专利名称：一种电力系统仿真中自动发电控制模型的建模方法
技术领域：
本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种电力系统仿真中自动发电控制模型的建模方法。
背景技术：
随着互联电网建设发展和控制要求的提高，各区域电网都已经积极使用AGC进行电网的自动控制，优化电网的运行质量，减轻调度员的工作压力。目前，AGC系统在国家电网公司主要应用于省级及以上电网的调度运行控制，包括国调、网调和省调在内的近30个调度中心已经具备AGC系统。提供AGC系统的厂家主要是 北京科东公司和南瑞科技公司，两家公司AGC产品的原理相同，功能相近。采用的平台包括CC2000A平台、0PEN3000平台和D5000平台，近几年随着D5000平台的推广，各厂家的AGC系统都逐步转向D5000平台。采用的控制标准包括A1/A2标准和CPS 1/CPS2标准，从发展趋势来看，CPS1/CPS2标准将逐步取代A1/A2标准。由于我国特高压电网建设的需要，国内也提出了 T标准用于重要联络线的控制，其可行性尚待实际运行验证。自动发电控制,是建立在能量管理系统(Energy Management System, EMS)与发电机组协调控制系统的基础上，实现闭环控制的一种先进的现代电网控制手段。该系统根据A1/A2标准及CPS1/CPS2标准或者T标准，对发电计划进行适当调整，通过控制管辖区域内发电机组的有功功率来调节系统频率和区域间联络线交换功率，来保证电网的稳定经济地运行。AGC的根本任务是实现下述目标，包括(I)频率控制。响应用电负荷和发电功率的随机变化，维持电网频率为50Hz±0. IHz范围之内，同时频率的累积误差也在限制值之内；(2)联络线控制。在各区域分配系统的发电功率，维持区域间的交换功率为计划值，实现各区域内有功功率和负荷功率的平衡；(3)优化运行。在满足电网安全约束条件、电网频率和对外净交换功率为计划值的情况下，协调参与遥调的发电厂(机组)的出力按最优经济分配原则运行，使电网获得最大的效益。 全过程动态仿真程序可以对电力系统机电暂态和中长期动态具有很好的仿真效果，在全过程动态仿真程序中对自动发电控制系统进行详细建模，既可以反映其对暂态过程的影响，又能反映其对中长期过程的影响，建模工作具有十分重要的意义。而在以往的模型研究中，AGC的简化模型研究较多，不能满足电力系统从秒级到分钟级甚至小时级的全过程仿真要求。本发明主要对AGC模型进行详细建模，同时建立恒频率控制、恒交换功率控制、联络线功率及频率偏差控制三种控制模式，同时实现了自动发电控制的A1/A2、CPS1/CPS2、T三种控制性能评价标准，本发明对研究电力系统中长期动态特性非常必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种电力系统仿真中自动发电控制模型的建模方法，可以方便的考虑中长期动态中的影响，模拟了自动发电控制模式以及评价标准，适用于电力系统机电暂态及中长期动态的全过程仿真。本发明提供的一种电力系统仿真中自动发电控制模型的建模方法，对自动发电控制系统进行建模，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤(I):将自动发电控制模型按变量来源分类，包括网络侧模型和机组侧模型；(2):所述网络侧模型根据控制模式采样系统实际频率f和联络线功率P的任意一个或两个；(3):若采样实际频率f，判断所述实际频率f与标准频率&的差值Λ f是否越界，若是则暂停自动发电控制系统并返回步骤(2)，否则计算实际频率与标准频率的差值对应·的功率ACE1 ;若采样联络线功率P，判断所述联络线功率P与功率目标值Ptl的差值ΛΡ是否越限，若是则暂停自动发电控制系统并返回步骤(2)，否则判断是否有联络线功率计划，若有则令功率差ACE2等于联络线实际功率与联络线计划功率的差，若没有则令ACE2等于所述联络线功率P与功率目标值Ptl的差值Δ P ；(4):计算总的区域控制偏差ACE ；(5):根据不同的区域控制性能评价标准进行指标计算，对计算结果进行评价并采用相应的控制策略；(6):统计区域内可以调节的机组数量，将ACE信号下发到自动发电控制机组侧模型；(7)自动发电控制机组侧模型按照一定的原则计算，在机组间实现负荷经济分配；(8):判断机组ACE信号中的调节功率是否越限，若越限则将所述调节功率限制在给定的最大值，若没有越限则根据不同的控制状态区间采用不同的PLC承担调节功率模式；(9):根据机组出力变化速度上下限值限制机组出力变化速度；( 10):将机组出力变化速度发给机组调速器执行；(11):返回步骤(2)进行下一次采样。