控制性能評價標準下的自動發電控制策略

張志雄，楊平

(上海電力學院，上海 200090)

1 性能評價標準概況

自動發電控制AGC(Automatic Generation Control)是現代電網控制系統的一項重要功能，是建立在電網調度能量管理系統與發電機組協調控制系統間的一種閉環控制技術［1］。

我國自引入SCADA/AGC系統以來，先是一直使用北美電力可靠性協會(NERC)的CPC(Control Performance Criterion)標準，即A1，A2標準。后來，NERC總結多年AGC運行經驗，于1998年推出新的性能評價標準 CPS(Control Performance Standard)［2］。

我國華東電網1998年開始醞釀，2001年10月1日試行，2002年12月1日正式執行CPS標準。正式運行期間，又相繼出臺一系列的管理規定和考核辦法。華中電網2004年開始醞釀，2005年5月1日和2006年1月1日分別開始試行和正式執行CPS標準。

隨著CPS的應用進入應用領域，許多國內外專家針對這套更為合理的標準進行了廣泛的探討，有部分專家提出要繼續對CPS本身的標準作修訂［3－5］，另一部分專家則對不斷發展變化中的CPS標準下的AGC該如何控制做了有益的探索［6－8］，也有常年工作在調度第一線的專家根據現在和原來2套標準的區別和聯系，探索了2套標準并行時的AGC 控制策略［9－13］。

2 CPS標準新修訂

北美電力可靠性協會(NERC)在1998年開始推廣CPS標準之后，在2005年修訂了CPS標準來評價互聯電網AGC性能。2008年NERC再次對CPS標準做出修訂，于2009年5月13日開始實施。

NERC的CPS標準由2部分構成:CPS1為統計聯絡線功率偏差變化量與頻率偏差關系的標準，作用是控制頻率;CPS2作用域限制大的不可預測的系統潮流。

ACE的表達公式為

式中:ACE為電網區域誤差;NIA為所有聯絡線實際流量的代數和;NIS為所有聯絡線計劃流量的代數和;B為本控制區域頻率偏差系數，MW/0.1 Hz，根據電力系統功率頻率特性，符號為負;fA為系統實際頻率;fS為系統額定頻率;IME為誤差校正系數，受網絡聯絡線平均每小時的流量和網絡需求交換值(MW/h)的影響，這個參數一般都會很小，甚至為零。

在最新修訂的CPS中，增加考慮了ACE中IME的作用。IME雖然比較小，但能提高CPS控制器的精確性。

3 CPS標準下的AGC控制

CPS標準下的AGC控制如圖1所示，CPS標準下的AGC控制器主要由3部分組成。

(1)DCS(Disturbance Control Standard)控制器，主要用于電網發生大擾動時的緊急恢復控制。

(2)CPS1控制器，主要用于對電網CPS1指標的實時控制。

(3)CPS2控制器，主要用于對電網ACE和CPS2指標的實時控制。

圖1 CPS標準下的AGC控制

電網中的SCADA系統實時監控當前的ACE，ΔF值，根據CPS標準中的相關公式和前一階段的數據，以及歷史數據進行匹配，得到CPS1和CPS2當前的2個指數和當前的滿足度，輸出給CPS1，CPS2及DCS控制器，3個控制器分別輸出各自得到的控制結果，根據協調邏輯控制器對當前ACE和ΔF的判斷，確定最終的控制輸出，下達必要的AGC調節指令，進行機組調節，穩定電網。

根據文獻［14］，以2區域互聯系統為例，2區域內各有1組發電機組，各有1個對應的負載區域。2個系統之間使用聯絡線相連接。CPS控制器根據SCADA得到的實時監控數據，即當前的ACE和ΔF，計算出當前CPS1，CPS2的滿足值，然后根據當前的ACE情況分別決定是否輸出控制變量，輸出的控制變量影響PI控制器的KP和KI值和當時的調速限制作用于電廠AGC端。

相比于原有的CPC標準，CPS標準下的AGC控制可以對減少機組調節次數，提高機組裝置燃料效率，減少損耗和成本。

4 CPS標準下的AGC控制策略

CPS標準是在原有的A1，A2標準的基礎上發展而來，但在數學模型和評價思路上有區別，原有的控制方案已經不能符合要求，因此，目前國內、外提出了多種針對CPS標準的AGC控制策略方案。這些方案大致可分為2個類型:A1，A2標準下的AGC控制方案的改進型和基于CPS標準的新設計型。

4.1 原有策略改進型

圖2 2個區域互聯系統框圖

由于原有的A1，A2標準是在實際運行中總結而來，而CPS標準正是由此發展而來，因此，很多國內、外專家學者認為，原有A1，A2標準下AGC控制策略中的大部分仍然可以在新的標準下有效運行。

