CN103744291A - 一种基于cps的agc逻辑控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种基于CPS的AGC逻辑控制系统及方法，其实现涵盖以下环节：1）对区域控制偏差ACE、频率偏差Δf等原始数据进行时间序列实时滚动线性滤波处理。基于CPS1并引入不同控制门槛值n对ACE信号进行调整，结合Δf幅值控制的进一步修正，形成面向CPS1标准的逻辑控制模块。2）基于CPS2设定不同控制门槛值m对ACE信号进行校核，并选取动态校正法达成ACE信号与Δf之间的动态配合，实现面向CPS2标准的逻辑控制模块。3）采用优先协调控制机理，对CPS1、CPS2逻辑控制模块进行协调处理，完成AGC信号的整体优化控制。本发明可明显提高AGC控制器的运行效率，增强系统频率控制性能和运行经济性。

Description

一种基于CPS的AGC逻辑控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电力系统及自动化领域，尤其是涉及一种基于CPS的AGC逻辑控制系统及方法。

背景技术

自动发电控制（AGC）作为互联电力系统功率和频率的主要控制手段，不仅需要能够维持系统频率和联络线交换功率恒定，还需要遵循一定的，以满足系统动态特性和调节性能的综合需求。国内传统的AGC控制策略主要是基于A1/A2标准制定的，在引入CPS标准以后，这些控制策略已不再适用。当前主要有两种改进思路，一种是在原有控制策略的基础之上进行CPS标准的适应性改进，另一种是抛开A标准的束缚，针对CPS标准重新制定AGC控制策略。但上述针对CPS标准指定的AGC控制策略只是考虑了系统频率调节性能，使得控制策略有以下的缺点：（1）没有充分考虑到系统机组的调节状况，若追求CPS考核指标更大，无疑会导致系统机组的调节工作量和备用容量增加，降低了系统运行的经济性和效率。（2）未对区域控制偏差的动态特性进行有效涵盖，区域控制偏差与频率偏差之间缺乏可行的动态协调，一定意义上导致AGC控制器运行中可能存在对系统有害的状态工况。

发明内容

本发明针对现有AGC控制策略容易引起发电机频繁调节，系统设备磨损率高和运行成本增加等问题，以及策略中可能存在的不良状况，提出一种基于CPS的AGC逻辑控制方法。发明能够明显地提高AGC控制器的运行效率，降低AGC机组的调节压力，减少系统设备的磨损，避免不良状况的产生，增强系统的整体频率控制性能和运行经济性。

本发明针对CPS1、CPS2标准的具体应用要求，分别构建了相应的考核逻辑控制模块，并考虑到两部分模块间的协调控制，归结形成了以下技术方。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于CPS的AGC逻辑控制系统，其特征在于：包括：

一CPS1逻辑控制模块：包括用于控制CPS1门限值n的第一门限值修正控制单元、以及用于控制频率偏差Δf幅值的频率偏差幅值控制单元；

一CPS2逻辑控制模块：包括用于CPS2门限值m的第二门限值修正控制单元、以及用于控制区域偏差信号动态校正的偏差信号动态校正单元；

一协调控制模块：对所述CPS1、CPS2的逻辑控制模块进行协调处理，进而完成AGC信号的优化控制。

一种基于CPS的AGC逻辑控制方法，其特征在于，,基于CPS1逻辑控制模块和CPS2逻辑控制模块的控制方法，其中，

CPS1逻辑控制模块的控制方法是：首先对区域控制偏差AC、频率偏差Δf原始数据进行时间序列实时滚动线性滤波处理以保障逻辑控制模块的实时动态特性；然后基于式一、式二、式三，控制使互联电网各控制区域的区域控制偏差ACE满足式一、式二、式三的不等式，并且伴有CPS1≥100%时，CPS1逻辑控制模块的控制结束；

$\frac{\mathrm{AC}{E}_{1m}\×\mathrm{\Δ}{f}_{1m}}{-10B_i}\≤n{\mathrm{\ϵ}}_1^2$    式一

$C{F}_1=[\left(\frac{{\mathrm{ACE}}_{1m}}{-10B_i}\right)\×\left(\frac{\mathrm{\Δ}{f}_{1m}}{{\mathrm{\ϵ}}_1^2}\right)]\≤n$    式二

CPS1=(2-CF₁)×100%   式三

式中：ACE_1m为控制区域1分钟的区域控制偏差滚动平均值；Δf_1m为控制区域1分钟频率偏差的滚动平均值；ε₁为互联电网对全年一分钟频率平均偏差的均方根的控制目标值，互联电力系统中，各个控制区的ε₁均相同；CF₁为服从因数；n为CPS1控制门槛值；

