CN107154635B - 一种适用于调频服务市场的agc调频容量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种适用于调频服务市场的AGC调频容量计算方法，包括以下步骤：基于历史负荷数据计算一次该时间段所需的总调节量并进行修正，计算新能源的发电出力并进行修正；考虑联络线交换功率及其偏差量对AGC容量需求的影响；考虑机组种类对AGC调频容量需求的影响，计算出不同机组的调节量和跟计划机组的调节电量，并计算每个时间段AGC所需调节容量；得出该时间段最终所需的AGC调频容量；如果任意一个时间段内有点违反CPS2准则或A2准则，引入惩罚因子p对AGC容量进行修正。本发明可以在保障电力系统安全性的前提下，提高辅助服务市场的经济性。

Description

一种适用于调频服务市场的AGC调频容量计算方法

技术领域

本发明属于电力系统调频控制技术领域，涉及一种考虑多种影响因素、适应于调频辅助服务市场化后的AGC(AutomaticGenerationControl，自动发电控制)容量需求计算方法。

背景技术

在电力市场环境下，作为一项重要的辅助服务，自动发电控制(AGC)对维持系统频率稳定、联络线交易具有重要作用。在电力系统运行中，每时间段都需要提前向电厂购买或安排相应电厂的AGC容量，以便在实时运行中按具体需要调节发电，满足系统负荷波动的需要。如果系统中有大量的AGC可调容量，虽然有利于调节频率稳定，但不够经济，因此有必要合理地计算辅助服务市场中AGC的容量需求。传统的AGC容量预测方法有三种，一是根据调度员的经验确定需求；二是根据预先设定的公式计算；三是开发系统化的方法。不同电力系统应根据自身具体情况选择合适的预测方法。AGC调节容量的确定与多种因素有关，如负荷预测、机组类型、机组调节速度、联络线功率平衡、评价考核标准等。随着风电、光伏发电并网，其间歇性和波动性对电网频率的影响越来越显著，为保持电网的频率稳定、风电、光伏发电接入后系统对AGC调节容量的需求将明显增加，对AGC调频容量的计算方法需要进行进一步改善。

电力系统中AGC容量需求计算目前有如下方法：

现有技术1，《基于电力市场辅助服务的AGC需求分析》(华东电力2007年第35卷第7期)对国外电力市场AGC的需求计算方法进行了分析，以德州和加州为例。对于德州，其基本思想是基于对历史负荷数据的分析来估计5min内最大负荷、最小负荷与平均负荷的偏差，统计其分布规律。这样调度员只需要给定一个负荷偏差覆盖率，就可以根据负荷偏差分布规律估计5min内AGC的容量需求；加州电力市场则对AGC调节容量的预测更倾向于满足对性能标准的考核，具体方法是：统计预测目标日的前7天内每个滚动24小时中调节容量实际使用值的最大值，以这些值的平均值作为AGC的预测基值，然后，用联络线偏差考核CPS(ControlPerformanceStandard，控制性能标准)来对基值进行调整，实现AGC市场预测容量与需求的自平衡。

现有技术2，《互联电力系统的AGC容量需求和控制策略研究》(大连理工大学，2009年)对AGC容量需求的成分进行了分析，针对不同的容量成分更为准确地预测出需求。通过对历史负荷数据和机组跟踪能力及发电计划、备用跟踪等数据的分析，取得系统AGC历史时刻实时所需的购买曲线，就可以很直接地确定各时段AGC所需购买容量。其中考虑到去除一些不可跟踪的高频负荷部分，考虑计划跟踪、旋转备用、实时市场的低频负荷部分以及旋转备用没有及时跟上的部分和机组反调的影响，最终准确地计算出AGC容量。

现有技术3，《一种新的自动发电控制容量预测和获取机制》(浙江大学学报2005年第39卷第5期)从概率学角度出发，利用机组历史发电数据，并考虑短期负荷预测偏差等因素，初步确定AGC需求容量。然后在一定负荷偏差覆盖率下权衡AGC容量获取成本和联络线偏差处罚费率，动态调整负荷偏差覆盖率以修正AGC调节容量，最终建立兼顾系统运行安全性和市场运营经济性的AGC容量预测的动态模型。

