控制性能标准CPS在我国的应用分析 李俊萍5080309937F0803034 指导老师：杨镜非 (上海交通大学电气工程系，上海市200240：) Analysis of Control Performance Standard (CPS)Applications in China Li Junping5080309937F0803034 Guide Teacher:Yang Jingfei (Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240,China) 摘要：本文简单介绍了区域调频的基本方法，比较了电网质量考核的A1、A2标准和CPS 标准：结合我国电网运行的实际情况，以华东电网和南方电网为例，分析了CPS性能控制标 准在我国的运用情况：最后以浙江电网为例，介绍了CPS标准应用于我国电网时遇到的问题 及解决办法。 关键词：控制性能标准CPS,AGC；电网 Abstract:This paper briefly describes the basic method of area power grid control,and then compares Al&A2 Standard and CPS standard of grid quality assessment.Taking East China Power Grid and China Southern Power Grid as examples to analyse the CPS performance control standards in China's use of the situation and Zhejiang Power Grid as example to describe the CPS standard used in China's power problems encountered and solutions. Key words:Control performance standards CPS;AGC;Power system 1引言 节。本文以华东电网和南方电网为例，讨论 了CPS控制的特点。 随着国内各大电网互联程度的日益加 2电网控制性能评价标准及其应 强，从A1、A2标准过渡到CPS标准，是电网 控制的必然趋势。研究并探索大区域互联系 统控制策略与技术、确保电网的频率质量， 用情况 己成为当前面临的非常现实的课题。文献 2.1频率的影响因素和调频 [1]-[5],研究了华东地区（四省一市）CPS 电网频率是电网运行参数中最重要的 控制的主要特点，其中文献[1]探讨了华中 参数之一，电网频率变化会对发电机和系统 地区实施CPS的条件，文献[2]从定性和定量 的安全运行带来严重影响。因此，把电网频 的角度研究了华东地区CPS控制的特点：文 率控制在很小的变化范围内是电网安全稳 献[6]从理想和实际两个角度研究基于CPS 定运行的主要目标，不同的控制手段都可以 的AGC控制策略；文献[7]研究了云南电网 使电网频率的变化减小，例如：电网规模的 CPS控制的改进方案，并用实验加以验证： 增大、电网负荷变化的减小、一次调频的作 文献[8]提出了AGC分层控制的思想：文献[9]用、二次调频的作用等，不同的控制手段下 和[10]对南方电网的CPS控制策略作了研究： 的电网对于突发性的事故会有不同的响应 文献[11]提出了应用现代内点法优化CPS 结果。 控制策略中增益系数的方法，并建立了数学 电网频率的波动主要是由于负荷变化 模型；文献[12]利用CPS标准对功率进行调 引起的，调频问题的实质是电力系统在正常
