CN112636397B

CN112636397B - 一种电网agc调频性能综合评价方法

Info

Publication number: CN112636397B
Application number: CN202011309323.0A
Authority: CN
Inventors: 张天海; 邹燕; 周挺; 王红星; 于国强; 罗凯明; 顾文
Original assignee: State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd; Jiangsu Fangtian Power Technology Co Ltd
Current assignee: State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd; Jiangsu Fangtian Power Technology Co Ltd
Priority date: 2020-11-20
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2022-09-09
Anticipated expiration: 2040-11-20
Also published as: CN112636397A

Abstract

本发明公开了一种考虑扰动工况的电网AGC调频性能综合评价方法，包括(1)阶跃扰动下基于熵权‑密切值法的AGC调频性能综合评价方法；(2)连续扰动下基于熵权‑密切值法的AGC调频性能综合评价方法。本发明对阶跃/连续负荷扰动工况分别设计了相应的AGC调频性能评价指标体系及各项细化指标的计算方法，并运用熵权‑密切值法提出了一种考虑扰动工况的电网AGC调频性能综合评价方法，并已基于含储能系统的区域电网动态调频模型，利用Matlab/simulink平台对所提AGC调频性能评价方法进行了仿真对比实验，验证了其可行。本发明对调频性能的区分度较高，能够快速、全面、客观地评价AGC调频性能，更能体现出优质调频资源的优势和特点，应用价值和前景巨大。

Description

一种电网AGC调频性能综合评价方法

技术领域

本发明涉及一种考虑扰动工况的电网AGC调频性能综合评价方法，尤其涉及一种基于含储能系统的区域电网动态调频模型的调频性能综合评价方法。

背景技术

自动发电控制(AGC)调频是电力系统中频率调整的重要手段，维持频率稳定是电网安全稳定运行的基础。目前，AGC调频的运行方式多种多样，随着储能技术的迅猛发展，除了传统的机组调频，以储能电池为代表的优质调频资源也逐渐加入到AGC调频服务市场。为了了解AGC调频控制性能，鼓励更多的优质资源加入到辅助服务市场，制定合理有效的AGC调频性能评价方法显然十分重要。

目前，诸多学者针对AGC调频性能评价问题展开了研究，并取得不错成果。国内外多地区已制定颁布相应的AGC调频性能评价指标。其中，国外市场中美国PJM市场评价指标针对不同类型的调频性能具有较好的区分度，通过性能评分PS加权考核算法，对三项细化指标：响应准确性(accuracy)、时延(delay)、跟踪精度(precision)进行综合评分。美国CAISO电力市场评价指标针对向上和向下两种功率调节方向分别计算调节性能指标，并主要考虑调节精度。

国内电力市场中各地区分别针对本地特点颁布了相应的《并网发电厂运行管理实施细则》和《并网发电厂辅助服务管理实施细则》(下简称为“两个细则”)，其中包含了AGC调频性能评价指标。东北电网执行的AGC调频性能评价指标包含了投运率、调节容量、调节速率、调节精度和响应时间5项细化指标；华北区域电网的调节性能指标是调节速率、调节精度和响应时间的综合体现；华东电网的AGC调频性能指标相对简洁，主要考核调节速率、调节精度和投运率；南方电网的AGC调频性能评价指标主要包括调节速率、调节精度、调节容量和投运率，且前三项指标加权系数分别为0.5，0.25，0.25，当考核满足前三项指标时，合格率即为100％。

国内外现行的AGC调频性能评价指标虽然各有不同，但实质上都是在考核AGC调频电源的调节速率、调节精度、响应时间、调节容量和投运率。其中，被考虑最多的是调节速率和调节精度两项细化指标。现行的评价指标大多针对传统机组进行制定和考核，且达标要求较低，不能完全体现出新型优质调频资源的优势和特点。

