专利名称：基于水火电联合优化调度的agc机组协调控制方法
基于水火电联合优化调度的AGC机组协调控制方法技术领域
本发明属于电力系统控制技术领域，更准确地说本发明涉及一种电力系统水火电联合优化调度的AGC机组协调控制方法。
背景技术：
目前我国电网的能源供应结构决定了参与AGC调节的机组主要分为水电机组和火电机组两大类。水电机组响应速度快，具有非常好的调节性能，但在我国大部分地区电网中占有的配比较少，单纯依靠水电机组无法完全满足AGC调节备用的需要；另一方面，为了最大限度的利用水能资源，水电机组在丰水期应尽量处于多发、满发状态，这种方式使其调节容量受到很大限制；而在枯水期，水电站水能总量有限，导致水电机组的AGC调节能力又大大降低，电网的调频调峰压力都转移到火电机组。然而，尽管火电机组在电网装机容量中的占比优势明显，具有庞大的调节备用储备可供挖掘，但其响应速度慢，调节过程受煤质影响较大，无法及时准确地跟踪主站AGC指令。如何合理协调电网内部的水火电资源，充分利用电网现有机组扩展AGC调节容量，规避水火电调节资源呈现出的性能差异，在网省级电网范围内实现“水火协调、相互补充、共同促进”的资源优化配置，具有重要的现实意义。
文献一《河南电网AGC水火电联调实验研究》(电力系统自动化2008年第32卷第6期第99页)采用了两种方案来解决水火电AGC机组的协调问题。一是利用调节速度慢的火电机组同步跟踪系统负荷变化，在超短期负荷控制模式下进行超前控制，水电机组实时跟踪系统频率及联络线交换功率。另一种方案是在等可调容量比例模式的基础上，利用分担因子使火电机组与水电机组共同承担区域调节量。
文献一提出的控制方案，利用机组基点功率计算方式的不同在时间尺度上对水火电机组进行了初步协调。这两种方案能够增加区域的调节备用容量，避免出现调节速率快的机组过早失去调节能力的现象发生。但值得注意的是，固定分担因子和控制区域的自然分配特性无法使区域调节需求在水火电机组间达到合理平衡，仅利用基点功率的调整也无法从根本上解决机组协调问题。
文献二《云南电网水火电机组AGC协调优化控制策略》(电力系统自动化2009年第33卷第20期第96页)根据系统负荷和联络线曲线的时间分布特性将全天分为五个时段，各时段按照负荷变化陡峭程度提前安排水火电机组的控制策略。在系统负荷快速变化时段利用中小水电机组调节联络线功率波动和系统频率变化，大型水电厂仅在区域控制偏差较大时参与调节，所有火电机组均根据超短期负荷预测结果参与AGC集群控制；在系统负荷平稳阶段，中小水电和性能较好的火电机组维持原有控制模式，大型水电厂带基本负荷，性能较差的火电机组改为跟踪日前计划。
文献二提及的分时段控制方法，是在考虑控制区域有功功率平衡约束的前提下进行机组协调。和文献一类似，在采用固定分担因子比例分配区域调节需求的方法时，机组往返调节的现象较为明显，每台机组承担的调节量较小，调节能力无法得到充分发挥。另外，各时段控制策略均需根据系统负荷水平提前制定，在应对差异性运行工况时无法满足实时性要求。文献三《有功超前控制和在线水火电协调控制策略》(电力系统自动化2008年第32卷第22期第16页)从时间和空间的不同角度论述了水火电机组的在线协调策略。基于超前控制在电力系统有功调度不同时间段上的应用模型，提出的将水火电AGC机组按照优先级进行分组和排序的方式共同承担超前调节总量的分配方法，实现了发电机组在时间上的协调；而解耦跟踪区域调节功率和内部稳定断面的方法，则达到了在空间维度上进行协调控制的目的。和文献一、文献二相比，文献三提出的方法不再采用固定分担因子作为唯一的分配条件，在水火电机组协调控制的不同层面进行了探索。