CPS標(biāo)準(zhǔn)下AGC機(jī)組動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度的改進(jìn)模型

趙　霞　張榮榮　趙瑞鋒　顏　偉　余　娟

(1.輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(重慶大學(xué))　重慶　400030

2.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心　廣州　510600)

?

CPS標(biāo)準(zhǔn)下AGC機(jī)組動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度的改進(jìn)模型

趙霞1張榮榮1趙瑞鋒2顏偉1余娟1

(1.輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(重慶大學(xué))重慶400030

2.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心廣州510600)

摘要為克服常規(guī)自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)滯后控制的問(wèn)題，提升互聯(lián)電網(wǎng)對(duì)控制性能標(biāo)準(zhǔn)(CPS)的適應(yīng)性，現(xiàn)有研究提出了AGC動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度模型，但存在未考慮網(wǎng)絡(luò)安全約束和有功損耗影響等問(wèn)題。通過(guò)在原模型中增加考慮有功損耗的影響，引入支路及斷面潮流安全約束，修正AGC輔助服務(wù)費(fèi)用目標(biāo)，并增加發(fā)電單位合同電量完成率的新目標(biāo)，提出了AGC機(jī)組優(yōu)化調(diào)度的改進(jìn)模型。用修正的IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)驗(yàn)證所提改進(jìn)模型的有效性，并討論模型中CPS1指標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo)和(或)約束條件的物理意義及其影響。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)發(fā)電控制控制策略動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度網(wǎng)絡(luò)安全約束控制性能標(biāo)準(zhǔn)

An Extended Dynamic Optimization Model for AGC Generators Dispatch Under CPS

ZhaoXia1ZhangRongrong1ZhaoRuifeng2YanWei1YuJuan1

(1.State Key Laboratory of Power Transmission Equipment & System Security and New Technology Chongqing UniversityChongqing400030China 2.Electric Power Dispatching Control Centre of GDPCGuangzhou510600China)

AbstractIn order to overcome the problem of the lagging control within the conventional automatic generation control (AGC) and improve the adaptability of the interconnected power system to the new control performance standard (CPS)，the dynamic optimization model for AGC generators dispatch has been proposed.However，the existing model still have some defects，such as neglecting the effect of network security constraints and power loss，etc.An extended dynamic optimization model for AGC generators dispatch under CPS is thus proposed in this paper with the following modifications：①the active power loss and the loading limits through the branches and boundaries are integrated；②the original objective of ancillary service cost is revised；and ③the completion of electricity production contract is added as a new objective function.The modified IEEE 14-bus test system is used to verify the extended model and the physical interpretations of treating the CPS1 index as an objective and/or a constraint are also discussed.

Keywords：Automatic generation control (AGC)，control strategy，dynamic optimization dispatch，network security constraint，control performance standard (CPS)

0引言

自動(dòng)發(fā)電控制(Automatic Generation Control，AGC)是電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有功頻率控制的一種重要技術(shù)手段。廣義的AGC涵蓋一次、二次和三次調(diào)頻(即經(jīng)濟(jì)調(diào)度)，而狹義的AGC一般不含三次調(diào)頻，甚至特指二次調(diào)頻[1，2]。本文將參與二次調(diào)頻的發(fā)電機(jī)組稱(chēng)為AGC機(jī)組。

常規(guī)AGC控制過(guò)程中，區(qū)域電網(wǎng)調(diào)度中心實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前的功率不平衡量，即區(qū)域控制偏差(Area Control Error，ACE)，通過(guò)調(diào)節(jié)各AGC機(jī)組的出力來(lái)減少或消除ACE。對(duì)區(qū)域電網(wǎng)調(diào)度中心而言，常規(guī)AGC要解決的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是：①如何根據(jù)ACE生成區(qū)域的總調(diào)節(jié)功率(通常稱(chēng)為“AGC控制策略”)；②如何在AGC機(jī)組之間分配總調(diào)節(jié)功率。圍繞這兩個(gè)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了大量研究[2，3]?？刂撇呗苑矫?，經(jīng)典PI控制[4]、以最優(yōu)控制[5]為代表的現(xiàn)代控制理論以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[6]、模糊理論[7]和Multi-agent[8]的智能控制均有應(yīng)用；功率分配方面則有按參與因子分配的簡(jiǎn)單方法以及基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)理論的一些新方法[9]。