发明内容

发明目的：针对现阶段AGC调频性能评价方法的不足，本发明的目的是提供一种基于熵权-密切值法考虑扰动工况的电网AGC调频性能综合评价方法。

技术方案：

一方面，本发明提供一种阶跃扰动下电网AGC调频性能综合评价方法，包括以下步骤：

获取阶跃扰动下的评价指标体系，所述评价指标体系包含出力相关的评价指标和频率相关的评价指标；

基于所述评价指标体系中各指标的计算公式，分别计算不同调频方式下所述评价指标体系中的各项指标值，得到初始评价指标矩阵；

基于所述初始评价指标矩阵，采用熵权法计算各项指标的权重；

基于所述初始评价指标矩阵和各项指标的权重，采用密切值法计算不同调频方式的密切值；

按照密切值的数值大小排序，根据排序结果确定不同调频方式下AGC调频性能综合评价结果。

进一步地，所述出力相关的评价指标包含调节速率指标、调节精度指标和响应时间指标，所述频率相关的评价指标包含最大频率偏差指标、稳态频率偏差指标、频率波动速率指标、频率恢复速率指标、频率偏离度指标和频率恢复时间指标。

进一步地，所述调节速率指标，计算如下：

式中，v表示机组AGC调节时的调节速率；P_e表示调节结束时机组出力；P_s表示调节开始时机组出力；T_e表示AGC调节时的爬坡段结束时刻；T_s表示AGC调节时的爬坡段开始时刻；K₁表示机组AGC调节速率指标；v_N表示火电机组的标准调节速率；

所述调节精度指标，计算如下：

式中，P_bias为调节时平均调节偏差量；P_A为调节时的AGC指令功率；P(t)为调节时振荡时段的机组出力；T_oc为调节时的振荡时段时长；K₂表示机组AGC调节精度指标；P_N,bias表示调节偏差量的标准值；

所述响应时间指标，计算如下：

式中，K₃表示机组AGC响应时间指标；t表示机组调节时的响应时间；t_N表示机组的标准响应时间；

所述最大频率偏差指标，计算如下：

式中，D_m为最大频率偏差指标；d_m为频率偏差绝对值的最大值；d_N,m为用于增大最大频率偏差指标区分度的调节倍数；

所述稳态频率偏差指标，计算如下：

式中，D_s为稳态频率偏差指标；d_s为稳态频率偏差值；d_N,s为用于增大稳态频率偏差指标区分度的调节倍数；

所述频率波动速率指标，计算如下：

式中，v_m表示频率波动速率；d_m为频率偏差绝对值的最大值；t_m表示出现最大频率偏差绝对值的时刻；t_b表示调节开始时刻；V_m为频率波动速率指标；v_N,m为用于增大频率波动速率指标区分度的调节倍数；

所述频率恢复速率指标，计算如下：

式中，v_r表示频率恢复速率；d_m为频率偏差绝对值的最大值；d_s为稳态频率偏差值；t_s表示出现稳态频率偏差值的时刻；t_m表示出现最大频率偏差绝对值的时刻；V_r为频率恢复速率指标；v_N,r为用于增大频率恢复速率指标区分度的调节倍数；

所述频率偏离度指标，计算如下：

式中，σ²表示整个调节过程的频率总体方差；n_s为达到稳态频率时的采样点编号；f_i表示第i个采样点对应的系统频率；f_N表示基准频率；D_d为频率偏离度指标；σ² _N为用于增大频率偏离度指标区分度的调节倍数；

所述频率恢复时间指标，计算如下：

式中，t_r表示频率恢复时长；t_s表示出现稳态频率的时刻；t_b表示调节开始时刻；T_r为频率恢复时间指标；t_N,r表示频率恢复时长的标准值。

进一步地，所述基于所述初始评价指标矩阵，采用熵权法计算各项指标的权重，包括：

对初始评价指标矩阵中的各项指标进行标准化处理；

基于标准化的指标值，计算各项指标的熵值；

基于各项指标的熵值，计算各项指标的权重。

进一步地，所述基于所述初始评价指标矩阵和各项指标的权重，采用密切值法计算不同调频方式的密切值，包括：

对初始评价指标矩阵中的各项指标进行标准化处理，得到标准化矩阵；

根据标准化矩阵确定虚拟最优点和虚拟最劣点；

基于标准化矩阵，计算不同调频方式下的指标数据与虚拟最优点和虚拟最劣点之间的欧氏距离；

根据所述不同调频方式下的指标数据与虚拟最优点和虚拟最劣点之间的欧氏距离，计算不同调频方式的密切值。

另一方面，本发明提供一种连续扰动下电网AGC调频性能综合评价方法，包括以下步骤：

获取连续扰动下的评价指标体系，所述评价指标体系包含出力相关的评价指标和频率相关的评价指标；

进一步地，所述出力相关的评价指标包含调节速率指标、调节精度指标和响应时间指标，所述频率相关的评价指标包含频率偏离度指标。

进一步地，假设t时刻下发一个新的AGC指令，经过时长T后又下发另一个AGC指令，

所述调节速率指标，计算如下：

式中，M₁为调节速率指标；v₁(t)为调频电源响应t时刻下发的AGC指令的出力调节速率；P(t)为t时刻实际出力大小；v₂(t)为AGC指令变化速率；P_agc(t)为t时刻下发的AGC指令值；d_a(t)为相邻两次AGC指令变化量；d为判断因子；