CPS1逻辑控制模块的控制方法是基于式十一，控制使互联电网各控制区域的区域控制偏差ACE在满足式十一，并且有CPS₂≥90%时，CPS2逻辑控制模块的控制结束；

$\frac{1}{600}\left|\underset{k=1}{\overset{600}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{ACE}}_k\right|\≤{\mathrm{mL}}_{10}$

式十一

$L_{10}=1.65{\mathrm{\ϵ}}_{10}\sqrt{(-10B_i)(-10B_s)}$    式十二

$\mathrm{CPS}2=[1-\frac{V_{\mathrm{Period}}}{{\mathrm{Num}}_{\mathrm{Period}}}]\×100\%$    式十三

V_Periond=∑V_10min   式十四

$V_{10\min }=\left\{\begin{array}{cc}1& \frac{1}{600}\left|\underset{k=1}{\overset{600}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{ACE}}_k\right|>L_{10}\\ 0& \frac{1}{600}\left|\underset{k=1}{\overset{600}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{ACE}}_k\right|\≤L_{10}\end{array}\right.$    式十五

式中，ACE_k为每一个10分钟内的第k个采样值；B_i控制区域i的频率偏差系数；B_s为整个互联电网的频率偏差系数，即各控制区域中的频率偏差系数总和；ε₁₀为互联电网对全年10min频率平均偏差均方根的控制目标值；L₁₀为CPS2指标中区域控制偏差限值；m为CPS2控制门槛值，主要是用来控制CPS2标准对区域控制偏差ACE的考核范围；Num_Period为规定时间内的总采样点数；V_Period为规定时间内根据判式十五为真的次数；

协调控制模块针根据CPS1、CPS2的逻辑控制模块的各自控制，对CPS1、CPS2的逻辑控制模块进行协调处理，进而完成AGC信号的优化控制。

在上述的一种基于CPS的AGC逻辑控制方法，CPS1逻辑控制模块的控制方法中，式一中对ACE_1m、Δf_1m的计算，采用了移动平均值法来实时获取1分钟内的采样平均值，用最近的实际数据值来预测未来某个时期的值；选择60秒为一个周期进行移动计算，其计算公式如下：在系统刚刚运行时的前60秒，ACE和Δf的计算公式为：

${\mathrm{ACE}}_{1m}=\frac{1}{t}\underset{k=1}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{ACE}}_k$    式四

$\mathrm{\Δ}{f}_{1m}=\frac{1}{t}\underset{k=1}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{f}_k$    式五

当系统稳定运行一分钟以后，开始以60秒为周期进行移动计算，此时计算公式表征如下：

${\mathrm{ACE}}_{1m}=\frac{1}{60}\underset{k=1}{\overset{i-j=60}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{ACE}}_k$    式六

$\mathrm{\Δ}{f}_{1m}=\frac{1}{60}\underset{k=1}{\overset{i-j=60}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{f}_k$    式七

式中ACE_k，Δf_k均为每分钟内的第k个采样值，且为已知值。

在上述的一种基于CPS的AGC逻辑控制方法，第一门限值修正控制单元采取如下的逻辑控制方案：

当CPS1≥200%时，本控制逻辑将ACE控制信号置零；

当CPS1<100%时，本控制逻辑不对原始计算的ACE控制信号做附加处理；

当100≤CPS1<200%时，本控制逻辑通过设置合适的控制门槛值对ACE进行调整；鉴于CPS1≥100%，故n≤1，进而将其分为s个门槛，门槛值分别取为：

n=[n₁ n₂ … n_k n_k+1 … n_s]

其中门槛值n取值约束为：0≤n₁<n₂<…n_k<n_k+1<…≤n_s=1；

采用线性分档调整的方式，根据CPS1的考核区域，得到各门槛值对应的ACE控制值输出；当CPS1考核指标控制区间为 $[100\%+\frac{s-\left(k\right)}{s}\&times;100\%,100\%+\frac{s-(k-1)}{s}\&times;100\%]$ 时，按照式八输出ACE控制信号为：

ACE_CPS1=n_k×ACE₀   式八

$n_k=\frac{k}{s}$    式九

${\mathrm{Range}}_k=\frac{s-k}{s}$    式十

式中，n_k为第k个门槛的取值，ACE_CPS1为CPS1逻辑控制模块选取n_k作为门槛值时的调整输出控制信号，ACE₀为ACE的原始计算值，Range_k为本逻辑控制模块对原始ACE的调整幅度。

在上述的一种基于CPS的AGC逻辑控制方法，频率偏差幅值控制单元根据频率偏差确定输出的区域控制偏差，依如下设定方式进行具体操作：

当|Δf|≥0.2Hz时，AGC必须频繁动作对其进行调节，频率偏差幅值控制模块不对原始计算的ACE控制信号做附加处理；

当|Δf|≤0.03Hz时，AGC无需进行调节，频率偏差幅值控制模块将ACE控制信号置零；

当0.03Hz≤|Δf|≤0.2Hz时，则CPS1控制逻辑模块依据式八输出调整后的区域控制偏差ACE_CPS1。

在上述的一种基于CPS的AGC逻辑控制方法，所述步骤2中，所述第二门限值修正控制单元的控制方法基于定义：定义将CPS2门限值m设置为t个门槛，门槛值分别取为：

m=[m₁ m₂ … m_k m_k+1 … m_t]

