CN106712117A - 基于ace共享的互联电网两级调度agc协调控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于ACE共享的互联电网两级调度AGC协调控制系统及方法。系统包含：包括分调AGC主控制区域、多个省调AGC控制区域，以及由相应省调AGC管控的发电机组；各省调AGC与分调AGC联网通信，并作为分调AGC的控制对象；分调AGC实时监测电网频率和各个省调AGC的ACE，基于ACE共享对各个省调控制区的ACE进行修正，并将修正后的ACE下发至各省调AGC；各省调AGC根据下发的ACE对其管控下的发电机组进行功率调整。与此同时分调AGC实时计算电网频率偏差平均值及各个控制区控制ACE平均值，对各个省调控制区的控制效果进行评价，最终实现保证电网频率安全、降低机组无谓调节的目的。

Description

基于ACE共享的互联电网两级调度AGC协调控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电力系统控制技术领域，具体涉及一种基于ACE共享的互联电网两级调度AGC协调控制系统，还涉及一种基于此系统的协调控制方法。

背景技术

随着特高压电网的不断建设，区域电网运行控制地域跨度日益扩大，电气联系更加紧密，区域电网内部相互影响与依赖愈加明显。复杂的电网运行特性，使电网联络线功率和频率控制面临新的挑战，需要深化各区域在实时控制层面的协作。

协同控制技术是实现区域协同控制，提高区域协作水平，发挥互联电网内部资源互补的重要措施。协同控制技术可以在极端情况下提供紧急的支援，有助于提高系统的稳定性和可靠性。除此以外，在机组组合和发电计划制定的过程中也应当提高区域的协作水平，不仅可以有效地利用系统的资源，也能减少运行成本，改善控制性能指标。实现多区域的协同控制，提升协调调度的水平已成为国内外电网的发展趋势。

目前，国外主要的协同应用技术有：

1)实体控制区联合(Actual BA Consolidation，ABAC)

ABAC法是将多个(两个或两个以上)控制区联合在一起形成一个新的大控制区，调度业务集中到某一个区域的调度机构，或者另成立一个调度机构负责全网的有功平衡任务，该调度机构仍采用常规的计划编制方式和控制手段。从运行机制来看，每个小控制区仍需要满足自身的有功平衡控制要求，ABAC法由于可以“全局思考”，结合电网运行状况和下辖区域上报的功率支援需求，在服从于联络线的安全约束的情况下可以实时修改区域间的联络线交换计划，实现了更大范围内的AGC(Automatic Generation Control，自动发电控制)容量、负荷跟踪服务容量的优化配置。

2)ACE差异性交换(ACE Diversity Interchange，ADI)

ADI利用互联电网在实时运行中各区域ACE(Area Control Error，区域控制偏差)符号的差异性，通过算法优化各区域的ACE调节量以减少每个区域的调节负担。多年来，ADI在北美电网中得到实际应用并取得了良好的控制效果。德国也采用该技术，称之为二次备用共享，具体的方法类似于ADI，每5min内执行一次安全约束经济调度(SecurityConstrained Economic Dispatch，SCED)。在电力市场环境下，ADI并不是一个强制性的控制策略，是一种事前约定的区域电力电量交易，并不要求所有区域都参加。

3)只含风电控制区(Wind-only BA，WBA)

利用风电出力在大范围空间上的互补性来减少总的调节功率也是ADI基本思路的体现，WBA就是其中的代表技术。WBA采用定净交换功率控制(constant net interchangecontrol，CNIC)方式，因此一些控制区(非全部)需要划出一部分AGC机组供WBA满足其ACE的控制要求。

4)动态计划(Dynamic Schedule，DS)

DS是将本地控制区(native balancing authority，NBA)的一部分负荷或发电量通过实时修改ACE的方式转移给邻控制区(adjacent balancing authority，ABA)，将部分或者全部的调节责任转移给其他区域。特别地，在北美电网中，某些电网内部的控制区拥有的机组(或负荷)在其他控制区的地理范围内，比如NBA需要调用在ABA内部的这部分虚拟机组(pseudo-tie generation，PTG)进行跨区功率支援时，实现这种特殊的功率支援场景的技术称为虚拟联络线(pseudo-tie)。