所述调节精度指标，计算如下：

式中，M₂为调节精度指标；m_a(t)为调频电源对于t时刻下发的AGC指令的最终出力响应偏差(MW)；P_agc(t)为t时刻下发的AGC指令值；P(t+T)为t+T时刻实际出力大小(MW)；m_N,a(t)为出力响应偏差界限值；

所述响应时间指标，计算如下：

将单个样本的采样周期设为T_z，将t时刻作为初始时刻，Δt为采样间隔时间，读取之后T_z的AGC指令组成元素个数为m的序列{P_agc}，m等于T_z/Δt+1；同样以Δt为采样数据间隔时间，从t时刻开始，依次向后每隔Δt作为起始时间，分别读取其之后T_z的调频电源实际出力值，组成m个不同的序列{P_n}，1≤n≤m，其中每个序列均包含m个元素；按照采样先后顺序依次求取{P_agc}与{P_n}两个序列的相关系数，组成新的包含m个元素的序列{C_n}，具体计算表达式如下：

式中，M₃为响应时间指标；C_n为序列{P_agc}与{P_n}的相关系数；T_d为响应延时时间；Δt为采样间隔时间；i为响应时刻对应的采样点序号；p为序列{C_n}中最大元素对应的采样点序号；q为序列{C_n}中第一个大于C_N的元素所对应的采样点序号；C_q为序列{C_n}中第一个大于C_N的元素；C_N为相关系数基准值；n为序列号，m为每个序列的采样点个数；

所述频率偏离度指标，计算如下：

式中，F_d为频率偏离度指标；σ²表示[t,t+T]时段内的频率总体方差；n_z为[t,t+T]时段中最后一个采样点的编号；f_i表示第i个采样点对应的系统频率；f_N表示基准频率；σ² _N为用于增大频率偏离度指标区分度的调节倍数。

进一步地，选取不同调频方式在高频负荷扰动段的各项指标值作为初始评价指标矩阵。

对初始评价指标矩阵中的各项指标进行标准化处理；

基于标准化的指标值，计算各项指标的熵值；

基于各项指标的熵值，计算各项指标的权重。

根据标准化矩阵确定虚拟最优点和虚拟最劣点；

有益效果：

(1)充分考虑了不同扰动工况下AGC指令和调频电源出力特性的差异，对阶跃/连续扰动工况分别设计了指标与评价方法，使性能评价方法更为合理有效；

(2)除了从调频电源跟踪AGC指令出力情况的角度进行指标与评价方法的设计，还考虑了频率相关的评价指标，使得综合评价方法可以更为直观地反映出调频效果以及调节过程中频率的状态；

(3)所提评价方法采用客观赋权法中的熵权法计算各项调频性能指标的权重，有效避免了主观赋权对结果客观性的不利影响；采用熵权-密切值法的综合评价方法，能够快速、全面、客观地评价AGC调频性能；

(4)所提评价方法对调频性能的区分度较高，更能体现出优质调频资源的优势和特点。

附图说明

图1为本发明实施例的一种阶跃扰动下电网AGC调频性能综合评价方法的流程示意图；

图2为阶跃扰动下机组AGC调节过程；

图3为本发明实施例的一种连续扰动下电网AGC调频性能综合评价方法的流程示意图；

图4为储能系统模型图；

图5为区域电网调频动态模型；

图6为阶跃动态负荷扰动曲线；

图7为连续动态负荷扰动曲线；

图8为3种方式下动态调节速率指标值曲线

图9为3种方式下动态调节精度指标值曲线

图10为3种方式下动态响应时间指标值曲线

图11为3种方式下动态频率偏离度指标值曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例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。

如图1所示，本发明实施例提供了一种阶跃负荷扰动下电网AGC调频性能综合评价方法，包括以下步骤：

S11，获取阶跃负荷扰动下的评价指标体系，所述评价指标体系包含出力相关的评价指标和频率相关的评价指标。

本发明提出的阶跃扰动下与出力相关的评价指标包括基于调节速率、调节精度和响应时间三个细化指标；与频率相关的评价指标包括最大频率偏差、稳态频率偏差、频率波动速率、频率恢复速率、频率偏离度和频率恢复时间六个细化指标。

