專利名稱：基于水火電聯(lián)合優(yōu)化調度的agc機組協(xié)調控制方法
基于水火電聯(lián)合優(yōu)化調度的AGC機組協(xié)調控制方法技術領域
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)控制技術領域，更準確地說本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)水火電聯(lián)合優(yōu)化調度的AGC機組協(xié)調控制方法。
背景技術：
目前我國電網的能源供應結構決定了參與AGC調節(jié)的機組主要分為水電機組和火電機組兩大類。水電機組響應速度快，具有非常好的調節(jié)性能，但在我國大部分地區(qū)電網中占有的配比較少，單純依靠水電機組無法完全滿足AGC調節(jié)備用的需要；另一方面，為了最大限度的利用水能資源，水電機組在豐水期應盡量處于多發(fā)、滿發(fā)狀態(tài)，這種方式使其調節(jié)容量受到很大限制；而在枯水期，水電站水能總量有限，導致水電機組的AGC調節(jié)能力又大大降低，電網的調頻調峰壓力都轉移到火電機組。然而，盡管火電機組在電網裝機容量中的占比優(yōu)勢明顯，具有龐大的調節(jié)備用儲備可供挖掘，但其響應速度慢，調節(jié)過程受煤質影響較大，無法及時準確地跟蹤主站AGC指令。如何合理協(xié)調電網內部的水火電資源，充分利用電網現(xiàn)有機組擴展AGC調節(jié)容量，規(guī)避水火電調節(jié)資源呈現(xiàn)出的性能差異，在網省級電網范圍內實現(xiàn)“水火協(xié)調、相互補充、共同促進”的資源優(yōu)化配置，具有重要的現(xiàn)實意義。
文獻一《河南電網AGC水火電聯(lián)調實驗研究》(電力系統(tǒng)自動化2008年第32卷第6期第99頁)采用了兩種方案來解決水火電AGC機組的協(xié)調問題。一是利用調節(jié)速度慢的火電機組同步跟蹤系統(tǒng)負荷變化，在超短期負荷控制模式下進行超前控制，水電機組實時跟蹤系統(tǒng)頻率及聯(lián)絡線交換功率。另一種方案是在等可調容量比例模式的基礎上，利用分擔因子使火電機組與水電機組共同承擔區(qū)域調節(jié)量。
文獻一提出的控制方案，利用機組基點功率計算方式的不同在時間尺度上對水火電機組進行了初步協(xié)調。這兩種方案能夠增加區(qū)域的調節(jié)備用容量，避免出現(xiàn)調節(jié)速率快的機組過早失去調節(jié)能力的現(xiàn)象發(fā)生。但值得注意的是，固定分擔因子和控制區(qū)域的自然分配特性無法使區(qū)域調節(jié)需求在水火電機組間達到合理平衡，僅利用基點功率的調整也無法從根本上解決機組協(xié)調問題。
文獻二《云南電網水火電機組AGC協(xié)調優(yōu)化控制策略》(電力系統(tǒng)自動化2009年第33卷第20期第96頁)根據(jù)系統(tǒng)負荷和聯(lián)絡線曲線的時間分布特性將全天分為五個時段，各時段按照負荷變化陡峭程度提前安排水火電機組的控制策略。在系統(tǒng)負荷快速變化時段利用中小水電機組調節(jié)聯(lián)絡線功率波動和系統(tǒng)頻率變化，大型水電廠僅在區(qū)域控制偏差較大時參與調節(jié)，所有火電機組均根據(jù)超短期負荷預測結果參與AGC集群控制；在系統(tǒng)負荷平穩(wěn)階段，中小水電和性能較好的火電機組維持原有控制模式，大型水電廠帶基本負荷，性能較差的火電機組改為跟蹤日前計劃。
