適于多種電源接入的分散協(xié)調(diào)AGC控制方法

顏?？?，鄧長(zhǎng)虹，趙維興，黃文偉，張　達(dá)

(1. 武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，湖北武漢　430072；2. 貴州電網(wǎng)公司電力調(diào)度控制中心，貴州貴陽(yáng)　550002)

Decentralized Coordinated Automatic Generation Control Method Adapted to the Accessing of Multi-energy SourcesYAN Haijun1,DENG Changhong1,ZHAO Weixing2,HUANG Wenwei2,ZHANG Da1

(1. School of Electrical Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, China;

2.Guizhou Electronic Power Dispatch Control Centres, Guiyang 550002, China)

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適于多種電源接入的分散協(xié)調(diào)AGC控制方法

顏海俊1，鄧長(zhǎng)虹1，趙維興2，黃文偉2，張達(dá)1

(1. 武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，湖北武漢430072；2. 貴州電網(wǎng)公司電力調(diào)度控制中心，貴州貴陽(yáng)550002)

Decentralized Coordinated Automatic Generation Control Method Adapted to the Accessing of Multi-energy SourcesYAN Haijun1,DENG Changhong1,ZHAO Weixing2,HUANG Wenwei2,ZHANG Da1

(1. School of Electrical Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, China;

2.Guizhou Electronic Power Dispatch Control Centres, Guiyang 550002, China)

0引言

隨著環(huán)境保護(hù)問(wèn)題日益嚴(yán)峻，風(fēng)電、光伏以及小水電等電源作為可再生能源的重要組成，其在國(guó)內(nèi)電網(wǎng)的裝機(jī)容量近年來(lái)快速增長(zhǎng)[1-2]。由于此類電源出力的間歇性、隨機(jī)不確定性特點(diǎn)，它們以較大規(guī)模地并網(wǎng)，將會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行和電能質(zhì)量造成負(fù)面的影響，同時(shí)也會(huì)給當(dāng)前電網(wǎng)的有功頻率調(diào)節(jié)控制帶來(lái)新的難題[3-5]。為此國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要圍繞風(fēng)電等間歇性能源接入后的調(diào)度控制模式[6-8]、自動(dòng)發(fā)電控制(automatic generation control，AGC)策略[9-12]展開(kāi)研究。

以往電力系統(tǒng)中包含的發(fā)電能源主要為火電和水電等常規(guī)能源，此類能源在自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)中易于調(diào)控且功率變化較為平緩。但隨著目前風(fēng)電、光伏、徑流式小水電等間歇性能源大量并網(wǎng)，系統(tǒng)中出現(xiàn)發(fā)電能源多元化形式，同時(shí)，由于這些間歇性電源的分布呈現(xiàn)整體分散、局部集中的特點(diǎn)，它們的接入將會(huì)給當(dāng)前的自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)帶來(lái)以下問(wèn)題：當(dāng)電網(wǎng)中規(guī)?；旱拈g歇性電源短時(shí)產(chǎn)生較大功率波動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生較大的有功不平衡量，這種情況下其一可能造成全網(wǎng)的調(diào)頻壓力增大、AGC調(diào)節(jié)容量緊缺和頻率控制性能下降，其二可能帶來(lái)局部輸電阻塞的問(wèn)題。

對(duì)于以上兩方面問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了一定的改善方法。文獻(xiàn)[13-14]提出了根據(jù)超短期預(yù)測(cè)分析，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域控制偏差預(yù)估的AGC控制方法；文獻(xiàn)[15，16]給出一種在日前計(jì)劃?rùn)C(jī)組和AGC調(diào)節(jié)機(jī)組間增設(shè)協(xié)調(diào)機(jī)組，來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷跟蹤以改善調(diào)峰調(diào)頻性能的策略思路；文獻(xiàn)[17]則給出了一種風(fēng)、火打捆外送，抑制外送斷面功率波動(dòng)的AGC協(xié)調(diào)控制方法。

