CN104898644A - 一种互联电网中各控制区的频率控制性能评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种互联电网中各控制区的频率控制性能评价方法，该方法包括：(1)准备控制性能评价数据；(2)对滤波后的ACE信号ACE_{1min_ave}和频差信号Δf_{1min_ave}，分别计算系统平均频率控制性能指标CPS1_1与系统频率波动控制性能指标CPS1_2；(3)根据评价指标CPS1_1与CPS1_2，按照设定的评价规则，评价该控制区的控制性能。本发明既考虑了系统频率均方误差的评价指标，保证系统频率在标准频率附近运行，提高发电设备和用电设备的运行效率，又考虑了系统平均频率的评价指标，加强了对系统抢发电或欠发电等投机行为的评判，避免了能源的浪费，提高了电力能源的利用效率。

Description

一种互联电网中各控制区的频率控制性能评价方法

技术领域

本发明涉及一种性能评价方法，具体涉及一种互联电网中各控制区的频率控制性能评价方法。

背景技术

互联电网运行中，需要控制性能的评价方法及标准来评价和规范各控制区域的行为，使其既能满足电网的可靠性要求，又能公平地分享电网互联带来的益处。对互联电网的各控制区控制性能评价方法最早采用A标准进行评价，实践表明，采用A标准进行各控制区的控制性能评价并不能保证整个互联电网好的频率质量，一旦互联电网中某个控制区发生故障，无法短时期恢复正常控制时，其他控制区为了保持其A指标，并不能很好地给予支援以维持整个互联电网的频率质量。因此，目前国内外普遍采用CPS标准来评价互联电网中各控制区的控制性能，其目的是为了更加客观地评价各控制区的控制行为对互联电网的作用，确保控制区的交换功率满足交换计划要求，并使互联电网的频率保持在规定范围以内。

目前的CPS标准采用频率分布统计指标作为频率控制的评价依据。其方法是统计全年系统频率偏差标准频率(我国为50Hz，美国为60Hz)的均方误差ε作为频率控制目标值，且是一长期的考核指标，如下式所式：

$\mathrm{\ϵ}=\sqrt{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left(\mathrm{\Δ}{f}_i\right)}^2}=\sqrt{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(f_i-f_0)}^2}$

式中Δf_i为第i分钟的频率偏差；f_i为第i分钟的频率平均值；f₀为系统标准频率；n为一年时间段中的分钟数。

具体评价标准包括CPS1和CPS2两部分，其中CPS1是控制区在一个长的时间段(如一天、一月、一年等)内，其区域控制偏差ACE满足如下要求：

$\mathrm{AVE}\left(\frac{{\mathrm{ACE}}_i}{-10B_i}\mathrm{\Δ}{f}_i\right)\≤{\mathrm{\ϵ}}^2$

式中：ACE_i为控制区i的ACE的1min平均值

Bi为控制区i的频率偏差系数，为负数，单位为MW/0.1Hz

CPS1评价以频率的均方误差ε作为频率控制目标值保证了电网运行频率在标准频率附近，有利于提高系统频率质量。但是近些年，在我国某些部分区域电网的运行频率总体上虽仍满足上述要求，但是出现了总体平均频率偏高的现象，造成了能源的浪费，如我国西北电网2015年1月份的某日的平均频率为50.03Hz。原因是我国的一些电厂为了完成发电指标，存在“抢发电”的现象。并且近些年，随着风电的大开发，风电密集的区域在电网低谷时不舍弃风，更加剧了抢发电的现象。

鉴于目前控制性能评价标准及方法，目前的评价标准从根本上是以频率偏差标准频率的均方误差作为评价目标，并没有对频率偏差的均值、方差等统计指标作明晰的规定。因此这也造成了各控制区的控制目标只顾及频率的均方误差，确保系统频率在标准频率附近，而对系统平均频率等统计指标的控制不够精细。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种互联电网中各控制区的频率控制性能评价方法，既考虑了系统频率均方误差的评价指标，保证系统频率在标准频率附近运行，提高发电设备和用电设备的运行效率，又考虑了系统平均频率的评价指标，加强了对系统抢发电或欠发电等投机行为的评判，避免了能源的浪费，提高了电力能源的利用效率。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

1.一种互联电网中各控制区的频率控制性能评价方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)准备控制性能评价数据；

(2)对滤波后的ACE信号ACE_{1min_ave}和频差信号Δf_{1min_ave}，分别计算系统平均频率控制性能指标CPS1_1与系统频率波动控制性能指标CPS1_2；