S12，基于所述评价指标体系中各指标的计算公式，分别计算不同调频方式下所述评价指标体系中的各项指标值，得到初始评价指标矩阵。

该步骤具体包括：

步骤a，计算阶跃扰动下与出力相关的调频性能评价指标

阶跃负荷扰动下机组AGC调频响应过程如图2所示。

t1时刻之前，机组出力稳定在P1；t1时刻，由于受到阶跃负荷扰动，AGC指令变为P2，机组开始增加出力；t2时刻，机组有效跨过调节死区；t3时刻，机组进入振荡死区；t3～t4时间段内，机组出力在P2周围振荡并逐渐趋于稳定；t4时刻，机组出力稳定在P2。

(a1)计算阶跃扰动下的调节速率指标K₁

调节速率指标K₁反映了机组响应设定指令的速率，其值等于机组实际调节速率与标准调节速率的比值，计算式如下：

式中，v表示机组AGC调节时的调节速率(MW/min)；P_e表示调节结束时机组出力(MW)；P_s表示调节开始时机组出力(MW)；T_e表示AGC调节时的爬坡段结束时刻(min)；T_s表示AGC调节时的爬坡段开始时刻(min)；K₁表示机组AGC调节速率指标；v_N表示火电机组的标准调节速率(MW/min)。

根据《华东区域发电厂并网运行管理实施细则》，对于直吹式制粉系统机组，v_N取机组额定功率值的1.0％(MW/min)；对于中储式制粉系统机组，v_N取机组额定功率值的2.0％(MW/min)。调节速率越大，K₁值越大。

(a2)计算阶跃扰动下的调节精度指标K₂

调节精度指标K₂反映了机组AGC调节偏差量的大小，计算式如下：

式中，P_bias为调节时平均调节偏差量(MW)；P_A为调节时的AGC指令功率(MW)；P(t)为调节时振荡时段的机组出力(MW)；T_oc为调节时的振荡时段时长(min)；K₂表示机组AGC调节精度指标；P_N,bias表示调节偏差量的标准值，一般取机组额定功率的1％(MW)。

由上式可以看出，在振荡时段机组的实际出力与AGC指令的偏差量越小，K₂值越大。

(a3)计算阶跃扰动下的响应时间指标K₃

响应时间是指当AGC指令发出后，机组跨出与调节方向一致的死区所用的时间，响应时间指标如下：

式中，K₃表示机组AGC响应时间指标；t表示机组调节时的响应时间(s)；t_N表示机组的标准响应时间(s)。火电机组标准响应时间一般取60s。

由上式可知，机组调节时的响应时间越短，K₃值越大。

若调频电源不只是传统机组时，如加入了储能电池辅助火电机组调频，则将火储联合出力作为实际出力代入计算各项指标值。

步骤b，计算阶跃扰动下频率相关的AGC调频性能评价指标

(b1)最大频率偏差指标D_m

最大频率偏差指标D_m衡量了频率最大波动程度，可以直观反映出调频效果是否符合电能质量的要求，指标计算如下：

式中，D_m为最大频率偏差指标；d_m为频率偏差绝对值的最大值(Hz)；d_N,m为用于增大最大频率偏差指标区分度的调节倍数(Hz)。

由上式可以看出，调节过程中，最大频率偏差绝对值越小，D_m越大，调频效果越好。

(b2)稳态频率偏差指标D_s

稳态频率偏差指标D_s衡量了调节达到稳态时频率向基准值恢复的程度，计算如下：

式中，D_s为稳态频率偏差指标；d_s为稳态频率偏差值(Hz)；d_N,s为用于增大稳态频率偏差指标区分度的调节倍数(Hz)。

由上式可以看出，AGC调节时，稳态频率偏差量的绝对值越小，D_s越大，调频效果越好。

(b3)频率波动速率指标V_m

频率波动速率指标V_m衡量了系统受到负荷扰动后频率跌落或上升的快慢程度，计算如下：

式中，v_m表示频率波动速率(Hz/s)；d_m为频率偏差绝对值的最大值(Hz)；t_m表示出现最大频率偏差绝对值的时刻；t_b表示调节开始时刻；V_m为频率波动速率指标；v_N,m为用于增大频率波动速率指标区分度的调节倍数(Hz/s)。