然而，优先级排序策略仅在超前控制方式下使用，这一前提条件使机组受实时控制模式的限制较大，控制策略缺乏较好的普遍适应性；而空间上的解耦则与需要监视的控制断面紧密绑定，无法适应断面目标的灵活切换。经初步检索，暂未发现有与本发明内容相关的专利条目。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:1、对采用唯一的固定分担因子和局部优先级策略分配区域总调节功率的方式进行改进，使所有AGC水火电机组在全局范围内共同承担区域调节量；2、提供一种水火电AGC机组在线协调控制方法，采用分组控制技术和设定目标动态跟踪方式，实现AGC控制策略的在线实时变更；3、提升水火电机组联合参与AGC控制的调节品质，充分发挥不同类型AGC机组的调节潜能。为解决以上问题，本发明是采取以下的技术方案来实现的:一种基于水火电联合优化调度的AGC机组协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤:I)在AGC系统中建立一个主控制区，用于跟踪系统频率偏差和联络线计划偏移，执行常规策略下的调整任务，并设置控制组组间分配初始策略，若采用优先级方式，需要确定优先级初始策略；2)建立机组跟踪目标数学模型，用于构建机组动态调整目标的向量空间；利用SCADA量测组合计算公式，确定跟踪目标与组合公式的关联属性；3)按照机组调节特性的差异，建立控制组初始模型，包括组内控制策略、正负紧急区门槛、控制组调节模式、控制组分担因子等内容；4)建立电厂控制器模型，设置机组控制参数，并根据调节特性确定机组与系统已有控制分组之间的隶属关系；5)根据系统当前运行状态和机组调节特性拟定分组策略，在线调整机组跟踪目标和所属控制组；6)机组所属控制组需要按照跟踪目标与控制组之间的一对多关系协调搭配，针对错误组合进行重新匹配和纠正处理；7)按照区域控制模式计算总调节需求，启用动态死区屏蔽策略:当调节需求小于动态死区衰减门槛时，调节需求清零，以滤除由于高频噪音因素引起的随机扰动；8)将区域总调节需求在各控制组组间进行分配。分配原则为:组间若采用优先级方式，全部控制组均按照选定原则排序，为充分利用水电资源，水电机组始终排在火电机组前面；若采用比例分担方式，则利用组内机组分担因子之和作为控制组分担因子承担分组
调节量；9)将控制组总调节量在组内进行分配。分配原则为:若采用优先级方式，需要进行纠错预处理，在确定主、次排序因子后计算机组顺序号，各机组按照最大可分配裕度承担调节量；组内若采用比例分担方式，则按照机组分担因子重新分配，未完成的区域调节量需进行适当转移；10)对协调策略控制系统产生的原始指令进行安全校核，包括:机组反向延时校验、控制信号死区校验、允许控制命令校验、最大调节量校验、机组运行限值校验等。本发明所达到的有益效果:本发明提供的水火电联合调度策略在区域调节需求变化频繁时，能够减少机组往返调节次数，降低机组磨损；使各机组根据自身的实际调节能力，按照不同的控制目标区别调节；使区域总调节需求在机组之间合理分配，充分发挥机组调节备用对AGC的支撑作用。
图1为控制组组间分配策略逻辑框图；图2为控制组采用优先级分配策略的示意图；图3为控制组组内分配策略 逻辑框图。
