CN109038549A - 一种直流输电参与的多区域交流联络线agc性能评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流输电参与的多区域交流联络线AGC性能评价方法，包括以下步骤：步骤1：建立多区域电网的等效模型，将多区域等效为两个连接的大区域电网，并确定两个大区域电网之间设置有多条联络线；步骤2：修改区域控制偏差，加入直流输电系统对交流联络线功率偏差的支援量，确立描述直流输电系统参与多区域联络线有功控制的出力量分配的支援系数矩阵；步骤3：根据CPS标准制定原则，建立DT标准,改变原标准中的控制目标，并引入各区域对多条联络线的有功控制的任务分配的责任系数；步骤4：确定支援系数，并通过系统运行条件对变量进行约束；步骤5：确定责任系数的计算公式。

Description

一种直流输电参与的多区域交流联络线AGC性能评价方法

技术领域

本发明涉及电力系统有功控制技术领域，特别是涉及一种直流输电参与的多区域交流联络线AGC性能评价方法。

背景技术

电力系统发电有功功率和电力负荷之间的平衡关系非常重要，自动发电控制(AGC)负责有功功率控制，已成为电网调度运行必备的手段之一。为了评估AGC的控制效果，北美电力可靠性公司(NERC)于二十世纪先后推出A1/A2标准和控制性能标准(controlperformance standard,CPS)，长期以来在电力系统中发挥着重要的作用。A1/A2标准过度要求局部区域的控制性能达标，随着电网的进一步扩大，严重影响了电网频率质量的提高，逐渐被CPS标准取代。CPS标准可以更加客观地评价各区域控制行为对电力系统的作用，成为国内外普遍使用的AGC控制性能评价指标。

伴随着风电等间歇性新能源大规模接入局部电网，导致网间功率交换波动较大，正常运行时联络线存在着随机功率波动。联络线上较大的功率波动不仅会破坏电网的静态稳定性，还会妨碍系统的电压调节。直流输电具有输送灵活、损耗小、调控迅速等特点，利用该特点改善交流输电系统功率波动的方式备受关注。

相对应的，如何评价含有直流输电参与的多区域有功控制性能，也成为电力系统有功控制过程中需要考虑的问题。目前普遍使用的CPS指标着重关注控制区域频率的稳定性。因为鼓励各控制区相互支援，CPS标准在提高系统频率质量的同时，还会导致联络线功率偏差加大。同时，CPS标准适用于传统的区域有功控制方法，在含有直流输电参与的有功控制区域，无法鼓励直流输电系统参与AGC调控，更无法准确地对含有直流输电参与有功给控制的区域AGC进行评价。因此CPS标准并不适用于指导含直流输电的参与的联络线有功功率的控制。根据CPS标准改进的T(tie-line)标准和MT(multi-area tie-line)标准适用于特高压输电的联络线功率控制性能评价，但是现有研究不仅未涉及多区域间多联络线的有功功率控制性能评价，还未考虑直流输电系统协同参与多区域联络线的有功功率控制的情况。

因此希望有一种直流输电参与的多区域交流联络线AGC性能评价方法，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直流输电参与的多区域交流联络线AGC性能评价方法，在评价过程中加入了直流输电出力描述变量与区域对多联络线的控制责任因子，将含有直流输电的区域对于联络线功率控制的运行性能进行合理地评价，指导直流输电协同参与有功控制。

本发明公开了直流输电参与的多区域交流联络线AGC性能评价方法，所述性能评价方法包括以下步骤：

步骤1：建立多区域电网的等效模型，将多区域等效为两个连接的大区域电网，并确定两个大区域电网之间设置有多条联络线，设定多区域电网之间受控联络线的总量和参与有功控制的直流输电系统数量；