其中，门槛值m取值约束为：0<m₁<m₂<…m_k<m_k+1<…≤m_t=1；

为避免门槛值m过小而引发调用更多的AGC机组参与动作，需要考虑门槛值取值较大时的工况；

按照公式十一，当ACE累加平均值

在规定的门限值以内时（±mL₁₀），CPS2逻辑控制器不需要输出控制信号；当ACE累加平均值超过门限值限制时，控制器将会产生输出信号，即：

若

且ACE_1m>mL₁₀，则ACE_CPS2=ACE_1m；

若

且ACE_1m≤mL₁₀，则ACE_CPS2=mL₁₀；

若

且ACE_1m<-mL₁₀，则ACE_CPS2=ACE_1m；

若

且ACE_1m≥-mL₁₀，则ACE_CPS2=-mL₁₀。

在上述的一种基于CPS的AGC逻辑控制方法，偏差信号动态校正单元的具体方法是：为能够及时反映出此时ACE信号的方向情况，对ACE的方向保持时刻监视，且与控制的信号进行动态对比与校正，此处选取ACE一分钟移动平均值ACE_1m与CPS2逻辑控制信号ACE_CPS2进行比较：

当ACE_1m×ACE_CPS2≤0，CPS2控制模块输出信号置零；

当ACE_1m×ACE_CPS2>0，CPS2控制模块输出信号ACE_CPS2；

在上述的一种基于CPS的AGC逻辑控制方法，协调控制模块按照如下方法进行处理：对CPS1逻辑控制器和CPS2逻辑控制器的优先权进行确定；因CPS2针对的是10分钟为周期的考核，表征为短期控制，而CPS1针对的是一年为周期考核，体现为长期控制，在此选取CPS2控制模块的优先权高于CPS1控制模块的优先权；即：

当ACE_CPS1×ACE_CPS2≤0,则ACE_CPS=ACE_CPS2；

当ACE_CPS1×ACE_CPS2>0且mL₁₀≥|ACE_CPS1|≥|ACE_CPS2|，则ACE_CPS=ACE_CPS1；

当ACE_CPS1×ACE_CPS2>0且|ACE_CPS1|>|ACE_CPS2|且|ACE_CPS1|>mL₁₀，

则ACE_CPS=ACE_CPS2；

当ACE_CPS1×ACE_CPS2>0且|ACE_CPS1|<|ACE_CPS2|，则ACE_CPS=ACE_CPS2。

因此，本发明具有如下优点：能够明显提高AGC控制器的运行效率，降低AGC机组的调节压力，减少系统设备的磨损，避免不良状况的产生，增强系统的整体频率控制性能和运行经济性。

附图说明

附图1是本发明的实施例中CPS1的整体逻辑控制示意图。

附图2是本发明的实施例中CPS2的整体逻辑控制示意图。

附图3是本发明的实施例中优先权控制逻辑示意图。

附图4是本发明的实施例中不加CPS逻辑控制的仿真模型图。

附图5是本发明的实施例中添加CPS逻辑控制的仿真模型图。

附图6是本发明的实施例中不加逻辑控制器ACE输出信号图。

附图7是本发明的实施例中添加逻辑控制器ACE输出信号图。

附图8是本发明的实施例中n取不同门槛值对CPS1的影响效果图。

附图9是本发明的实施例中n取不同门槛值对AGC调节次数的影响。

附图10是本发明的实施例中未加CPS逻辑控制器频率波动情况。

附图11是本发明的实施例中添加CPS逻辑控制器频率波动情况。

具体实施方式

下面通过实例仿真，并结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

一、首先，介绍一下本发明的方法：

1.基于CPS1的AGC逻辑控制方法。

步骤1,：

根据CPS1标准考核原理，互联电网各控制区域的区域控制偏差ACE在满足（1）、（2）、（3）式的不等式，并且伴有CPS₁≥100%时，即为满足CPS1标准。

$\frac{\mathrm{AC}{E}_{1m}\&times;\mathrm{\&Delta;}{f}_{1m}}{-10B_i}\&le;n{\mathrm{\&epsiv;}}_1^2---\left(1\right)$

$C{F}_1=[\left(\frac{{\mathrm{ACE}}_{1m}}{-10B_i}\right)\&times;\left(\frac{\mathrm{\&Delta;}{f}_{1m}}{{\mathrm{\&epsiv;}}_1^2}\right)]\&le;n---\left(2\right)$

