CN103730893B - 超短期负荷预测平衡方式下的网省协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超短期负荷预测平衡方式下网省协调控制方法，包括以下步骤：为适应特高压互联后网调超前负荷平衡的控制需求，提出基于省调非封闭区的自动发电控制控制模型建模方法，对直调电厂在AGC边界模型处理，形成计及直调机组的非闭环控制区；提出基于分区平衡的网省协调控制策略，通过同断面下的火电机组的超前控制，消除直调电厂的功率波动对省级电网区域控制偏差的影响，从而有效抑制网调直调机组功率波动及超短期负荷预测偏差对省调AGC控制的影响。

Description

超短期负荷预测平衡方式下的网省协调控制方法

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基于超短期负荷预测平衡方式的网省调有功协调控制方法。

背景技术

现阶段我国大区互联电网的有功控制模式多为两级调度体系，区域电网联络线普遍调整模式是：网调直调水电厂中的一个或多个电厂AGC（AGC,AutomaticGenerationControl）投FTC或TBC方式，跟踪调整特高压联络线，其余直调机组投计划或超短期负荷跟踪方式；省（市）电网以跨省、跨区交流联络线及特高压调整电厂出线为边界各自形成独立的控制区，各控制区AGC采取TBC控制模式，网调对省（市）调联络线控制实行CPS考核。

随着特高压交流输电工程的投运，互联电网中任何地方发生的发电和负荷的有功扰动都对联络线输送功率产生影响，从而导致特高压联络线功率在计划值的基础上产生大范围的波动。然而，在我国电网特有的多级调度模式下，特高压联络线功率控制涉及网调和多个省（市、区）调，AGC控制变得非常复杂，各控制区难以协调。

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，着重探讨了CPS考核标准下的AGC控制策略。文章提出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。

文献一提出的分区域控制及建模技术，建立于传统的分省区功率就地平衡的基础之上，只适合于各省控制规模相当且具备能够与负荷匹配的调节资源的方式下，省区调节资源不足时仍需其他控制区的支援。此外，现有的调度模式缺乏统筹性，当遭遇机组跳机扰动时，网省间、省区间AGC相互支援时缺乏有序协调配合，影响频率和联络线功率的稳定性，功率恢复的时间长。受调度运行方式的掣肘，现阶段部分直调电厂的作用未能发挥，一些优质的调节资源得不到充分、有效的利用。

文献二《省级电网分层分区有功实时调度模型与方法》（电力系统自动化2009年第33卷第22期第10页）披露了一种分层分区的有功实时调度方法，通过控制500kV割集断面和500kV联络变压器的功率,实现分区分层平衡，以服务于省级电网逐步打开500kV和200kV间的电磁环网后电网调度分层控制和分区控制要求。

文献二提出的系统可行和不可行条件下的实时发电计划编制方法，利用负荷灵敏度信息，考虑安全断面约束、500kV割集断面和分层断面约束，该方法可以给出不可行情况下最小越限风险的控制策略,保证系统持续可靠运行。并未涉及直调机组参与特高压联络线调整、网省两级协调控制内容的研究。

文献三《特高压互联电网联络线功率控制》（电力系统自动化2009年第33卷第15期51页）披露了一种适应特高压联络线功率控制的自动发电控制(AGC)控制策略，以各省级电网有功功率的就地平衡为基础,实现互联电网各网、省调控制区在紧急情况下的相互支援。文章着重探讨了适应我国的国、网、省3级调度模式下的网调和省调AGC协调控制策略，利用广义联络线形成封闭控制区，可以较好的区分各控制区对互联电网的贡献和责任。

文献三提出的控制策略应用于网调直调机组参与特高压联络线控制。目前网调直调机组以计划跟踪方式参与负荷平衡控制，当超短期负荷预测与电网实际负荷存在较大偏差时，网调直调机组为跟踪负荷变化所做的调节有可能与省调ACE（ACE，AreaControlError）调节相矛盾，该策略将不适应新形势下互联网控制要求。

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、针对特高压互联后，抑制特高压功率波动的要求，提出考虑省调非封闭区模型和内部多断面潮流控制特性的AGC控制模型;

2、提出基于非封闭区的分区平衡网省协调控制方法，省调机组超前控制消除网调直调电厂功率偏差对省调ACE及特高压功率波动的影响。

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：

一种超短期负荷预测平衡方式下的网省协调控制方法，其特征在于,包括以下步骤：

(1)建立基于省调非封闭区的AGC控制模型：传统的省调封闭区建模方法，是将位于省级电网网架内的区域电网直接调度机组的有功出线作为广义联络线计入省调AGC的边界模型，提出了排除网调直调电厂的省调AGC边界模型，进而形成计及网调直调电厂的省调AGC控制模型，并得出省调有功功率就地平衡条件；

(2)基于计划带宽的AGC控制模式改进：计划带宽模式以机组的发电计划为基准，上下扩充设定的带宽，形成计划值调整带，作为计划带宽模式机组的实时调节范围。

(3)基于分区平衡的网省协调控制：将直调电厂与断面内部的省调机组构成独立的分控制区，每个分控制区采用超前控制方法，即同断面下的火电机组基于超短期负荷预测结果跟踪直调电厂与本地负荷增量的差值，以消除直调电厂的功率波动对省级电网ACE的影响。