上述的研究分析對(duì)多種電源的接入帶來(lái)的有功頻率控制問(wèn)題給出了一定的解決思路，但這些方法未考慮多種電源負(fù)荷的空間分布情況以及區(qū)域機(jī)組調(diào)節(jié)分配上的協(xié)調(diào)，難以針對(duì)性地解決間歇性電源以整體分散、局部集中的方式接入后在AGC控制中遇到的問(wèn)題。因此，本文提出了一種適應(yīng)于多種電源接入的分散協(xié)調(diào)自動(dòng)發(fā)電控制方法，以下文中將從傳統(tǒng)AGC控制模式、分散協(xié)調(diào)AGC控制方法及協(xié)調(diào)策略等方面，探討多種電源接入電網(wǎng)帶來(lái)的有功頻率調(diào)節(jié)難題的適應(yīng)性解決方案。

1傳統(tǒng)AGC控制方法

傳統(tǒng)省級(jí)電網(wǎng)的AGC控制，一般采用頻率聯(lián)絡(luò)線偏差控制模式，在這種模式下控制的目標(biāo)明確，即維持電網(wǎng)頻率為給定值，保持與外區(qū)域的交換功率為計(jì)劃值，用區(qū)域控制偏差A(yù)CE來(lái)表征該目標(biāo)：

ACE=10B(f-fn)+(PT-Po)

(1)

式中：B為控制區(qū)的系統(tǒng)頻率偏差系數(shù)；f為系統(tǒng)當(dāng)前頻率；fn為額定頻率；PT為省際聯(lián)絡(luò)線實(shí)際交換功率；Po為省際聯(lián)絡(luò)線計(jì)劃交換功率。

調(diào)度中心根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行的情況計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻的ACE后，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的AGC控制器處理，即得到當(dāng)前控制周期的區(qū)域調(diào)節(jié)需求PARR。進(jìn)而形成了以滿足當(dāng)前區(qū)域調(diào)節(jié)需求PARR為控制目標(biāo)，以中調(diào)常規(guī)AGC機(jī)組為調(diào)節(jié)對(duì)象，并同時(shí)顧及機(jī)組調(diào)節(jié)容量約束的AGC控制方法。

此控制方法是在全網(wǎng)范圍內(nèi)對(duì)中調(diào)AGC機(jī)組進(jìn)行協(xié)調(diào)，通常采用較為固定的按機(jī)組容量比例分配方式對(duì)機(jī)組調(diào)節(jié)量進(jìn)行統(tǒng)一分配。但這種傳統(tǒng)AGC控制方法未考慮電源及負(fù)荷的分布特點(diǎn)，無(wú)法在機(jī)組調(diào)節(jié)分配時(shí)根據(jù)其分布特點(diǎn)體現(xiàn)差異性，同時(shí)也缺乏各地區(qū)不同調(diào)節(jié)特性機(jī)組間的協(xié)調(diào)配合，當(dāng)大量間歇性電源在局部地區(qū)密集接入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，若仍采用此方法將導(dǎo)致頻率調(diào)控性能下降，并可能在AGC控制過(guò)程中造成潛在的局部電網(wǎng)安全隱患問(wèn)題。