常規(guī)AGC是一種典型的滯后控制，其實(shí)質(zhì)是通過(guò)調(diào)節(jié)AGC機(jī)組未來(lái)的出力來(lái)校正當(dāng)前的ACE。滯后控制的最大問(wèn)題是難以實(shí)現(xiàn)不同調(diào)節(jié)性能機(jī)組(如水、火電機(jī)組)的協(xié)調(diào)控制，易出現(xiàn)過(guò)調(diào)、欠調(diào)，甚至調(diào)節(jié)作用沖抵的情況。此外，隨著風(fēng)電的快速發(fā)展，風(fēng)電集中并網(wǎng)引入大量分鐘級(jí)的功率波動(dòng)[10]，在增加AGC調(diào)節(jié)任務(wù)的同時(shí)，對(duì)AGC的協(xié)調(diào)控制也提出了更高要求。另一方面，目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用北美電力可靠性委員會(huì)(NERC)于1996年推出的互聯(lián)運(yùn)行控制性能標(biāo)準(zhǔn)(Control Performance Standard，CPS)[11]取代原有的A標(biāo)準(zhǔn)，CPS標(biāo)準(zhǔn)放寬“10 min內(nèi)ACE必須過(guò)零”的要求也為AGC協(xié)調(diào)控制提供了更大空間。

為克服常規(guī)AGC滯后控制的問(wèn)題，提升電網(wǎng)對(duì)CPS標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性，文獻(xiàn)[4，12]分別在區(qū)域總調(diào)節(jié)功率中增加負(fù)荷預(yù)報(bào)分量和CPS分量，文獻(xiàn)[13，14]提出按調(diào)節(jié)性能對(duì)AGC機(jī)組進(jìn)行分類(lèi)和分群控制。這些方法致力于解決常規(guī)AGC的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)AGC控制作用的改善比較有限?；诖耍恍W(xué)者提出“AGC動(dòng)態(tài)優(yōu)化策略”這一新概念，即根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)信息，考慮AGC機(jī)組的調(diào)節(jié)成本、調(diào)節(jié)特性及CPS指標(biāo)，通過(guò)優(yōu)化模型確定AGC機(jī)組在多個(gè)時(shí)段內(nèi)的調(diào)節(jié)功率，以實(shí)現(xiàn)快慢AGC機(jī)組的協(xié)調(diào)控制以及AGC調(diào)節(jié)成本和調(diào)節(jié)性能的協(xié)調(diào)[15]。文獻(xiàn)[16，17]發(fā)展了這一思路，提出AGC機(jī)組動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度模型，改進(jìn)了文獻(xiàn)[15]模型中描述機(jī)組調(diào)節(jié)特性的約束條件，引入了互聯(lián)系統(tǒng)頻率與聯(lián)絡(luò)線功率的約束關(guān)系，同時(shí)明確提出了以該模型作為發(fā)電計(jì)劃(ACE=0)和常規(guī)AGC控制(ACE≠0)之間的銜接環(huán)節(jié)。

然而，文獻(xiàn)[16，17]所提AGC動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度模型(以下稱(chēng)為“原模型”)仍存在以下不足：①未考慮網(wǎng)絡(luò)安全約束。如前所述，風(fēng)電等新能源并網(wǎng)引入大量分鐘級(jí)功率波動(dòng)，AGC機(jī)組的出力變動(dòng)幅度相應(yīng)增大，可導(dǎo)致潮流大幅波動(dòng)而影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行；②原模型的功率平衡關(guān)系中未考慮有功損耗，而實(shí)際系統(tǒng)有功損耗的絕對(duì)量并不容忽略，不計(jì)損耗所做的AGC決策在實(shí)際執(zhí)行時(shí)很可能影響AGC的控制性能；③由于風(fēng)電的大量接入，AGC機(jī)組出力的變動(dòng)幅度增大，各發(fā)電單位合同電量的完成情況也成為AGC決策中需要考慮的一個(gè)新問(wèn)題[14]。此外，關(guān)于“CPS指標(biāo)應(yīng)作為AGC的控制目標(biāo)還是約束條件”這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)有研究還有一些不同看法[18]，原模型對(duì)CPS指標(biāo)的處理方式及其意義值得進(jìn)一步討論，原模型對(duì)AGC輔助服務(wù)費(fèi)用的考慮也需要進(jìn)行修正。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文從以下幾方面對(duì)原模型進(jìn)行改進(jìn)：考慮有功損耗對(duì)AGC機(jī)組調(diào)節(jié)功率的影響，引入支路及斷面潮流安全約束，修正AGC輔助服務(wù)費(fèi)用目標(biāo)，并增加發(fā)電單位合同電量完成率的新目標(biāo)。用修正的IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)驗(yàn)證所提改進(jìn)模型的有效性，并討論模型中CPS1指標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo)和(或)約束條件的物理意義及其影響。