CPS1=(2-CF₁)×100%   （3）

式中：ACE_1m为控制区域1分钟的区域控制偏差滚动平均值；Δf_1m为控制区域1分钟频率偏差的滚动平均值；ε₁为互联电网对全年一分钟频率平均偏差的均方根的控制目标值，互联电力系统中，各个控制区的ε₁均相同；CF₁为服从因数；n为CPS1控制门槛值。

为保障本发明所提AGC控制环节的实时动态特性，首先对ACE、f原始数据进行预处理。如公式（1）中对ACE_1m、Δf_1m的计算，这里采用了移动平均值法来实时获取1分钟内的采样平均值，用最近的实际数据值来预测未来某个时期的值，滤掉原始数据中的一些谐波数据。选择60秒为一个周期进行移动计算，其计算公式如下：在系统刚刚运行时的前60秒，ACE和Δf的计算公式为：

${\mathrm{ACE}}_{1m}=\frac{1}{t}\underset{k=1}{\overset{t}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{ACE}}_k---\left(4\right)$

$\mathrm{\&Delta;}{f}_{1m}=\frac{1}{t}\underset{k=1}{\overset{t}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{f}_k---\left(5\right)$

当系统稳定运行一分钟以后，开始以60秒为周期进行移动计算，此时计算公式表征如下：

${\mathrm{ACE}}_{1m}=\frac{1}{60}\underset{k=1}{\overset{i-j=60}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{ACE}}_k---\left(6\right)$

$\mathrm{\&Delta;}{f}_{1m}=\frac{1}{60}\underset{k=1}{\overset{i-j=60}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{f}_k---\left(7\right)$

式中ACE_k，Δf_k均为每分钟内的第k个采样值，且为已知值。当式（6）、（7）满足（1）式，即可满足CPS1指标。

步骤2：

经对相关数据进行预处理之后，执行以下具体的逻辑控制：

当CPS1≥200%时，根据公式（3）可知，此时CF1≤0，即ACE×Δf≤0，表征ACE的控制偏差同频率的变化量成反向趋势，系统的发电状况对频率的恢复有利，AGC无需进行调节，本控制逻辑将ACE控制信号置零。

当CPS1<100%时，考核CPS1考核性能指标较差，AGC必须频繁动作对其进行调节，本控制逻辑不对原始计算的ACE控制信号做附加处理。

当100≤CPS1<200%时，根据公式（3）可知，CF1>0，即ACE×Δf>0,此时系统的发电状况对频率恢复有害，本控制逻辑对ACE控制信号做适当调整，以防止频率偏差的进一步扩大。

在此，通过设置合适的控制门槛值对ACE进行调整，鉴于CPS1≥100%，故n≤1，进而将其分为s个门槛，门槛值分别取为：

n=[n₁ n₂ … n_k n_k+1 … n_s]

其中门槛值n取值约束为：0≤n₁<n₂<…n_k<n_k+1<…≤n_s=1。

本发明采用线性分档调整的方式，根据CPS1的考核区域，得到各门槛值对应的ACE控制值输出。当CPS1考核指标控制区间为 $[100\%+\frac{s-\left(k\right)}{s}\&times;100\%,100\%+\frac{s-(k-1)}{s}\&times;100\%]$ 时，按照公式（8）输出ACE控制信号为：

ACE_CPS1=n_k×ACE₀   （8）

$n_k=\frac{k}{s}---\left(9\right)$

${\mathrm{Range}}_k=\frac{s-k}{s}---\left(10\right)$

式中，n_k为第k个门槛的取值，ACE_CPS1为CPS1逻辑控制模块选取n_k作为门槛值时的调整输出控制信号，ACE₀为ACE的原始计算值，Range_k为本逻辑控制模块对原始ACE的调整幅度。

随着ACE控制信号调整幅度的逐步增加，即选取n_k越小时，对应的CPS1指标值愈加优秀，同时系统的调节压力越小（同ACE原始计算值成线性关系）。所提控制逻辑既能够降低系统AGC机组的调节负荷，防止系统过调，又能够改善区域控制偏差ACE对频率恢复的不利状态，改善CPS1的考核指标。

步骤3：

本发明的逻辑控制中亦引入了频率偏差Δf的幅值控制，其根据频率偏差确定输出的区域控制偏差。在频率偏差较大时，优先考虑减少频率偏差，尽快降低系统在大频率偏差下的运行时间，改善系统的运行特性。当频率偏差较小时，主要根据CPS1控制逻辑来确定输出的ACE控制值，当频率进入死区时，AGC不需要调节，能够减少机组的动作次数。依如下设定方式进行具体操作：

鉴于电网正常运行频率偏差规定不得超过±0.2Hz，在此将0.2Hz作为频率偏差上限。当|Δf|≥0.2Hz时，AGC必须频繁动作对其进行调节，频率偏差幅值控制模块不对原始计算的ACE控制信号做附加处理。