2省級(jí)電網(wǎng)分散協(xié)調(diào)AGC控制方法

2.1分散協(xié)調(diào)控制思想

電力系統(tǒng)中的電源與負(fù)荷分布的不平衡特性是客觀存在的，這一特點(diǎn)在我國(guó)大多數(shù)省級(jí)電網(wǎng)中表現(xiàn)得尤為突出。同時(shí)，間歇式電源在電網(wǎng)中空間分布也具有較大的差異性。在間歇性電源裝機(jī)容量占全網(wǎng)比重較高的地區(qū)電網(wǎng)，規(guī)?；洪g歇性電源在局部電網(wǎng)短時(shí)產(chǎn)生較大的有功不平衡量，不僅造成頻率波動(dòng)而影響全網(wǎng)的ACE[14]，而且會(huì)因?yàn)榇罅坑泄β孰y以就地消納，在送出時(shí)將可能導(dǎo)致輸電阻塞問(wèn)題。傳統(tǒng)的AGC控制方法并未充分考慮區(qū)域集群間歇性電源有功波動(dòng)的影響以及與常規(guī)機(jī)組的協(xié)調(diào)配合，將難以達(dá)到良好的頻率調(diào)控效果及滿足CPS考核指標(biāo)要求，同時(shí)亦可能導(dǎo)致局部輸電安全問(wèn)題。因此，需要針對(duì)傳統(tǒng)的AGC控制方法進(jìn)行改進(jìn)：宜根據(jù)電源負(fù)荷在區(qū)域的分布特點(diǎn)，設(shè)置相應(yīng)的分散協(xié)調(diào)控制區(qū)，使全網(wǎng)的AGC協(xié)調(diào)將根據(jù)電源的分布特點(diǎn)表現(xiàn)出差異化，進(jìn)而通過(guò)局部區(qū)域各類電源間配合，對(duì)多種能源接入密集區(qū)的有功控制進(jìn)行局部化協(xié)調(diào)，并充分考慮區(qū)域間歇性電源波動(dòng)情況和相應(yīng)的安全約束，增強(qiáng)局部地區(qū)就地分散協(xié)調(diào)控制能力，以改善頻率調(diào)節(jié)控制性能，這是實(shí)施AGC的分散協(xié)調(diào)控制的重要性所在。

2.2整體構(gòu)架

分散協(xié)調(diào)控制的關(guān)鍵在于分散協(xié)調(diào)區(qū)域的設(shè)置，選取合適的分散協(xié)調(diào)區(qū)域?qū)⒂欣诟纳迫W(wǎng)整體的頻率控制性能。根據(jù)上節(jié)描述，分散協(xié)調(diào)區(qū)的選取及劃分應(yīng)按照如下的原則：

① 分散協(xié)調(diào)控制區(qū)劃分主要考慮電網(wǎng)中含有較大規(guī)模密集接入的間歇性電源(如集群風(fēng)電場(chǎng)、規(guī)?；瘡搅魇叫∷娙?及一定數(shù)量的常規(guī)可調(diào)節(jié)能源的局部地區(qū)，且區(qū)域內(nèi)規(guī)?；拈g歇性電源裝機(jī)比例相對(duì)較高，易產(chǎn)生較大的有功波動(dòng)量；

② 局部區(qū)域電源與負(fù)荷比值較大的，區(qū)域電源發(fā)電難以本地消納而產(chǎn)生大量外送，且存在該地區(qū)的集群間歇性電源波動(dòng)及常規(guī)能源的調(diào)節(jié)容易造成局部相應(yīng)斷面聯(lián)絡(luò)線越限的情況。

基于以上原則，可根據(jù)實(shí)際情況將電網(wǎng)中的相應(yīng)區(qū)域劃分為分散協(xié)調(diào)控制區(qū)，則整個(gè)省級(jí)電網(wǎng)的AGC控制將形成如圖1所示的整體構(gòu)架。圖中，PT為省級(jí)聯(lián)絡(luò)線。

圖1　分散協(xié)調(diào)整體架構(gòu)

如公式(2)～(4)，將整個(gè)省級(jí)電網(wǎng)劃分為若干個(gè)分散協(xié)調(diào)控制區(qū)，以及一個(gè)集中控制區(qū)，如圖(1)所示。

(2)

(3)

式中:S為整個(gè)省級(jí)電網(wǎng);I為集中控制區(qū);A1、A2、……、Ai為各分散協(xié)調(diào)控制區(qū)。

對(duì)于集中控制區(qū)，有：

(4)

式中:C1、C2……Cj為集中控制區(qū)的中調(diào)AGC電廠。

根據(jù)前面劃分原則可知，對(duì)于分散協(xié)調(diào)控制區(qū)A1、A2、……、Ai，它們與集中控制區(qū)通過(guò)斷面T1、T2、……、Ti聯(lián)系，各區(qū)域內(nèi)部均包含有一定數(shù)量的常規(guī)可調(diào)控機(jī)組及占比容量較大的規(guī)模化集群間歇性電源。