文獻二提及的分時段控制方法，是在考慮控制區(qū)域有功功率平衡約束的前提下進行機組協(xié)調。和文獻一類似，在采用固定分擔因子比例分配區(qū)域調節(jié)需求的方法時，機組往返調節(jié)的現(xiàn)象較為明顯，每臺機組承擔的調節(jié)量較小，調節(jié)能力無法得到充分發(fā)揮。另外，各時段控制策略均需根據(jù)系統(tǒng)負荷水平提前制定，在應對差異性運行工況時無法滿足實時性要求。文獻三《有功超前控制和在線水火電協(xié)調控制策略》(電力系統(tǒng)自動化2008年第32卷第22期第16頁)從時間和空間的不同角度論述了水火電機組的在線協(xié)調策略。基于超前控制在電力系統(tǒng)有功調度不同時間段上的應用模型，提出的將水火電AGC機組按照優(yōu)先級進行分組和排序的方式共同承擔超前調節(jié)總量的分配方法，實現(xiàn)了發(fā)電機組在時間上的協(xié)調；而解耦跟蹤區(qū)域調節(jié)功率和內部穩(wěn)定斷面的方法，則達到了在空間維度上進行協(xié)調控制的目的。和文獻一、文獻二相比，文獻三提出的方法不再采用固定分擔因子作為唯一的分配條件，在水火電機組協(xié)調控制的不同層面進行了探索。然而，優(yōu)先級排序策略僅在超前控制方式下使用，這一前提條件使機組受實時控制模式的限制較大，控制策略缺乏較好的普遍適應性；而空間上的解耦則與需要監(jiān)視的控制斷面緊密綁定，無法適應斷面目標的靈活切換。經初步檢索，暫未發(fā)現(xiàn)有與本發(fā)明內容相關的專利條目。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是:1、對采用唯一的固定分擔因子和局部優(yōu)先級策略分配區(qū)域總調節(jié)功率的方式進行改進，使所有AGC水火電機組在全局范圍內共同承擔區(qū)域調節(jié)量；2、提供一種水火電AGC機組在線協(xié)調控制方法，采用分組控制技術和設定目標動態(tài)跟蹤方式，實現(xiàn)AGC控制策略的在線實時變更；3、提升水火電機組聯(lián)合參與AGC控制的調節(jié)品質，充分發(fā)揮不同類型AGC機組的調節(jié)潛能。為解決以上問題，本發(fā)明是采取以下的技術方案來實現(xiàn)的:一種基于水火電聯(lián)合優(yōu)化調度的AGC機組協(xié)調控制方法，其特征在于，包括以下步驟:I)在AGC系統(tǒng)中建立一個主控制區(qū)，用于跟蹤系統(tǒng)頻率偏差和聯(lián)絡線計劃偏移，執(zhí)行常規(guī)策略下的調整任務，并設置控制組組間分配初始策略，若采用優(yōu)先級方式，需要確定優(yōu)先級初始策略；2)建立機組跟蹤目標數(shù)學模型，用于構建機組動態(tài)調整目標的向量空間；利用SCADA量測組合計算公式，確定跟蹤目標與組合公式的關聯(lián)屬性；3)按照機組調節(jié)特性的差異，建立控制組初始模型，包括組內控制策略、正負緊急區(qū)門檻、控制組調節(jié)模式、控制組分擔因子等內容；4)建立電廠控制器模型，設置機組控制參數(shù)，并根據(jù)調節(jié)特性確定機組與系統(tǒng)已有控制分組之間的隸屬關系；5)根據(jù)系統(tǒng)當前運行狀態(tài)和機組調節(jié)特性擬定分組策略，在線調整機組跟蹤目標和所屬控制組；6)機組所屬控制組需要按照跟蹤目標與控制組之間的一對多關系協(xié)調搭配，針對錯誤組合進行重新匹配和糾正處理；7)按照區(qū)域控制模式計算總調節(jié)需求，啟用動態(tài)死區(qū)屏蔽策略:當調節(jié)需求小于動態(tài)死區(qū)衰減門檻時，調節(jié)需求清零，以濾除由于高頻噪音因素引起的隨機擾動；8)將區(qū)域總調節(jié)需求在各控制組組間進行分配。分配原則為:組間若采用優(yōu)先級方式，全部控制組均按照選定原則排序，為充分利用水電資源，水電機組始終排在火電機組前面；若采用比例分擔方式，則利用組內機組分擔因子之和作為控制組分擔因子承擔分組