1CPS標(biāo)準(zhǔn)及其在AGC機(jī)組優(yōu)化調(diào)度模型中的實(shí)現(xiàn)

NERC于1996年推出的CPS標(biāo)準(zhǔn)[11]定義各控制區(qū)域的區(qū)域控制偏差為

EACE=ΔPT-10BΔF

(1)

式中，ΔPT為區(qū)域?qū)嶋H交換功率PTa(輸出為正)相對(duì)于計(jì)劃功率PTs的偏差，ΔPT=PTa-PTs；ΔF為實(shí)際頻率fa相對(duì)于額定頻率fs的偏差，ΔF=fa-fs；B為控制區(qū)域的頻率偏差系數(shù)，MW/0.1 Hz，為負(fù)數(shù)。

CPS含CPS1和CPS2兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)計(jì)算公式為

(2)

(3)

式中，下標(biāo)1 min和10 min分別為1 min和10 min平均值；運(yùn)算符{·}T為對(duì)時(shí)段T(一年或一個(gè)月)取平均值；Bs為整個(gè)互聯(lián)電網(wǎng)的頻率偏差系數(shù)；ε1 min和ε10 min為頻率控制目標(biāo)，通常取互聯(lián)電網(wǎng)上一年度1 min 和10 min頻率平均偏差方均根的統(tǒng)計(jì)值；N為整個(gè)考核周期以10 min為間隔的總時(shí)段數(shù)；NαCF-2>1為其中αCF-2>1的時(shí)段數(shù)。

NERC規(guī)定，控制區(qū)域CPS考核合格的條件為，在一個(gè)月或一年內(nèi)滿足KCPS1≥100%且KCPS2≥90%?？梢?jiàn)，與原有A標(biāo)準(zhǔn)要求“10 min內(nèi)ACE必須過(guò)零一次”比較，NERC的CPS標(biāo)準(zhǔn)更注重評(píng)價(jià)互聯(lián)電網(wǎng)的長(zhǎng)期(一個(gè)月或一年)控制行為。

我國(guó)在引進(jìn)NERC的CPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)CPS進(jìn)行了大幅度的修改[19，20]。我國(guó)電網(wǎng)CPS指標(biāo)的形式與式(1)～式(3)類(lèi)似，但評(píng)價(jià)周期一般采用10 min或15 min，考核方式也有較大變化。以南方電網(wǎng)CPS[21]為例，每1 min統(tǒng)計(jì)一次，每10 min考核一次(取10 min內(nèi)KCPS1的平均值作為考核依據(jù))，考核標(biāo)準(zhǔn)為：①若KCPS1≥200%，表明控制區(qū)的控制行為對(duì)電網(wǎng)的頻率質(zhì)量有幫助，此時(shí)不要求考核CPS2指標(biāo)；②若100%≤KCPS1<200%，CPS1滿足要求，但同時(shí)要求CPS2指標(biāo)滿足要求；③若KCPS1<100%，表明區(qū)域電網(wǎng)不滿足CPS要求。

需要特別指出的是，當(dāng)以10 min為考核周期時(shí)，式(3)所示KCPS2指標(biāo)及其考核要求演化為

(4)

文獻(xiàn)[16，17]所提以及本文改進(jìn)的AGC機(jī)組動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度模型，其基本思想是基于負(fù)荷預(yù)測(cè)信息，考慮區(qū)域控制偏差A(yù)CE，在CPS標(biāo)準(zhǔn)下優(yōu)化AGC機(jī)組的調(diào)節(jié)功率?？紤]到希望所提模型與96點(diǎn)日前發(fā)電計(jì)劃進(jìn)行銜接，本文選取1 min為一個(gè)時(shí)段，以15 min作為CPS考核周期和AGC優(yōu)化周期。因此，在一個(gè)優(yōu)化周期內(nèi)，區(qū)域電網(wǎng)的ACE及CPS指標(biāo)按式(5)和式(6)計(jì)算。

(5)

(6)

式中，上標(biāo)t為第t個(gè)時(shí)段，t=1，…，15。

2AGC機(jī)組動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度的改進(jìn)模型

2.1決策變量

(7)

對(duì)于不參與二次調(diào)頻的非AGC機(jī)組j，第t個(gè)時(shí)段的出力為

(8)