3協(xié)調(diào)控制策略

3.1全網(wǎng)協(xié)調(diào)策略

基于上述整體構(gòu)架，省級(jí)調(diào)度中心根據(jù)全網(wǎng)AGC調(diào)節(jié)目標(biāo)制定的機(jī)組調(diào)控分配策略主要圍繞各中調(diào)AGC機(jī)組進(jìn)行，當(dāng)劃分分散協(xié)調(diào)控制區(qū)后，調(diào)度中心制定調(diào)配策略的機(jī)組群由集中控制區(qū)的中調(diào)電廠以及各“分散協(xié)調(diào)控制區(qū)”組成，即圖1所示的C1、C2、……、Cj及A1、A2、……、Ai。因此，為了使各分散協(xié)調(diào)控制區(qū)A1、A2、……、Ai的調(diào)節(jié)目標(biāo)與全網(wǎng)AGC目標(biāo)一致，每個(gè)分散協(xié)調(diào)區(qū)Ai將整體視為一個(gè)等效AGC電廠，納為可調(diào)資源進(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)分配。

視為等效AGC電廠的分散協(xié)調(diào)控制區(qū)，應(yīng)具備AGC控制中實(shí)際電廠的重要特征：當(dāng)前有功出力PAi、可調(diào)容量PAi，res以及最大調(diào)節(jié)速率RAi，max等。每個(gè)分散協(xié)調(diào)控制區(qū)Ai的等效屬性由其內(nèi)部所有可調(diào)控資源整合得到。由于每個(gè)分散協(xié)調(diào)控制區(qū)包含有一定數(shù)量常規(guī)AGC機(jī)組，因此Ai反映為一個(gè)具有相對(duì)較大調(diào)節(jié)容量的AGC電廠，可充分發(fā)揮該局部電源聯(lián)合調(diào)控的作用。如圖2所示，調(diào)度中心在制定全網(wǎng)調(diào)控分配策略時(shí)可參考等可調(diào)容量系數(shù)方法進(jìn)行合理調(diào)配，如式(5)-(7)：

(5)

(6)

(7)

式中:Ki，up為機(jī)組i可上調(diào)容量分配系數(shù),Ki，down為機(jī)組i可下調(diào)容量分配系數(shù)；Pi機(jī)組當(dāng)前實(shí)際出力；Pi，max、Pi，min分別為機(jī)組i的調(diào)節(jié)上下限；P∑，up、P∑,down分別為當(dāng)前所有正在運(yùn)行AGC機(jī)組的可調(diào)上下限總和；ΔPi為AGC機(jī)組的調(diào)節(jié)量。

圖2　省級(jí)電網(wǎng)AGC整體協(xié)調(diào)示意圖

在AGC全網(wǎng)協(xié)調(diào)中采用上述策略，充分考慮了分散協(xié)調(diào)控制區(qū)參與調(diào)控的能力，盡可能平衡各機(jī)組的調(diào)節(jié)裕度，并發(fā)揮包括“分散協(xié)調(diào)控制區(qū)”在內(nèi)等大容量機(jī)組在調(diào)節(jié)上的優(yōu)勢(shì)，以應(yīng)對(duì)多種集群間歇性電源短時(shí)有功較大波動(dòng)。通過(guò)該方法協(xié)調(diào)后得到各分散協(xié)調(diào)控制區(qū)Ai等效電廠的區(qū)域總調(diào)節(jié)指令ΔPAi，作為分散協(xié)調(diào)控制區(qū)的控制目標(biāo)。

3.2分散區(qū)域協(xié)調(diào)控制方法

四名斗虎英雄分別引領(lǐng)①、②、③、④號(hào)虎交叉跑位，①號(hào)虎由東北角跑至西南角，②號(hào)虎由西北角跑至東南角，③號(hào)虎由西南角跑至西北角，④號(hào)虎由東南角跑至東北角，①號(hào)虎與②號(hào)虎在場(chǎng)地南面，③號(hào)虎與④號(hào)虎在場(chǎng)地北面，四虎兩兩相對(duì)。這時(shí)領(lǐng)舞者持釣魚鞭進(jìn)入場(chǎng)中央，隨鼓點(diǎn)分別向東西方向各打出一鞭，相對(duì)兩虎在斗虎英雄的引領(lǐng)下跑至中間兩虎相遇交叉換位。