調節(jié)量；9)將控制組總調節(jié)量在組內進行分配。分配原則為:若采用優(yōu)先級方式，需要進行糾錯預處理，在確定主、次排序因子后計算機組順序號，各機組按照最大可分配裕度承擔調節(jié)量；組內若采用比例分擔方式，則按照機組分擔因子重新分配，未完成的區(qū)域調節(jié)量需進行適當轉移；10)對協(xié)調策略控制系統(tǒng)產生的原始指令進行安全校核，包括:機組反向延時校驗、控制信號死區(qū)校驗、允許控制命令校驗、最大調節(jié)量校驗、機組運行限值校驗等。本發(fā)明所達到的有益效果:本發(fā)明提供的水火電聯(lián)合調度策略在區(qū)域調節(jié)需求變化頻繁時，能夠減少機組往返調節(jié)次數(shù)，降低機組磨損；使各機組根據(jù)自身的實際調節(jié)能力，按照不同的控制目標區(qū)別調節(jié)；使區(qū)域總調節(jié)需求在機組之間合理分配，充分發(fā)揮機組調節(jié)備用對AGC的支撐作用。
圖1為控制組組間分配策略邏輯框圖；圖2為控制組采用優(yōu)先級分配策略的示意圖；圖3為控制組組內分配策略 邏輯框圖。
具體實施例方式在本發(fā)明中,披露了一種基于控制分組的AGC建模方法:在AGC系統(tǒng)中建立主控制區(qū)，用于跟蹤系統(tǒng)頻率偏差及聯(lián)絡線計劃偏移。主控制區(qū)是區(qū)域總調節(jié)功率的計算載體，具體方式由區(qū)域控制模式決定。以TBC(Tie_line Bias Control，聯(lián)絡線頻率偏差控制，一種同時考慮系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡線偏差的控制模式)方式為例，當主控制區(qū)同時包含系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡線交換分量時，ACE (Area Control Area,區(qū)域控制偏差)的計算方式為:ACE = K (f-f0) + (P-P0) (I)在考慮時差矯正分量的情況下，ACE的計算方式變更為:ACE = K (f-f0- 8f) + (P-P0) (2)在考慮無意電量償還分量的情況下，ACE的計算方式變更為:ACE = K (f-f0) + (P-P0- 8 P) (3)式⑴ (3)中，K是由發(fā)電機組和負荷共同決定的系統(tǒng)頻偏系數(shù)分別代表系統(tǒng)當前時刻的實時頻率和計劃頻率；P、Pc)表示主控制區(qū)和相鄰區(qū)域之間聯(lián)絡線交換功率的在線量測和計劃值；S f表示時差矯正分量；5 P表示無意電量矯正分量?？梢钥闯觯骺刂茀^(qū)模型中的頻率測點、聯(lián)絡線測點和計劃值測點均是必不可少的參數(shù)。除此之外，還需要為主控制區(qū)即將擁有的控制分組指定組間控制策略初始值，包括比例分配和優(yōu)先級兩種。在指定為優(yōu)先級策略時，需要進一步設置具體的優(yōu)先級方式，包括調節(jié)裕度、計劃偏差、人工指定等方式。
控制分組模型需要在主控制區(qū)域的基礎上建立，區(qū)域和控制組呈現(xiàn)一對多的邏輯關系。一般情況下，AGC機組可以按照下列分類屬性使機組并入不同控制組:a)機組基本屬性,如水電機組和火電機組；b)調節(jié)總容量大小，如中小水電機組和大容量水電站；c)調節(jié)速率快慢；d)與重要監(jiān)視斷面的關聯(lián)程度；e)水電機組上下游關系；f)機組地緣特征等。
控制分組模型決定了水火電AGC機組協(xié)調分配策略的具體實施方式
，在模型建立過程中需要對其基本屬性進行初始化。具體內容包括:為組間比例分配方式指定控制組總分擔因子；為優(yōu)先級方式指定具體策略，如可調裕度、計劃偏差、調節(jié)速率、上網電價、能耗高低；確定組內主、次策略搭配方式；控制組的緊急控制門檻等。
為擴展AGC機組控制目標的多樣性，在本發(fā)明中，披露了一種適應水火電機組協(xié)調控制的分區(qū)建模方法。在已建立的主控制區(qū)域基礎上，增加各控制組對應的目標分區(qū)，形成水火電AGC機組跟蹤目標向量空間。典型的應用包括:系統(tǒng)解列后的分區(qū)控制；特定支路的斷面潮流跟蹤；對外部區(qū)域的定點支援等等。