由上式可以看出，调节过程中频率波动速率越小，V_m越大，调频效果越好。

(b4)频率恢复速率指标V_r

频率恢复速率指标V_r衡量了调节过程中系统频率向基准值恢复的快慢程度，计算如下：

式中，v_r表示频率恢复速率(Hz/s)；d_m为频率偏差绝对值的最大值(Hz)；d_s为稳态频率偏差值(Hz)；t_s表示出现稳态频率偏差值的时刻；t_m表示出现最大频率偏差绝对值的时刻；V_r为频率恢复速率指标；v_N,r为用于增大频率恢复速率指标区分度的调节倍数(Hz/s)。

由上式可以看出，调节过程中频率恢复速率越大，V_r越大，调频效果越好。

(b5)频率偏离度指标D_d

频率偏离度指标D_d衡量了整个调节过程中频率偏离基准值的平均程度，计算如下：

式中，σ²表示整个调节过程的频率总体方差((Hz)²)；n_s为达到稳态频率时的采样点编号；f_i表示第i个采样点对应的系统频率(Hz)；f_N表示基准频率(Hz)；D_d为频率偏离度指标；σ² _N为用于增大频率偏离度指标区分度的调节倍数((Hz)²)。

由上式可以看出，调节过程中频率总体方差越小，D_d越大，调频效果越好。

(b6)频率恢复时间指标T_r

频率恢复时间指标T_r衡量了系统受到负荷扰动后调节频率直至稳定所用时间的长短，计算如下：

式中，t_r表示频率恢复时长(s)；t_s表示出现稳态频率的时刻；t_b表示调节开始时刻；T_r为频率恢复时间指标；t_N,r表示频率恢复时长的标准值(s)。

由上式可以看出，频率恢复时长越小，T_r越大，调频效果越好。

S13，基于所述初始评价指标矩阵，采用熵权法计算各项指标的权重；

在进行多指标综合评价的时候，需要确定每一项细化指标的权重，即赋权。赋权包括基于专家经验的主权赋权法和基于指标体系自身特征的客观赋权法。本发明采用客观赋权法中的熵权法来计算各项AGC调频性能指标的权值。

熵权法是依据各评价指标间的变异程度来确定各项指标的客观权重。通常，某项指标的变异程度越大，说明该项指标所包含和传递的信息越多，在综合评价中所起到的作用越大，因而要赋予较大的权重。

假设有m组待评价的多指标AGC调频性能数据(对应不同调频方式)，每组性能数据包含n项细化指标，则AGC调频性能评价初始矩阵为：

式中，r_ij为第i组性能指标数据在第j个指标下的评价值。

运用熵权法按下述步骤计算各项细化指标的权重：

首先，按照下式对各项细化指标进行标准化处理：

式中，p_ij为标准化后的指标值。

其次，按照下式计算各项指标的熵值：

式中，e_j为指标的熵值。

最后，按照下式计算各项指标的权重：

式中，ω_j为指标的权值。

S14，基于所述初始评价指标矩阵和各项指标的权重，采用密切值法计算不同调频方式的密切值；

基于密切值法的多指标综合评价算法的基本步骤如下：

首先，按照下式对初始评价指标数据做标准化处理：

其次，计算虚拟最优点和最劣点。

按照下式找到每项指标的最大值v_j ⁺和最小值v_j ^-：

由所有最大值指标组成虚拟最优点V⁺,所有最小值指标组成虚拟最劣点V^-：

接着，计算与虚拟点之间的距离。

按照下式分别计算第i组性能指标数据与虚拟最优点和虚拟最劣点质检的加权欧氏距离：

式中，d_i ⁺为第i组性能指标与虚拟最优点的欧氏距离；d_i ^-为第i组性能指标与虚拟最劣点的欧氏距离。

最后，按照下式计算密切值，并根据各评价对象的密切值大小排序确定AGC调频性能的综合评价结果。

式中，d⁺＝min{d_i ⁺}；d^-＝max{d_i ^-}。

S15，按照密切值的数值大小排序，根据排序结果确定不同调频方式下AGC调频性能综合评价结果。

对计算得到的密切值进行大小排序，密切值越小，性能排名越前，从而确定AGC调频性能的综合评价结果。

实际工程中，负荷扰动一般是连续变化的，AGC指令也变化较快，此时机组响应每个AGC指令时由于两次指令间隔太短无法完整经过“跨出调节死区-爬坡-进入振荡死区-出力平稳”的调节过程。因此，针对连续负荷扰动工况设计了新的调频性能评价指标与计算方法。