步骤2：修改区域控制偏差，加入直流输电系统对交流联络线功率偏差的支援量，确立描述直流输电系统参与多区域联络线有功控制的出力量分配的支援系数矩阵；

步骤3：根据CPS标准制定原则，建立DT标准,改变原标准中的控制目标，并引入各区域对多条联络线的有功控制的任务分配的责任系数；

步骤4：确定支援系数，并通过系统运行条件对变量进行约束；

步骤5：确定责任系数的计算公式。

优选地，所述步骤2中的直流输电系统参与多区域联络线有功控制的出力量分配的支援系数矩阵通过以下方法确定：K为直流输电系统的支援系数矩阵，K的表达式为：

k_ip表示第p条直流线路参与第i控制区域交流联络线的功率的支援系数，k_ip取值为[0,1]。

优选地，所述步骤3中的责任系数为第i控制区域对该区域联络线p的功率波动的责任系数s_p。

优选地，所述步骤4按各区域可调容量的比例确定支援系数，发电机的可调容量为机组最大出力与实际出力的差值，反映了该机组的可调节能力，区域的可调容量即为区域内各机组的可调容量的总和，则K的计算公式为：

其中，c_i表示通过区域i的可调容量；∑c_q为通过直流线路p与区域i连接的区域j(即实际功率支援区域)的相连区域可调容量之和。

优选地，所述步骤4的系统运行条件对变量的约束包括：联络线功率转移平衡约束和控制区域旋转备用约束，其中联络线功率转移平衡约束条件为：

在含直流系统参与有功控制的区域中，其上旋转备用约束为：

下旋转备用：

其中，P_i ^max、P_i ^min分别为机组i的最大、最小出力，β为旋转备用水平，P_lt为控制区内负荷需求，ΔP_Ti为交流联络线传输功率偏差，为含直流系统参与有功控制的区域i中直流联络线的传输变化量。

优选地，所述步骤5的责任系数的计算公式为：

其中，函数表示电气距离的倒数，∑σ(s_q)表示A和B两区域间除去区域i以外的所有联络线落点与第i区域的电气距离倒数之和，s_j为第j子区域在A和B区域间联络线落点与第i子区域的电气距离。

本发明针对直流输电系统参与有功功率控制的情况，结合CPS标准对电网公平考核的原则，以及T标准以联络线功率为控制目标的基本原理，提出一种直流输电协同参与多区域互联电网联络线功率控制的性能评价指标,简称DT标准(DC transmission标准)。该指标考虑了直流输电系统参与有功控制的出力情况和控制区域对多联络线的控制责任，确立了区域控制偏差、交流联络线功率偏差与直流系统功率变化量之间的关系，鼓励直流系统参与AGC调控，抑制交流线路的功率波动。

本发明提出一种直流输电参与的多区域交流联络线AGC性能评价方法，该方法充分考虑多区域多联络线情况，引入直流系统参与有功控制的出力量，促进了直流输电系统参与有功控制的支援效果，适用于含直流输电参与的多区域多联络线功率控制的性能评价。

附图说明

图1是多区域电网的等效模型示意图。

图2是直流输电参与的多区域交流联络线AGC性能评价指标执行流程图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

直流输电参与的多区域交流联络线AGC性能评价方法包括以下步骤：

步骤一：互联电网共有N个子区域，其中共有M个交直流混合输电区域，如图1所示为多区域电网的等效模型，将多区域等效为两区域电网相连，区域A表示互联电网中任一控制区域i，区域B表示其余所有区域的等效，区域A、B间存在多条联络线，且联络线为交流输电或交直流混合输电。设在交直流混合输电区域，互联电网共有m条交直流混合输电线路。

步骤二：

定义直流线路参与联络线有功控制导致输电功率的变化量为ΔP_d。则定义交直流混合输电区的区域控制偏差表达式更改为：

E_DCE＝ΔP_T+KΔP_d-10BΔf (1)

式中：E_DCE为交直流混合输电控制区ACE的向量，记为ΔP_T为控制区域联络线传输功率偏差；B为频差系数向量；K为直流输电系统的支援系数矩阵，ΔP_d表示直流线路平衡交流线路功率控制的出力向量。K的表达式为：