控制性能标准 CPS 在我国的应用分析 李俊萍 5080309937 F0803034 指导老师：杨镜非 （上海交通大学 电气工程系，上海市 200240；） Analysis of Control Performance Standard (CPS) Applications in China Li Junping 5080309937 F0803034 Guide Teacher：Yang Jingfei （ Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China） 摘 要：本文简单介绍了区域调频的基本方法，比较了电网质量考核的A1、A2标准和CPS 标准；结合我国电网运行的实际情况，以华东电网和南方电网为例，分析了CPS性能控制标 准在我国的运用情况；最后以浙江电网为例，介绍了CPS标准应用于我国电网时遇到的问题 及解决办法。 关键词：控制性能标准CPS ; AGC ; 电网 Abstract：This paper briefly describes the basic method of area power grid control ,and then compares A1& A2 Standard and CPS standard of grid quality assessment. Taking East China Power Grid and China Southern Power Grid as examples to analyse the CPS performance control standards in China's use of the situation and Zhejiang Power Grid as example to describe the CPS standard used in China's power problems encountered and solutions. Key words：Control performance standards CPS; AGC; Power system 1 引言 随着国内各大电网互联程度的日益加 强, 从A1、A2标准过渡到CPS标准, 是电网 控制的必然趋势。研究并探索大区域互联系 统控制策略与技术、确保电网的频率质量, 已成为当前面临的非常现实的课题。文献 [1]-[5],研究了华东地区（四省一市）CPS 控制的主要特点，其中文献[1]探讨了华中 地区实施CPS的条件，文献[2]从定性和定量 的角度研究了华东地区CPS控制的特点；文 献[6]从理想和实际两个角度研究基于CPS 的AGC控制策略；文献[7]研究了云南电网 CPS控制的改进方案，并用实验加以验证； 文献[8]提出了AGC分层控制的思想；文献[9] 和[10]对南方电网的CPS控制策略作了研究； 文献[11] 提出了应用现代内点法优化CPS 控制策略中增益系数的方法，并建立了数学 模型；文献[12]利用CPS标准对功率进行调 节。本文以华东电网和南方电网为例，讨论 了CPS控制的特点。 2 电网控制性能评价标准及其应 用情况 2.1 频率的影响因素和调频 电网频率是电网运行参数中最重要的 参数之一，电网频率变化会对发电机和系统 的安全运行带来严重影响。因此，把电网频 率控制在很小的变化范围内是电网安全稳 定运行的主要目标，不同的控制手段都可以 使电网频率的变化减小，例如：电网规模的 增大、电网负荷变化的减小、一次调频的作 用、二次调频的作用等，不同的控制手段下 的电网对于突发性的事故会有不同的响应 结果。 电网频率的波动主要是由于负荷变化 引起的，调频问题的实质是电力系统在正常