如前所述，分散協(xié)調(diào)控制區(qū)的設(shè)置旨在與全網(wǎng)AGC控制一致的前提下，在局部區(qū)域通過(guò)不同類型和等級(jí)的機(jī)組相互配合，最大化發(fā)揮局部電源的協(xié)調(diào)能力，改善整體有功頻率調(diào)節(jié)效果，并盡可能對(duì)區(qū)域間歇性能源進(jìn)行就地消納，減小局部集群間歇性電源有功不平衡量造成的影響。由于分散協(xié)調(diào)控制區(qū)設(shè)置的特殊性，各分散協(xié)調(diào)區(qū)域的調(diào)控對(duì)象及分配策略與全網(wǎng)協(xié)調(diào)層面有所區(qū)別：

① 區(qū)域協(xié)調(diào)控制的調(diào)控對(duì)象(即分散協(xié)調(diào)機(jī)組的選取)按照以下原則選?。浩湟?，根據(jù)分散協(xié)調(diào)控制區(qū)的劃分情況，選定各區(qū)域內(nèi)的中調(diào)AGC機(jī)組作為分散協(xié)調(diào)機(jī)組；其二，將分布在各區(qū)域內(nèi)的具有一定調(diào)控能力的地調(diào)機(jī)組(如中小型水電、燃?xì)廨啓C(jī)等)在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行集群調(diào)控，使其整體作為一臺(tái)虛擬AGC機(jī)組參與該協(xié)調(diào)區(qū)聯(lián)合控制，作為區(qū)域調(diào)控手段的補(bǔ)充。

② 區(qū)域協(xié)調(diào)控制中各分散協(xié)調(diào)機(jī)組的基點(diǎn)功率，根據(jù)該協(xié)調(diào)區(qū)內(nèi)的集群間歇性電源的預(yù)測(cè)波動(dòng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整[18]，以在局部減小有功不平衡量，并緩解傳輸阻塞；另外在區(qū)域協(xié)調(diào)控制的調(diào)節(jié)量分配過(guò)程中，應(yīng)對(duì)各分散協(xié)調(diào)控制機(jī)組的控制性能進(jìn)行區(qū)分，以適應(yīng)不同情況下的AGC調(diào)節(jié)需求。

當(dāng)整個(gè)分散協(xié)調(diào)區(qū)作為等效AGC電廠后，其內(nèi)部的協(xié)調(diào)分配，相當(dāng)于對(duì)該“大容量等效AGC電廠”的調(diào)節(jié)性能進(jìn)行優(yōu)化。由于分散協(xié)調(diào)區(qū)內(nèi)擁有大型火電、中小型水電等不同類型的機(jī)組，采用不同的調(diào)節(jié)量分配方法，該等效AGC電廠在全網(wǎng)中所表征的調(diào)節(jié)性能將不一樣，響應(yīng)ACE的調(diào)節(jié)貢獻(xiàn)也不同。因此，宜根據(jù)當(dāng)前ACE情況及區(qū)域集群間歇性電源預(yù)測(cè)的波動(dòng)趨勢(shì)選擇相應(yīng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化目標(biāo)，并根據(jù)機(jī)組的調(diào)節(jié)特性制定相適應(yīng)的調(diào)節(jié)分配策略。協(xié)調(diào)目標(biāo)可設(shè)置為追求調(diào)節(jié)速率或追求容量平衡，此二者在某種情況下是相互矛盾的，中調(diào)根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)選擇相應(yīng)的分配策略，如表1所示。