其中，k_ip表示第p条直流线路参与第i控制区域交流联络线的功率的支援系数，取值为[0,1]。

步骤三：参考CPS1标准和T1标准，DT标准中DT1标准的计算公式为：

1.交流输电区域：

2.交直流混合输电区域：

式中：为交流输电的第i控制区域1min的ACE平均值；为第i控制区域交流联络线p的传输功率偏差；s_p为第i控制区域对该区域联络线p的功率波动的责任系数；为交直流混合输电的第i控制区域1min的ACE平均值，由式(4)可知： 为第i控制区域直流联络线的功率偏差；

控制子区域i的DT1标准合格条件为D₁≥100％。

DT2标准继续沿用CPS2标准，未做改动。

DT2标准计算公式为：

D₂＝|AVG_10min(ACE)|/L₁₀ (7)

式中：R为D₂＞1的个数；N为总周期个数；AVG_10min为控制区域的ACE在10min的平均值；L₁₀为DT2标准要求ACE每10min的均值所在的特使限制，表达式为：

式中：ε₁₀为系统1年内平均10分钟频率偏差的均方根控制目标值，(n₂为全年内考核点的个数)，单位为Hz，各区域ε₁₀值相同；B_i为第i控制区的频率系数偏差；B_∑为互联系统总的频率偏差系数，是各控制区频率偏差系数的总和。

该控制区域DT2标准合格的条件为C_DT2≥90％。

步骤四：为了鼓励直流输电系统参与各联络线的功率控制，同时确保系统运行的安全性，避免AGC机组过载情况发生，需要确定支援系数K。

首先，根据直流输电系统参与交流联络线有功功率控制的原理可知，与本区域相连的直流系统可参与本区域对于该区域联络线的功率波动抑制。因此，不属于该区域的直流系统的支援系数取为0；仅含有一条直流线路的区域支援系数取1；其他情况的支援系数取值范围为[0,1]。

由此，本文提出两种不同确定支援系数的方法：

1)按各区域可调容量的比例

发电机的可调容量为机组最大出力与实际出力的差值，反映了该机组的可调节能力，区域的可调容量即为区域内各机组的可调容量的总和，则K的计算公式为：

其中，c_i表示通过区域i的可调容量；∑c_q为通过直流线路p与区域i连接的区域j(即实际功率支援区域)的相连区域可调容量之和。

2)按各区域频率偏差系数的比例

区域控制偏差反映了电力系统的频率性能特性，对于控制区域AGC运行的稳定性和控制效果有重要意义。则K的计算公式为：

其中：B_j表示通过区域i的频差系数；∑B_q为通过直流线路p与区域i连接的区域j(即实际功率支援区域)支援区域的频差系数之和。

3)按各区域可调容量比例的方式确定支援系数，可以鼓励直流输电对容量不足区域进行支援，有利于提高系统频率的稳定性；按频率偏差系数确定支援系数则充分考虑了各区域的AGC机组的频率调控特性，却忽略了直流输电系统的有功支援效果。本发明优选按各区域可调容量比例的确定方式进行分析，则公式(2)变为稀疏矩阵：

公式(5)中的表达式变为：

为保证直流输电系统和交流联络线的安全运行，避免发生直流线路过载或AGC机组过载的情况发生，按照公式(9)确定的支援系数还应满足以下要求：

1.联络线功率转移平衡约束条件

2.控制区域旋转备用约束

含直流系统参与有功控制的区域，其中上旋转备用：

下旋转备用：

其中，P_i ^max、P_i ^min分别为机组i的最大、最小出力；β为旋转备用水平；P_lt为控制区内负荷需求；ΔP_Ti为交流联络线传输功率偏差；为含直流系统参与有功控制的区域i中直流联络线的传输变化量。

由各区域可调节容量的比例确定的支援系数，促进了直流系统对各区域的功率支援，但可能造成支援控制区域的频率质量受到影响，因此必须保证支援系数满足式(12)-(14)。在特殊情况下(如交流联络线功率波动超出了直流线路的调控能力)，支援系数要满足式(12)-(14)比较困难，此时可放松控制区的约束。