2.2目標(biāo)函數(shù)

原模型的目標(biāo)函數(shù)包括CPS1指標(biāo)最優(yōu)和AGC輔助服務(wù)費(fèi)用最小兩個(gè)目標(biāo)。按第1節(jié)所述對(duì)CPS的考核要求，KCPS1最接近200%能夠兼顧AGC的控制性能和調(diào)節(jié)代價(jià)，即有

minf1=(2-KCPS1)2

(9)

由于發(fā)電機(jī)組的AGC服務(wù)一般是按照機(jī)組實(shí)發(fā)電量與計(jì)劃電量的偏差(包含正、負(fù)偏差)來(lái)計(jì)算輔助服務(wù)費(fèi)用[22]，本文將原模型的輔助費(fèi)用目標(biāo)修正為

(10)

在以上兩個(gè)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，本文引入各發(fā)電單位合同電量完成率的新目標(biāo)，以體現(xiàn)市場(chǎng)環(huán)境對(duì)完成合同電量以及公平性的追求，具體表達(dá)式為

(11)

式中，NC為控制區(qū)內(nèi)發(fā)電單位總數(shù)；NGj為第j個(gè)發(fā)電單位的機(jī)組總數(shù)；Wsj為第j個(gè)發(fā)電單位分解至本優(yōu)化周期內(nèi)的合同電量。

2.3等式約束

與原模型不同，本文在功率平衡方程中計(jì)入有功損耗和機(jī)組的一次調(diào)節(jié)功率。

(12)

(13)

(14)

(15)

2.4不等式約束

原模型考慮了以下約束條件：

1)CPS1指標(biāo)的上下限約束

(16)

式中，KCPS1按式(6)計(jì)算，“—”、“—”分別表示上下限，下同。

2)CPS2指標(biāo)的約束

(17)

3)機(jī)組出力的上下限約束

(18)

4)機(jī)組爬坡速率的上下限約束

(19)

5)AGC機(jī)組的最小持續(xù)爬坡時(shí)間約束

由于機(jī)組動(dòng)作存在慣性，當(dāng)機(jī)組處于向上(或向下)爬坡運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其爬坡?tīng)顟B(tài)必須維持一段時(shí)間才能進(jìn)行反向調(diào)節(jié)，該時(shí)間即為機(jī)組最小持續(xù)爬坡時(shí)間。最小持續(xù)爬坡時(shí)間實(shí)際上體現(xiàn)了對(duì)機(jī)組出力調(diào)整方向的限制。機(jī)組類(lèi)型或機(jī)組特性不同，最小持續(xù)爬坡時(shí)間也有差異。一般來(lái)說(shuō)，火電機(jī)組要求較長(zhǎng)的持續(xù)爬坡時(shí)間，而水電機(jī)組由于機(jī)組特性差異也可能存在該限制。

(20)

6)聯(lián)絡(luò)線功率偏差的上下限約束

(21)

7)系統(tǒng)頻率偏差的上下限約束

(22)

式中，ΔFt為第t個(gè)時(shí)段的系統(tǒng)頻率偏差，ΔFt=fta-fs。

除上述不等式約束之外，本文模型進(jìn)一步考慮以下支路及斷面潮流約束

(23)

(24)

(25)

3算例分析

3.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及仿真條件

第2節(jié)所述改進(jìn)模型是一個(gè)多階段、多目標(biāo)混合整數(shù)非線性規(guī)劃問(wèn)題，本文采用多目標(biāo)免疫進(jìn)化規(guī)劃算法[16，17]求解，并以IEEE 14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為原型系統(tǒng)對(duì)改進(jìn)模型進(jìn)行驗(yàn)證。算例接線圖如圖1所示。

圖1　算例系統(tǒng)Fig.1　Simulation system

假設(shè)IEEE-14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為所研究的區(qū)域電網(wǎng)，通過(guò)節(jié)點(diǎn)5與外網(wǎng)相連。節(jié)點(diǎn)3接入一裝機(jī)容量為200 MW的風(fēng)電場(chǎng)，線路1-5、2-5、2-4及3-4構(gòu)成區(qū)域內(nèi)的一個(gè)斷面。發(fā)電機(jī)組的數(shù)據(jù)如表1所示。