发电机的调速器死区频率一般为±0.03Hz，当|Δf|≤0.03Hz时，AGC无需进行调节，频率偏差幅值控制模块将ACE控制信号置零。

当0.03Hz≤|Δf|≤0.2Hz时，则依据公式（8）所示的CPS1控制逻辑模块中输出的调整后区域控制偏差ACE_CPS1。

综合步骤1、步骤2和步骤3，得到CPS1的整体逻辑控制示意图，见附图1。

2.基于CPS2的AGC逻辑控制方法。

步骤1：

根据CPS2标准考核逻辑，互联电网各控制区域的区域控制偏差ACE在满足（11）式，并且有CPS₂≥90%时，即为满足CPS2标准。

$\frac{1}{600}\left|\underset{k=1}{\overset{600}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{ACE}}_k\right|\&le;{\mathrm{mL}}_{10}---\left(11\right)$

$L_{10}=1.65{\mathrm{\&epsiv;}}_{10}\sqrt{(-10B_i)(-10B_s)}---\left(12\right)$

$\mathrm{CPS}2=[1-\frac{V_{\mathrm{Period}}}{{\mathrm{Num}}_{\mathrm{Period}}}]\&times;100\%---\left(13\right)$

V_Periond=∑V_10min   （14）

$V_{10\min }=\left\{\begin{array}{cc}1& \frac{1}{600}\left|\underset{k=1}{\overset{600}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{ACE}}_k\right|>L_{10}\\ 0& \frac{1}{600}\left|\underset{k=1}{\overset{600}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{ACE}}_k\right|\&le;L_{10}\end{array}\right.---\left(15\right)$

式中ACE_k为每一个10分钟内的第k个采样值；B_i控制区域i的频率偏差系数；B_s为整个互联电网的频率偏差系数，即各控制区域中的频率偏差系数总和；ε₁₀为互联电网对全年10min频率平均偏差均方根的控制目标值；L₁₀为CPS2指标中区域控制偏差限值；m为CPS2控制门槛值，主要是用来控制CPS2标准对区域控制偏差ACE的考核范围。Num_Period为规定时间内的总采样点数；V_Period为规定时间内根据判式（15）为真的次数。

本模块m设置为t个门槛，门槛值分别取为：

m=[m₁ m₂ … m_k m_k+1 … m_t]

其中，门槛值m取值约束为：0<m₁<m₂<…m_k<m_k+1<…≤m_t=1。

为避免门槛值m过小而引发调用更多的AGC机组参与动作，需要考虑门槛值取值较大时的工况。

按照公式（11），当ACE累加平均值

在规定的门限值以内时（±mL₁₀），CPS2逻辑控制器不需要输出控制信号；当ACE累加平均值

超过门限值限制时，控制器将会产生输出信号。即：

若

且ACE_1m>mL₁₀，则ACE_CPS2=ACE_1m；

若

且ACE_1m≤mL₁₀，则ACE_CPS2=mL₁₀；

若

且ACE_1m<-mL₁₀，则ACE_CPS2=ACE_1m；

若

且ACE_1m≥-mL₁₀，则ACE_CPS2=-mL₁₀；

步骤2：

本发明采取如下措施，以解决CPS2标准中区域控制偏差与频率偏差之间动态协调。

根据CPS2标准，ACE累加计算时间比较长，一般以10分钟为一个计算周期进行累加计算平均值，因此它的波动整体上比1分钟的移动平均值要小。但是，若电力系统在某个10分钟期间突然发生某个扰动，短时间内区域控制偏差可能已经反向。为了能够及时反映出此时ACE信号的方向情况，提出对ACE的方向保持时刻监视，且与控制的信号进行动态对比与校正。此处选取ACE一分钟移动平均值ACE_1m与步骤1得到的CPS2逻辑控制信号ACE_CPS2进行比较：

当ACE_1m×ACE_CPS2≤0，CPS2控制模块输出信号置零；

当ACE_1m×ACE_CPS2>0，CPS2控制模块输出信号ACE_CPS2；

如此可以减少控制盲目的发送控制信号，有利提高系统的整体控制性能，并且减少AGC机组的调节次数，降低系统成本。

综合步骤1和步骤2，得到CPS2的整体逻辑控制示意图，见附图2。

3.面向CPS1及CPS2控制模块的协调控制方式。

本发明针对所提CPS1、CPS2控制逻辑模块之间的协调控制，按照如下方法进行处理。

以上分别制定了CPS1逻辑控制器和CPS2逻辑控制器。每个控制模块都有各自的控制目标，并且根据自身的目标产生相应的输出控制信号。它们的输出控制信号在相同的时间内可能会发生冲突，但是AGC在同一个时刻只能拥有一个整体控制信号，必须对CPS1控制模块和CPS2控制模块之间的信号进行协调处理，产生一个最终的整体控制信号，发送给AGC机组进行调节。

这里采用优先协调控制策略，对CPS1逻辑控制器和CPS2逻辑控制器的优先权进行确定。因为CPS2针对的是10分钟为周期的考核，表征为短期控制，而CPS1针对的是一年为周期的考核，体现为长期控制，于此选取CPS2控制模块的优先权高于CPS1控制模块的优先权。

当ACE_CPS1×ACE_CPS2≤0,则ACE_CPS=ACE_CPS2；

当ACE_CPS1×ACE_CPS2>0且mL₁₀≥|ACE_CPS1|≥|ACE_CPS2|，则ACE_CPS=ACE_CPS1；

当ACE_CPS1×ACE_CPS2>0且|ACE_CPS1|>|ACE_CPS2|且|ACE_CPS1|>mL₁₀，

则ACE_CPS=ACE_CPS2；

当ACE_CPS1×ACE_CPS2>0且|ACE_CPS1|<|ACE_CPS2|，则ACE_CPS=ACE_CPS2。

综合上述，经优先协调后的AGC控制输出信号如附图3所示。

二、以下是采用上述方法的具体一个实施例：

以一个两区域互联的电网为例，利用MATLAB/SIMULINK以及S函数建立了自动发电控制的偏差控制数学模型，并编写了基于CPS标准的AGC逻辑控制器程序模块，将控制器模块嵌入到MATLAB/SIMULINK所搭建的控制模型中进行验证。将仿真结果与传统CPS标准下的PI控制策略相比，部分重要仿真参数选取如下：T_g1=0.2s，K_r1=0.3，T_r1=7s，T_t1=0.3s，K_p1=1Hz/pu，T_p1=20s，R₁=0.0526Hz/p.u.MW，T_g2=0.2s，T_r2=7s，K_r2=0.3，T_r2=7s，T_t2=0.3s，K_p2=1Hz/pu，T_p1=20s，R₂=0.0526Hz/p.u.MW，T₁₂=0.0867，两区域的额定容量为P_r1=P_r2=2000MW，由（5）式可以计算出L₁₀=71.4MW，PI控制器参数选择为：K_p=0.09，K_I=0.15。分别在区域1、2的t=0s时同时加入一个10%的节约波动负荷，仿真时长为20min。

仿真中将CPS1逻辑控制模块中的n分为10个档次，即n_k分别取为：

n=[0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1]

根据CPS1实时计算值的大小，依照表1得到各ACE控制值的输出,

表1CPS1逻辑控制表

CPS1门槛值n	CPS1考核区域	ACE控制值	ACE调整幅度
				0.1	190%≤CPS1<200%	ACECPS1=0.1×ACE0	0.9×ACE0
0.2	180%≤CPS1<190%	ACECPS1=0.2×ACE0	0.8×ACE0
				0.3	170%≤CPS1<180%	ACECPS1=0.3×ACE0	0.7×ACE0
0.4	160%≤CPS1<170%	ACECPS1=0.4×ACE0	0.6×ACE0
				0.5	150%≤CPS1<160%	ACECPS1=0.5×ACE0	0.5×ACE0
0.6	140%≤CPS1<150%	ACECPS1=0.6×ACE0	0.4×ACE0
				0.7	130%≤CPS1<140%	ACECPS1=0.7×ACE0	0.3×ACE0
0.8	120%≤CPS1<130%	ACECPS1=0.8×ACE0	0.2×ACE0
				0.9	110%≤CPS1<120%	ACECPS1=0.9×ACE0	0.1×ACE0
1.0	100%≤CPS1<110%	ACECPS1=1.0×ACE0	不调整

仿真中CPS2逻辑控制模块考虑m≥0.5的工况，并将其分为6个等级，如下式所示：

m=[0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1]

以下是仿真结果：

基于上述的理论研究和所建立的模型，在MATLAB/SIMULINK下进行仿真，得到的仿真结果如下：

表2AGC逻辑控制器效果统计表

	CPS1计算指标	CPS2计算指标	AGC动作次数
				未添加改进CPS控制器	171.0%	96.33%	961
已添加改进CPS控制器	169.78%	96.36%	412

从表2可以看出，在加入本发明的AGC逻辑控制器后，在CPS指标基本保持不变的情况下，AGC的调节次数能够显著地减少，对降低机组的损耗发挥了明显的作用。此外，系统的整体频率控制性能和运行经济性亦得到了有效的增强。

相应仿真波形如附图所示。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于CPS的AGC逻辑控制系统，其特征在于：包括：