步骤五：

设定责任系数针对的是多区域多联络线的情况，责任系数表示该子区域对于除本区域联络线外连接大区之间的其他联络线的控制责任。本发明采用电气距离作为权重系数，利用其他子区域j的联络线落点与第i子区域的电气距离加权来作为责任系数。电气距离指系统两点之间的联系阻抗，联络线落点与控制区域的电气距离越近，则两者的电气联系越紧密，该区域对于此联络线的功率控制责任越大。责任系数公式为：

其中：函数表示电气距离的倒数；∑σ(s_q)表示A、B两区域间所有联络线落点与第i区域的电气距离倒数之和(不包括区域i联络线)；s_j为第j子区域在A、B区域间联络线落点与第i子区域的电气距离。由式(15)可知，电气距离越近则权重越高，子区域i对该联络线功率平衡的控制责任越大。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种直流输电参与的多区域交流联络线AGC性能评价方法，其特征在于，所述性能评价方法包括以下步骤：

步骤1：建立多区域电网的等效模型，将多区域等效为两个连接的大区域电网，并确定两个大区域电网之间设置有多条联络线，设定多区域电网之间受控联络线的总量和参与有功控制的直流输电系统数量；

步骤2：修改区域控制偏差，加入直流输电系统对交流联络线功率偏差的支援量，确立描述直流输电系统参与多区域联络线有功控制的出力量分配的支援系数矩阵；

步骤3：根据CPS标准制定原则，建立DT标准,改变原标准中的控制目标，并引入各区域对多条联络线的有功控制的任务分配的责任系数；

步骤4：确定支援系数，并通过系统运行条件对变量进行约束；

步骤5：确定责任系数的计算公式。

2.根据权利要求1所述的直流输电参与的多区域交流联络线AGC性能评价方法，其特征在于：所述步骤2中的直流输电系统参与多区域联络线有功控制的出力量分配的支援系数矩阵通过以下方法确定：K为直流输电系统的支援系数矩阵，K的表达式为：

k_ip表示第p条直流线路参与第i控制区域交流联络线的功率的支援系数，k_ip取值为[0,1]。

3.根据权利要求1所述的直流输电参与的多区域交流联络线AGC性能评价方法，其特征在于：所述步骤3中的责任系数为第i控制区域对该区域联络线p的功率波动的责任系数s_p。

4.根据权利要求2所述的直流输电参与的多区域交流联络线AGC性能评价方法，其特征在于：所述步骤4按各区域可调容量的比例确定支援系数，发电机的可调容量为机组最大出力与实际出力的差值，反映了该机组的可调节能力，区域的可调容量即为区域内各机组的可调容量的总和，则K的计算公式为：

其中，c_i表示通过区域i的可调容量；∑c_q为通过直流线路p与区域i连接的实际功率支援区域j的相连区域可调容量之和。

5.根据权利要求1所述的直流输电参与的多区域交流联络线AGC性能评价方法，其特征在于：所述步骤4的系统运行条件对变量的约束包括：联络线功率转移平衡约束和控制区域旋转备用约束，其中联络线功率转移平衡约束条件为：

在含直流系统参与有功控制的区域中，其上旋转备用约束为：

下旋转备用：

其中，P_i ^max、P_i ^min分别为机组i的最大、最小出力，β为旋转备用水平，P_lt为控制区内负荷需求，ΔP_Ti为交流联络线传输功率偏差，为含直流系统参与有功控制的区域i中直流联络线的传输变化量。

6.根据权利要求1所述的直流输电参与的多区域交流联络线AGC性能评价方法，其特征在于：所述步骤5的责任系数的计算公式为：

其中，函数表示电气距离的倒数，∑σ(s_q)表示A和B两区域间除去区域i以外的所有联络线落点与第i区域的电气距离倒数之和，s_j为第j子区域在A和B区域间联络线落点与第i子区域的电气距离。