5)虚拟储能(Virtual Energy Storage，VES)

传统意义上的区域协作是通过不同的平衡责任区合作方式来实现，用于管理区域间联络线功率的随机性和不确定性。实现了区域协作的控制区能够在更广泛的范围内，利用更多的资源来实现不同时间尺度的有功功率平衡。除此以外，提高区域间的相互协作还能够减少备用容量的预留，减少机组的无谓调节，有利于节能减排。

伴随着特高压交直流电网的逐步建成，我国电网已由局部联网逐渐发展成为特高压互联电网。区域之间电力电量的交换能力大为提高，各区域之间的电气联系日益紧密，已经为实现多区域协同控制提供了条件。

本发明针对区域互联大电网负荷频率平衡控制要求，考虑电网分层分区多断面特性，通过提出两级调度模型下多控制区之间的协同控制技术，实现互联电网机组调节资源跨区互济，减少机组的无谓调节，进一步提高频率控制水平。发明成果将填补国内此类研究的空白。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于ACE共享的互联电网两级调度AGC协调控制系统及方法，提出了分调-省调两级调度AGC协调控制体系，减少机组的无谓调节，实现互联电网机组调节资源跨区互济和电网安全稳定的目标。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于ACE共享的互联电网两级调度AGC协调控制系统，其特征是，包括分调AGC主控制区域、多个省调AGC控制区域，以及位于各省调AGC控制区域内由相应省调AGC管控的发电机组；

各省调AGC与分调AGC联网通信，并作为分调AGC的控制对象；

分调AGC主控制区域内建立对应各省调控制区的控制对象模型，以实时计算各个省调控制区域的ACE；省调AGC建立对应各自控制区的控制对象模型，以实时计算各自控制区内的ACE，并将此ACE上传至分调AGC；

分调AGC实时监测电网频率和各个省调AGC的ACE，基于ACE共享对各个省调控制区的ACE进行修正，并将修正后的ACE下发至各省调AGC；各省调AGC根据下发的ACE对其管控下的发电机组进行功率调整。

进一步的，本发明系统中，分调AGC还依据各个省调控制区修正后的ACE对各个省调的控制效果进行频率安全考核评价。

相应的，本发明还提供了一种基于ACE共享的互联电网两级调度AGC协调控制方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S01，分调AGC实时监测各省调AGC上传的ACE，当各个省调AGC上传的ACE与本地计算的ACE两者差异超过一定门槛值，则给出采集异常告警，各省调AGC按照自身计算的ACE对其管控下的发电机组进行控制；

步骤S02，分调AGC实时监测区域电网频率，当频率偏差处于正常波动区间时，根据各个省调控制区ACE和频率偏差的符号对各个省调控制区ACE进行修正；

步骤S03，当频率偏差超过正常波动区间时，先确定扰动责任控制区，然后分别对责任控制区和其余非责任控制区的ACE进行修正；

步骤S04，分调AGC将修正后的ACE作为省调AGC最终控制ACE实时发送到各个省调AGC，各省调AGC依据此控制ACE对其管控下的发电机组发电功率进行调整。

进一步的，频率偏差正常波动区间为±0.1Hz。

进一步的，在步骤S02中，根据本地计算出的各个省调控制区ACE和频率偏差的符号对各个省调控制区ACE进行修正的修正公式如下：

式中：ACE'_j为区域j修正后的ACE；ACE_j为区域j的原始ACE；i为与电网频差反号的区域标识；N_I为控制区ACE与电网频率反号的控制区个数，j为与电网频差同号的区域标识，N_J为与控制区ACE与电网频率同号的控制区个数，Δf为电网实际频率减额定频率；