现有技术4，《控制区二次调频容量需求预测新方法》(电力系统及其自动化学报2016年第28卷第9期)提出了北美电力可靠性委员会近年来新提出的评价标准BAAL(Balancing Authority ACE Limits，平衡实体ACE限值)标准，BAAL标准下控制区ACE的范围与系统的频率是有关的，可变的。在控制区频率偏差较小时，BAAL标准放宽了对控制区ACE(AreaControlError，区域控制偏差)的限制，允许控制区联络线功率出现短时较大的超用，减轻了该控制区内AGC机组的调节压力；在控制区频率偏差较大时，BAAL标准对控制区ACE的限制更为严格，有效地抑制了频率质量的进一步恶化。在该标准下进行调频容量的预测，同时考虑到了最大允许越限时间、安全裕度和CPS指标补充约束的影响，对调频容量需求进行了进一步改进。

上述文献从负荷变化、机组计划及评价标准等方面角度讨论了AGC调频容量的计算方法，这些方法都考虑的不够全面，没有从电网实际的发用电平衡出发，全面考虑影响调频容量的各个因素，不具备在线化和实时性的要求，不能满足调频服务市场化的要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种适用于调频服务市场的AGC调频容量计算方法，本发明从电网发用电平衡出发，全面考虑了电网的负荷、常规机组发电、新能源机组发电及联络线交换计划因素，能够实时在线准确计算出电网在不同时段的AGC调频容量需求，在保障电力系统安全性的前提下，提高辅助服务市场的经济性。

为了实现上述目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的：

本发明的一种适用于调频服务市场的AGC调频容量计算方法，包括以下几个步骤：

(1)基于历史负荷数据，首先将一天分为多个时间段，每个时间段计算一次该时间段所需的总调节量；再对总调节量进行修正；然后通过滚动平均法计算得出新能源的发电出力；最后对新能源预测偏差进行偏差修正；

(2)考虑联络线交换功率及其偏差量对AGC调频容量需求的影响；

(3)考虑机组种类对AGC调频容量需求的影响，对机组进行分类，划分为非AGC机组、AGC跟计划机组、AGC实时滚动跟计划机组和AGC调节机组，计算出不同机组的调节量和跟计划机组的调节电量，并计算每个时间段内各个分量的AGC所需调节容量；

(4)根据每个时间段内各个分量的AGC所需调节容量，得出该时间段最终所需的AGC调频容量；

(5)如果任意一个时间段内有考核时段点违反CPS2指标或A2指标(CPS考核评价标准中有两个指标CPS1和CPS2指标，A考核评价标准中有A1和A2考核，PS和A都是北美可靠性委员会提出的控制性能考核评价标准)，则根据CPS考核标准或A考核标准引入惩罚因子p对AGC调频容量进行修正。

步骤(1)包括如下几个步骤：

(11)基于历史相似日负荷数据或负荷预测数据，将一天分为96个时间段，每整15min计算一次，取每15min时间段的最高负荷L_tmax和最低负荷L_tmin的差值ΔL，将ΔL作为该时间段所需的总调节量P_load；

P_load＝L_tmax-L_tmin (1)

由于负荷实际运行与预测会存在偏差，其偏差量记作ΔP_load,统计过去一周每天负荷实际运行情况L_a与负荷预测L_s之差，对其求平均，得到负荷预测ΔP_load；

(12)将新能源发电出力视作负负荷L_ad，与原始负荷L_r叠加后得到净负荷L_eq，计算得到计及新能源出力的调节负荷分量，并将之作为区域负荷波动；其中，通过滚动平均法得出新能源发电出力的计算方法如下：

