專利名稱：一種電力系統仿真中自動發電控制模型的建模方法
技術領域：
本發明涉及電力系統領域，具體涉及一種電力系統仿真中自動發電控制模型的建模方法。
背景技術：
隨著互聯電網建設發展和控制要求的提高，各區域電網都已經積極使用AGC進行電網的自動控制，優化電網的運行質量，減輕調度員的工作壓力。目前，AGC系統在國家電網公司主要應用于省級及以上電網的調度運行控制，包括國調、網調和省調在內的近30個調度中心已經具備AGC系統。提供AGC系統的廠家主要是 北京科東公司和南瑞科技公司，兩家公司AGC產品的原理相同，功能相近。采用的平臺包括CC2000A平臺、0PEN3000平臺和D5000平臺，近幾年隨著D5000平臺的推廣，各廠家的AGC系統都逐步轉向D5000平臺。采用的控制標準包括A1/A2標準和CPS 1/CPS2標準，從發展趨勢來看，CPS1/CPS2標準將逐步取代A1/A2標準。由于我國特高壓電網建設的需要，國內也提出了 T標準用于重要聯絡線的控制，其可行性尚待實際運行驗證。自動發電控制,是建立在能量管理系統(Energy Management System, EMS)與發電機組協調控制系統的基礎上，實現閉環控制的一種先進的現代電網控制手段。該系統根據A1/A2標準及CPS1/CPS2標準或者T標準，對發電計劃進行適當調整，通過控制管轄區域內發電機組的有功功率來調節系統頻率和區域間聯絡線交換功率，來保證電網的穩定經濟地運行。AGC的根本任務是實現下述目標，包括(I)頻率控制。響應用電負荷和發電功率的隨機變化，維持電網頻率為50Hz±0. IHz范圍之內，同時頻率的累積誤差也在限制值之內；(2)聯絡線控制。在各區域分配系統的發電功率，維持區域間的交換功率為計劃值，實現各區域內有功功率和負荷功率的平衡；(3)優化運行。在滿足電網安全約束條件、電網頻率和對外凈交換功率為計劃值的情況下，協調參與遙調的發電廠(機組)的出力按最優經濟分配原則運行，使電網獲得最大的效益。 全過程動態仿真程序可以對電力系統機電暫態和中長期動態具有很好的仿真效果，在全過程動態仿真程序中對自動發電控制系統進行詳細建模，既可以反映其對暫態過程的影響，又能反映其對中長期過程的影響，建模工作具有十分重要的意義。而在以往的模型研究中，AGC的簡化模型研究較多，不能滿足電力系統從秒級到分鐘級甚至小時級的全過程仿真要求。本發明主要對AGC模型進行詳細建模，同時建立恒頻率控制、恒交換功率控制、聯絡線功率及頻率偏差控制三種控制模式，同時實現了自動發電控制的A1/A2、CPS1/CPS2、T三種控制性能評價標準，本發明對研究電力系統中長期動態特性非常必要。

發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供一種電力系統仿真中自動發電控制模型的建模方法，可以方便的考慮中長期動態中的影響，模擬了自動發電控制模式以及評價標準，適用于電力系統機電暫態及中長期動態的全過程仿真。本發明提供的一種電力系統仿真中自動發電控制模型的建模方法，對自動發電控制系統進行建模，其改進之處在于，所述方法包括如下步驟(I):將自動發電控制模型按變量來源分類，包括網絡側模型和機組側模型；(2):所述網絡側模型根據控制模式采樣系統實際頻率f和聯絡線功率P的任意一個或兩個；(3):若采樣實際頻率f，判斷所述實際頻率f與標準頻率&的差值Λ f是否越界，若是則暫停自動發電控制系統并返回步驟(2)，否則計算實際頻率與標準頻率的差值對應·的功率ACE1 ;若采樣聯絡線功率P，判斷所述聯絡線功率P與功率目標值Ptl的差值ΛΡ是否越限，若是則暫停自動發電控制系統并返回步驟(2)，否則判斷是否有聯絡線功率計劃，若有則令功率差ACE2等于聯絡線實際功率與聯絡線計劃功率的差，若沒有則令ACE2等于所述聯絡線功率P與功率目標值Ptl的差值Δ P ；(4):計算總的區域控制偏差ACE ；(5):根據不同的區域控制性能評價標準進行指標計算，對計算結果進行評價并采用相應的控制策略；(6):統計區域內可以調節的機組數量，將ACE信號下發到自動發電控制機組側模型；(7)自動發電控制機組側模型按照一定的原則計算，在機組間實現負荷經濟分配；(8):判斷機組ACE信號中的調節功率是否越限，若越限則將所述調節功率限制在給定的最大值，若沒有越限則根據不同的控制狀態區間采用不同的PLC承擔調節功率模式；(9):根據機組出力變化速度上下限值限制機組出力變化速度；( 10):將機組出力變化速度發給機組調速器執行；(11):返回步驟(2)進行下一次采樣。