进一步的，在步骤S03中，具体控制方式如下：

(1)先确定扰动责任控制区，计算各个省调控制区在当前频率下的ACE合格门槛ACE_Limit，计算方法如下式所示：

式中：B为控制区的频率偏差系数；f_Limit为电网频率安全门槛，f_s为电网计划频率，一般为50Hz,Δf为电网频率偏差；

对于控制区ACE超过自身控制区对应的ACE合格门槛ACE_Limit的控制区为责任控制区，否则为非责任控制区；

(2)对于责任控制区，需要其他区域支援的额外调节ACE_support，调节的ACE_support计算方法如式(3)所示；责任控制区的原始ACE加上调节ACE_support作为最终的控制ACE，修正方式如式(4)所示：

ACE'_m＝ACE_m+ACE_support (4)

式中：ACE_support为责任控制区m需要其余非责任控制区域支援的ACE值；ACE_Limit当前频率下的ACE合格门槛；ACE_m为责任控制区m的ACE值；ACE'_m为责任控制区m修正后的ACE值；

(3)对于非责任控制区，控制区ACE的修改方式如式(5)(6)所示：

ACE'_n＝ACE_n-Γ_nACE_support (5)

式中：ACE'_n为非责任控制区n修正后的ACE值；Γ_n为非责任控制区的责任分摊系数；N是指非责任控制区的个数。

进一步的，还包括以下步骤：

步骤S05，分调AGC对各个省调的控制效果进行频率安全考核评价，考核评价方式如下：

(1)分调AGC按照每秒一个采样点的采样间隔(此采样间隔可根据相应的AGC控制命令周期来定)，计算各省调控制区在每个整分钟内的控制ACE的平均值，如式(7)所示:

式中：为控制区在第k分钟的ACE平均值，ACE'_k-t为控制区在第k分钟t秒的ACE修正值。

(2)按照每秒一个采样点的采样间隔，计算每个整分钟电网频率偏差的平均值，如式(8)所示：

式中：为第k分钟的频率偏差平均值，Δf_k-t为第k分钟t秒的频率偏差值；

(3)按照式(9)计算每个整分钟控制区ACE平均值的合格门槛值，

式中：为第k分钟ACE平均值的合格门槛值；

(4)针对任意整分钟，如果电网频率偏差为正，且某控制区的ACE平均值大于或者电网频率偏差为负，且某控制区的ACE平均值小于则记该控制区在该分钟ACE控制不合格；

(5)如果某控制区出现连续设定值个点不合格，则记该控制区出现一个频率安全不合格点。

进一步的，设定值为15个。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明采用分调-省调两级调度AGC协调控制体系，当电网频率波动时采用相应的ACE共享控制策略对各个省调AGC的ACE进行修正，各省调AGC进而依据此ACE调整其管控下发电机组功率，减少机组的无谓调节，实现互联电网机组调节资源跨区互济、进一步实现频率控制水平和电网安全稳定的目标。

附图说明

图1是本发明基于ACE共享的互联电网两级调度AGC协调控制系统模型原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1是本发明基于ACE共享的互联电网两级调度AGC协调控制系统模型原理图，图中，备用是指控制区的上调节备用和下调节备用(省调AGC调控发电机组时使用)。遥测ACE是指由上级调度机构下发的ACE，与本地计算ACE相对应。频率分量是指AGC在用TBC(联络线频率偏差)控制模式计算ACE时频率偏差的计算分量。交换分量是值AGC在用TBC控制模式计算ACE时联络线功率偏差的计算分量。ACE分配及指令下发是指AGC根据ACE得到控制偏差，并将控制区偏差按照对应策略分配给发电机组，对发电机组对输出功率进行调整。控制系统的建立可根据以下步骤：

步骤一，在区域电网调度中心(或称为分部调度中心，简称分调)建立一个区域级调度控制区(即分调AGC)，分调AGC作为主控制区域，主要负责控制全网的频率及考核评价联络线控制效果。

步骤二，在该区域电网内部设置有各省级调度中心(简称省调)，在各省调控制中心建立各自的省级调度控制区(简称省调AGC)，省调AGC负责各自省级电网的常规控制，省调AGC的控制目标可以为维持电网的频率在控制范围内，也可以为维持本控制区域与其他相邻控制区域交换功率为给定计划值，或两个控制目标同时满足。省调AGC的控制目标由分调AGC给定，控制对象为省调AGC区域内由其调管的发电机组。如图1所示，一个区域电网对应一个分调AGC，区域电网内包括三个省调控制区，对应包含三个省调AGC，本发明中对于省调控制区的数量不限制，可在分调内其他控制区内扩展互联电网需求的省调控制区个数。