(3)根据评价指标CPS1_1与CPS1_2，按照设定的评价规则，评价该控制区的控制性能。

本发明提供的优选技术方案中，所述步骤(1)包括如下步骤：

A、确定性能评价周期T分钟，采样控制区在该评价周期内的实时数据，所述实时数据包括网运行频率f、联络线交换功率P_ti；

B、计算控制区在评价周期内区域控制偏差ACE、频差Δf：

ACE＝B_iΔf+(ΣP_ti-ΣI_0i)

式中，△f为频差，Δf＝f-f₀，f为当前控制周期内的电网频率实际测量值，f₀为标称频率；B_i为控制区域i的频差系数，ΣP_ti为控制区域i所有联络线交换功率的实际量测值之和，联络线计ΣI_0i为控制区域i与外控制区的交易计划之和；

C、对该评价周期内区域控制偏差ACE、频差Δf信号进行滤波；

滤波器采用平均器，通过实时计算在第T1分钟的ACE平均值ACE_{1min_ave}和频差平均值Δf_{1min_ave}；具体地，在第m个ACE、Δf采样点，其前Tl分钟内的平均值的计算公式为：

${\mathrm{ACE}}_{1\min \_\mathrm{ave}}=\frac{1}{n}\underset{i=m-n+1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{ACE}}_i$

$\mathrm{\Δ}{f}_{1\min \_\mathrm{ave}}=\frac{1}{n}\underset{i=m-n+1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{f}_i$

式中，n为在Tl分钟内共采样了n次，Δf_i是控制区域i的频差。

本发明提供的第二优选技术方案中，所述步骤(2)中系统平均频率控制性能指标CPS1_1计算公式如下：

$\mathrm{CPS}1\_1=2-\frac{\mathrm{AVE}\left({\mathrm{ACE}}_{1\min \_\mathrm{ave}}\right)\mathrm{AVE}\left(\mathrm{\Δ}{f}_{1\min \_\mathrm{ave}}\right)}{-10B_i{\mathrm{\μ}}^2}$

所述系统频率波动控制性能指标CPS1_2计算公式如下：

$\mathrm{CPS}1\_2=2-\frac{\mathrm{AVE}\left[({\mathrm{ACE}}_{1\min \_\mathrm{ave}}-\mathrm{AVE}\left({\mathrm{ACE}}_{1\min \_\mathrm{ave}}\right))(\mathrm{\Δ}{f}_{1\min \_\mathrm{ave}}-\mathrm{AVE}\left(\mathrm{\Δ}{f}_{1\min \_\mathrm{ave}}\right))\right]}{-10B_i{\mathrm{\σ}}^2}$

式中AVE(X)为平均算子，是评价周期T分钟内的X信号的平均值，

μ²为系统平均频率控制方差的设定目标，σ²为系统频率波动控制方差的设定目标。

本发明提供的第三优选技术方案中，所述步骤(3)的评价规则如下：

系统平均频率控制性能评价规则：

CPS1_1≥2，则控制区对系统平均频率控制评价为优；

1≤CPS1_1＜2，则控制区对系统平均频率控制评价为良；

CPS1_1＜1，则控制区对系统平均频率控制评价为差；

系统频率波动控制评价规则：

CPS1_2≥2，则控制区对系统频率波动控制评价为优；

1≤CPS1_2＜2，则控制区对系统频率波动控制评价为良；

CPS1_2＜1，则控制区对系统频率波动控制评价为差；

控制区综合性能评价规则：

只有同时满足CPS1_1≥1和CPS1_2≥1，对该控制区性能评价为合格；

否则为不合格。

本发明提供的第四优选技术方案中，所述系统平均频率控制方差的设定目标μ²不超过控制区一次调频的死区。

本发明提供的第五优选技术方案中，所述系统频率波动控制方差的设定目标σ²根据如下进行设定：

σ²＝ε²-μ²

其中，ε为全年系统频率偏差的均方误差：

$\mathrm{\ϵ}=\sqrt{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(f_i-f_0)}^2}$

式中f_i为第i分钟的频率平均值；f₀为系统标准频率；n为一年时间段中的分钟数。

与最接近的现有技术比，本发明的有益效果在于：

本发明既考虑了系统频率均方误差的评价指标，保证系统频率在标准频率附近运行，提高发电设备和用电设备的运行效率，又考虑了系统平均频率的评价指标，加强了对系统抢发电或欠发电等投机行为的评判，避免了能源的浪费，提高了电力能源的利用效率。