具体实施例方式在本发明中,披露了一种基于控制分组的AGC建模方法:在AGC系统中建立主控制区，用于跟踪系统频率偏差及联络线计划偏移。主控制区是区域总调节功率的计算载体，具体方式由区域控制模式决定。以TBC(Tie_line Bias Control，联络线频率偏差控制，一种同时考虑系统频率和联络线偏差的控制模式)方式为例，当主控制区同时包含系统频率和联络线交换分量时，ACE (Area Control Area,区域控制偏差)的计算方式为:ACE = K (f-f0) + (P-P0) (I)在考虑时差矫正分量的情况下，ACE的计算方式变更为:ACE = K (f-f0- 8f) + (P-P0) (2)在考虑无意电量偿还分量的情况下，ACE的计算方式变更为:ACE = K (f-f0) + (P-P0- 8 P) (3)式⑴ (3)中，K是由发电机组和负荷共同决定的系统频偏系数分别代表系统当前时刻的实时频率和计划频率；P、Pc)表示主控制区和相邻区域之间联络线交换功率的在线量测和计划值；S f表示时差矫正分量；5 P表示无意电量矫正分量。可以看出，主控制区模型中的频率测点、联络线测点和计划值测点均是必不可少的参数。除此之外，还需要为主控制区即将拥有的控制分组指定组间控制策略初始值，包括比例分配和优先级两种。在指定为优先级策略时，需要进一步设置具体的优先级方式，包括调节裕度、计划偏差、人工指定等方式。
控制分组模型需要在主控制区域的基础上建立，区域和控制组呈现一对多的逻辑关系。一般情况下，AGC机组可以按照下列分类属性使机组并入不同控制组:a)机组基本属性,如水电机组和火电机组；b)调节总容量大小，如中小水电机组和大容量水电站；c)调节速率快慢；d)与重要监视断面的关联程度；e)水电机组上下游关系；f)机组地缘特征等。
控制分组模型决定了水火电AGC机组协调分配策略的具体实施方式
，在模型建立过程中需要对其基本属性进行初始化。具体内容包括:为组间比例分配方式指定控制组总分担因子；为优先级方式指定具体策略，如可调裕度、计划偏差、调节速率、上网电价、能耗高低；确定组内主、次策略搭配方式；控制组的紧急控制门槛等。
为扩展AGC机组控制目标的多样性，在本发明中，披露了一种适应水火电机组协调控制的分区建模方法。在已建立的主控制区域基础上，增加各控制组对应的目标分区，形成水火电AGC机组跟踪目标向量空间。典型的应用包括:系统解列后的分区控制；特定支路的断面潮流跟踪；对外部区域的定点支援等等。
各目标分区与 主控制区域以平行关系模式存在。主控制区域的控制目标来源于内部的ACE计算结果，或者是上级调度机构直接下发的ACE量测；而目标分区的跟踪要点则是基于SCADA量测(遥测ACE之外的其它量测)的组合公式的计算结果。这些结果均以遥测ACE的方式接入各目标分区，实现AGC控制区域的等效转换。
目标分区的频率测点、联络线测点和计划值测点均不是必不可少的组成部分，但考虑到目标分区在本质上也是一种特殊的控制区域，仍需指定对应量测来源，以方便系统进行统一化处理。简单的方法是借用主控制区域的相关量测，使目标分区能够顺利通过区域量测有效性校验。
为保证控制分组采用的策略准确生效，目标分区的ACE各段门槛值的设置也需要加以注意。通常情况下，当控制区域处于次紧急状态时，若机组的调节功率不利于ACE的恢复，本次AGC指令会被系统取消；当控制区域处于紧急状态时，机组的基点功率若不利于区域ACE的恢复，则强制基点功率回归到实际出力，此时的分担因子取机组调节速率。因此，若跟踪目标的原始量测较大，目标分区的ARR(Area Regulation Requirement,区域调节需求)次紧急区门槛和紧急区门槛也应适当放大。一般地，使目标分区能够经常处于正常调节区为佳。
在本发明中，披露了一种适应水火电AGC机组协调控制的区域调节需求组间分配方法。附图1为调节量在控制组之间进行分配的示意图，以下论述选取跟踪系统频率和区域间联络线为目标的主控制区域为例加以说明。处于正常调节模式的控制组在任何情况下均参与区域总调节需求的目标分配，而属于紧急调节模式的控制组则仅当主控制区ARR超过紧急区门槛时才参与调节。