如图3所示，本发明实施例提供了一种连续负荷扰动下电网AGC调频性能综合评价方法，包括以下步骤：

S21，获取连续扰动下的评价指标体系，所述评价指标体系包含出力相关的评价指标和频率相关的评价指标；

本发明提出的与出力相关的调频性能评价指标包括调节速率、调节精度和响应时间三项细化指标，与频率相关的调频性能评价指标包括频率偏离度指标。

S22，基于所述评价指标体系中各指标的计算公式，分别计算不同调频方式下所述评价指标体系中的各项指标值，得到初始评价指标矩阵；

步骤a，计算连续负荷扰动下与出力相关的调频性能评价指标，具体如下：

假设t时刻下发一个新的AGC指令，经过时长T后又下发另一个AGC指令。评估[t,t+T]时段的AGC调频效果时，设计如下基于熵权-密切值法的调频性能综合评价方法。

(a1)计算调节速率指标M₁

调节速率指标衡量了调频电源出力跟踪各个AGC指令的快慢程度，M₁定义如下：

式中，v₁(t)为调频电源响应t时刻下发的AGC指令的出力调节速率(MW/s)；P(t)为t时刻实际出力大小(MW)；v₂(t)为AGC指令变化速率(MW/s)；P_agc(t)为t时刻下发的AGC指令值(MW)；d_a(t)为相邻两次AGC指令变化量(MW)；d为判断因子(MW)。认为当AGC指令变化较小(小于d)时，调频电源出力速率能满足快速跟踪出力变化，调节速率指标达到最大值1。

由上式可以看出，v₁(t)与v₂(t)的比值越大，M1越大，调节效果越好。

(a2)计算调节精度指标M₂

调节精度指标衡量了调频电源出力响应AGC指令的偏差大小，M₂定义如下：

式中，m_a(t)为调频电源对于t时刻下发的AGC指令的最终出力响应偏差(MW)；P_agc(t)为t时刻下发的AGC指令值(MW)；P(t+T)为t+T时刻实际出力大小(MW)；m_N,a(t)为出力响应偏差界限值(MW)。

由上式可以看出，调频电源对AGC指令的出力响应偏差越小，M₂越大，调节效果越好。

(a3)计算响应时间指标M₃

响应时间指标衡量了调频电源对AGC指令的响应延时时长。

发明中基于美国PJM市场计算调频电源对AGC指令响应准确性和时延得分的方法，提出了连续性负荷扰动下响应时间指标的计算方法如下：

由于火电机组响应时间一般要求小于60s，故将单个样本的采样周期T_z设为100s。假设t时刻有新的AGC指令，那么将该时刻作为初始时刻，10s为采样间隔时间(Δt)，读取之后100s的AGC指令组成元素个数为11的序列{P_agc}。同样以10s为采样数据间隔时间，从t时刻开始，依次向后每隔10s作为起始时间，分别读取其之后100s的调频电源实际出力值，组成11个不同的序列{P_n}(1≤n≤11)，其中每个序列均包含11个元素。按照采样先后顺序依次求取{P_agc}与{P_n}(1≤n≤11)两个序列的相关系数，组成新的包含11个元素的序列{C_n}。具体计算表达式如下：

式中，C_n为序列{P_agc}与{P_n}的相关系数；T_d为响应延时时间(s)；Δt为采样间隔时间(s)，算例中取10s；i为响应时刻对应的采样点序号；p为序列{C_n}中最大元素对应的采样点序号；q为序列{C_n}中第一个大于C_N的元素所对应的采样点序号；C_q为序列{C_n}中第一个大于C_N的元素；C_N为相关系数基准值；n为序列号；m为每个序列的采样点个数，算例中取值为11。

由上式可以看出，响应时延T_d越小，M₃越大，调频效果越好。

步骤b，计算连续负荷扰动下与频率相关的调频性能评价指标

(b1)在步骤二的基础上，设计新的频率偏离度指标F_d，计算如下：

频率偏离度指标F_d衡量了AGC调节过程中频率偏离基准值的平均程度。对于[t,t+T]时段，指标定义如下：

式中，σ²表示该时段内的频率总体方差((Hz)²)；n_z为该时段中最后一个采样点的编号；f_i表示第i个采样点对应的系统频率(Hz)；f_N表示基准频率(Hz)；σ² _N为用于增大频率偏离度指标区分度的调节倍数((Hz)²)。