本发明对频率偏差的均值、方差等统计指标有了明确规定，对控制区对系统频率控制性能评价更加精细，更加全面。

本发明对控制区对系统频率控制性能评价更加精细，更加全面，但计算方法简单，实现代价低。

附图说明

图1是一种互联电网中各控制区的频率控制性能评价方法流程图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种互联电网中各控制区的频率控制性能评价方法，包括以下三个阶段：

1)控制性能评价数据准备阶段，包括：

1.1)确定性能评价周期T分钟如15min，采样控制区在该评价周期内电网运行频率f、联络线交换功率P_ti等实时数据；

1.2)计算控制区在评价周期内区域控制偏差ACE、频差Δf；

ACE＝B_iΔf+(ΣP_ti-ΣI_0i)；

式中，△f为频差，Δf＝f-f₀，f为当前控制周期内的电网频率实际测量值，f₀为标称频率；B_i为控制区域i的频差系数，ΣP_ti为控制区域i所有联络线交换功率的实际量测值之和，联络线计ΣI_0i为控制区域i与外控制区的交易计划之和。

1.3)对该评价周期内区域控制偏差ACE、频差Δf信号进行滤波；滤波器采用平均器，通过实时计算在第T1分钟的ACE平均值ACE_{1min_ave}和频差平均值Δf_{1min_ave}；具体地，在第m个ACE、Δf采样点,其前Tl分钟内的平均值(在Tl分钟内共采样了n次)的计算公式为

${\mathrm{ACE}}_{1\min \_\mathrm{ave}}=\frac{1}{n}\underset{i=m-n+1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{ACE}}_i$

$\mathrm{\Δ}{f}_{1\min \_\mathrm{ave}}=\frac{1}{n}\underset{i=m-n+1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{f}_i$

式中，n为在Tl分钟内共采样了n次，Δf_i是控制区域i的频差。

2)控制性能评价指标计算阶段：

对滤波后的ACE信号ACE_{1min_ave}和频差信号Δf_{1min_ave}，分别计算系统平均频率控制性能指标CPS1_1与系统频率波动控制性能指标CPS1_2；

系统平均频率控制性能指标CPS1_1：

$\mathrm{CPS}1\_1=2-\frac{\mathrm{AVE}\left({\mathrm{ACE}}_{1\min \_\mathrm{ave}}\right)\mathrm{AVE}\left(\mathrm{\Δ}{f}_{1\min \_\mathrm{ave}}\right)}{-10B_i{\mathrm{\μ}}^2}$

系统频率波动控制性能指标CPS1_2：

$\mathrm{CPS}1\_2=2-\frac{\mathrm{AVE}\left[({\mathrm{ACE}}_{1\min \_\mathrm{ave}}-\mathrm{AVE}\left({\mathrm{ACE}}_{1\min \_\mathrm{ave}}\right))(\mathrm{\Δ}{f}_{1\min \_\mathrm{ave}}-\mathrm{AVE}\left(\mathrm{\Δ}{f}_{1\min \_\mathrm{ave}}\right))\right]}{-10B_i{\mathrm{\σ}}^2}$

式中AVE(X)为平均算子，是求在评价周期T分钟内的X信号求平均值。

μ²为系统平均频率控制方差的设定目标。一般地，系统平均频率控制方差设定目标越接近零，则对系统抢发电或欠发电等投机行为的评判越严格，系统平均频率控制方差设定目标越大，则对系统抢发电或欠发电等投机行为的评判越宽松，有可能造成电量的无意耗损与能源浪费。因此μ不宜超过控制区一次调频的死区，如0.02Hz.

σ²为系统频率波动控制方差的设定目标，根据下式进行设定：

σ²＝ε²-μ²

其中，ε为全年系统频率偏差的均方误差：

$\mathrm{\ϵ}=\sqrt{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(f_i-f_0)}^2}$

式中f_i为第i分钟的频率平均值；f₀为系统标准频率；n为一年时间段中的分钟数。

3)控制性能评价阶段：根据评价指标CPS1_1与CPS1_2，评价该控制区的控制性能。

CPS1_1≥2，则控制区对系统平均频率控制评价为优；

1≤CPS1_1＜2，则控制区对系统平均频率控制评价为良；

CPS1_1＜1，则控制区对系统平均频率控制评价为差；

CPS1_2≥2，则控制区对系统频率波动控制评价为优；

1≤CPS1_2＜2，则控制区对系统频率波动控制评价为良；

CPS1_2＜1，则控制区对系统频率波动控制评价为差；

综上：

只有同时满足CPS1_1≥1和CPS1_2≥1，对该控制区性能评价为合格；

否则为不合格。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种互联电网中各控制区的频率控制性能评价方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)准备控制性能评价数据；