式中：

∑(*)为求和函数；

LF_t是经滚动平均法平滑处理后,时刻t的负荷值；

L_t是原时刻t的负荷值；

2*M是滚动求平均的负荷量值的个数；

计算平滑负荷曲线，得到t时刻的出力值为LF_t，t+Δt时刻的出力值为LF_t+Δt；Δt

时间段内新能源发电出力为P_energy＝LF_t+Δt-LF_t；

由于新能源波动性大，考虑新能源预测偏差，统计过去一周每天新能源实际发电出力P_a与计划发电出力P_s之差，对其求平均，得到新能源预测偏差ΔP_energy；

步骤(2)具体包括如下几个步骤：

(21)考虑联络线交换功率对AGC调频容量需求的影响：

在互联系统中，各区域的调度中心要维持区域间联络线交换功率在计划值P_line，采用滚动平均法求得t时刻联络线上的功率为P_{line_t}及t+Δt时刻的联络线功率为P_{line_(t+Δt)}，求出联络线计划的调节量P_line；

P_line＝P_{line_(t+Δt)}-P_{line_t} (5)

(22)考虑到联络线交换功率的偏差量ΔP_line，统计过去一周每天联络线实际交换功率P_a-line与计划交换功率P_s-line之差，对其求平均；

步骤(3)中，不同机组调节量和跟计划机组调节电量的计算方法如下：

设有m台非AGC机组，15min时间段，其调节电量为

有n台AGC跟计划机组，其调节电量为

有t台AGC实时滚动跟计划机组，其调节电量为

则得到跟计划机组的调节电量为

P_{G_plan}＝P_non-AGC+P_AGC-plan+P_AGC-plan' (10)

其中，P_i、P_j、P_k分别为非AGC机组、跟计划机组和跟实时滚动计划机组的计划变化量；

考虑机组的调节精度，调节精度为机组的固有参数指标，机组计划偏差量ΔP_{G_plan}取各机组调节精度之和；

由于负荷的波动性及新能源的低预测性造成的偏差量为主，对联络线计划和机组调节的偏差取其最大值。

步骤(3)中，每个时间段AGC所需调节容量计算方法如下：

所以每15min时间段，AGC所需调节容量为

P＝(P_load+ΔP_load)-(P_energy+ΔP_energy)-P_line-P_{G_plan}+max{ΔP_line,ΔP_{G_plan}} (11)

式中：

P为AGC调节容量需求；

P_load为考虑历史负荷数据的总调节量；ΔP_load为负荷预测的误差；

P_energy为新能源的发电出力；ΔP_energy为新能源预测偏差；

P_line为联络线计划交换功率；ΔP_line为联络线交换功率预测偏差；

P_{G_plan}为跟计划机组的调节量；ΔP_{G_plan}为跟计划机组偏差量。

步骤(4)中，每15min计算一次AGC所需容量，将1小时内或者一天内计算结果最大的值作为该时间段最终所需的AGC调频容量。

步骤(5)中，采用CPS考核标准时：

当L₁₀≤|CPS2|≤2*L₁₀，CPS2不合格，增加AGC调节容量1％，即取p＝0.01；当

|CPS2|>2*L₁₀，增加的AGC调节容量为max{2*L₁₀,P*1％}；

其中，L₁₀为控制区CPS标准下的ACE平均值合格门槛；

采用A标准时：

当L_d≤|A₂|≤2*L_d，A2不合格，增加AGC调节容量1％，即取p＝0.01；

当|A₂|＞2*L_d，增加的AGC调节容量为max{2*L_d,P*1％}；

其中，L_d为控制区A标准下的ACE平均值合格门槛。

本发明的有益效果如下：

在实施调频辅助服务市场后，调度机构必须对AGC调节容量需求进行准确预测，才能满足系统运行中随机事件引起的实时功率缺额，并减少调频服务的冗余购买。从不同方面对AGC容量需求进行研究，综合各种因素，得到合理的AGC容量计算的方法，从而在保障电力系统安全性的前提下，提高辅助服务市场的经济性。

附图说明

图1是本发明实施例的有关计算AGC容量需求互联系统模型原理图；

图2是本发明实施例中有关AGC容量需求计算的原理框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参见图1，图中区域A和区域B是两个互联电力系统，其中Pab为联络线上的交换功率(由区域A流向区域B记为正)，在区域A内，其中机组包括Non-AGC机组、AGC跟计划机组、AGC滚动跟计划机组以及AGC调节机组。