步骤三，在分调AGC主控制区域采用TBC控制模式，建立对应各省调控制区的控制对象模型，实时计算各个省调控制区的ACE；在省调AGC控制区域采用TBC控制模式，建立对应各自控制区的控制对象模型，实时计算各自控制区内的ACE。其中在TBC控制方式下建立各控制区的模型及计算相应的ACE参见现有技术，控制区域内的ACE反映了此控制区域内系统发电与系统负荷不平衡的情况，依据频率分量和交换分量计算得到。

在完成系统中分调AGC主控制区域模型、省调AGC控制区域模型及控制对象模型建立后，将各省调AGC与分调AGC联网通信；各省调AGC作为分调AGC的控制对象；再在分调AGC中设置ACE共享的控制策略，即分调AGC实时监测电网频率和各个省调AGC的ACE，基于ACE共享对各个省调AGC的ACE进行修正，并将修正后的ACE下发至各省调AGC，各省调AGC根据下发的ACE对其管控下的发电机组进行功率调整。

以上所述的ACE共享控制策略，也即本发明基于ACE共享的互联电网两级调度AGC协调控制系统的控制方法，其包括以下步骤：

步骤S01，分调AGC实时在本地计算各省调控制区的ACE，各省调AGC实时将本地计算的ACE发送至分调AGC，分调AGC将各个省调AGC上传的ACE与本地计算的ACE进行校核，如果两者差异超过一定门槛值(例如50MW，可人工设定)，给出采集异常告警并退出共享控制，各省调AGC按照本地计算的ACE对其管控下的发电机组进行控制。如果两者差异在一定门槛值内，分调AGC依据各控制区的ACE(在对ACE修正过程或公式中，所述的控制区的原始ACE值均是指AGC分调中计算出来的ACE)采用相应的ACE共享控制对各省调控制区的ACE进行修正，具体为下列步骤；

步骤S02，分调AGC实时监测区域电网频率，当频率偏差处于正常波动区间(频率偏差为电网实际频率减额定频率，正常波动区间例如在±0.1Hz范围以内，参数可人工设置)时，根据分调AGC本地计算出的各个省调控制区ACE和频率偏差的符号对各个省调控制区ACE进行修正，修正算法如下：

式中：ACE'_j为区域j修正后的ACE；ACE_j为区域j的原始ACE；i为与电网频差反号的区域标识；N_I为控制区ACE与电网频率反号的控制区个数，j为与电网频差同号的区域标识，N_J为与控制区ACE与电网频率同号的控制区个数，Δf为电网实际频率减额定频率。

步骤S03，当电网频率偏差超过波动区间(例如为±0.1Hz，参数可人工设置)，电网的可靠性降低，通过多区域ACE协同控制，实现多控制区共同附加调节责任，具体控制方式如下：

(1)先确定扰动责任控制区，计算各个省调控制区在当前频率下的ACE合格门槛ACE_Limit，计算方法如下式所示：

式中：B为控制区的频率偏差系数(单位：MW/0.1Hz，为负数)，不同控制区的参数B值不同，因此不同控制区域的ACE_Limit值不同；f_Limit为电网频率安全门槛，f_s为电网计划频率，一般为50Hz,Δf为电网频率偏差。

对于控制区ACE超过自身控制区对应的ACE合格门槛ACE_Limit(即频率偏差大于零时，ACE大于ACE合格门槛；当频率偏差小于零时，ACE小于ACE合格门槛)的控制区为责任控制区，否则为非责任控制区。

(2)对于责任控制区，需要其他区域支援的额外调节ACE_support，调节的ACE_support计算方法如式(3)所示；责任控制区的原始ACE加上调节ACE_support作为最终的控制ACE(即各省调AGC依据修正后的ACE调控发电机组功率)，修正方式(4)所示：

ACE'_m＝ACE_m+ACE_support (4)