由上式可以看出，频率总体方差越小，F_d越大，调频效果越好。

S23，基于所述初始评价指标矩阵，采用熵权法计算各项指标的权重；

S24，基于所述初始评价指标矩阵和各项指标的权重，采用密切值法计算不同调频方式的密切值；

S25，按照密切值的数值大小排序，根据排序结果确定不同调频方式下AGC调频性能综合评价结果。

步骤S23-S25同前述阶跃扰动下电网AGC调频性能综合评价方法的步骤S13-S15。

实施例

模型参数：

储能用于AGC调频时，由于跟踪AGC指令进行充、放电会有一定的响应延时，故选用一阶惯性环节作为传递函数进行描述。其传递函数表达式如下：

式中，G_B为储能系统传递函数，T_B为储能响应的时间常数。

用于调频研究的储能系统模型如下图4所示。

图中，T_B为储能系统的时间常数；P_B,ref为储能系统有功功率目标指令；P_B为储能系统实际输出有功功率。

基于ARR信号分配模式，建立含储能系统的区域电网调频动态模型，如图5所示。

图中，Δf为系统频率偏差；ΔP_line为互联电网联络线交换功率；设K_I为PI调节器的积分系数，K_k为PI调节器的比例系数；B为二次调频频率偏差系数；P_Gi为第i台传统火电机组的二次调频出力指令；P_Bj为第j个储能系统二次调频出力指令；P_Gi1为第i台传统火电机组的一次调频出力；P’_Gi为第i台传统火电机组的实际输出的有功功率；P’_Bj为第j个储能系统实际输出的有功功率；P_Ld为系统净负荷波动；T_g为调速器时间常数；T_r为再热时间常数；T_t为发电机时间常数；R为机组调差系数；K_r为再热系数；K_p为系统增益；T_p为系统时间常数。

根据火电机组和储能系统的技术特性、出力特征、调频特性等，设置区域电网调频动态模型参数值如下表1：

表1区域电网调频动态模型参数

利用Matlab/simulink平台和Matlab Function模块搭建仿真模型，设置系统的装机容量为1000MW，且选取基准功率为1000MW。储能额定功率为±30MW，储能额定容量为15MW·h，火电机组备用功率上下限为±60MW，爬坡率为额定功率的3％/min。

(一)阶跃扰动下指标对比与综合评价结果

选取动态负荷扰动方式如图6所示。

阶跃扰动下各项指标的相关参数设置如下表2：

表2阶跃扰动下调频性能指标参数

算例中对3种不同方式下参与区域电网调频进行了仿真对比，所得各项指标结果如下表3-4所示。其中，方式1为火电机组AGC调频(无储能)；方式2为采用差额补偿法的火储联合AGC调频；方式3为采用静态比例分配法的火储联合AGC调频。

表3出力相关评价指标值

表4频率相关评价指标值

表3给出了3种调频方式下出力相关的评价指标值。可以看出，火储联合AGC调频在阶跃负荷扰动下调节速率和响应时间明显优于无储能的机组调频，且采用差额补偿法联合调频时性能最优。

表4给出了3种调频方式下频率相关的评价指标值。可以看出，阶跃负荷扰动下火储联合AGC调频的性能明显优于无储能的机组调频，且采用差额补偿法时调频性能最优；频率偏离度D_d在采用方式2时最大，采用方式1时最小，频率偏离度指标越大，频率偏离程度越小，因此频率偏差幅度在采用方式2时最小，方式1时最大，火储联合AGC调频明显改善了频率波动程度；3种AGC调频方式均能使频率恢复到基准值；阶跃负荷扰动下，火储联合调频时频率恢复到基准值的时间明显小于无储能的机组调频，且采用方式2时恢复时间最短。

根据基于熵权法的指标赋权算法，计算各项指标的权重如表5所示。

表5阶跃扰动下各项指标的权重

运用密切值法，得到初始评价矩阵的标准化矩阵为：

根据标准化矩阵V确定虚拟最优点和虚拟最劣点，并计算各性能点与虚拟点之间的欧氏距离，得到密切值如下表6。

表6阶跃扰动下三种方式的AGC调频性能综合评价结果

按照密切值的数值大小排序，最终确定各调频方式下AGC调频性能综合评价结果，其中，方式2性能最佳，方式1性能最差。基于熵权-密切值法的阶跃扰动工况下调频性能评价方法所得调频性能优劣情况符合实际应用，验证了上述调频性能综合评价方法的可行性。