参见图2，图中AGC容量需求的计算需从负荷、新能源并网、联络线计划、机组分类这些角度出发。首先，基于历史相似日负荷数据或负荷预测数据，将一天分为96个时段，每整15min计算一次，取每15min时段的最高负荷L_tmax和最低负荷L_tmin的差值(ΔL＝L_tmax-L_tmin)作为该时段所需的总调节量P_load，再对其进行修正，修正方法如式(2)；考虑到有新能源并网(如光伏、风电)，其波动性和低预测性会造成系统的调频需求随之上升，通过滚动平均法计算得出新能源的发电出力，计算方法如式(3),再通过式(4)进行偏差修正；再考虑联络线计划及其偏差量对AGC容量需求的影响；考虑机组种类对AGC调频容量需求的影响，对机组进行分类，划分为非AGC机组、AGC跟计划机组、AGC实时滚动跟计划机组，AGC调节机组，计算出不同机组的调节量，跟计划机组总调节量计算方法如式(10)，最终计算出AGC机组实际调节量，计算方法如式(11)；每15min计算一次AGC所需容量，1小时取4个时段内计算得出的需求量的最大值，一天取24小时内需求量的最大值作为该时段最终所需的AGC调频容量。针对实际运行中不满足CPS2、A2考核指标的情况，根据其偏离考核指标的情况进行修正。

一种适用调频服务市场的AGC调节容量计算方法，具体包括下列步骤:

(11)电网所需的AGC上调容量和下调容量与负荷变化密切相关，调度中心先根据历史负荷数据对AGC容量进行初步的预测。基于历史相似日负荷数据或负荷预测数据，将一天分为96个时段，每整15min计算一次(例如00:00～14:59)，取每15min时段的最高负荷L_tmax和最低负荷L_tmin的差值(ΔL＝L_tmax-L_tmin)作为该时段所需的总调节量P_load。

P_load＝L_tmax-L_tmin (1)

由于负荷实际运行与预测会存在偏差，其偏差量记作ΔP_load,统计过去一周每天负荷实际运行情况L_a与负荷预测L_s之差，对其求平均，得到负荷预测ΔP_load。

(12)考虑到有新能源并网(如光伏、风电)，新能源的波动性、低预测性导致电网的调频需求随之上升。可将新能源发电出力视作“负负荷”(记作L_ad)，与原始负荷L_r叠加后得到净负荷(等效负荷)L_eq，计算得到计及新能源出力的调节负荷分量，并将之作为区域负荷波动。其中，调节负荷分量的计算方法如下：

将新能源出力视作“负负荷”，采用滚动平均法计算平滑负荷曲线：

式中：

∑(*)为求和函数。

LF_t是经滚动平均法平滑处理后,时刻t的负荷值。

L_t是原时刻t的负荷值。

2*M是滚动求平均的负荷量值的个数。

计算平滑负荷曲线，得到t时刻的出力为LF_t，t+Δt时刻的出力为LF_t+Δt，Δt时段内(取15min)新能源发电出力为P_energy＝LF_t+Δt-LF_t

由于新能源波动性大，考虑新能源预测偏差，统计过去一周每天新能源实际发电P_a与计划发电P_s之差，对其求平均，得到新能源预测偏差ΔP_energy。

(21)考虑联络线交换功率对AGC容量需求的影响。在互联系统中，各区域的调度中心要维持区域间联络线交换功率在计划值(记作P_line，对于两个互联系统A、B，联络线功率由A流向B为正)。采用滚动平均法求得t时刻联络线上的功率为P_{line_t}及t+Δt时刻的联络线功率为P_{line_(t+Δt)}，求出联络线计划的调节量P_line。

P_line＝P_{line_(t+Δt)}-P_{line_t} (5)