各目標分區(qū)與 主控制區(qū)域以平行關系模式存在。主控制區(qū)域的控制目標來源于內部的ACE計算結果，或者是上級調度機構直接下發(fā)的ACE量測；而目標分區(qū)的跟蹤要點則是基于SCADA量測(遙測ACE之外的其它量測)的組合公式的計算結果。這些結果均以遙測ACE的方式接入各目標分區(qū)，實現(xiàn)AGC控制區(qū)域的等效轉換。
目標分區(qū)的頻率測點、聯(lián)絡線測點和計劃值測點均不是必不可少的組成部分，但考慮到目標分區(qū)在本質上也是一種特殊的控制區(qū)域，仍需指定對應量測來源，以方便系統(tǒng)進行統(tǒng)一化處理。簡單的方法是借用主控制區(qū)域的相關量測，使目標分區(qū)能夠順利通過區(qū)域量測有效性校驗。
為保證控制分組采用的策略準確生效，目標分區(qū)的ACE各段門檻值的設置也需要加以注意。通常情況下，當控制區(qū)域處于次緊急狀態(tài)時，若機組的調節(jié)功率不利于ACE的恢復，本次AGC指令會被系統(tǒng)取消；當控制區(qū)域處于緊急狀態(tài)時，機組的基點功率若不利于區(qū)域ACE的恢復，則強制基點功率回歸到實際出力，此時的分擔因子取機組調節(jié)速率。因此，若跟蹤目標的原始量測較大，目標分區(qū)的ARR(Area Regulation Requirement,區(qū)域調節(jié)需求)次緊急區(qū)門檻和緊急區(qū)門檻也應適當放大。一般地，使目標分區(qū)能夠經常處于正常調節(jié)區(qū)為佳。
在本發(fā)明中，披露了一種適應水火電AGC機組協(xié)調控制的區(qū)域調節(jié)需求組間分配方法。附圖1為調節(jié)量在控制組之間進行分配的示意圖，以下論述選取跟蹤系統(tǒng)頻率和區(qū)域間聯(lián)絡線為目標的主控制區(qū)域為例加以說明。處于正常調節(jié)模式的控制組在任何情況下均參與區(qū)域總調節(jié)需求的目標分配，而屬于緊急調節(jié)模式的控制組則僅當主控制區(qū)ARR超過緊急區(qū)門檻時才參與調節(jié)。
若控制組之間采用優(yōu)先級方式參與分配，組分擔因子則是需要考慮的重要因素。根據(jù)優(yōu)先級策略的不同，組分擔因子的計算方式也有所不同:
I)調節(jié)裕度優(yōu)先級。以機組當前剩余可調容量比例為基準計算分擔因子。
權利要求
1.基于水火電聯(lián)合優(yōu)化調度的AGC機組協(xié)調控制方法，其特征在于，包含以下步驟: 1)在AGC系統(tǒng)中建立一個主控制區(qū)，用于跟蹤系統(tǒng)頻率偏差和聯(lián)絡線計劃偏移，執(zhí)行常規(guī)策略下的調整任務，并設置控制組組間分配初始策略，若采用優(yōu)先級方式，確定優(yōu)先級初始策略； 2)建立機組跟蹤目標數(shù)學模型，用于構建機組動態(tài)調整對象的向量空間；利用SCADA量測組合動態(tài)目標的計算公式，確定跟蹤目標與組合公式的關聯(lián)屬性； 3)按照機組調節(jié)特性的差異，建立控制組初始模型，包括組內控制策略、正負緊急區(qū)門檻、控制組調節(jié)模式、控制組分擔因子； 4)建立電廠控制器模型，設置機組控制參數(shù)，并根據(jù)調節(jié)特性確定機組與系統(tǒng)已有控制分組之間的隸屬關系； 5)根據(jù)系統(tǒng)當前運行狀態(tài)和機組調節(jié)特性擬定分組策略，在線調整機組跟蹤目標和所屬控制組； 6)機組所屬控制組按照跟蹤目標與控制組之間的一對多關系協(xié)調搭配，針對錯誤組合進行重新匹配和糾正處理； 7)按照區(qū)域控制模式計算總調節(jié)需求，啟用動態(tài)死區(qū)屏蔽策略:當調節(jié)需求小于動態(tài)死區(qū)衰減門檻時，調節(jié)需求清零，以濾除由于高頻噪音因素引起的隨機擾動； 8)將區(qū)域總調節(jié)需求在各控制組組間進行分配； 9)將控制組總調節(jié)量在組內進行分配； 10)對協(xié)調策略控制系統(tǒng)產生的原始指令進行安全校核，包括:機組反向延時校驗、控制信號死區(qū)校驗、允許控制命令校驗、最大調節(jié)量校驗、機組運行限值校驗等。