本发明所达到的有益效果:

本发明针对非封闭区控制方式下直调电厂参与负荷平衡控制要求，考虑电网分层分区多断面特性，通过同断面下的火电机组的超前控制，消除直调电厂的功率波动对省级电网ACE的影响，从而有效抑制网调直调机组功率波动及超短期负荷预测偏差对省调AGC控制的影响。发明成果将填补国内此类研究的空白。

附图说明

图1为本发明中互联电网网省调控制区示意图。

具体实施方式

本发明的超短期负荷预测平衡方式下的网省协调控制方法，包括以下步骤：

(1)基于省调非封闭区的AGC控制模型：网调直调电厂不计入省调AGC模型边界中，进而形成计及网调直调电厂的省调AGC模型，并得出省调有功功率就地平衡条件。

(2)基于分区平衡的网省协调控制策略：将直调电厂与断面内部的省调机组构成独立的分控制区，每个分控制区采用超前控制策略进行控制，消除直调电厂的功率波动对省级电网ACE的影响。

在本发明中，披露了一种基于省调非封闭区的AGC控制建模方法：

附图1为网省调协调关系的控制区示意图。图中虚线框表示网调控制区，用其中的椭圆来表示省调控制区，如区域A和B。考虑到网调的多级调度模式，省调有一个网调的直调电厂模型。

图中变量β_A′为省调A内由直调机组构成的控制区的自然频率特性系数；β_A″为省调A内排除直调机组后由省调机组构成封闭控制区的自然频率特性系数；β_A为省调A内直调机组和省调机组共同组成的控制区的自然频率特性系数；β_B为省调B的自然频率特性系数，ΔP_GI为直调机组有功出力与计划值的偏差，ΔP_GA和ΔP_GB分别为区域A和区域B中调机组的有功出力增量，ΔP_LA和ΔP_LB分别为区域A和区域B负荷的有功增量，ΔP_T′为直调电厂的出线功率，ΔP_T为省区间联络线上的交换功率增量（定义由A至B为正方向），Δf为系统实际频率与额定频率之差。

具体建模方法为：

（1）在省调AGC控制区的电源模型中增加相应的直调电厂；

（2）在省调AGC控制区的边界模型中去除直调电厂出线对应的广义联络线；

省调控制区域A和省调控制区域B采用联络线和频率偏差控制（TBC,Tie-lineandfrequencyBiasControl）模式实施控制时，区域控制误差ACE分别为：

E_A＝ΔP_GA+ΔP_GI-ΔP_LA＝β_A×Δf+ΔP_T(1)

E_B＝ΔP_GB-ΔP_LB＝β_B×Δf-ΔP_T(2)

变量E_A为省调控制A的ACE；E_B为省调控制A的ACE。

对于区域A而言，直调电厂出力变化会引起对外联络线输出功率ΔP_T的变化，影响ACE的计算，省调机组依据E_A调节时可能与直调机组的动作相矛盾。中调控制建模中将直调机组排除在外，构成如附图1封闭区域A′为省调A内由直调机组构成的独立控制区；A″省调A内排除直调机组后由省调机组构成封闭控制区。将所有的直调电厂视作一独立区域A′可得到封闭区域A″的ACE。

直调电厂的出线称为广义联络线，可见封闭后的ACE计算中联络线的功率偏差叠加了广义联络线部分，可得出省调控制区域封闭前后的区域ACE关系：

E_A＝E_A″+ΔP_GI(3)

E_A″为控制区域A排除直调机组后形成的封闭区域A″控制误差。

对于非封闭控制区实施TBC控制，ACE实质反映了网调直调机组出力与计划偏差与省调机组构成的封闭控制区ACE的数值累加，为控制非封闭区ACE为0，控制各控制区ACE为0，或控制封闭控制区ACE使其与直调机组出力与计划偏差抵消，实现有功的就地平衡。

在本发明中，披露了一种基于计划带宽方式的AGC机组控制模式改进方法：

机组投入自动控制模式时，机组基点功率为当前实际出力，与发电计划无关联。机组根据承担的调节功率，在调节范围内调节有功出力。当区域的调节需求方向单一并持续较长时间时，机组出力可能会很大程度的偏离发电计划。如果要求机组跟踪计划，投入计划跟踪模式的机组在ACE小于控制死区时要求机组出力返回到计划值，会导致机组的来回调整。

为减少机组不必要的调整并提升机组计划跟踪效果，提出计划带宽模式。计划带宽模式以机组的发电计划为基准，上下扩充一定的带宽，形成计划值调整带，作为计划带宽模式机组的实时调节范围。计划值正常并有效时，机组在此计划值调整带范围内上下调节；计划值无效时，则恢复机组固有的调节范围。

调整带生成方法如下：假设计划值为P_b，机组调节上限为P_max，机组调节下限为P_min，带宽为w，调整带上限为B_max，调整带下限为B_min。

调整带边界为:

B_max＝P_b+w(4)

B_min＝P_b-w(5)

同时要根据以下条件进行修正：

当P_b+w＞P_max，

B_max＝P_max(6)

当P_b-w＜P_min,

B_min＝P_min(7)

通过上述方法计算机组的调节范围，机组可以在这个调节范围内自由调节，而不用在调节ACE后返回计划值，可减少不必要的调节。

在本发明中，披露了一种基于分区平衡的网省协调控制方法：

省调控制方式是一种非封闭区域控制方式，网调直调电厂的出力波动会对省调的ACE产生影响。省级电网具有分层分区的多断面潮流特性，所有的直调电厂都位于具体的控制断面中，通过同断面下的火电机组的超前控制，消除直调电厂的功率波动对省级电网ACE的影响，具体控制方法如下：

1）网调将省级电网直调机组的实时计划实时发送至省调；

2）省调将各个潮流断面建模为各个独立的控制区，各个控制区内的机组只包括该断面下的火电机组；

3）为各个潮流断面建立负荷预测区，每5min给出各个断面控制区的负荷预测值和计划值；

4）各个控制断面建模的控制区的控制目标设置为断面控制计划与实际的偏差，或采取超前控制策略，超前控制的总目标为直调电厂未来整5min的功率变化量与本断面控制区未来5min的负荷变化量；

5）考虑到网调采用的是超短期负荷预测进行平衡，实时调度计划计算出机组的实时计划，为保证机组输出功率不偏离计划太远，在实时控制时，采用计划带宽方式对机组进行控制。

通过对直调电厂所在的断面建立分控制区，在分控制区内采用超前控制的方式，可以利用火电机组的调节提前补偿直调机组对省调ACE的影响，降低直调机组的调节对河南省调功率波动的影响，提高省调的CPS控制合格率。

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 (4)

1.一种超短期负荷预测平衡方式下的网省协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立基于省调非封闭区的AGC控制模型：将位于省级电网网架内的区域电网直接调度机组的有功出线排除于省调AGC的边界模型，进而形成计及网调直调电厂的省调AGC控制模型，并得出省调有功功率就地平衡条件；

(2)基于计划带宽的AGC机组控制模式：计划带宽模式以机组的发电计划为基准，上下扩充设定的带宽，形成计划值调整带，作为计划带宽模式机组的实时调节范围；

(3)基于分区平衡的网省协调控制：将直调电厂与断面内部的省调机组构成独立的分控制区，每个分控制区采用超前控制方法，即同断面下的火电机组基于超短期负荷预测结果跟踪直调电厂与本地负荷增量的差值，以消除直调电厂的功率波动对省级电网ACE的影响。

2.根据权利要求1所述的超短期负荷预测平衡方式下的网省协调控制方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，基于省调非封闭区的AGC控制模型，具体建模方法为：

(11)在省调AGC控制区的电源模型中增加直调电厂；

(12)在省调AGC控制区的边界模型中去除直调电厂出线对应的广义联络线；

省调控制区域A和省调控制区域B采用联络线和频率偏差控制模式实施控制时，区域控制误差ACE分别为：

E_A＝ΔP_GA+ΔP_GI-ΔP_LA＝β_A×Δf+ΔP_T(1)

E_B＝ΔP_GB-ΔP_LB＝β_B×Δf-ΔP_T(2)

变量E_A为省调控制区域A的ACE；E_B为省调控制区域B的ACE；β_A为省调控制区域A内直调机组和省调机组共同组成的控制区的自然频率特性系数；β_B为省调控制区域B的自然频率特性系数；ΔP_GI为直调机组有功出力与计划值的偏差；ΔP_GA和ΔP_GB分别为省调控制区域A和省调控制区域B中调机组的有功出力增量；ΔP_LA和ΔP_LB分别为省调控制区域A和省调控制区域B负荷的有功增量；ΔP_T为省区间联络线上的交换功率增量，定义由A至B为正方向；Δf为系统实际频率与额定频率之差。

3.根据权利要求1所述的超短期负荷预测平衡方式下的网省协调控制方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，计划带宽模式的机组以机组的发电计划为基准，通过形成计划值调整带，作为计划带宽模式机组的实时调节范围，机组在计划值调整带范围内调节其有功出力，只有当计划值无效，恢复机组固有的调节范围。

4.根据权利要求1所述的超短期负荷预测平衡方式下的网省协调控制方法，其特征在于：在所述步骤(3)中包括以下步骤：

1)网调将省级电网直调机组的实时计划实时发送至省调；

2)省调将各个潮流断面建模为各个独立的控制区，各个控制区内的机组只包括该断面下的火电机组；

3)为各个潮流断面建立负荷预测区，每5min给出各个断面控制区的负荷预测值和计划值；

4)各个控制断面建模的控制区的控制目标设置为断面控制计划与实际的偏差，或采取超前控制策略，超前控制的总目标为直调电厂未来整5min的功率变化量与本断面控制区未来5min的负荷变化量；

5)网调采用超短期负荷预测进行平衡，在实时控制时，采用计划带宽方式对机组进行控制。