运行中控制发电机的输入功率使之与负荷 了新的控制性能评价标准CPS1和CPS2用于 所需功率之间的平衡问题。为了保证调频任 取代原有的A系列标准，并于1998年实行了 务的完成，系统中需要被有足够容量的调频 该控制性能评价标准。下面对这两种标准做 机组来应付计划外的负荷变化，而且还须具 一下简单介绍。 有一定的提哦啊证书度以适应符合的变化， 2.21A1、A2标准 当电网容量较大，一个调频电厂不能满足调 传统的AGC控制采用A1、A2标准。A1指 节要求时，则需要几个电厂共同完成调频任 标要求ACE每10min必须至少过零一次： 务。 A2指标要求控制区域的ACEI0min内的平 目前，区域电力系统的调频主要有如 均值必须控制在规定的范围L内。 下三种控制模式。 NERC要求各控制区域达到A1,A2标准的 1)恒定频率控制(FFC)。这种控制方 控制合格率在90%以上。这样通过执行A1、 式最终维持的是系统频率恒定，适合于独 A2标准，使各控制区域的ACE始终接近于 立系统或联合系统的主系统。 零，从而保证用电负荷与发电、计划交换和 2)恒定交换功率控制(FTC)。这种控 实际交换之间的平衡。 制方式是维持联络线交换功率的恒定，适 A系列标准在长期运行的过程中暴露出 合于联合系统的小系统。值得一提的是，当 了一些缺陷： 外区域发生负荷变化时，FTC控制模式不利 1)A1、A2标准没有考虑ACE对频率的作用。 于系统频率的恢复，目前各省网正逐步由 A1指标要求ACE每10min必须过零一次，正 FTC向TBC控制模式过渡。 常情况下是合理的。其无意交换电量可按高 3)联络线和频率偏差控制(TBC)。这种 峰和低谷时段分别偿还。但如果此时ACE的 控制方式既要控制频率又要控制交换功率， 方向正好对频率的偏移起制约作用，为了 在适当的参数配合下，可以维持控制区域 满足A1指标又不得不将ACE向反方向调节 发电功率和负荷的就地平衡。在TBC模式下， 以便过零，反而加大了频率的偏移。 自动发电控制(AGC)只负责调整本区域内 2)A2指标即ACE的带宽较窄且恒定，需要 的负荷变化，这兼顾了各控制区的自身利 较多机组进行快速、频繁调节，运行费用较 益，体现了公平、公正的调频原则。 大。 除上述种基本控制模式外，还有计及 3)对ACE的大小没有区别对待，如对 计划外交换电量偿还和电钟偏差校正的控 ACE超限10MW和超限50MW没有指标加以区 制模式。 分。 2.2电网控制性能的评价标准 4)在某控制区域发生事故的情况下，其 现代电网己发展成多控制区域构成的 它控制区域在未修改交换计划前如仍坚持 互联系统，AGC已成为互联系统功率和频率 A2标准，则难以作出较大的支援，一般情 控制的主要手段。北美电网早在1973年就正 况下，此时的紧急支援将使A2指标的考核 式采用A1、A2标准来评价电网正常情况下的 停止，事后再作交换计划的调整。 控制性能。北美电力可靠性委员会NERC要求 此外，A1、A2指标是依据运行经验制 各控制区域达到A1、A2标准的控制合格率在 订的，缺乏理论基础。鉴于上述原因，NERC 90%以上，这样通过执行A1、A2标准，使各 出台了基于统计学原理的区域控制标准， 控制区域的ACE始终接近于零，从而保证用 即CPS指标。 电负荷与发电、计划交换和实际交换之间的 2.2.2CPS标准 平衡。长期以来，A1/A2标准在互联电网的 CPS标准对频率的控制有明确规定， 运行控制中发挥了重要作用，但该标准的缺 因而可用于各种以频率为控制目标的电网。 陷已影响到电网频率质量和电网运行控制 它不要求ACE在规定的时间内过零，这样 性能的进一步提高，使得大电网联网的优越 可以减少一些不必要的调节，改善机组的 性难以充分发挥。为此，NERC于1997年推出 运行条件。同时CPS标准对各控制区域对电
运行中控制发电机的输入功率使之与负荷 所需功率之间的平衡问题。为了保证调频任 务的完成，系统中需要被有足够容量的调频 机组来应付计划外的负荷变化，而且还须具 有一定的提哦啊证书度以适应符合的变化， 当电网容量较大，一个调频电厂不能满足调 节要求时，则需要几个电厂共同完成调频任 务。 目前, 区域电力系统的调频主要有如 下三种控制模式。 1）恒定频率控制（FFC）。这种控制方 式最终维持的是系统频率恒定, 适合于独 立系统或联合系统的主系统。 2）恒定交换功率控制（FTC）。这种控 制方式是维持联络线交换功率的恒定, 适 合于联合系统的小系统。值得一提的是, 当 外区域发生负荷变化时,FTC控制模式不利 于系统频率的恢复, 目前各省网正逐步由 FTC向TBC控制模式过渡。 3)联络线和频率偏差控制（TBC）。这种 控制方式既要控制频率又要控制交换功率, 在适当的参数配合下, 可以维持控制区域 发电功率和负荷的就地平衡。在TBC模式下, 自动发电控制（AGC）只负责调整本区域内 的负荷变化, 这兼顾了各控制区的自身利 益, 体现了公平、公正的调频原则。 除上述种基本控制模式外, 还有计及 计划外交换电量偿还和电钟偏差校正的控 制模式。 2.2 电网控制性能的评价标准 现代电网已发展成多控制区域构成的 互联系统，AGC已成为互联系统功率和频率 控制的主要手段。北美电网早在1973年就正 式采用A1、A2标准来评价电网正常情况下的 控制性能。北美电力可靠性委员会NERC要求 各控制区域达到A1、A2标准的控制合格率在 90%以上，这样通过执行A1、A2标准，使各 控制区域的ACE始终接近于零，从而保证用 电负荷与发电、计划交换和实际交换之间的 平衡。长期以来，A1/A2标准在互联电网的 运行控制中发挥了重要作用，但该标准的缺 陷已影响到电网频率质量和电网运行控制 性能的进一步提高,使得大电网联网的优越 性难以充分发挥。为此，NERC于1997年推出 了新的控制性能评价标准CPSl和CPS2用于 取代原有的A系列标准，并于1998年实行了 该控制性能评价标准。下面对这两种标准做 一下简单介绍。 2.2 .1 A1、A2 标准 传统的AGC控制采用A1、A2 标准。A1 指 标要求ACE 每10 min 必须至少过零一次； A2 指标要求控制区域的ACE10 min 内的平 均值必须控制在规定的范围Ld内。 NERC要求各控制区域达到A1，A2标准的 控制合格率在90% 以上。这样通过执行A 1、 A 2 标准,使各控制区域的ACE 始终接近于 零, 从而保证用电负荷与发电、计划交换和 实际交换之间的平衡。 A系列标准在长期运行的过程中暴露出 了一些缺陷: 1) A1、A2标准没有考虑ACE对频率的作用。 A1指标要求ACE 每10min 必须过零一次,正 常情况下是合理的。其无意交换电量可按高 峰和低谷时段分别偿还。但如果此时ACE 的 方向正好对频率的偏移起制约作用, 为了 满足A1 指标又不得不将ACE 向反方向调节 以便过零, 反而加大了频率的偏移。 2) A2指标即ACE的带宽较窄且恒定, 需要 较多机组进行快速、频繁调节, 运行费用较 大。 3) 对ACE 的大小没有区别对待, 如对 ACE超限10 MW 和超限50 MW没有指标加以区 分。 4) 在某控制区域发生事故的情况下, 其 它控制区域在未修改交换计划前如仍坚持 A2标准, 则难以作出较大的支援, 一般情 况下, 此时的紧急支援将使A2指标的考核 停止, 事后再作交换计划的调整。 此外, A1、A2 指标是依据运行经验制 订的,缺乏理论基础。鉴于上述原因, NERC 出台了基于统计学原理的区域控制标准, 即CPS指标。 2.2.2 CPS 标准 CPS 标准对频率的控制有明确规定, 因而可用于各种以频率为控制目标的电网。 它不要求ACE 在规定的时间内过零, 这样 可以减少一些不必要的调节, 改善机组的 运行条件。同时CPS 标准对各控制区域对电