高宗和等學者認為，通過對A1，A2和CPS標準進行對比(如圖2所示)，PI控制和ACE分區域方法仍然可以繼續使用，可以繼續維持原有的已經相對穩定的KP和KI值。但是不再需要使ACE強制過零，調節策略目標改成維持一定的ACE，使得 CPS1≥200%，即ACE對互聯電網頻率質量有所幫助的程度。這種改進型的控制策略可簡述如下:

圖3 區域控制示意圖

根據參考文獻［10］，賈燕冰等學者介紹了當前的華東電網的各省(市)控制策略特點，提出了進一步優化控制策略的想法。主要有預測AGC控制、混成控制、機組跟蹤曲線處理技術等。在參考文獻［11］中，楊桂鐘等學者則提出了人工置入偏差量的方案來進一步改善調節效果。在參考文獻［12］中，黃穎等專家根據一線情況提出了AGC超短期負荷預測的思路和實現方法，并且根據CPS標準對其設計的方法進行了修正，以獲得進一步的優化。王珍意在參考文獻［13］中采用了修改比例積分和2種修改ACE區域劃分邊界的方法，經過試驗后發現，其中一種ACE區域邊界劃分方法比較優越。

改進原有的方案相對比較便捷，及時判斷當前的CPS考核狀況所在的區域，當ACE值在邊界游動時，由于調節方案在邊界兩側的差異，可能會導致反復穿越邊界，反而有可能使部分機組出現反復收到指令。這種模式對于某些CPS標準改造未完成(即CPS標準和CPC標準并行下的區域電網)的電網有比較好的控制效果。

4.2 基于CPS標準的新設計型

由于CPS標準在很大程度上是基于原有經驗上的數學模型而來，因此，許多學者針對CPS控制器做出了自己的設計方案。CPS控制器大部分設計為一個PI控制器，許多學者結合比較新的控制方法，提出了自己的控制器設計思路。

余濤等學者采取了2個區域互聯的系統方案(如圖2所示)。根據當前和歷史數據實時計算當前的CPS1和CPS2值，然后得到PI控制器的2個參數KP和KI，KP主要受到CPS1影響，而KI則主要受到CPS2的影響。根據實時的CPS指標，利用模糊控制規則調節KP和KI，并且提出通過整體調節KP和KI使得PI控制器維持在既能降低發令次數、反調次數，又能基本不降低CPS考核水平的折中方案(如圖4所示)。例如，若CPS考核處于比較高水平的代價是大幅增加調節次數時，可以綜合考慮各項因素，略微犧牲CPS考核水平，達到對整體的放松管制，從而大幅降低調節次數。

圖4 變論域模糊控制下的AGC控制

根據參考文獻［5］，賈燕冰等結合NERC的最新標準與華東電網AGC評價標準進行比較，提出機組性能標準可以作為CPS應用的進一步補充。類似于上文介紹，余濤等在文獻［7］中，提出利用自適應控制也可以對AGC控制進行優化。根據參考文獻［15］，劉斌等將標準PSO算法應用于互聯電網CPS評價，相對于單純使用平均分配方法，有比較高質量的優化解、穩定的收斂性以及有效的計算效率。

利用CPS考核標準產生的短期數據對于PI控制器的參數進行整定，使得CPS的長期考核能夠達到比較好的效果，而且要綜合考慮各項因素，在必要的時候，略微犧牲考核水平可以減少調節次數。通過模糊控制或者粒子群算法［16］，可以比較實時地放松或者收緊管制。但是針對大系統和不可預測的電網負荷變化，建立這套系統比較復雜。在這點上，可以進一步結合其他的智能控制理論和方法，做相關仿真并且與已有的模糊控制粒子群仿真結果進行對比。另外，針對最新修訂后新增帶有IME的ACE變化的相關研究文獻尚未見到。

5 結論與展望

(1)CPS標準相對于原有標準而言，對減少機組磨損，產生了比較積極的作用。而CPS標準并非是一個完善的標準，許多新近的研究表明，CPS標準本身也需要進一步的研究。NERC繼2005年和2008年修訂后，目前仍在進行進一步的標準修訂工作。

(2)原有方案的改進型方案相對比較便捷，對于某些CPS標準改造未完成，即CPS標準和CPC標準并行下的區域電網有比較好的控制效果。根據最新理論和技術，可進一步考慮把已有的控制策略進行修正，比如對分區域模式下的邊界，可以考慮使用模糊控制等智能理論進行優化。

(3)新設計型控制策略更側重CPS標準的實現，對于已經完全適合于CPS標準并適時改造完成的地區有比較好的控制效果，同時，可進一步結合智能理論進行探索，與已有的結論進行對比，尋找最優控制方案。

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