若控制组之间采用优先级方式参与分配，组分担因子则是需要考虑的重要因素。根据优先级策略的不同，组分担因子的计算方式也有所不同:
I)调节裕度优先级。以机组当前剩余可调容量比例为基准计算分担因子。
权利要求
1.基于水火电联合优化调度的AGC机组协调控制方法，其特征在于，包含以下步骤: 1)在AGC系统中建立一个主控制区，用于跟踪系统频率偏差和联络线计划偏移，执行常规策略下的调整任务，并设置控制组组间分配初始策略，若采用优先级方式，确定优先级初始策略； 2)建立机组跟踪目标数学模型，用于构建机组动态调整对象的向量空间；利用SCADA量测组合动态目标的计算公式，确定跟踪目标与组合公式的关联属性； 3)按照机组调节特性的差异，建立控制组初始模型，包括组内控制策略、正负紧急区门槛、控制组调节模式、控制组分担因子； 4)建立电厂控制器模型，设置机组控制参数，并根据调节特性确定机组与系统已有控制分组之间的隶属关系； 5)根据系统当前运行状态和机组调节特性拟定分组策略，在线调整机组跟踪目标和所属控制组； 6)机组所属控制组按照跟踪目标与控制组之间的一对多关系协调搭配，针对错误组合进行重新匹配和纠正处理； 7)按照区域控制模式计算总调节需求，启用动态死区屏蔽策略:当调节需求小于动态死区衰减门槛时，调节需求清零，以滤除由于高频噪音因素引起的随机扰动； 8)将区域总调节需求在各控制组组间进行分配； 9)将控制组总调节量在组内进行分配； 10)对协调策略控制系统产生的原始指令进行安全校核，包括:机组反向延时校验、控制信号死区校验、允许控制命令校验、最大调节量校验、机组运行限值校验等。
2.根据权利要求1所述的基于水火电联合优化调度的AGC机组协调控制方法，其特征在于:在步骤I)中，当主控制区同时包含系统频率和联络线交换分量时，ACE的计算方式为:ACE = K.(f-f0) +(P-P0) (I) 在考虑时差矫正分量的情况下，ACE的计算方式为:ACE = K.(f-f0- δ f) + (P-P0) (2) 在考虑无意电量偿还分量的情况下，ACE的计算方式为:ACE = K.(f-f0) + (P -P0- δ P) (3) 式(I) (3)中，K是由发电机组和负荷共同决定的系统频偏系数分别代表系统当前时刻的实时频率和计划频率；Ρ、Ρο表示主控制区和相邻区域之间联络线交换功率的在线量测和计划值；S f表示时差矫正分量；S P表示无意电量矫正分量。
2、根据权利要求1所述的基于水火电联合优化调度的AGC机组协调控制方法，其特征在于:在步骤2)中，在已建立的主控制区域的基础上，增加各控制组的目标分区，按照实际的调度需求和控制目标，为区域内的水火电AGC机组构造目标空间。
3.根据权利要求2所述的基于水火电联合优化调度的AGC机组协调控制方法，其特征在于:在所述步骤2)中，各目标分区与主控制区域以平行关系模式存在，主控制区域的控制目标来源于内部的ACE计算结果，或者是上级调度机构直接下发的ACE量测；而目标分区的跟踪要点则直接来源于SCADA量测组合公式的计算结果，无论是上级下发的ACE，还是目标分区的跟踪对象，均以遥测ACE的方式接入各目标分区，实现AGC控制区域的等效转换。
4.根据权利要求3所述的基于水火电联合优化调度的AGC机组协调控制方法，其特征在于:目标分区的ACE各段门槛值的设置方法为:当控制区域处于次紧急状态时，若机组的调节功率不利于ACE的恢复，则本次遥调指令被AGC系统取消；当控制区域处于紧急状态时，机组的基点功率若不利于区域ACE的恢复，则强制基点功率回归到实际出力，此时的分担因子取机组调节速率。