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于水火電聯(lián)合優(yōu)化調度的AGC機組協(xié)調控制方法，其特征在于:在步驟I)中，當主控制區(qū)同時包含系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡線交換分量時，ACE的計算方式為:ACE = K.(f-f0) +(P-P0) (I) 在考慮時差矯正分量的情況下，ACE的計算方式為:ACE = K.(f-f0- δ f) + (P-P0) (2) 在考慮無意電量償還分量的情況下，ACE的計算方式為:ACE = K.(f-f0) + (P -P0- δ P) (3) 式(I) (3)中，K是由發(fā)電機組和負荷共同決定的系統(tǒng)頻偏系數(shù)分別代表系統(tǒng)當前時刻的實時頻率和計劃頻率；Ρ、Ρο表示主控制區(qū)和相鄰區(qū)域之間聯(lián)絡線交換功率的在線量測和計劃值；S f表示時差矯正分量；S P表示無意電量矯正分量。
2、根據(jù)權利要求1所述的基于水火電聯(lián)合優(yōu)化調度的AGC機組協(xié)調控制方法，其特征在于:在步驟2)中，在已建立的主控制區(qū)域的基礎上，增加各控制組的目標分區(qū)，按照實際的調度需求和控制目標，為區(qū)域內的水火電AGC機組構造目標空間。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于水火電聯(lián)合優(yōu)化調度的AGC機組協(xié)調控制方法，其特征在于:在所述步驟2)中，各目標分區(qū)與主控制區(qū)域以平行關系模式存在，主控制區(qū)域的控制目標來源于內部的ACE計算結果，或者是上級調度機構直接下發(fā)的ACE量測；而目標分區(qū)的跟蹤要點則直接來源于SCADA量測組合公式的計算結果，無論是上級下發(fā)的ACE，還是目標分區(qū)的跟蹤對象，均以遙測ACE的方式接入各目標分區(qū)，實現(xiàn)AGC控制區(qū)域的等效轉換。
4.根據(jù)權利要求3所述的基于水火電聯(lián)合優(yōu)化調度的AGC機組協(xié)調控制方法，其特征在于:目標分區(qū)的ACE各段門檻值的設置方法為:當控制區(qū)域處于次緊急狀態(tài)時，若機組的調節(jié)功率不利于ACE的恢復，則本次遙調指令被AGC系統(tǒng)取消；當控制區(qū)域處于緊急狀態(tài)時，機組的基點功率若不利于區(qū)域ACE的恢復，則強制基點功率回歸到實際出力，此時的分擔因子取機組調節(jié)速率。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于水火電聯(lián)合優(yōu)化調度的AGC機組協(xié)調控制方法，其特征在于:在步驟3) 6)中，水火電AGC機組按照不同的屬性劃分控制組，目標分區(qū)與控制組為一對多的關系，而每一個控制組下包含一 個或多個AGC機組。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于水火電聯(lián)合優(yōu)化調度的AGC機組協(xié)調控制方法，其特征在于:在步驟8) 9)中，優(yōu)先級策略和比例分配策略在控制組的組間、組內分配環(huán)節(jié)中同等對待，控制組內的所有機組均承擔調節(jié)量。