假設(shè)控制區(qū)域與整個(gè)互聯(lián)電網(wǎng)的頻率偏差系數(shù)分別為15.437 5 MW/0.1 Hz和92.625 MW/0.1 Hz；ε1 min和ε10 min分別取0.019 473和0.024 039；頻率偏差上下限取±0.1 Hz，聯(lián)絡(luò)線功率偏差上下限取±50 MW，CPS1指標(biāo)上下限約束為100%～400%。

表1　發(fā)電機(jī)組信息

假設(shè)區(qū)域總負(fù)荷在一個(gè)優(yōu)化周期的預(yù)測(cè)曲線如圖2所示，各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷功率按原IEEE-14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的負(fù)荷等比例進(jìn)行分配而得；參考重慶武隆四眼坪風(fēng)電場(chǎng)的歷史數(shù)據(jù)構(gòu)造節(jié)點(diǎn)3處風(fēng)電場(chǎng)的出力曲線，與原節(jié)點(diǎn)3的負(fù)荷功率進(jìn)行疊加，得到如圖3所示的等效負(fù)荷曲線。

圖2　區(qū)域負(fù)荷曲線Fig.2　Regional load curve

圖3　節(jié)點(diǎn)3等效負(fù)荷曲線Fig.3　Power curve of the equivalent load in bus 3

3.2改進(jìn)模型的有效性

對(duì)3.1節(jié)所述仿真系統(tǒng)，按原模型及本文改進(jìn)模型分別進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，優(yōu)化結(jié)果如表2所示，優(yōu)化模型的一些關(guān)鍵狀態(tài)變量如圖4所示。表2中，CASC表示AGC調(diào)節(jié)的輔助服務(wù)費(fèi)用；W1、W2分別表示發(fā)電單位Ⅰ和Ⅱ的合同電量完成率。

表2　兩種模型的優(yōu)化結(jié)果

圖4　兩種優(yōu)化模型的狀態(tài)變量Fig.4　State variable of two models

由圖4和表2可知，原模型與本文改進(jìn)模型均能有效保證電網(wǎng)對(duì)頻率偏差(±0.1 Hz)和聯(lián)絡(luò)線功率偏差(±50 MW)的要求，且KCPS1接近200%這一優(yōu)化目標(biāo)。與原模型相比，由于改進(jìn)模型中增加了合同電量完成率的優(yōu)化目標(biāo)，兩個(gè)發(fā)電單位合同電量完成率的差距由3%縮減為0.6%；但由于考慮了支路及斷面潮流安全約束以及有功損耗的影響，改進(jìn)模型的AGC輔助服務(wù)費(fèi)用有較大增加。

為進(jìn)一步說(shuō)明新增支路及斷面潮流約束的作用，圖5和圖6分別給出了兩種模型下典型支路2-3(節(jié)點(diǎn)2、3分別為AGC機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)接入節(jié)點(diǎn))及斷面各時(shí)段的傳輸功率(由于原模型并未考慮支路及斷面潮流功率約束，根據(jù)原模型所得AGC機(jī)組的調(diào)節(jié)功率，按式(25)計(jì)算得到相應(yīng)的支路及斷面的功率)。

圖5　支路2-3的傳輸功率Fig.5　Active power of branch 2-3

圖6　斷面的傳輸功率Fig.6　Active power of interface

由圖5、圖6可見(jiàn)，按原模型對(duì)AGC機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，支路2-3及斷面在優(yōu)化周期內(nèi)的某些時(shí)段均出現(xiàn)了不同程度的功率越限情況，而改進(jìn)模型則能有效保證AGC機(jī)組的調(diào)節(jié)決策滿足支路及斷面潮流安全約束。

另由圖3可見(jiàn)，由于節(jié)點(diǎn)3接有風(fēng)電場(chǎng)，疊加風(fēng)電功率后的等效負(fù)荷波動(dòng)幅度較大，尤其是在時(shí)段5處出現(xiàn)“陡升陡降”現(xiàn)象，而節(jié)點(diǎn)2接有AGC機(jī)組，且該機(jī)組的費(fèi)用系數(shù)最小，為應(yīng)對(duì)節(jié)點(diǎn)3等效負(fù)荷的大幅波動(dòng)，同時(shí)又追求AGC輔助服務(wù)費(fèi)用最小的優(yōu)化目標(biāo)，優(yōu)化模型引導(dǎo)節(jié)點(diǎn)2處的AGC機(jī)組進(jìn)行較大幅度的出力調(diào)整，導(dǎo)致支路2-3及斷面?zhèn)鬏敼β食霈F(xiàn)較大變動(dòng)，原模型因未考慮支路及斷面潮流安全約束而出現(xiàn)了功率越限的不良后果。