5.根据权利要求1所述的基于水火电联合优化调度的AGC机组协调控制方法，其特征在于:在步骤3) 6)中，水火电AGC机组按照不同的属性划分控制组，目标分区与控制组为一对多的关系，而每一个控制组下包含一 个或多个AGC机组。
6.根据权利要求1所述的基于水火电联合优化调度的AGC机组协调控制方法，其特征在于:在步骤8) 9)中，优先级策略和比例分配策略在控制组的组间、组内分配环节中同等对待，控制组内的所有机组均承担调节量。
7.根据权利要求1所述的基于水火电联合优化调度的AGC机组协调控制方法，其特征在于:在步骤3) 9)中，控制组对应的目标分区和机组所属的控制组关系均根据电力系统实时调度要求在线修改。
8.根据权利要求1所述的基于水火电联合优化调度的AGC机组协调控制方法，其特征在于:在所述步骤8)中，分配原则为:组间若采用优先级方式，全部控制组均按照选定原则排序，为充分利用水电资源，水电机组排在火电机组前面；若采用比例分担方式，则利用组内机组分担因子之和作为控制组分担因子承担分组调节量。
9.根据权利要求1所述的基于水火电联合优化调度的AGC机组协调控制方法，其特征在于:在所述步骤9)中，分配原则为:若采用优先级方式，则进行纠错预处理，在确定主、次排序因子后计算机组顺序号，各机组按照最大可分配裕度承担调节量；组内若采用比例分担方式，则按照机组分担因子重新分配，未完成的区域调节量进行转移。
10.根据权利要求8所述的基于水火电联合优化调度的AGC机组协调控制方法，其特征在于:在所述步骤8)中，若控制组之间采用优先级方式参与分配，组分担因子的计算方式为以下中的一种: 1)调节裕度优先级，以机组当前剩余可调容量比例为基准计算分担因子，
11.根据权利要求1所述的基于水火电联合优化调度的AGC机组协调控制方法，其特征在于:在所述步骤10)中，所述安全校验方法，包括以下步骤: 1)机组反向延时校验:在出现机组当前指令和前次指令方向不一致的情况时，设置一定的延时处理，以保证厂站侧具有足够的消化时间； 2)控制信号死区校验:在指令下发环节，若机组AGC指令与当前实际出力小于控制信号死区，则取消本次调节；在调节量分配环节，则把当前机组取消的调节量转移到下一个AGC机组； 3)控制命令允许测试校验:对于PROP模式或次紧急区情况，若机组调节量与区域调节需求呈逆向分布，则机组不再参与本次调节； 4)最大调节量校验:机组分配到的最终指令和当前实际出力的偏差不超过最大调节步长的限制； 5)机组运行限值校验:机组运行限值是给定限值和遥测限值的交集结果，对于水电机组，机组指令运行在调节限值范围内，而处于振动区域内的机组，则以给定步长快速离开禁止运行区域。
全文摘要
本发明公开了一种基于水火电联合优化调度的AGC机组协调控制方法，包括下列步骤在系统中建立一个主控制区；根据策略需要建立目标分区，并按照AGC机组调节特性的差异确定控制组内容；在线设定水火电机组和控制组、控制组和目标分区的隶属关系；优先级方式按照调节裕度、计划电量、上网电价等策略分配，比例方式则按既定分担因子参与调节；未完成的调节量在组间、组内协调；最终调节指令则通过安全校核后下发。本发明通过以上步骤，能够使所有水火电AGC机组共同承担区域调节量，充分发挥各类机组对系统AGC调节的贡献作用；通过在线修改控制策略的方式，可以满足不同目标的动态跟踪需求。
文档编号H02J3/46GK103151801SQ20121003208
公开日2013年6月12日 申请日期2012年2月14日 优先权日2012年2月14日
发明者汪俊余, 滕贤亮, 张小白, 高宗和, 戴则梅, 崔长江, 邹清林, 郑文彬, 唐健 申请人:国电南瑞科技股份有限公司, 广西电网公司