其中，步骤(I)进行分类完成后，计算当前时刻与上一次控制时刻之间的时间，若小于正常控制模式下的所述控制时间间隔，则跳过该采样点并等待下一次采样(下一次采样时同样需要判断时间是否过了控制时间间隔)；若大于等于正常控制模式下的控制时间间隔，则进行步骤(2)。其中，步骤(2)确定所述网络侧模型根据控制模式采样系统实际频率f和联络线功率P的任意一个或两个的步骤如下①恒频率控制模式CFC，采样系统实际频率；②恒交换功率控制模式CNIC，采样联络线功率；③联络线功率及频率偏差控制模式TBC，同时采样系统实际频率和联络线功率；其中，步骤(3)所述计算实际频率与标准频率的差值对应的功率ACE1的表达式为
ACE1 = AfXBIASK式中，Af为实际频率与目标频率的差值，BIASK为频率偏差系数。其中，所述频率偏差系数BIASK的确定方法包括①固定系数法，即可以采用固定的值，每年设定一次，按照年度的最高预计负荷的百分数来设定；或②动态系数法，即采用线性的、或非线性的可变的参数来设定，该参数通过对负荷、发电机组功率、调速系统特性和频率等因素变化的频率响应特性的分析来确定。其中，步骤(4)计算总的区域控制偏差ACE的表达式为Ace=Ace^Ace2式中，ACE1为频率偏差对应的功率偏差；ACE2为功率差。其中，步骤(5)所述区域控制性能评价标准包括三种标准①A1/A2评价标准CPS1/CPS2评价标准；和③T评价标准。 其中，步骤(7)中，ACE信号中的调节功率分配的比例因子是人工设定值和PLC调节速率的加权平均值、人工设定值或PLC调节速率，比例分配系数由各PLC的比例因子归一化处理后计算得到。其中，步骤(7)中，ACE信号中的调节功率分配的经济分配系数与机组的微增率成反比，由在线经济调度提供。其中，步骤(7)中，ACE信号中的调节功率在一个区域的不同控制状态区间将有不同的比例增益系数和积分增益系数。其中，步骤(8)中，ACE信号中的调节功率在一个区域的不同控制状态区间将有不同的PLC承担调节功率，PLC承担调节功率的模式分为以下四种E. BLO 模式；F. BLR 模式；G. BLA 模式；和H. BLE 模式。与现有技术比，本发明的有益效果为考虑了自动发电控制中的控制模式以及电力系统全过程仿真的算法特点，同时，本发明提出了电力系统仿真中自动发电控制模型的实现方法。该模型可以模拟自动发电控制中的恒频率控制、恒交换功率控制、联络线功率及频率偏差控制三种模式；同时实现了自动发电控制的A1/A2、CPS1/CPS2、T三种控制性能评价标准，根据不同的区域控制性能评价标准，各个区域将采用不同的控制策略，使得该模型可以分析自动发电控制在电力系统中长期动态仿真中的影响，适于电力系统机电暂态及中长期动态的全过程仿真要求。整个区域的控制模式是预先设定好的，只需要填写一次网络侧AGC模型即可，而每一台参加AGC调节的机组各不相同，每个电厂的每一台机组需要各自填写机组侧AGC模型，本发明通过将AGC模型分为网络侧和机组侧，既概念清晰，又方便用户使用。
图I为自动发电控制AGC功能结构图；图2为自动发电控制AGC网络侧模型的示意图3为自动发电控制AGC机组侧模型的示意图；图4为本发明的电力系统仿真步骤(I)-步骤(6)自动发电控制网络侧模型的实现方法的流程图；图5为本发明的电力系统仿真步骤(7)-步骤(11)自动发电控制机组侧模型的实现方法的流程图。
图6为本发明的不同控制状态区间示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。本发明提出了模拟自动发电控制(AGC)系统模型，AGC的功能结构如附图I。图中，·分为非AGC机组和AGC机组，根据所有发电机组的日发电计划，计算下一日的发电计划，一方面传给非AGC机组，另一方面通过调整经济调度ED在传给负荷频率控制LFC，计算目标功率。负荷频率控制LFC根据频率、时间等偏差判断电力系统状态是否为紧急模式后，对AGC机组进行相应功率调控，并与QAGC机组之间建立反馈，使AGC功率等于目标值。该模型结构合理，具有较好的可操作性和适应性，可以正确模拟自动发电控制的三种控制模式，以及二种评价标准。