(二)连续扰动下指标对比与综合评价结果

选取动态负荷扰动方式如图7所示。其中包含连续低频、连续高频、阶跃等多种扰动工况。

连续扰动下各项指标的相关参数设置如下表7：

表7连续扰动下调频性能指标参数

算例中对3种不同方式下参与区域电网调频进行了仿真对比，3种调频方式同上，所得各项指标结果如下图7-10(选取100s后一小时内的指标结果)。

图8-10给出了3种调频方式下出力相关的各项动态指标值。可以看出，对于低频、变化缓慢的负荷扰动，3种方式下的调频指标值相差无几，均具有较好的调频性能；对于高频、变化快、阶跃性的负荷扰动，3种方式下的调节速率和调节精度指标值均有不同程度的下跌和波动情况，其中方式1跌落和波动幅度最大，方式2最小，体现出在高频、变化速率快的负荷扰动下火储联合AGC调频相较无储能的机组调频具有更好的调节性能。

图11给出了3种调频方式下与频率相关的动态频率偏离度指标值。可以看出，对于低频、变化缓慢的负荷扰动，3种方式下的频率偏离度指标值几乎都接近峰值，均具有较好的调频性能；对于高频、变化快、波动幅度大的负荷扰动，3种方式下的指标值均有不同程度的波动和下跌，其中方式1的变化情况最为明显，跌落和波动幅度最大，方式3其次，方式2最小，这体现出火储联合AGC调频明显改善了高频负荷扰动下的频率波动情况。

根据基于熵权法的指标赋权算法，选取高频负荷扰动段(2500-3500s内)3种调频方式下的各项指标值作为计算权重的初始评价数据，各项指标的权重计算结果如下表8所示：

表8连续扰动下各项指标的权重

计算3种调频方式下采样小时内各项指标的平均值，再由各指标均值构建初始评价矩阵，并计算其标准化矩阵如下：

根据标准化矩阵V确定虚拟最优点和虚拟最劣点，并计算各性能点与虚拟点之间的欧氏距离，得到各待评价目标的密切值如下表9。

表9连续扰动下三种方式的AGC调频性能综合评价结果

按照密切值的数值大小排序，最终确定各调频方式下AGC调频性能综合评价结果，其中，方式2性能最佳，方式1性能最差。基于熵权-密切值法的连续扰动工况下调频性能评价方法所得调频性能优劣情况符合实际应用，验证了上述调频性能综合评价方法的可行性。

本发明基于国内外现有AGC调频性能评价方法，对阶跃/连续负荷扰动工况分别设计了相应的AGC调频性能评价指标和计算方法，并运用熵权-密切值法提出了一种考虑扰动工况的电网AGC调频性能综合评价方法，且基于含储能系统的区域电网动态调频模型，利用Matlab/simulink平台在两种扰动工况下对所提AGC调频性能综合评价方法进行了仿真对比实验。

仿真结果表明，在阶跃负荷扰动工况下，本发明所述综合评价方法能够较好地体现出火储联合AGC调频在调节速率、调节精度、响应时间、抑制频率波动、恢复频率等调节性能方面的优越性。在连续负荷扰动工况下，本发明所述指标体系对于各项调频性能具有较高的区分度，且能体现出加入储能电池后调频性能的显著提升。具体体现在对于低频、变化缓慢的负荷扰动，无论机组是否有储能电池辅助调频均能较好地满足调频要求，指标值均接近峰值；对于高频、变化快、阶跃性的负荷扰动，本发明中所述调节速率、调节精度、频率偏离度等指标值相对于低频负荷扰动工况下的指标值均有不同程度的下跌和波动情况，且火储联合AGC调频时，各项指标的跌落和波动幅度明显小于无储能时的机组调频。本发明中基于熵权-密切值法的综合评价方法有效避免了多指标主观赋权对评价结果客观性的不利影响，无论在何种扰动工况下均能够较好体现出实际应用中调频性能的优劣，能够快速、全面、客观地评价AGC调频性能，可为调频服务市场优化性能评价方法提供参考。

以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。