调节区，此时调节功率按帮助调节区调度机组进行速率分配；

若不满足CPS1≥100%，但ACE > |±δ₃|，则进入紧急调节区，此时调节功率按紧急调节区调度机组进行速率分配；

若满足CPS1≥100%，不满足CPS2≥90%，但ACE≤|±δ₂|，则进入正常调节区，此时调节功率按正常调节区调度机组进行速率分配；

若满足CPS1≥100%，不满足CPS2≥90%，但|±δ₂| < ACE≤|±δ₃|，则进入帮助调节区，此时调节功率按帮助调节区调度机组进行速率分配；

若满足CPS1≥100%，不满足CPS2≥90%，但ACE > |±δ₃|，则进入紧急调节区，此时调节功率按紧急调节区调度机组进行速率分配；

若满足CPS1≥100%， CPS2≥90%，但|±δ₁| < ACE≤|±δ₂|，则进入正常调节区，此时调节功率按正常调节区调度机组进行速率分配；

若满足CPS1≥100%， CPS2≥90%，但|±δ₂| < ACE≤|±δ₃|，则进入帮助调节区，此时调节功率按帮助调节区调度机组进行速率分配；

若满足CPS1≥100%， CPS2≥90%，但ACE > |±δ₃|，则进入紧急调节区，此时调节功率按紧急调节区调度机组进行速率分配。

调节功率的动态优化：

当ACE≤|±δ₁|时，进入调节死区，认为进入稳态，调节功率输出不变，即P _r (k)= P _r (k-1)。此时调节功率可按经济性分配。可根据机组的供电煤耗量建立目标函数：

                    (1)

约束条件：

                              (2)

                 (3)

式(1)中  

、

、

 为AGC调节容量P _ri 下的机组运行耗量特性参数，由P _di =P _bi ＋P _ri 代入火电机组供电煤耗量特性方程 

得到；i = 1，…，N为机组编号；P _di 为第i台机组的设定功率，P _ri 为第i台机组的AGC调节功率，P _bi 为第i台机组的基点功率。

式(2)表示功率平衡约束条件，P _ri 为第i台机组的AGC调节功率。

式(3)表示机组限幅约束条件，P _maxi  、P _mini  分别为第 i 台机组承担负荷的上、下限。

对于机组的供电煤耗量最小的目标函数，可采用遗传算法进行寻优，利用遗传算法在函数寻优方面的应用十分有效的特点，快速获得各机组分配的调节功率。

当ACE>|±δ₁|时，系统进入调节区，此时应考虑到系统频率的快速恢复，因此各调节区域的调度机组按机组的速率分配：

                       (4)

约束条件：

v _i  为带第i台机组所允许的升降负荷速率。调节机组的数量根据正常调节区、帮助调节区、紧急调节区所调度的机组获得。

Claims (3)

1.一种带死区的调节功率动态优化分配方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1）从电力系统调度机构的自动发电控制（AGC）主站系统中获取实时的区域控制偏差（ACE）、频率偏差Δf 、调节功率P _r ，并通过自动发电控制主站中控制性能评价与监视模块获得CPS1、CPS2值；

2）设定控制区域的区域控制偏差(ACE)阈值分别为δ_1～δ₃，δ₁为调节死区阈值，定义为δ₁=|10B ε ₁|，其中B为控制区的频率偏差系数;  ε ₁为一年时段内互联电力系统实际频率与标准频率偏差的1min平均值的方均根值，δ_2～δ₃为调节区阈值，其中δ₂为正常调节区阈值，δ₃为紧急调节区阈值；

3）若满足CPS1≥100%， CPS2≥90%，且ACE≤|±δ₁|，则进入调节死区，认为进入稳态，调节功率输出不变，即P _r (k)= P _r (k-1)，调节功率按经济性分配；

4）若在以下三种情况中符合任意一个，则进入正常调节区，调节功率按正常调节区调度机组进行速率分配，

A:不满足CPS1≥100%，但ACE≤|±δ₂|，

B: 满足CPS1≥100%，不满足CPS2≥90%，但ACE≤|±δ₂|，

C: 满足CPS1≥100%， CPS2≥90%，但|±δ₁| < ACE≤|±δ₂|；

5）若在以下三种情况中符合任意一个，则进入帮助调节区，调节功率按帮助调节区调度机组进行速率分配，

a:不满足CPS1≥100%，但|±δ₂| < ACE≤|±δ₃|，

b:满足CPS1≥100%，不满足CPS2≥90%，但|±δ₂| < ACE≤|±δ₃|，

c:满足CPS1≥100%， CPS2≥90%，但|±δ₂| < ACE≤|±δ₃|；

6）若在以下三种情况中符合任意一个，则进入紧急调节区，调节功率按紧急调节区调度机组进行速率分配,

Ⅰ：不满足CPS1≥100%，但ACE > |±δ₃|，

Ⅱ：满足CPS1≥100%，不满足CPS2≥90%，但ACE > |±δ₃|，

Ⅲ：满足CPS1≥100%， CPS2≥90%，但ACE > |±δ₃|。

2.根据权利要求1所述带死区的调节功率动态优化分配方法，其特征在于，所述步骤3）ACE ≤ |±δ₁|时，进入调节死区调节功率按经济性分配，调节功率根据机组的供电煤耗量建立目标函数为：

，

功率平衡约束条件：

 ， 

机组限幅约束条件：

，

、、

为AGC调节容量P _ri 下的机组运行耗量特性参数，P _ri 为第i台机组的AGC调节功率，P _bi 为第i台机组的基点功率，P _maxi  、P _mini  分别为第 i 台机组承担负荷的上、下限。

3.根据权利要求1所述带死区的调节功率动态优化分配方法，其特征在于，所述步骤4）、5）、6）中系统进入调节区，调节区域的调度机组按机组的速率分配：

 ，                    

功率平衡约束条件：

，

机组限幅约束条件：

，

P _ri 为第i台机组的AGC调节功率，P _bi 为第i台机组的基点功率，P _maxi  、P _mini  分别为第 i 台机组承担负荷的上、下限，v _i  为带第i台机组所允许的升降负荷速率，调节机组的数量根据正常调节区、帮助调节区、紧急调节区所调度的机组获得。

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