為分析有功功率損耗對(duì)AGC調(diào)節(jié)功率決策的影響，在改進(jìn)模型中去掉支路及斷面潮流安全約束，針對(duì)計(jì)及/不計(jì)有功損耗兩種情況進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。圖7為兩種情況下支路2-3的功率。可見(jiàn)，由于有功損耗的影響，與不計(jì)損耗的情況比較，支路2-3的功率出現(xiàn)不同程度的變化(除第3個(gè)時(shí)段外，其余時(shí)段的功率均增大)，在第5及15兩個(gè)時(shí)段甚至出現(xiàn)功率越限的情況。因此，當(dāng)優(yōu)化模型中考慮支路功率約束后，是否考慮有功損耗會(huì)影響AGC機(jī)組調(diào)節(jié)功率的決策。

圖7　支路2-3的傳輸功率Fig.7　Active power of branch 2-3

3.3關(guān)于CPS1指標(biāo)的討論

如前所述，CPS標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)作為互聯(lián)電網(wǎng)AGC控制(特別是對(duì)于10 min或15 min短期AGC考核)的約束條件還是目標(biāo)，現(xiàn)有文獻(xiàn)還有一些不同看法[18]。第2節(jié)所述優(yōu)化模型同時(shí)考慮了CPS1指標(biāo)和CPS2指標(biāo)約束(式(16)和式(17))以及CPS1指標(biāo)的目標(biāo)(式(9))，其物理意義在于要求區(qū)域電網(wǎng)在優(yōu)化周期內(nèi)嚴(yán)格滿足CPS1和CPS2指標(biāo)的硬約束，同時(shí)追求CPS1指標(biāo)的最優(yōu)。

為分析CPS1指標(biāo)作為目標(biāo)/約束對(duì)AGC決策的影響，設(shè)計(jì)以下3種方案(為方便分析，以下各方案均不考慮合同電量完成率目標(biāo))：

1)CPS1指標(biāo)同時(shí)作為目標(biāo)和約束條件。該方案與第2節(jié)所述改進(jìn)模型的差別僅在于不考慮合同電量完成率目標(biāo)。

2)CPS1指標(biāo)僅作為約束、不作為優(yōu)化目標(biāo)，即此時(shí)優(yōu)化模型僅考慮AGC輔助服務(wù)費(fèi)用最小的目標(biāo)，約束條件與第2節(jié)所述改進(jìn)模型相同。

3)CPS1指標(biāo)僅作為目標(biāo)、不作為約束。該方案同時(shí)考慮AGC輔助服務(wù)費(fèi)用最低的目標(biāo)，其余約束條件與第2節(jié)所述改進(jìn)模型相同。

表3為3種方案的CPS1指標(biāo)及AGC輔助服務(wù)費(fèi)用，表中ΔCASC表示以方案1為基準(zhǔn)，各方案輔助服務(wù)費(fèi)用的相對(duì)增量。

表3　3種方案下CPS1指標(biāo)及AGC調(diào)節(jié)輔助服務(wù)費(fèi)用

由表3可見(jiàn)，與方案3相比，由于考慮了CPS1指標(biāo)約束，方案1和方案2均能滿足CPS標(biāo)準(zhǔn)的考核要求(即100%≤KCPS1≤400%)，由于方案1考慮了CPS1目標(biāo)，其優(yōu)化結(jié)果也保證了KCPS1更接近于200%，代價(jià)是增加了AGC的輔助服務(wù)費(fèi)用；方案3將CPS1指標(biāo)作為目標(biāo)，放開(kāi)了對(duì)CPS1指標(biāo)的硬約束，雖然大幅度降低了AGC的輔助服務(wù)費(fèi)用(相對(duì)于方案1減少約35%，相對(duì)于方案2減少約20%)，但優(yōu)化結(jié)果既未達(dá)到KCPS1接近于200%的目標(biāo)，也不滿足CPS1標(biāo)準(zhǔn)的考核要求。

以上3種方案體現(xiàn)了互聯(lián)電網(wǎng)對(duì)AGC控制性能的不同要求(方案1的要求最高，方案2其次，方案3最低)。但是，3種方案都對(duì)優(yōu)化周期內(nèi)的頻率偏差、聯(lián)絡(luò)線偏差及ACE進(jìn)行了約束，均能滿足互聯(lián)電網(wǎng)對(duì)頻率和聯(lián)絡(luò)線功率控制的基本要求。因此，實(shí)際運(yùn)行中，互聯(lián)電網(wǎng)可根據(jù)對(duì)AGC控制性能的不同要求，通過(guò)選取不同方案構(gòu)造AGC機(jī)組的優(yōu)化調(diào)度模型。