表1　區(qū)域機(jī)組協(xié)調(diào)策略

策略一：若該協(xié)調(diào)內(nèi)集群間歇性電源預(yù)測(cè)波動(dòng)量ΔPint與當(dāng)前全網(wǎng)ACE方向相匹配時(shí)，即該區(qū)域間歇性電源的波動(dòng)將進(jìn)一步助增ACE的變化，為了盡快減小有功不平衡量，則采用追求整體調(diào)節(jié)速率的分配策略，此時(shí)協(xié)調(diào)區(qū)內(nèi)調(diào)節(jié)速率快的機(jī)組承擔(dān)更多的調(diào)節(jié)量；

策略二：若該協(xié)調(diào)內(nèi)集群間歇性電源預(yù)測(cè)波動(dòng)量ΔPint與當(dāng)前全網(wǎng)ACE方向不匹配時(shí)，即該區(qū)域間歇性電源的波動(dòng)對(duì)ACE的變化起助減效果，為了減緩可調(diào)容量緊缺機(jī)組的壓力，則采用追求調(diào)節(jié)容量平衡的分配策略，此時(shí)在PARR調(diào)節(jié)方向上可調(diào)容量充裕的機(jī)組承擔(dān)更多的調(diào)節(jié)量。

其他運(yùn)行狀態(tài)則采用原始的有功分配策略。

由此，圍繞分散協(xié)調(diào)控制區(qū)內(nèi)的各控制對(duì)象建模，通過(guò)建立相適應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)，使得機(jī)組間協(xié)調(diào)在滿足相應(yīng)約束條件下進(jìn)行優(yōu)化：

(8)

考慮到區(qū)域協(xié)調(diào)分配的統(tǒng)一性，滿足等式約束條件：

(9)

同時(shí)，區(qū)域內(nèi)各分散協(xié)調(diào)機(jī)組需滿足一定調(diào)節(jié)容量及調(diào)節(jié)速率的約束；

(10)

由此，得到各分散協(xié)調(diào)機(jī)組的AGC功率調(diào)節(jié)量，根據(jù)式(11)計(jì)算得到各機(jī)組的目標(biāo)出力：

(11)

式中：Pj,base為協(xié)調(diào)機(jī)組j的運(yùn)行基點(diǎn)功率。

計(jì)算得到協(xié)調(diào)機(jī)組的控制指令，均通過(guò)現(xiàn)有電網(wǎng)的EMS通道下發(fā)給各分散協(xié)調(diào)機(jī)組。其中，如圖3所示需遵循以下指令下發(fā)條件：對(duì)于屬于中調(diào)的火電、水電AGC機(jī)組，其AGC調(diào)節(jié)指令由中調(diào)EMS系統(tǒng)直接下發(fā)；對(duì)于地調(diào)集群虛擬AGC機(jī)組，其調(diào)控指令由中調(diào)EMS系統(tǒng)傳送予相應(yīng)的地調(diào)能量管理系統(tǒng)，再由地調(diào)能量管理系統(tǒng)系統(tǒng)對(duì)該集群虛擬AGC機(jī)組執(zhí)行下層分配后下發(fā)。

圖3　分散協(xié)調(diào)區(qū)的機(jī)組協(xié)調(diào)構(gòu)架示意圖

通過(guò)上述所建的協(xié)調(diào)優(yōu)化策略，能夠讓局部電網(wǎng)區(qū)域不同等級(jí)、不同控制性能的機(jī)組相互協(xié)調(diào)、合理分配，充分發(fā)揮地區(qū)常規(guī)機(jī)組參與有功調(diào)控的潛力，將間歇性能源接入問(wèn)題在各個(gè)分散協(xié)調(diào)控制區(qū)的有功調(diào)控策略層面上解決，達(dá)到減少區(qū)域間歇性電源密集接入后造成的有功不平衡量、改善AGC進(jìn)行頻率控制的效果。由于該方法可在原有EMS系統(tǒng)基礎(chǔ)上通過(guò)構(gòu)造分層結(jié)構(gòu)來(lái)改造實(shí)現(xiàn)，因此分散協(xié)調(diào)AGC控制在各省級(jí)電網(wǎng)中具有推廣實(shí)施的可行性。