网频率质量的功过评价十分明确，特别有 以上所说的CPS1值，是以每10min为 利于某一控制区域内发生事故时，其它控 一个考核点，期间每一分钟的CPS1值的平 制区域对其进行支援，能有效发挥大电网 均值作为该点的考核值。 互联的优越性。 而在有些控制区域，AGC控制合格的 CPS考核标准由两部分组成，即CPS1和 条件是在一个月或一年内，即CPS1≥100% CPS2。CPS1用统计的方法来衡量区域控制偏 且CPS2≥90%。若以上任何一个条件不满 差(ACE)与系统频率偏差之间的关系。CPS2 足，则表示该控制区域控制效果达不到要求。 用统计的方法来限制超出可接受范围的区 2.2.3CPS标准与A1/A2标准的比较 域间非计划交换功率。 如上所述，CPS标准在原来A1、A2标准 CPS1要求某一段时间（如10min)内： 的基础上，取消了过零考核，减少了机组 IOB∑EAE△FAE)≤i 的调节：CPS1考核在10min内是累积的，这 将鼓励各个地区电网参与主网的调频工作， 式中：EaE为Imin内ACE的平均值：△FaE 特别是在系统发生事故频率发生很大变化 为lmin频率偏差的平均值：B为控制区域的 时，如果地区电网的贡献越大，对该地区 偏差系数：e为互联电网对全年lmin频率平 电网的CPS1指标的也越有利。CPS标准更强 均偏差的均方根的控制目标值：为该时段 调控制区域对系统频率质量的贡献，有利于 内的分钟数。 在紧急情况下各区域间的相互支援。 这段时间内CPS指标的Ks1的计算公式 与A系列标准相比，CPS系列标准有如 如下： 下优势： Kc=(2-Kc中)1入100% 1)A1/A2标准未直接涉及电网频率控制 K=10BEi∑(EE△FAE) 的目标，而CPS标准对频率的控制目标有 明确的规定。 当Krs1≥200%，即Ke≤0时，则必然 2)CPS标准不要求区域控制偏差(ACE)在 有：(EAE△FaE)≤O,这说明在该段时间内， 规定时间内过零，这样可以减少一些不必 ACE对互联电网的频率质量有帮助。 要的调节命令，改善机组的运行条件。 CPS2要求ACE在某一段时间（如1Omin) 3)CPS标准针对各控制区对电网频率质 内的平均值必须控制在规定的范围L内，其 量的功过评价仁分明确，龙其利于某一控 中L0是由系统的频率偏差系数和频率平均 制区内发生事故时，其他控制区对其进行 偏差的均方根值为控制目标值来决定的， 支援，以充分发挥大电网的优越性 对一个特定的电网，在一个运行年度中， 2.3CPS标准在我国的应用 可以认为Lo是个常数。可见CPS2与原先的 我国华东电网于2001年开始试用CPS标 ACE考核是类似的，但对10min过零的要 准作为评价办法。目前我国电网在管理体制、 求取消了。 AGC控制模式、电网结构、设备与通信自动 华东电网目前采用的CPS1考核标准如 化水平等方面有别于北美电网，将CPS标准 下： 在我国直接或简单修改后套用会存在诸多 当CPS1≥200%时，说明这段时间内， 问题。为了解决这些困难，各电网公司根据 ACE系统的频率质量是有帮助的，免于考核。 各自的实际情况结合CPS标准要求在调频控 当100%≤CPS1<200%,说明符合CPS1 制上做出了诸多尝试并取得了很大成效，改 标准的要求，也就是说ACE对系统频率质 善了我国电网的控制性能。推广实施CPS标 量的影响未超过所允许的程度，此时，如 准是否需要重新大幅度调整控制区域AGC 果ACE值小于Lo,则免于考核；如果ACE 控制策略，应结合电网具体情况进行分析。 值大于Lo,则要考核。 2.3.1CPS标准在华东电网中的应用 当CPS<100%时，ACE对频率质量的影 华东四省一市电网原有的AGC控制系统 响己超过了所允许的范围，则要考核。 以及控制策略均是针对A1、A2标准设计的
网频率质量的功过评价十分明确, 特别有 利于某一控制区域内发生事故时, 其它控 制区域对其进行支援, 能有效发挥大电网 互联的优越性。 CPS 考核标准由两部分组成，即CPS1和 CPS2。CPS1用统计的方法来衡量区域控制偏 差（ACE）与系统频率偏差之间的关系。CPS2 用统计的方法来限制超出可接受范围的区 域间非计划交换功率。 CPS1要求某一段时间（如10min）内： 式中：EAVE为1min内ACE的平均值；△FAVE 为1min频率偏差的平均值；B为控制区域的 偏差系数；ε 为互联电网对全年1min频率平 均偏差的均方根的控制目标值；n为该时段 内的分钟数。 