4結(jié)論

針對(duì)現(xiàn)有AGC動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度模型中存在的一些問(wèn)題，本文通過(guò)在原模型中考慮有功損耗的影響，引入支路及斷面潮流安全約束，修正AGC輔助服務(wù)費(fèi)用目標(biāo)，并增加發(fā)電單位合同電量完成率的新目標(biāo)，提出了AGC機(jī)組優(yōu)化調(diào)度的改進(jìn)模型。

基于IEEE-14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的仿真結(jié)果表明，所提改進(jìn)模型能夠在保證電網(wǎng)對(duì)頻率偏差、聯(lián)絡(luò)線功率偏差和CPS指標(biāo)要求的條件下，降低AGC的調(diào)節(jié)成本，實(shí)現(xiàn)AGC控制性能和控制成本的協(xié)調(diào)。與原模型相比，改進(jìn)模型不僅能有效保證AGC決策不違反網(wǎng)絡(luò)安全約束，還能促進(jìn)各發(fā)電單位完成合同電量。關(guān)于CPS1指標(biāo)的討論表明，CPS1指標(biāo)作為優(yōu)化模型和(或)約束條件體現(xiàn)了對(duì)AGC控制性能的不同要求，實(shí)際電網(wǎng)可根據(jù)具體情況選取不同的處理方案來(lái)構(gòu)造不同的AGC優(yōu)化模型。

參考文獻(xiàn)

[1]Jaleeli N，Vanslyck L S，Ewart D，et al.Understanding automatic generation control[J].IEEE Transactions on Power System，1992，7(3)：1106-1122.

[2]Ibraheem，Kumar P，Kothari D P.Recent philosophies of automatic generation control strategies in power systems[J].IEEE Transactions on Power Systems，2005，20(1)：346-357.

[3]顏偉，趙瑞鋒，趙霞，等.自動(dòng)發(fā)電控制中控制策略研究發(fā)展綜述[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，41(8)：149-155.

Yan Wei，Zhao Ruifeng，Zhao Xia，et al.Review on control strategies in automatic generation control[J].Power System Protection and Control，2013，41(8)：149-155.

[4]高宗和，滕賢亮，張小白.互聯(lián)電網(wǎng)CPS標(biāo)準(zhǔn)下的自動(dòng)發(fā)電控制策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29(19)：40-44.

Gao Zonghe，Teng Xianliang，Zhang Xiaobai.Automatic generation control strategy under control performance standard for interconnected power system[J].Automation of Electric Power Systems，2005，29(19)：40-44.

[5]余濤，周斌，陳家榮.基于多步回溯Q(λ)學(xué)習(xí)的互聯(lián)電網(wǎng)隨機(jī)最優(yōu)CPS控制[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2011，26(6)：179-186.

Yu Tao，Zhou Bin，Chan Jiarong.Stochastic optimal CPS control for interconnected power girds using multi-step backtrackQ(λ) learning[J].Transactions of China Electrotechnical Society，2011，26(6)：179-186.

[6]Rishabh V，Shalini P，Sathans S.Intelligent automatic generation control of two-area hydrothermal power system using ANN and fuzzy logic[C]//IEEE International Conference on Communication Systems and Network Technologies，Gwalior，2013：552-556.

[7]Sahu R K，Panda S，Sekhar G T C.A novel hybrid PSO-PS optimized fuzzy PI controller for AGC in multi area interconnected power systems[J].International Journal of Electrical Power and Energy Systems，2015，64(1)：880-893.

[8]Bevrani H，Daneshfar F，Hiyama T.A new intelligent agent-based AGC design with real-time Application[J].IEEE Transactions on Systems，Man，and Cybernetics，Part C：Applications and Reviews，2012，42(6)：994-1002.

[9]余濤，周斌.基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的互聯(lián)電網(wǎng)CPS自校正控制[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37(10)：33-38.

Yu Tao，Zhou Bin.Reinforcement learning based CPS self-tuning control methodology for interconnected power system[J].Power System Protection and Control，2009，37(10)：33-38.

[10]Banakar H，Luo Changling，Boon T O.Impacts of wind power minute-to-minute variations on power system operation[J].IEEE Transactions on Power Systems，2008，23(1)：150-160.