4仿真分析

為了驗(yàn)證所提出的分散協(xié)調(diào)自動(dòng)發(fā)電控制方法在頻率控制上的有效性，本文根據(jù)某省級(jí)電網(wǎng)的實(shí)際情況搭建了全省自動(dòng)發(fā)電控制模型，并取2014年某段運(yùn)行時(shí)刻的歷史數(shù)據(jù)作為模型中的省內(nèi)負(fù)荷、風(fēng)電出力和省際聯(lián)絡(luò)線功率數(shù)據(jù)，其中依據(jù)當(dāng)日計(jì)劃發(fā)電曲線來(lái)確定全網(wǎng)機(jī)組的基點(diǎn)功率數(shù)據(jù)。

4.1仿真設(shè)置

按照2.1節(jié)所述的原則，對(duì)該省級(jí)電網(wǎng)仿真模型設(shè)定了一個(gè)分散協(xié)調(diào)控制區(qū)。其中該分散協(xié)調(diào)控制區(qū)內(nèi)共有2個(gè)中調(diào)AGC火電廠(A電廠1 200MW、B電廠600MW)，2個(gè)中調(diào)AGC水電站(C電站180MW和D電站180MW)和1個(gè)具有較為寬裕調(diào)節(jié)能力的地調(diào)小水電群E(總?cè)萘抗?92MW)，以及大規(guī)模的風(fēng)電能源(區(qū)域集群風(fēng)電1 079MW)。將以上常規(guī)可調(diào)機(jī)組設(shè)為分散協(xié)調(diào)機(jī)組，根據(jù)本文所提的方法在該省網(wǎng)AGC模型中仿真模擬各機(jī)組間的協(xié)調(diào)控制。為了體現(xiàn)采用分散協(xié)調(diào)AGC控制方法的有效性，仿真與省網(wǎng)當(dāng)前采用的機(jī)組傳統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法進(jìn)行對(duì)比，其中全網(wǎng)傳統(tǒng)協(xié)調(diào)方法采用的是固定的等可調(diào)容量比例進(jìn)行分配。

仿真取該分散協(xié)調(diào)區(qū)內(nèi)某日風(fēng)電出力間歇性波動(dòng)較為明顯的一個(gè)時(shí)段的歷史數(shù)據(jù)，其中風(fēng)功率波動(dòng)的情況如圖4所示。根據(jù)本文方法需求，為提供風(fēng)電功率波動(dòng)趨勢(shì)作為策略參考因素，仿真中采用滾動(dòng)平均時(shí)間序列算法對(duì)風(fēng)功率進(jìn)行預(yù)測(cè)。

圖4　局部地區(qū)某時(shí)段風(fēng)電波動(dòng)曲線

4.2對(duì)比驗(yàn)證

仿真結(jié)果給出了本文提出的分散協(xié)調(diào)自動(dòng)發(fā)電控制方法和原控制方法的頻率控制效果對(duì)比，以及計(jì)算CPS1指標(biāo)的對(duì)比，如圖5、6所示。文中CPS1用來(lái)衡量AGC控制區(qū)ACE的變化特征及其與頻率偏差的關(guān)系，以體現(xiàn)控制區(qū)頻率控制性能[19]。

圖5　頻率波形效果對(duì)比

圖6　CPS1指標(biāo)效果對(duì)比

由圖5可以看出，采用分散協(xié)調(diào)自動(dòng)發(fā)電控制方法后，系統(tǒng)運(yùn)行的頻率“尖峰”明顯減少，最大頻率偏差也由0.072Hz減少到了0.051Hz，圖6也表明CPS1指標(biāo)也得到了明顯的提高。具體的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2所示。由此說(shuō)明，仿真對(duì)比驗(yàn)證了所提方法在頻率調(diào)節(jié)改善方面的有效性。

表2　仿真頻率調(diào)節(jié)效果統(tǒng)計(jì)

圖7給出了算例中電廠A、電廠C以及電廠E在執(zhí)行分散協(xié)調(diào)AGC控制方法和原控制方法的機(jī)組偏差量調(diào)節(jié)情況對(duì)比。