(22)考虑到联络线交换功率计划与实际的偏差量ΔP_line，统计过去一周每天联络线实际交换功率P_a-line与计划交换功率P_s-line之差，对其求平均。

(3)考虑机组种类对AGC调频容量需求的影响。对机组进行分类，划分为非AGC机组、AGC跟计划机组、AGC实时滚动跟计划机组，AGC调节机组。

设有m台非AGC机组，15min时间段，其调节电量为

有n台AGC跟计划机组，其调节电量为

有t台AGC实时滚动跟计划机组，其调节电量为

则得到跟计划机组的调节量为

P_{G_plan}＝P_non-AGC+P_AGC-plan+P_AGC-plan' (10)

考虑机组的调节精度，调节精度为机组的固有的参数指标，机组计划偏差量ΔP_{G_plan}取各机组调节精度求和。

由于负荷的波动性及新能源的低预测性造成的偏差量为主，对联络线计划和机组调节的偏差取其最大值。

综上所述：每15min时间段，AGC所需调节容量为

P＝(P_load+ΔP_load)-(P_energy+ΔP_energy)-P_line-P_{G_plan}+max{ΔP_line,ΔP_{G_plan}} (11)

式中：

P为AGC调节容量需求；

P_load为考虑历史负荷数据的总调节量；ΔP_load为负荷预测的误差；

P_energy为新能源的发电出力；ΔP_energy为新能源预测偏差；

P_line为联络线计划交换功率；ΔP_line为联络线交换功率预测偏差；

P_{G_plan}为跟计划机组的调节量；ΔP_{G_plan}为跟计划机组偏差量。

(4)每15min计算一次AGC所需容量，1小时取4个时段内计算得出的需求量的最大值，一天取24小时内需求量的最大值作为该时段最终所需的AGC调频容量。

(5)针对实际运行中不满足考核指标的情况，利用CPS2、A2标准对计算结果进行修正，引入CPS2、A2惩罚因子p。

采用CPS标准考核时：

当L₁₀≤|CPS2|≤2*L₁₀(CPS2不合格)，增加AGC调节容量1％，即取p＝0.01；当

|CPS2|＞2*L₁₀，增加的AGC调节容量为max{2*L₁₀,P*1％}。

采用A标准考核时：

当L_d≤|A₂|≤2*L_d(A2不合格)，增加AGC调节容量1％，即取p＝0.01；

当|A₂|＞2*L_d，增加的AGC调节容量为max{2*L_d,P*1％}。

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 (6)

1.一种适用于调频服务市场的AGC调频容量计算方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

(1)基于历史负荷数据，首先将一天分为多个时间段，每个时间段计算一次该时间段所需的总调节量；再对总调节量进行修正；然后通过滚动平均法计算得出新能源的发电出力；最后对新能源预测偏差进行偏差修正；

(2)考虑联络线交换功率及其偏差量对AGC调频容量需求的影响；

(3)考虑机组种类对AGC调频容量需求的影响，对机组进行分类，划分为非AGC机组、AGC跟计划机组、AGC实时滚动跟计划机组和AGC调节机组，计算出不同机组的调节量和跟计划机组的调节电量，并计算每个时间段内各个分量的AGC所需调节容量；

(4)根据每个时间段内各个分量的AGC所需调节容量，得出该时间段最终所需的AGC调频容量；

(5)如果任意一个时间段内有考核时段点违反CPS2指标或A2指标，则根据CPS考核标准或A考核标准引入惩罚因子p对AGC调频容量进行修正；

步骤(1)包括如下几个步骤：

(11)基于历史相似日负荷数据或负荷预测数据，将一天分为96个时间段，每整15min计算一次，取每15min时间段的最高负荷L_tmax和最低负荷L_tmin的差值ΔL，将ΔL作为该时间段所需的总调节量P_load；

P_load＝L_tmax-L_tmin (1)

由于负荷实际运行与预测会存在偏差，其偏差量记作ΔP_load,统计过去一周每天负荷实际运行情况L_a与负荷预测L_s之差，对其求平均，得到负荷预测的偏差量ΔP_load；

(12)将新能源发电出力视作负负荷L_ad，与原始负荷L_r叠加后得到净负荷L_eq，计算得到计及新能源出力的调节负荷分量，并将之作为区域负荷波动；其中，通过滚动平均法得出新能源发电出力的计算方法如下：