(2)对滤波后的ACE信号ACE_{1min_ave}和频差信号Δf_{1min_ave}，分别计算系统平均频率控制性能指标CPS1_1与系统频率波动控制性能指标CPS1_2；

(3)根据评价指标CPS1_1和CPS1_2，按照设定的评价规则，评价该控制区的控制性能。

2.根据权利要求1所述性能评价方法，其特征在于，所述步骤(1)包括如下步骤：

A、确定性能评价周期T分钟，采样控制区在该评价周期内的实时数据，所述实时数据包括网运行频率f、联络线交换功率P_ti；

B、计算控制区在评价周期内区域控制偏差ACE、频差Δf：

ACE＝B_iΔf+(ΣP_ti-ΣI_0i)

式中，△f为频差，Δf＝f-f₀，f为当前控制周期内的电网频率实际测量值，f₀为标称频率；B_i为控制区域i的频差系数，ΣP_ti为控制区域i所有联络线交换功率的实际量测值之和，联络线计ΣI_0i为控制区域i与外控制区的交易计划之和；

C、对该评价周期内区域控制偏差ACE、频差Δf信号进行滤波；

滤波器采用平均器，通过实时计算在第T1分钟的ACE平均值ACE_{1min_ave}和频差平均值Δf_{1min_ave}；具体地，在第m个ACE、Δf采样点，其前Tl分钟内的平均值的计算公式为：

${\mathrm{ACE}}_{1\min \_\mathrm{ave}}=\frac{1}{n}\underset{i=m-n+1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{ACE}}_i$

$\mathrm{\Δ}{f}_{1\min \_\mathrm{ave}}=\frac{1}{n}\underset{i=m-n+1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{f}_i$

式中，n为在Tl分钟内共采样了n次，Δf_i是控制区域i的频差。

3.根据权利要求1所述性能评价方法，其特征在于，所述步骤(2)中系统平均频率控制性能指标CPS1_1计算公式如下：

$\mathrm{CPS}1\_1=2-\frac{\mathrm{AVE}\left({\mathrm{ACE}}_{1\min \_\mathrm{ave}}\right)\mathrm{AVE}\left(\mathrm{\Δ}{f}_{1\min \_\mathrm{ave}}\right)}{-10B_i{\mathrm{\μ}}^2}$

所述系统频率波动控制性能指标CPS1_2计算公式如下：

$\mathrm{CPS}1\_2=2-\frac{\mathrm{AVE}\left[({\mathrm{ACE}}_{1\min \_\mathrm{ave}}-\mathrm{AVE}\left({\mathrm{ACE}}_{1\min \_\mathrm{ave}}\right))(\mathrm{\Δ}{f}_{1\min \_\mathrm{ave}}-\mathrm{AVE}\left(\mathrm{\Δ}{f}_{1\min \_\mathrm{ave}}\right))\right]}{-10B_i{\mathrm{\σ}}^2}$

式中AVE(X)为平均算子，是评价周期T分钟内的X信号的平均值，

μ²为系统平均频率控制方差的设定目标，σ²为系统频率波动控制方差的设定目标。

4.根据权利要求1所述性能评价方法，其特征在于，所述步骤(3)的评价规则如下：

系统平均频率控制性能评价规则：

CPS1_1≥2，则控制区对系统平均频率控制评价为优；

1≤CPS1_1＜2，则控制区对系统平均频率控制评价为良；

CPS1_1＜1，则控制区对系统平均频率控制评价为差；

系统频率波动控制评价规则：

CPS1_2≥2，则控制区对系统频率波动控制评价为优；

1≤CPS1_2＜2，则控制区对系统频率波动控制评价为良；

CPS1_2＜1，则控制区对系统频率波动控制评价为差；

控制区综合性能评价规则：

只有同时满足CPS1_1≥1和CPS1_2≥1，对该控制区性能评价为合格；

否则为不合格。

5.根据权利要求3所述性能评价方法，其特征在于，所述系统平均频率控制方差的设定目标μ²不超过控制区一次调频的死区。

6.根据权利要求3所述性能评价方法，其特征在于，所述系统频率波动控制方差的设定目标σ²根据如下进行设定：

σ²＝ε²-μ²

其中，ε为全年系统频率偏差的均方误差：

$\mathrm{\ϵ}=\sqrt{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(f_i-f_0)}^2}$

式中f_i为第i分钟的频率平均值；f₀为系统标准频率；n为一年时间段中的分钟数。