仿真模型中包含限幅环节、二种控制模式、频率偏差系数BIASK确定方法、二种评价标准等部分I)限幅环节说明(以FDL限幅为例)如果联络线的频率偏差f(rf>频率偏差极限FDL,则将联络线的频率偏差f^-f限制为FDL ;如果联络线的频率偏差fcrfX-频率偏差极限FDL，则将联络线的频率偏差限制为-TOL。2)三种控制模式说明自动发电控制(AGC)系统的控制主要有三种控制模式①恒频率控制CFC(Constant Frequency Control);②恒交换功率控制 CNIC (Constant Net InterchangeControl);③联络线功率及频率偏差控制 TBC(Tie line Bias frequency Control)。CFC控制模式的主要目的是保证系统频率等于设定值；CNIC控制模式主要目的是保证联络线功率等于设定值；TBC控制模式是同时保证系统频率和联络线功率等于设定值。3)频率偏差系数BIASK确定方法说明①固定系数法，即可以采用固定的值，每年设定一次，可以按照年度的最高预计负荷的百分数来设定，大多数控制区的频率偏差系数在年度最高预计负荷的1%-1. 5%(MW/0. IHz)之间。②动态系数法，即为了使频率偏差系数在任何时候、任何情况下尽可能接近频率响应特性，可以采用线性的、或非线性的可变的参数来设定，该参数通过对负荷、发电机组功率、调速系统特性和频率等因素变化的频率响应特性的分析来确定。4)三种评价标准说明(I) A1/A2 评价标准(一)A1/A2评价标准的定义Al标准要求在任何一个10分钟间隔内，ACE必须过零。这意味着ACE频繁过零，它可以最大限度地减少无意交换电量的产生。但是，也应看到ACE的频繁过零，会导致系统进行无谓的反向调节，对系统频率的恢复产生负面的影响。A2标准规定了 ACE平均值的控制限值，即ACE的10分钟平均值要小于规定的Ld。AVG (ACE10fflin) ( Ld(二)控 制目标值与限值的计算ACE的10分钟平均值的控制限值为Ld，Ld的计算公式为Ld = O. 025 Δ L+5MW式中Λ L可以用两种方法计算(I) Λ L指控制区在冬季或夏季高峰时段，日小时电量的最大变化量(增或减)。(2) Λ L指控制区在一年中任意10小时电量变化量(增或减)得平均值。一般情况下，各控制区的Ld每年修改一次。(三)控制性能标准指标按照北美电力可靠性委员会(NorthAmerican Electric ReliabilityCorporation,简称NERC)的要求,根据A1/A2标准对每个控制区的AGC性能进行评价,其合格指标为Al 彡 100%A2 彡 90%(2) CPS1/CPS2 评价标准(一)评价标准的定义CPSl标准是指控制区在一个长时间段(如一年)内，其区域控制偏差ACE应满足下式的要求
A C /:、- / j. \ K —IUIJ-式中ACEi——控制区i的ACE的I分钟平均值；Bi——控制区i的频率偏差系数，此值为负数，单位为MW/0. IHz ；f——控制区的实际频率；f0——控制区的标准频率；ε i—一年时间段内，互联电力系统实际频率与标准频率偏差的I分钟平均值的均方根值，用下式表示|Σ(4/ζ)式中η——一年时间段中的分钟数；Δ fi——第i分钟的频率偏差；S1作为频率控制目标值，是一个长期的考核指标，在互联电力系统中，各控制区的^值均相同，且为一固定常数。CPS2标准是指在一个时段内(如I小时)，控制区ACE的10分钟平均值，必须控制在特殊的限值Lltl内。(二)控制标准的计算方法
①CPS1的计算公式令
权利要求
1.一种电力系统仿真中自动发电控制模型的建模方法，对自动发电控制系统进行建模，其特征在于，所述方法包括如下步骤 (1):将自动发电控制模型按变量来源分类，包括网络侧模型和机组侧模型； (2):所述网络侧模型根据控制模式采样系统实际频率f和联络线功率P的任意一个或两个； (3):若采样实际频率f，判断所述实际频率f与标准频率A的差值Λf是否越界，若是则暂停自动发电控制系统并返回步骤(2)，否则计算实际频率与标准频率的差值对应的功率ACE1 ;若采样联络线功率P，判断所述联络线功率P与功率目标值Ptl的差值ΛΡ是否越限，若是则暂停自动发电控制系统并返回步骤(2)，否则判断是否有联络线功率计划，若有则令功率差ACE2等于联络线实际功率与联络线计划功率的差，若没有则令ACE2等于所述联络线功率P与功率目标值Ptl的差值Δ P ； (4):计算总的区域控制偏差ACE； (5):根据不同的区域控制性能评价标准进行指标计算，对计算结果进行评价并采用相应的控制策略； (6):统计区域内可以调节的机组数量，将ACE信号下发到自动发电控制机组侧模型； (7):自动发电控制机组侧模型按照一定的原则计算，在机组间实现负荷经济分配； (8):判断机组ACE信号中的调节功率是否越限，若越限则将所述调节功率限制在给定的最大值，若没有越限则根据不同的控制状态区间采用不同的PLC承担调节功率模式； (9):根据机组出力变化速度上下限值限制机组出力变化速度； (10):将机组出力变化速度发给机组调速器执行； (11):返回步骤(2)进行下一次采样。
2.如权利要求I所述的建模方法，其特征在于，步骤(I)进行分类完成后，计算当前时刻与上一次控制时刻之间的时间，若小于正常控制模式下的所述控制时间间隔，则跳过该采样点并等待下一次采样；若大于等于正常控制模式下的控制时间间隔，则进行步骤(2)。
3.如权利要求I所述的建模方法，其特征在于，步骤(2)确定所述网络侧模型根据控制模式采样系统实际频率f和联络线功率P的任意一个或两个的步骤如下 ①恒频率控制模式CFC，采样系统实际频率； ②恒交换功率控制模式CNIC，采样联络线功率； ③联络线功率及频率偏差控制模式TBC，同时采样系统实际频率和联络线功率。
4.如权利要求I所述的建模方法，其特征在于，步骤(3)所述计算实际频率与标准频率的差值对应的功率ACE1的表达式为 ACE1 = AfXBIASK 式中，Af为实际频率与目标频率的差值，BIASK为频率偏差系数。
5.如权利要求4所述的建模方法，其特征在于，所述频率偏差系数BIASK的确定方法包括 ①固定系数法，即可以采用固定的值，每年设定一次，按照年度的最高预计负荷的百分数来设定；或 ②动态系数法，即采用线性的、或非线性的可变的参数来设定，该参数通过对负荷、发电机组功率、调速系统特性和频率等因素变化的频率响应特性的分析来确定。
6.如权利要求I所述的建模方法，其特征在于，步骤(4)计算总的区域控制偏差ACE的表达式为Ace=Ace^Ace2 式中，ACE1为频率偏差对应的功率偏差；ACE2为功率差。
7.如权利要求I所述的建模方法，其特征在于，步骤(5)所述区域控制性能评价标准包括三种标准 ①A1/A2评价标准CPS1/CPS2评价标准；和③T评价标准。
8.如权利要求I所述的建模方法，其特征在于，步骤(7)中，ACE信号中的调节功率分配的比例因子是人工设定值和PLC调节速率的加权平均值、人工设定值或PLC调节速率，比例分配系数由各PLC的比例因子归一化处理后计算得到。
9.如权利要求I所述的建模方法，其特征在于，步骤(7)中，ACE信号中的调节功率分配的经济分配系数与机组的微增率成反比，由在线经济调度提供。
10.如权利要求I所述的建模方法，其特征在于，步骤(7)中，ACE信号中的调节功率在一个区域的不同控制状态区间将有不同的比例增益系数和积分增益系数。
11.如权利要求I所述的建模方法，其特征在于，步骤(8)中，ACE信号中的调节功率在一个区域的不同控制状态区间将有不同的PLC承担调节功率，PLC承担调节功率的模式分为以下四种 A.BLO模式； B.BLR模式； C.BLA模式；和 D.BLE模式。
全文摘要
本发明公开了一种电力系统仿真中自动发电控制模型的建模方法，对自动发电控制系统进行建模，考虑了自动发电控制中的控制模式、控制性能评价标准以及电力系统稳定仿真的算法特点，同时，本发明提出了电力系统仿真中自动发电控制模型的实现方法。该模型可以模拟自动发电控制中的恒频率控制、恒交换功率控制、联络线功率及频率偏差控制三种模式；同时实现了自动发电控制的A1/A2、CPS1/CPS2、T三种控制性能评价标准，根据不同的区域控制性能评价标准，各个区域将采用不同的控制策略，使得该模型可以分析自动发电控制在电力系统中长期动态仿真中的影响，满足电力系统机电暂态及中长期动态的全过程仿真要求。
文档编号H02J3/00GK102957144SQ20121034831
公开日2013年3月6日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者仲悟之, 宋新立, 汤涌, 卜广全, 吴国旸, 刘涛, 叶小晖 申请人:中国电力科学研究院, 国家电网公司