式中：

∑(*)为求和函数；

LF_t是经滚动平均法平滑处理后,时刻t的负荷值；

L_t是原时刻t的负荷值；

2*M是滚动求平均的负荷量值的个数；

计算平滑负荷曲线，得到t时刻的出力值为LF_t，t+Δt时刻的出力值为LF_t+Δt；Δt时间段内新能源发电出力为P_energy＝LF_t+Δt-LF_t；

由于新能源波动性大，考虑新能源预测偏差，统计过去一周每天新能源实际发电出力P_a与计划发电出力P_s之差，对其求平均，得到新能源预测偏差ΔP_energy；

2.根据权利要求1所述的适用于调频服务市场的AGC调频容量计算方法，其特征在于，步骤(2)具体包括如下几个步骤：

(21)考虑联络线交换功率对AGC调频容量需求的影响：

在互联系统中，各区域的调度中心要维持区域间联络线交换功率在计划值P_line，采用滚动平均法求得t时刻联络线上的功率为P_{line_t}及t+Δt时刻的联络线功率为P_{line_(t+Δt)}，求出联络线计划的调节量P_line；

P_line＝P_{line_(t+Δt)}-P_{line_t} (5)

(22)考虑到联络线交换功率的偏差量ΔP_line，统计过去一周每天联络线实际交换功率P_a-line与计划交换功率P_s-line之差，对其求平均；

3.根据权利要求1所述的适用于调频服务市场的AGC调频容量计算方法，其特征在于，步骤(3)中，不同机组调节量和跟计划机组调节电量的计算方法如下：

设有m台非AGC机组，15min时间段，其调节电量为

有n台AGC跟计划机组，其调节电量为

有t台AGC实时滚动跟计划机组，其调节电量为

则得到跟计划机组的调节电量为

P_{G_plan}＝P_non-AGC+P_AGC-plan+P_AGC-plan' (10)

其中，P_i、P_j、P_k分别为非AGC机组、跟计划机组和跟实时滚动计划机组的计划变化量；

考虑机组的调节精度，调节精度为机组的固有参数指标，机组计划偏差量ΔP_{G_plan}取各机组调节精度之和；

由于负荷的波动性及新能源的低预测性造成的偏差量为主，对联络线计划和机组调节的偏差取其最大值。

4.根据权利要求3所述的适用于调频服务市场的AGC调频容量计算方法，其特征在于，步骤(3)中，每个时间段AGC所需调节容量计算方法如下：

所以每15min时间段，AGC所需调节容量为

P＝(P_load+ΔP_load)-(P_energy+ΔP_energy)-P_line-P_{G_plan}+max{ΔP_line,ΔP_{G_plan}} (11)

式中：

P为AGC调节容量需求；

P_load为考虑历史负荷数据的总调节量；ΔP_load为负荷预测的误差；

P_energy为新能源的发电出力；ΔP_energy为新能源预测偏差；

P_line为联络线计划交换功率；ΔP_line为联络线交换功率预测偏差；

P_{G_plan}为跟计划机组的调节量；ΔP_{G_plan}为跟计划机组偏差量。

5.根据权利要求1所述的适用于调频服务市场的AGC调频容量计算方法，其特征在于，步骤(4)中，每15min计算一次AGC所需容量，将1小时内或者一天内计算结果最大的值作为该时间段最终所需的AGC调频容量。

6.根据权利要求1所述的适用于调频服务市场的AGC调频容量计算方法，其特征在于，步骤(5)中，采用CPS考核标准时：

当L₁₀≤|CPS2|≤2*L₁₀，CPS2不合格，增加AGC调节容量1％，即取p＝0.01；当|CPS2|＞2*L₁₀，增加的AGC调节容量为max{2*L₁₀,P*1％}；

其中，L₁₀为控制区CPS标准下的ACE平均值合格门槛；

采用A标准时：

当L_d≤|A₂|≤2*L_d，A2不合格，增加AGC调节容量1％，即取p＝0.01；

当增加的AGC调节容量为max{2*L_d,P*1％}；

其中，L_d为控制区A标准下的ACE平均值合格门槛。