这段时间内CPS指标的KCPS1的计算公式 如下： 当KCPS1≥200%，即KCF≤0时，则必然 有:( EAVE△FAVE)≤0，这说明在该段时间内， ACE对互联电网的频率质量有帮助。 CPS2要求ACE在某一段时间（如10min） 内的平均值必须控制在规定的范围L10内，其 中L10是由系统的频率偏差系数和频率平均 偏差的均方根值为控制目标值来决定的, 对一个特定的电网, 在一个运行年度中, 可以认为L10 是个常数。可见CPS2 与原先的 ACE 考核是类似的, 但对10 min 过零的要 求取消了。 华东电网目前采用的CPS1 考核标准如 下: 当CPS 1 ≥200% 时, 说明这段时间内, ACE系统的频率质量是有帮助的, 免于考核。 当100%≤ CPS1< 200% , 说明符合CPS1 标准的要求, 也就是说ACE 对系统频率质 量的影响未超过所允许的程度, 此时, 如 果ACE 值小于L10, 则免于考核; 如果ACE 值大于L10, 则要考核。 当CPS< 100% 时, ACE 对频率质量的影 响已超过了所允许的范围, 则要考核。 以上所说的CPS1 值, 是以每10 min 为 一个考核点, 期间每一分钟的CPS1 值的平 均值作为该点的考核值。 而在有些控制区域，AGC 控制合格的 条件是在一个月或一年内，即CPS1 ≥100% 且CPS2≥ 90% 。若以上任何一个条件不满 足，则表示该控制区域控制效果达不到要求。 2.2.3 CPS标准与A1/A2标准的比较 如上所述, CPS标准在原来A1、A2标准 的基础上, 取消了过零考核, 减少了机组 的调节；CPS1考核在10 min 内是累积的, 这 将鼓励各个地区电网参与主网的调频工作, 特别是在系统发生事故频率发生很大变化 时, 如果地区电网的贡献越大, 对该地区 电网的CPS1 指标的也越有利。CPS标准更强 调控制区域对系统频率质量的贡献，有利于 在紧急情况下各区域间的相互支援。 与 A 系列标准相比，CPS 系列标准有如 下优势： 1)A1/A2 标准未直接涉及电网频率控制 的目标, 而CPS 标准对频率的控制目标有 明确的规定。 2)CPS标准不要求区域控制偏差(ACE)在 规定时间内过零, 这样可以减少一些不必 要的调节命令, 改善机组的运行条件。 3)CPS标准针对各控制区对电网频率质 量的功过评价仁分明确, 龙其利于某一控 制区内发生事故时, 其他控制区对其进行 支援, 以充分发挥大电网的优越性. 2.3 CPS 标准在我国的应用 我国华东电网于2001年开始试用CPS标 准作为评价办法。目前我国电网在管理体制、 AGC控制模式、电网结构、设备与通信自动 化水平等方面有别于北美电网，将CPS标准 在我国直接或简单修改后套用会存在诸多 问题。为了解决这些困难，各电网公司根据 各自的实际情况结合CPS标准要求在调频控 制上做出了诸多尝试并取得了很大成效，改 善了我国电网的控制性能。推广实施CPS 标 准是否需要重新大幅度调整控制区域AGC 控制策略,应结合电网具体情况进行分析。 2.3.1 CPS标准在华东电网中的应用 华东四省一市电网原有的AGC控制系统 以及控制策略均是针对A1、A2标准设计的
在引入CPS考核标准后，AGC控制策略也做出 频率正偏差 频率负偏差 率偏苏 较大时目标区 较大时目标区 了相应的调整，来满足新的控制性能要求。 很小时目标区 CPS2边界 CPSI要求 由于各省市电网的AGC机组所占比例、以及 +L10 CP51要求 AGC机组的水火电等组成比例均不相同，因 ACE=0-- CPSI要求 此各电网的控制策略有一定的差异。华东四 CPS2边界 一L0 省一市电网分别针对各自的实际运行情况， ☑控制目标区 对AGC控制策略进行了改进。 图I基于CPS的理想AGC控制的ACE控制范围 下面以上海电网和安徽电网为例介绍 CACE SACE COB (1) 华东电网实施CPS标准的情况。 