7.根據(jù)權利要求1所述的基于水火電聯(lián)合優(yōu)化調度的AGC機組協(xié)調控制方法，其特征在于:在步驟3) 9)中，控制組對應的目標分區(qū)和機組所屬的控制組關系均根據(jù)電力系統(tǒng)實時調度要求在線修改。
8.根據(jù)權利要求1所述的基于水火電聯(lián)合優(yōu)化調度的AGC機組協(xié)調控制方法，其特征在于:在所述步驟8)中，分配原則為:組間若采用優(yōu)先級方式，全部控制組均按照選定原則排序，為充分利用水電資源，水電機組排在火電機組前面；若采用比例分擔方式，則利用組內機組分擔因子之和作為控制組分擔因子承擔分組調節(jié)量。
9.根據(jù)權利要求1所述的基于水火電聯(lián)合優(yōu)化調度的AGC機組協(xié)調控制方法，其特征在于:在所述步驟9)中，分配原則為:若采用優(yōu)先級方式，則進行糾錯預處理，在確定主、次排序因子后計算機組順序號，各機組按照最大可分配裕度承擔調節(jié)量；組內若采用比例分擔方式，則按照機組分擔因子重新分配，未完成的區(qū)域調節(jié)量進行轉移。
10.根據(jù)權利要求8所述的基于水火電聯(lián)合優(yōu)化調度的AGC機組協(xié)調控制方法，其特征在于:在所述步驟8)中，若控制組之間采用優(yōu)先級方式參與分配，組分擔因子的計算方式為以下中的一種: 1)調節(jié)裕度優(yōu)先級，以機組當前剩余可調容量比例為基準計算分擔因子，
11.根據(jù)權利要求1所述的基于水火電聯(lián)合優(yōu)化調度的AGC機組協(xié)調控制方法，其特征在于:在所述步驟10)中，所述安全校驗方法，包括以下步驟: 1)機組反向延時校驗:在出現(xiàn)機組當前指令和前次指令方向不一致的情況時，設置一定的延時處理，以保證廠站側具有足夠的消化時間； 2)控制信號死區(qū)校驗:在指令下發(fā)環(huán)節(jié)，若機組AGC指令與當前實際出力小于控制信號死區(qū)，則取消本次調節(jié)；在調節(jié)量分配環(huán)節(jié)，則把當前機組取消的調節(jié)量轉移到下一個AGC機組； 3)控制命令允許測試校驗:對于PROP模式或次緊急區(qū)情況，若機組調節(jié)量與區(qū)域調節(jié)需求呈逆向分布，則機組不再參與本次調節(jié)； 4)最大調節(jié)量校驗:機組分配到的最終指令和當前實際出力的偏差不超過最大調節(jié)步長的限制； 5)機組運行限值校驗:機組運行限值是給定限值和遙測限值的交集結果，對于水電機組，機組指令運行在調節(jié)限值范圍內，而處于振動區(qū)域內的機組，則以給定步長快速離開禁止運行區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于水火電聯(lián)合優(yōu)化調度的AGC機組協(xié)調控制方法，包括下列步驟在系統(tǒng)中建立一個主控制區(qū)；根據(jù)策略需要建立目標分區(qū)，并按照AGC機組調節(jié)特性的差異確定控制組內容；在線設定水火電機組和控制組、控制組和目標分區(qū)的隸屬關系；優(yōu)先級方式按照調節(jié)裕度、計劃電量、上網電價等策略分配，比例方式則按既定分擔因子參與調節(jié)；未完成的調節(jié)量在組間、組內協(xié)調；最終調節(jié)指令則通過安全校核后下發(fā)。本發(fā)明通過以上步驟，能夠使所有水火電AGC機組共同承擔區(qū)域調節(jié)量，充分發(fā)揮各類機組對系統(tǒng)AGC調節(jié)的貢獻作用；通過在線修改控制策略的方式，可以滿足不同目標的動態(tài)跟蹤需求。
文檔編號H02J3/46GK103151801SQ20121003208
公開日2013年6月12日 申請日期2012年2月14日 優(yōu)先權日2012年2月14日
發(fā)明者汪俊余, 滕賢亮, 張小白, 高宗和, 戴則梅, 崔長江, 鄒清林, 鄭文彬, 唐健 申請人:國電南瑞科技股份有限公司, 廣西電網公司