其中，步驟(I)進行分類完成后，計算當前時刻與上一次控制時刻之間的時間，若小于正常控制模式下的所述控制時間間隔，則跳過該采樣點并等待下一次采樣(下一次采樣時同樣需要判斷時間是否過了控制時間間隔)；若大于等于正常控制模式下的控制時間間隔，則進行步驟(2)。其中，步驟(2)確定所述網絡側模型根據控制模式采樣系統實際頻率f和聯絡線功率P的任意一個或兩個的步驟如下①恒頻率控制模式CFC，采樣系統實際頻率；②恒交換功率控制模式CNIC，采樣聯絡線功率；③聯絡線功率及頻率偏差控制模式TBC，同時采樣系統實際頻率和聯絡線功率；其中，步驟(3)所述計算實際頻率與標準頻率的差值對應的功率ACE1的表達式為
ACE1 = AfXBIASK式中，Af為實際頻率與目標頻率的差值，BIASK為頻率偏差系數。其中，所述頻率偏差系數BIASK的確定方法包括①固定系數法，即可以采用固定的值，每年設定一次，按照年度的最高預計負荷的百分數來設定；或②動態系數法，即采用線性的、或非線性的可變的參數來設定，該參數通過對負荷、發電機組功率、調速系統特性和頻率等因素變化的頻率響應特性的分析來確定。其中，步驟(4)計算總的區域控制偏差ACE的表達式為Ace=Ace^Ace2式中，ACE1為頻率偏差對應的功率偏差；ACE2為功率差。其中，步驟(5)所述區域控制性能評價標準包括三種標準①A1/A2評價標準CPS1/CPS2評價標準；和③T評價標準。 其中，步驟(7)中，ACE信號中的調節功率分配的比例因子是人工設定值和PLC調節速率的加權平均值、人工設定值或PLC調節速率，比例分配系數由各PLC的比例因子歸一化處理后計算得到。其中，步驟(7)中，ACE信號中的調節功率分配的經濟分配系數與機組的微增率成反比，由在線經濟調度提供。其中，步驟(7)中，ACE信號中的調節功率在一個區域的不同控制狀態區間將有不同的比例增益系數和積分增益系數。其中，步驟(8)中，ACE信號中的調節功率在一個區域的不同控制狀態區間將有不同的PLC承擔調節功率，PLC承擔調節功率的模式分為以下四種E. BLO 模式；F. BLR 模式；G. BLA 模式；和H. BLE 模式。與現有技術比，本發明的有益效果為考慮了自動發電控制中的控制模式以及電力系統全過程仿真的算法特點，同時，本發明提出了電力系統仿真中自動發電控制模型的實現方法。該模型可以模擬自動發電控制中的恒頻率控制、恒交換功率控制、聯絡線功率及頻率偏差控制三種模式；同時實現了自動發電控制的A1/A2、CPS1/CPS2、T三種控制性能評價標準，根據不同的區域控制性能評價標準，各個區域將采用不同的控制策略，使得該模型可以分析自動發電控制在電力系統中長期動態仿真中的影響，適于電力系統機電暫態及中長期動態的全過程仿真要求。整個區域的控制模式是預先設定好的，只需要填寫一次網絡側AGC模型即可，而每一臺參加AGC調節的機組各不相同，每個電廠的每一臺機組需要各自填寫機組側AGC模型，本發明通過將AGC模型分為網絡側和機組側，既概念清晰，又方便用戶使用。


圖I為自動發電控制AGC功能結構圖；圖2為自動發電控制AGC網絡側模型的示意圖3為自動發電控制AGC機組側模型的示意圖；圖4為本發明的電力系統仿真步驟(I)-步驟(6)自動發電控制網絡側模型的實現方法的流程圖；圖5為本發明的電力系統仿真步驟(7)-步驟(11)自動發電控制機組側模型的實現方法的流程圖。
圖6為本發明的不同控制狀態區間示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。本發明提出了模擬自動發電控制(AGC)系統模型，AGC的功能結構如附圖I。圖中，·分為非AGC機組和AGC機組，根據所有發電機組的日發電計劃，計算下一日的發電計劃，一方面傳給非AGC機組，另一方面通過調整經濟調度ED在傳給負荷頻率控制LFC，計算目標功率。負荷頻率控制LFC根據頻率、時間等偏差判斷電力系統狀態是否為緊急模式后，對AGC機組進行相應功率調控，并與QAGC機組之間建立反饋，使AGC功率等于目標值。該模型結構合理，具有較好的可操作性和適應性，可以正確模擬自動發電控制的三種控制模式，以及二種評價標準。