其中：质心C0B=(H-L)/2,是CPS1/CPS2 1上海电网控制策略： 约束条件下控制边界的中心点值：SACE 上海电网AGC机组占总装机容量的比例 (Smoothed ACE)是ACE的滤波值。 相对较少，使得控制的难度加大。为提高上 如图2可见：当系统频率偏高时，质心的 海电网AGC控制性能和CPS考核指标，上海电 计算结果为负值，因此CACE>SACE,AGC控制 力调度中心开展了大量的研究和试验，逐步 将导致机组更多的减出力：当系统频率偏低 提出和采用了“基于频率变化的AGC控制策 时，质心的计算结果为正值，进而CACE〈 略”、“一次调频与AGC协调与结合”以及 SACE,AGC控制将导致机组更多加出力：当系 “AGC机组集群控制模式”等方法和思路，并 统频率处于正常范围时，质心的计算结果为 结合上海电网的运行特点，从以下3个方面 零，CACE=SACE,AGC处于正常控制模式。 对控制策略做了改进。 通过命令/允许控制(Command/Permissive 1)目标ACE的修正 Control)模式，当CACE大于用户设定的允 经典的AGC控制目标一般是基于ACE计 许控制死区后，对于下一周期出力方向不利 算得到的，而CPS准则要求必须同时考虑系 于当前ACE控制的机组（△Gen·CACE)O)不 统频率偏差，因此理想的AGC控制策略必须 进行AGC控制，从而有效减少不必要的逆向 同时考虑这两个因素。 调节。 由CPS1标准可知，当△f×ACE0,则有CPS1大于200%。由于△f随着 CPSI要求 COBHI 互联系统负荷与机组出力间的相互作用而 波动，完全跟踪频率波动几乎是不可能的。 控制区 Centroid目标ACE) 当频率偏差较小时，一般情况下应使ACE的 值尽可能小，使得CPS1>100%。上述理想的 COBLO 控制策略可用图1来表示，阴影区域为AGC控 图2目标ACE 制目标区。可以看出，当系统频率偏差较大 2)预测AGC控制 时，AGC的控制目标区主要由CPS1条件来约 综合考虑联络线计划值、系统超短期负 束，当系统频率偏差较小时，主要考虑满足 荷预测、机组爬坡等约束，预测5min后系统 CPS2的约束，也就是要使ACE的10min平均值 的状态，来确定机组AGC控制值，并通过闭环 在+Lo与-L之间。 控制不断来修正AGC的控制量，从而提高AGC 针对CPS标准，在滤波后的ACE中加入修 的控制性能。 正量质心COB(Centroid of the Control 3)混成控制 Boundary)作为新的控制目标值。通过用户 电力系统中同时存在着连续的状态变 设定的CPS1控制目标反算出当前的CPS1目 量和离散控制变量，使得电力系统成为一个 标控制边界，结合CPS2的控制目标边界， 典型的混杂系统。上海电网引入了混成控制 通过式(1)求得控制CACE(ControlACE) (lybrid AGC,以下简称HAGC)的研究，与 目标值。 HAVC协调控制，进行有功/无功协调优化，全
在引入CPS考核标准后,AGC控制策略也做出 了相应的调整,来满足新的控制性能要求。 由于各省市电网的AGC机组所占比例、以及 AGC机组的水火电等组成比例均不相同,因 此各电网的控制策略有一定的差异。华东四 省一市电网分别针对各自的实际运行情况, 对AGC控制策略进行了改进。 下面以上海电网和安徽电网为例介绍 华东电网实施CPS标准的情况。 1 上海电网控制策略： 上海电网AGC机组占总装机容量的比例 相对较少,使得控制的难度加大。为提高上 海电网AGC控制性能和CPS考核指标,上海电 力调度中心开展了大量的研究和试验,逐步 提出和采用了“基于频率变化的AGC控制策 略”、“一次调频与AGC协调与结合”以及 “AGC机组集群控制模式”等方法和思路,并 结合上海电网的运行特点,从以下3个方面 对控制策略做了改进。 