一CPS1逻辑控制模块：包括用于控制CPS1门限值n的第一门限值修正控制单元、以及用于控制频率偏差Δf幅值的频率偏差幅值控制单元；

一CPS2逻辑控制模块：包括用于CPS2门限值m的第二门限值修正控制单元、以及用于控制区域偏差信号动态校正的偏差信号动态校正单元；

一协调控制模块：对所述CPS1、CPS2的逻辑控制模块进行协调处理，进而完成AGC信号的优化控制。

2.一种基于CPS的AGC逻辑控制方法，其特征在于，,基于CPS1逻辑控制模块和CPS2逻辑控制模块的控制方法，其中，

CPS1逻辑控制模块的控制方法是：首先对区域控制偏差AC、频率偏差Δf原始数据进行时间序列实时滚动线性滤波处理以保障逻辑控制模块的实时动态特性；然后基于式一、式二、式三，控制使互联电网各控制区域的区域控制偏差ACE满足式一、式二、式三的不等式，并且伴有CPS1≥100%时，CPS1逻辑控制模块的控制结束；

$\frac{\mathrm{AC}{E}_{1m}\&times;\mathrm{\&Delta;}{f}_{1m}}{-10B_i}\&le;n{\mathrm{\&epsiv;}}_1^2$    式一

$C{F}_1=[\left(\frac{{\mathrm{ACE}}_{1m}}{-10B_i}\right)\&times;\left(\frac{\mathrm{\&Delta;}{f}_{1m}}{{\mathrm{\&epsiv;}}_1^2}\right)]\&le;n$    式二

CPS1=(2-CF₁)×100%   式三

式中：ACE_1m为控制区域1分钟的区域控制偏差滚动平均值；Δf_1m为控制区域1分钟频率偏差的滚动平均值；ε₁为互联电网对全年一分钟频率平均偏差的均方根的控制目标值，互联电力系统中，各个控制区的ε₁均相同；CF₁为服从因数；n为CPS1控制门槛值；

CPS1逻辑控制模块的控制方法是基于式十一，控制使互联电网各控制区域的区域控制偏差ACE在满足式十一，并且有CPS₂≥90%时，CPS2逻辑控制模块的控制结束；

$\frac{1}{600}\left|\underset{k=1}{\overset{600}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{ACE}}_k\right|\&le;{\mathrm{mL}}_{10}$    式十一

$L_{10}=1.65{\mathrm{\&epsiv;}}_{10}\sqrt{(-10B_i)(-10B_s)}$    式十二

$\mathrm{CPS}2=[1-\frac{V_{\mathrm{Period}}}{{\mathrm{Num}}_{\mathrm{Period}}}]\&times;100\%$    式十三

V_Periond=∑V_10min   式十四

$V_{10\min }=\left\{\begin{array}{cc}1& \frac{1}{600}\left|\underset{k=1}{\overset{600}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{ACE}}_k\right|>L_{10}\\ 0& \frac{1}{600}\left|\underset{k=1}{\overset{600}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{ACE}}_k\right|\&le;L_{10}\end{array}\right.$    式十五

式中，ACE_k为每一个10分钟内的第k个采样值；B_i控制区域i的频率偏差系数；B_s为整个互联电网的频率偏差系数，即各控制区域中的频率偏差系数总和；ε₁₀为互联电网对全年10min频率平均偏差均方根的控制目标值；L₁₀为CPS2指标中区域控制偏差限值；m为CPS2控制门槛值，主要是用来控制CPS2标准对区域控制偏差ACE的考核范围；Num_Period为规定时间内的总采样点数；V_Period为规定时间内根据判式十五为真的次数；

协调控制模块针根据CPS1、CPS2的逻辑控制模块的各自控制，对CPS1、CPS2的逻辑控制模块进行协调处理，进而完成AGC信号的优化控制。

3.根据权利要求2所述的一种基于CPS的AGC逻辑控制方法，其特征在于，CPS1逻辑控制模块的控制方法中，式一中对ACE_1m、Δf_1m的计算，采用了移动平均值法来实时获取1分钟内的采样平均值，用最近的实际数据值来预测未来某个时期的值；选择60秒为一个周期进行移动计算，其计算公式如下：在系统刚刚运行时的前60秒，ACE和Δf的计算公式为：

${\mathrm{ACE}}_{1m}=\frac{1}{t}\underset{k=1}{\overset{t}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{ACE}}_k$    式四

$\mathrm{\&Delta;}{f}_{1m}=\frac{1}{t}\underset{k=1}{\overset{t}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{f}_k$    式五

当系统稳定运行一分钟以后，开始以60秒为周期进行移动计算，此时计算公式表征如下：

${\mathrm{ACE}}_{1m}=\frac{1}{60}\underset{k=1}{\overset{i-j=60}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{ACE}}_k$    式六

$\mathrm{\&Delta;}{f}_{1m}=\frac{1}{60}\underset{k=1}{\overset{i-j=60}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{f}_k$    式七