圖7　電廠機(jī)組調(diào)節(jié)出力對(duì)比

從圖中可以看出，在機(jī)組特性上具有代表性的火電廠A、水電站C以及地調(diào)小水電群E(即集群虛擬AGC電廠E)，均按照本文所述的協(xié)調(diào)區(qū)控制分配策略，實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)組的出力，以適應(yīng)協(xié)調(diào)區(qū)內(nèi)集群風(fēng)電的波動(dòng)和全網(wǎng)AGC調(diào)節(jié)目標(biāo)的需求，改善頻率調(diào)節(jié)的效果。

5結(jié)論

本文提出的適應(yīng)于多種能源接入的省級(jí)電網(wǎng)分散協(xié)調(diào)自動(dòng)發(fā)電控制方法，通過(guò)合理地設(shè)置分散協(xié)調(diào)控制區(qū)，將各地區(qū)不同級(jí)別、不同控制性能的機(jī)組進(jìn)行良好協(xié)調(diào)，在實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)AGC控制目標(biāo)前提下，考慮區(qū)域間歇性電源的波動(dòng)情況，盡可能地提高局部電網(wǎng)對(duì)間歇性能源的消納能力，減少間歇性能源帶來(lái)的有功不平衡量影響，改善多種能源接入系統(tǒng)后頻率的調(diào)節(jié)效果。通過(guò)理論及仿真分析，證明本文提出的分散協(xié)調(diào)自動(dòng)發(fā)電控制方法在提高AGC調(diào)控能力、改善電網(wǎng)頻率控制性能方面的有效性及可行性。

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鄧長(zhǎng)虹(1963—)，女，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定與控制。

(責(zé)任編輯：楊秋霞)

摘要：以風(fēng)電、徑流式小水電為代表的間歇性能源已在電網(wǎng)大規(guī)模接入，此類能源發(fā)電的不確定特性使得電網(wǎng)在調(diào)頻方面臨新的挑戰(zhàn)。本文提出了一種適應(yīng)于多種能源接入的分散協(xié)調(diào)自動(dòng)發(fā)電控制方法，該方法在AGC控制的過(guò)程中考慮多種電源及負(fù)荷分布特點(diǎn)，通過(guò)不同類型機(jī)組在部分局部區(qū)域協(xié)調(diào)配合，以改善電網(wǎng)頻率控制性能，同時(shí)減小集群間歇性電源有功波動(dòng)造成的影響。文章從分散協(xié)調(diào)控制方法、協(xié)調(diào)控制策略等方面介紹了針對(duì)多種能源接入后AGC控制的適應(yīng)性方案。采用某省級(jí)電網(wǎng)的實(shí)際模型及數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證所提方法的有效性。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電；小水電；間歇性能源；自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)；分散協(xié)調(diào)

Abstract：With the accessing of intermittent energy represented by wind and small hydropower in large scale, the power grid will face the new challenges in frequency regulation and peak load regulation due to the uncertainty of energy generation. If original automatic generation control is still applied to provincial power grid, it will be difficult to solve such problems as increasing pressure on frequency regulation in the whole power grid, AGC control performance degradation and transmission congestion. In this paper, a decentralized coordinated automatic generation control method is presented, in which the characteristics of multi-energy sources and load distribution are considered during AGC control, and different type units are coordinated in local areas to improve frequency control performance of power grid, and to reduce the impact caused by the active power fluctuation of intermittent energy sources. The adaptive scheme of the AGC control for power grid with intermittent energy sources accessing is introduced from the aspects of the decentralized coordinated control method, coordinated control strategy and so on. The real AGC model and data of a provincial power grid are taken as example case, and the results verify the validity of the proposed method.

Keywords：wind power; small hydropower; intermittent energy sources; automatic generation control(AGC); distributed coordination

通信作者顏海俊(1989—)，男，，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定與控制，E-mail: yanhjwhu@163.com;

作者簡(jiǎn)介：

收稿日期：2015-03-18

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2013BAA02B02)

中圖分類號(hào)：TM734

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-2322(2016)01-0020-07