仿真模型中包含限幅環節、二種控制模式、頻率偏差系數BIASK確定方法、二種評價標準等部分I)限幅環節說明(以FDL限幅為例)如果聯絡線的頻率偏差f(rf>頻率偏差極限FDL,則將聯絡線的頻率偏差f^-f限制為FDL ;如果聯絡線的頻率偏差fcrfX-頻率偏差極限FDL，則將聯絡線的頻率偏差限制為-TOL。2)三種控制模式說明自動發電控制(AGC)系統的控制主要有三種控制模式①恒頻率控制CFC(Constant Frequency Control);②恒交換功率控制 CNIC (Constant Net InterchangeControl);③聯絡線功率及頻率偏差控制 TBC(Tie line Bias frequency Control)。CFC控制模式的主要目的是保證系統頻率等于設定值；CNIC控制模式主要目的是保證聯絡線功率等于設定值；TBC控制模式是同時保證系統頻率和聯絡線功率等于設定值。3)頻率偏差系數BIASK確定方法說明①固定系數法，即可以采用固定的值，每年設定一次，可以按照年度的最高預計負荷的百分數來設定，大多數控制區的頻率偏差系數在年度最高預計負荷的1%-1. 5%(MW/0. IHz)之間。②動態系數法，即為了使頻率偏差系數在任何時候、任何情況下盡可能接近頻率響應特性，可以采用線性的、或非線性的可變的參數來設定，該參數通過對負荷、發電機組功率、調速系統特性和頻率等因素變化的頻率響應特性的分析來確定。4)三種評價標準說明(I) A1/A2 評價標準(一)A1/A2評價標準的定義Al標準要求在任何一個10分鐘間隔內，ACE必須過零。這意味著ACE頻繁過零，它可以最大限度地減少無意交換電量的產生。但是，也應看到ACE的頻繁過零，會導致系統進行無謂的反向調節，對系統頻率的恢復產生負面的影響。A2標準規定了 ACE平均值的控制限值，即ACE的10分鐘平均值要小于規定的Ld。AVG (ACE10fflin) ( Ld(二)控 制目標值與限值的計算ACE的10分鐘平均值的控制限值為Ld，Ld的計算公式為Ld = O. 025 Δ L+5MW式中Λ L可以用兩種方法計算(I) Λ L指控制區在冬季或夏季高峰時段，日小時電量的最大變化量(增或減)。(2) Λ L指控制區在一年中任意10小時電量變化量(增或減)得平均值。一般情況下，各控制區的Ld每年修改一次。(三)控制性能標準指標按照北美電力可靠性委員會(NorthAmerican Electric ReliabilityCorporation,簡稱NERC)的要求,根據A1/A2標準對每個控制區的AGC性能進行評價,其合格指標為Al 彡 100%A2 彡 90%(2) CPS1/CPS2 評價標準(一)評價標準的定義CPSl標準是指控制區在一個長時間段(如一年)內，其區域控制偏差ACE應滿足下式的要求
A C /:、- / j. \ K —IUIJ-式中ACEi——控制區i的ACE的I分鐘平均值；Bi——控制區i的頻率偏差系數，此值為負數，單位為MW/0. IHz ；f——控制區的實際頻率；f0——控制區的標準頻率；ε i—一年時間段內，互聯電力系統實際頻率與標準頻率偏差的I分鐘平均值的均方根值，用下式表示|Σ(4/ζ)式中η——一年時間段中的分鐘數；Δ fi——第i分鐘的頻率偏差；S1作為頻率控制目標值，是一個長期的考核指標，在互聯電力系統中，各控制區的^值均相同，且為一固定常數。CPS2標準是指在一個時段內(如I小時)，控制區ACE的10分鐘平均值，必須控制在特殊的限值Lltl內。(二)控制標準的計算方法
①CPS1的計算公式令
權利要求
1.一種電力系統仿真中自動發電控制模型的建模方法，對自動發電控制系統進行建模，其特征在于，所述方法包括如下步驟 (1):將自動發電控制模型按變量來源分類，包括網絡側模型和機組側模型； (2):所述網絡側模型根據控制模式采樣系統實際頻率f和聯絡線功率P的任意一個或兩個； (3):若采樣實際頻率f，判斷所述實際頻率f與標準頻率A的差值Λf是否越界，若是則暫停自動發電控制系統并返回步驟(2)，否則計算實際頻率與標準頻率的差值對應的功率ACE1 ;若采樣聯絡線功率P，判斷所述聯絡線功率P與功率目標值Ptl的差值ΛΡ是否越限，若是則暫停自動發電控制系統并返回步驟(2)，否則判斷是否有聯絡線功率計劃，若有則令功率差ACE2等于聯絡線實際功率與聯絡線計劃功率的差，若沒有則令ACE2等于所述聯絡線功率P與功率目標值Ptl的差值Δ P ； (4):計算總的區域控制偏差ACE； (5):根據不同的區域控制性能評價標準進行指標計算，對計算結果進行評價并采用相應的控制策略； (6):統計區域內可以調節的機組數量，將ACE信號下發到自動發電控制機組側模型； (7):自動發電控制機組側模型按照一定的原則計算，在機組間實現負荷經濟分配； (8):判斷機組ACE信號中的調節功率是否越限，若越限則將所述調節功率限制在給定的最大值，若沒有越限則根據不同的控制狀態區間采用不同的PLC承擔調節功率模式； (9):根據機組出力變化速度上下限值限制機組出力變化速度； (10):將機組出力變化速度發給機組調速器執行； (11):返回步驟(2)進行下一次采樣。
2.如權利要求I所述的建模方法，其特征在于，步驟(I)進行分類完成后，計算當前時刻與上一次控制時刻之間的時間，若小于正常控制模式下的所述控制時間間隔，則跳過該采樣點并等待下一次采樣；若大于等于正常控制模式下的控制時間間隔，則進行步驟(2)。
3.如權利要求I所述的建模方法，其特征在于，步驟(2)確定所述網絡側模型根據控制模式采樣系統實際頻率f和聯絡線功率P的任意一個或兩個的步驟如下 ①恒頻率控制模式CFC，采樣系統實際頻率； ②恒交換功率控制模式CNIC，采樣聯絡線功率； ③聯絡線功率及頻率偏差控制模式TBC，同時采樣系統實際頻率和聯絡線功率。
4.如權利要求I所述的建模方法，其特征在于，步驟(3)所述計算實際頻率與標準頻率的差值對應的功率ACE1的表達式為 ACE1 = AfXBIASK 式中，Af為實際頻率與目標頻率的差值，BIASK為頻率偏差系數。
5.如權利要求4所述的建模方法，其特征在于，所述頻率偏差系數BIASK的確定方法包括 ①固定系數法，即可以采用固定的值，每年設定一次，按照年度的最高預計負荷的百分數來設定；或 ②動態系數法，即采用線性的、或非線性的可變的參數來設定，該參數通過對負荷、發電機組功率、調速系統特性和頻率等因素變化的頻率響應特性的分析來確定。
6.如權利要求I所述的建模方法，其特征在于，步驟(4)計算總的區域控制偏差ACE的表達式為Ace=Ace^Ace2 式中，ACE1為頻率偏差對應的功率偏差；ACE2為功率差。
7.如權利要求I所述的建模方法，其特征在于，步驟(5)所述區域控制性能評價標準包括三種標準 ①A1/A2評價標準CPS1/CPS2評價標準；和③T評價標準。
8.如權利要求I所述的建模方法，其特征在于，步驟(7)中，ACE信號中的調節功率分配的比例因子是人工設定值和PLC調節速率的加權平均值、人工設定值或PLC調節速率，比例分配系數由各PLC的比例因子歸一化處理后計算得到。
9.如權利要求I所述的建模方法，其特征在于，步驟(7)中，ACE信號中的調節功率分配的經濟分配系數與機組的微增率成反比，由在線經濟調度提供。
10.如權利要求I所述的建模方法，其特征在于，步驟(7)中，ACE信號中的調節功率在一個區域的不同控制狀態區間將有不同的比例增益系數和積分增益系數。
11.如權利要求I所述的建模方法，其特征在于，步驟(8)中，ACE信號中的調節功率在一個區域的不同控制狀態區間將有不同的PLC承擔調節功率，PLC承擔調節功率的模式分為以下四種 A.BLO模式； B.BLR模式； C.BLA模式；和 D.BLE模式。
全文摘要
本發明公開了一種電力系統仿真中自動發電控制模型的建模方法，對自動發電控制系統進行建模，考慮了自動發電控制中的控制模式、控制性能評價標準以及電力系統穩定仿真的算法特點，同時，本發明提出了電力系統仿真中自動發電控制模型的實現方法。該模型可以模擬自動發電控制中的恒頻率控制、恒交換功率控制、聯絡線功率及頻率偏差控制三種模式；同時實現了自動發電控制的A1/A2、CPS1/CPS2、T三種控制性能評價標準，根據不同的區域控制性能評價標準，各個區域將采用不同的控制策略，使得該模型可以分析自動發電控制在電力系統中長期動態仿真中的影響，滿足電力系統機電暫態及中長期動態的全過程仿真要求。
文檔編號H02J3/00GK102957144SQ20121034831
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月18日 優先權日2012年9月18日
發明者仲悟之, 宋新立, 湯涌, 卜廣全, 吳國旸, 劉濤, 葉小暉 申請人:中國電力科學研究院, 國家電網公司