式中：ACE_support为责任控制区m需要其余非责任控制区域支援的ACE值；ACE_Limit当前频率下的ACE合格门槛；ACE_m为责任控制区m的ACE值；ACE'_m为责任控制区m修正后的ACE值。公式(3)里责任控制区的ACE经过修正后减小了，说明调节责任小了，减小的部分转移给了非责任控制区，所以说是其他非责任区域支援了ACE。

(3)对于非责任控制区，控制区ACE的修改方式如式(5)(6)所示：

ACE'_n＝ACE_n-Γ_nACE_support (5)

式中：ACE'_n为未非责任控制区n修正后的ACE值；Γ_n为非责任控制区的责任分摊系数，该系数提前由人工设定；N是指非责任控制区的个数。

步骤S04，分调AGC针对电网频率实际运行情况按照上述方式对各个省调控制区的ACE进行共享修正后，再将修正后的ACE作为省调AGC最终控制ACE实时发送到各个省调AGC。各省调AGC接收到此控制ACE，在保证区域内部稳定断面的前提下，进行发电机组调整需求分配与控制指令的下发。此处省调AGC依据ACE对其管控下的发电机组发电功率进行调整过程参见现有技术。

步骤S05，分调AGC在给各个省调AGC实时下发控制ACE的同时，对各个省调的控制效果进行频率安全考核评价，考核评价方式如下：

(1)分调AGC按照每秒一个采样点的采样间隔，计算各省调控制区在每个整分钟内的控制ACE的平均值，如式(7)所示：

式中：为控制区在第k分钟的ACE平均值，ACE'_k-t为控制区在第k分钟t秒的ACE修正值。

(2)按照每秒一个采样点的采样间隔，计算每个整分钟电网频率偏差的平均值，如式(8)所示：

式中：为第k分钟的频率偏差平均值，Δf_k-t为第k分钟t秒的频率偏差值；

(3)按照式(9)计算每个整分钟控制区ACE平均值的合格门槛值，

式中：为第k分钟ACE平均值的合格门槛值；

(4)针对任意整分钟，如果电网频率偏差为正，且某控制区的ACE平均值大于或者电网频率偏差为负，且某控制区的ACE平均值小于则记该控制区在该分钟ACE控制不合格。

(5)如果某控制区出现连续15个点(此为输入参数，可人工设定)不合格，则记该控制区出现一个频率安全不合格点。

针对区域互联电网频率分层分区控制的现状，本发明提出了分调-省调两级调度AGC协调控制体系，通过分调中心控制区的统一协调和省级控制区的ACE共享控制，减少机组的无谓调节，实现互联电网机组调节资源跨区互济、进一步提高频率控制水平的目标。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.基于ACE共享的互联电网两级调度AGC协调控制系统，其特征是，包括分调AGC主控制区域、多个省调AGC控制区域，以及位于各省调AGC控制区域内由相应省调AGC管控的发电机组；

各省调AGC与分调AGC联网通信，并作为分调AGC的控制对象；

分调AGC主控制区域内建立对应各省调控制区的控制对象模型，以实时计算各个省调控制区域的ACE；省调AGC建立对应各自控制区的控制对象模型，以实时计算各自控制区内的ACE，并将此ACE上传至分调AGC；

分调AGC实时监测电网频率和各个省调AGC的ACE，基于ACE共享对各个省调控制区的ACE进行修正，并将修正后的ACE下发至各省调AGC；各省调AGC根据下发的ACE对其管控下的发电机组进行功率调整。

2.根据权利要求1所述的基于ACE共享的互联电网两级调度AGC协调控制系统，其特征是，分调AGC还依据各个省调控制区修正后的ACE对各个省调的控制效果进行频率安全考核评价。

3.基于ACE共享的互联电网两级调度AGC协调控制方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S01，分调AGC实时监测各省调AGC上传的ACE，当各个省调AGC上传的ACE与本地计算的ACE两者差异超过一定门槛值，则给出采集异常告警，各省调AGC按照自身计算的ACE对其管控下的发电机组进行控制；