[11]Jaleeli N，Vanslyck L S.NERC’s new control performance standards[J].IEEE Transactions on Power Systems，1999，14(3)：1092-1099.

[12]高宗和，丁恰，溫柏堅(jiān)，等.利用超短期負(fù)荷預(yù)報(bào)實(shí)現(xiàn)AGC的超前控制[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000，24(11)：42-44.

Gao Zonghe，Ding Qia，Wen Bojian，et al.AGC-in-advance based on super-short-term load forecasting[J].Automation of Electric Power Systems，2000，24(11)：42-44.

[13]陳銘，劉嬈，呂泉，等.AGC機(jī)組分群控制策略[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，37(3)：868-873.

Chen Ming，Liu Rao，Lü Quan，et al.A grouping control strategy for AGC units[J].Power Systems Technology，2013，37(3)：868-873.

[14]李樹(shù)山，廖勝利，申建建，等.廠網(wǎng)協(xié)調(diào)模式下梯級(jí)AGC控制策略[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34(7)：1113-1123.

Li Shushan，Liao Shengli，Shen Jianjian，et al.Automatic generation control strategies of cascaded hydropower plants oriented to the coordination of power plants and power grids[J].Proceedings of the CSEE，2014，34(7)：1113-1123.

[15]李濱，韋化，農(nóng)蔚濤，等.基于現(xiàn)代內(nèi)點(diǎn)理論的互聯(lián)電網(wǎng)控制性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下的AGC控制策略[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28(25)：56-61.

Li Bin，Wei Hua，Nong Weitao，et al.AGC control strategy under control performance standard for interconnected power gird based on optimization theory[J].Proceeding of the CSEE，2008，28(25)：56-61.

[16]Yan Wei，Zhao Ruifeng，Zhao Xia，et al.Dynamic optimization model of AGC strategy under CPS for interconnected power system[J].International Review of Electrical Engineering，2012，7(5)：5733-5743.

[17]趙瑞鋒.互聯(lián)電網(wǎng)AGC的動(dòng)態(tài)優(yōu)化策略及其在線計(jì)算平臺(tái)研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2013.

[18]Zhang P.CPS Based Control Algorithms for Modern AGC Systems[R].California：California Independent System Operator(CAISO)，2002.

[19]巴宇，劉嬈，李衛(wèi)東.CPS及其考核在北美與國(guó)內(nèi)的應(yīng)用對(duì)比[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36(15)：63-72.

Ba Yu，Liu Rao，Li Weidong.Comparison of CPS and its assessment between North America and China[J].Automation of Electric Power Systems，2012，36(15)：63-72.

[20]汪德星.關(guān)于CPS應(yīng)用的學(xué)術(shù)討論[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36(15)：73-77，82.

Wang Dexing.Academic discussions on CPS application[J].Automation of Electric Power Systems，2012，36(15)：73-77，82.

[21]黃韜，王堅(jiān).南方電網(wǎng)頻率控制性能標(biāo)準(zhǔn)考核方法探討[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2012，6(1)：34-37.

Huang Tao，Wang Jian.On the frequency-control performance standard for china southern power grid[J].Southern Power System Technology，2012，6(1)：34-37.

[22]葛炬，張粒子，周小兵，等.AGC機(jī)組參與電力市場(chǎng)輔助服務(wù)的探討[J].電網(wǎng)技術(shù)，2002，26(12)：61-65.

Ge Ju，Zhang Lizi，Zhou Xiaobing，et al.Discussion on AGC units participating ancillary services in electricity market[J].Power System Technology，2002，26(12)：61-65.

[23]Cardell J B.Marginal loss pricing for hours with transmission congestion[J].IEEE Transactions on Power Systems，2007，22(4)：1466-1474.

[24]朱澤磊，周京陽(yáng)，潘毅，等.考慮電力電量平衡的安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33(10)：168-176.

Zhu Zelei，Zhou Jingyang，Pan Yi，et al.Constrained economic dispatch considering balance of electric power and energy[J].Proceedings of the CSEE，2013，33(10)：168-176.

趙霞女，1975年生，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

E-mail：zx@cqu.edu.cn

張榮榮男，1991年生，碩士研究生，研究方向?yàn)樽詣?dòng)發(fā)電控制及電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度。

E-mail：jeson09@163.com(通信作者)

作者簡(jiǎn)介

中圖分類(lèi)號(hào)：TM734

收稿日期2015-06-23改稿日期2015-09-17

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51307186)。