式中ACE_k，Δf_k均为每分钟内的第k个采样值，且为已知值。

4.根据权利要求2所述一种基于CPS的AGC逻辑控制方法，其特征在于：第一门限值修正控制单元采取如下的逻辑控制方案：

当CPS1≥200%时，本控制逻辑将ACE控制信号置零；

当CPS1<100%时，本控制逻辑不对原始计算的ACE控制信号做附加处理；

当100≤CPS1<200%时，本控制逻辑通过设置合适的控制门槛值对ACE进行调整；鉴于CPS1≥100%，故n≤1，进而将其分为s个门槛，门槛值分别取为：

n=[n₁ n₂ … n_k n_k+1 … n_s]

其中门槛值n取值约束为：0≤n₁<n₂<…n_k<n_k+1<…≤n_s=1；

采用线性分档调整的方式，根据CPS1的考核区域，得到各门槛值对应的ACE控制值输出；当CPS1考核指标控制区间为 $[100\%+\frac{s-\left(k\right)}{s}\&times;100\%,100\%+\frac{s-(k-1)}{s}\&times;100\%]$ 时，按照式八输出ACE控制信号为：

ACE_CPS1=n_k×ACE₀   式八

$n_k=\frac{k}{s}$    式九

${\mathrm{Range}}_k=\frac{s-k}{s}$    式十

式中，n_k为第k个门槛的取值，ACE_CPS1为CPS1逻辑控制模块选取n_k作为门槛值时的调整输出控制信号，ACE₀为ACE的原始计算值，Range_k为本逻辑控制模块对原始ACE的调整幅度。

5.根据权利要求2所述一种基于CPS的AGC逻辑控制方法，其特征在于：频率偏差幅值控制单元根据频率偏差确定输出的区域控制偏差，依如下设定方式进行具体操作：

当|Δf|≥0.2Hz时，AGC必须频繁动作对其进行调节，频率偏差幅值控制模块不对原始计算的ACE控制信号做附加处理；

当|Δf|≤0.03Hz时，AGC无需进行调节，频率偏差幅值控制模块将ACE控制信号置零；

当0.03Hz≤|Δf|≤0.2Hz时，则CPS1控制逻辑模块依据式八输出调整后的区域控制偏差ACE_CPS1。

6.根据权利要求2所述一种基于CPS的AGC逻辑控制方法，其特征在于，所述步骤2中，所述第二门限值修正控制单元的控制方法基于定义：定义将CPS2门限值m设置为t个门槛，门槛值分别取为：

m=[m₁ m₂ … m_k m_k+1 … m_t]

其中，门槛值m取值约束为：0<m₁<m₂<…m_k<m_k+1<…≤m_t=1；

为避免门槛值m过小而引发调用更多的AGC机组参与动作，需要考虑门槛值取值较大时的工况；

按照公式十一，当ACE累加平均值在规定的门限值以内时（±mL₁₀），CPS2逻辑控制器不需要输出控制信号；当ACE累加平均值

超过门限值限制时，控制器将会产生输出信号，即：

若

且ACE_1m>mL₁₀，则ACE_CPS2=ACE_1m；

若

且ACE_1m≤mL₁₀，则ACE_CPS2=mL₁₀；

若

且ACE_1m<-mL₁₀，则ACE_CPS2=ACE_1m；

若

且ACE_1m≥-mL₁₀，则ACE_CPS2=-mL₁₀。

7.根据权利要求6所述一种基于CPS的AGC逻辑控制方法，其特征在于，偏差信号动态校正单元的具体方法是：为能够及时反映出此时ACE信号的方向情况，对ACE的方向保持时刻监视，且与控制的信号进行动态对比与校正，此处选取ACE一分钟移动平均值ACE_1m与CPS2逻辑控制信号ACE_CPS2进行比较：

当ACE_1m×ACE_CPS2≤0，CPS2控制模块输出信号置零；

当ACE_1m×ACE_CPS2>0，CPS2控制模块输出信号ACE_CPS2。

8.根据权利要求1所述一种基于CPS的AGC逻辑控制方法，其特征在于，协调控制模块按照如下方法进行处理：对CPS1逻辑控制器和CPS2逻辑控制器的优先权进行确定；因CPS2针对的是10分钟为周期的考核，表征为短期控制，而CPS1针对的是一年为周期考核，体现为长期控制，在此选取CPS2控制模块的优先权高于CPS1控制模块的优先权；即：

当ACE_CPS1×ACE_CPS2≤0,则ACE_CPS=ACE_CPS2；

当ACE_CPS1×ACE_CPS2>0且mL₁₀≥|ACE_CPS1|≥|ACE_CPS2|，则ACE_CPS=ACE_CPS1；

当ACE_CPS1×ACE_CPS2>0且|ACE_CPS1|>|ACE_CPS2|且|ACE_CPS1|>mL₁₀，

则ACE_CPS=ACE_CPS2；

当ACE_CPS1×ACE_CPS2>0且|ACE_CPS1|<|ACE_CPS2|，则ACE_CPS=ACE_CPS2。

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