步骤S02，分调AGC实时监测区域电网频率，当频率偏差处于正常波动区间时，根据各个省调控制区ACE和频率偏差的符号对各个省调控制区ACE进行修正；

步骤S03，当频率偏差超过正常波动区间时，先确定扰动责任控制区，然后分别对责任控制区和其余非责任控制区的ACE进行修正；

步骤S04，分调AGC将修正后的ACE作为省调AGC最终控制ACE实时发送到各个省调AGC，各省调AGC依据此控制ACE对其管控下的发电机组发电功率进行调整。

4.根据权利要求3所述的基于ACE共享的互联电网两级调度AGC协调控制方法，其特征是，在步骤S02中，频率偏差正常波动区间为±0.1Hz。

5.根据权利要求3所述的基于ACE共享的互联电网两级调度AGC协调控制方法，其特征是，在步骤S02中，根据本地计算出的各个省调控制区ACE和频率偏差的符号对各个省调控制区ACE进行修正的修正公式如下：

式中：ACE'_j为区域j修正后的ACE；ACE_j为区域j的原始ACE；i为与电网频差反号的区域标识；N_I为控制区ACE与电网频率反号的控制区个数，j为与电网频差同号的区域标识，N_J为与控制区ACE与电网频率同号的控制区个数，Δf为电网实际频率减额定频率。

6.根据权利要求3所述的基于ACE共享的互联电网两级调度AGC协调控制方法，其特征是，在步骤S03中，具体控制方式如下：

(1)先确定扰动责任控制区，计算各个省调控制区在当前频率下的ACE合格门槛ACE_Limit，计算方法如下式所示：

式中：B为控制区的频率偏差系数；f_Limit为电网频率安全门槛，f_s为电网计划频率，一般为50Hz,Δf为电网频率偏差；

对于控制区ACE超过自身控制区对应的ACE合格门槛ACE_Limit的控制区为责任控制区，否则为非责任控制区；

(2)对于责任控制区，需要其他区域支援的额外调节ACE_support，调节的ACE_support计算方法如式(3)所示；责任控制区的原始ACE加上调节ACE_support作为最终的控制ACE，修正方式如式(4)所示：

ACE'_m＝ACE_m+ACE_support (4)

式中：ACE_support为责任控制区m需要其余非责任控制区域支援的ACE值；ACE_Limit当前频率下的ACE合格门槛；ACE_m为责任控制区m的ACE值；ACE'_m为责任控制区m修正后的ACE值；

(3)对于非责任控制区，控制区ACE的修改方式如式(5)(6)所示：

ACE′_n＝ACE_n-Γ_nACE_support (5)

式中：ACE'_n为非责任控制区n修正后的ACE值；Γ_n为非责任控制区的责任分摊系数；N是指非责任控制区的个数。

7.根据权利要求3所述的基于ACE共享的互联电网两级调度AGC协调控制方法，其特征是，还包括以下步骤：

步骤S05，分调AGC对各个省调的控制效果进行频率安全考核评价，考核评价方式如下：

(1)分调AGC按照每秒一个采样点的采样间隔，计算各省调控制区在每个整分钟内的控制ACE的平均值，如式(7)所示:

式中：为控制区在第k分钟的ACE平均值，ACE'_k-t为控制区在第k分钟t秒的ACE修正值。

(2)按照每秒一个采样点的采样间隔，计算每个整分钟电网频率偏差的平均值，如式(8)所示：

式中：为第k分钟的频率偏差平均值，Δf_k-t为第k分钟t秒的频率偏差值；

(3)按照式(9)计算每个整分钟控制区ACE平均值的合格门槛值，

式中：为第k分钟ACE平均值的合格门槛值；

(4)针对任意整分钟，如果电网频率偏差为正，且某控制区的ACE平均值大于或者电网频率偏差为负，且某控制区的ACE平均值小于则记该控制区在该分钟ACE控制不合格；

(5)如果某控制区出现连续设定值个点不合格，则记该控制区出现一个频率安全不合格点。

8.根据权利要求7所述的基于ACE共享的互联电网两级调度AGC协调控制方法，其特征是，设定值为15个。