1）目标ACE的修正 经典的AGC控制目标一般是基于ACE计 算得到的,而CPS准则要求必须同时考虑系 统频率偏差，因此理想的AGC控制策略必须 同时考虑这两个因素。 由CPS1标准可知,当Δ f ×ACE 0,则有CPS1大于200%。由于Δ f随着 互联系统负荷与机组出力间的相互作用而 波动,完全跟踪频率波动几乎是不可能的。 当频率偏差较小时,一般情况下应使ACE 的 值尽可能小, 使得CPS1 >100%。上述理想的 控制策略可用图1来表示,阴影区域为AGC控 制目标区。可以看出,当系统频率偏差较大 时, AGC的控制目标区主要由CPS1条件来约 束,当系统频率偏差较小时,主要考虑满足 CPS2的约束,也就是要使ACE的10 min平均值 在+L10与- L10之间。 针对CPS标准,在滤波后的ACE中加入修 正量质心COB (Centroid of the Control Boundary)作为新的控制目标值。通过用户 设定的CPS1控制目标反算出当前的CPS1 目 标控制边界, 结合CPS2 的控制目标边界, 通过式( 1 ) 求得控制CACE (ControlACE) 目标值。 图1 基于CPS的理想AGC控制的ACE控制范围 CACE = SACE – COB （1） 其中:质心COB = (H - L ) /2,是CPS1 /CPS2 约束条件下控制边界的中心点值; SACE ( Smoothed ACE)是ACE的滤波值。 如图2可见:当系统频率偏高时,质心的 计算结果为负值,因此CACE > SACE,AGC控制 将导致机组更多的减出力;当系统频率偏低 时,质心的计算结果为正值,进而CACE 0)不 进行AGC控制,从而有效减少不必要的逆向 调节。 图 2 目标 ACE 2）预测AGC控制 综合考虑联络线计划值、系统超短期负 荷预测、机组爬坡等约束,预测5 min后系统 的状态,来确定机组AGC控制值,并通过闭环 控制不断来修正AGC的控制量,从而提高AGC 的控制性能。 3）混成控制 电力系统中同时存在着连续的状态变 量和离散控制变量,使得电力系统成为一个 典型的混杂系统。上海电网引入了混成控制 (Hybrid AGC, 以下简称HAGC)的研究,与 HAVC协调控制,进行有功/无功协调优化,全
局P/Q优化，调整AGC控制使得控制性能最优， 按CPS标准进行考核，其中广东电网负责 在考虑全局有功协调优化的同时，使得无功 主调频，云南、贵州和广西电网辅助调频。 也达到最优。上海电网引入上述控制措施后， CS标准鼓励低频多发、高频少发以及事 有效地提高了AGC运行水平和CPS考核水平， 故条件下对故障区域的支援：低频少发、高 并取得了明显的经济效益。 频多发将罚电量：同时也放宽了对区域间联 2安徽电网控制策略 络线交换功率偏差的控制。 鉴于传统的AGC控制策略不能满足安徽 1全网B值的确定方法 电网日常发电调度生产需要，调度员人工干 频率偏差系数B可以采用固定的值，每 预劳动强度大，且火电机组调节频繁，性能 年设定一次，通过对控制区域数次系统扰 下降，为了进一步提高CPS指标，安徽电网从 动时频率响应特性的分析，取其平均值来 以下方面AGC控制策略进行了改进。 设定，公式如下： 1)AGC机组控制原则 B=-△P/△f 为了减少不必要的调节，最大限度发挥 对系统扰动时频率响应特性的分析方法 现有AGC资源的控制效能，安徽电网对AGC机 是 组的控制做了以下几点规定： (1)记录系统扰动前和扰动稳定后、在二 (1)正常情况下，机组只朝一个方向调节 次调频作用发生前的系统频率值。 负荷，只有在到达目标值并稳定规定时间后， (2)记录(1)中对应于两点之间的频率偏 才能反方向调节： 差△f (2)增减负荷顺序按计划发电等比例、计 (3)记录引起扰动的发电功率损失△P。 划电量等比例、上网电价大小、机组容量等 2全网B值的分配 比例4种原则之一进行： B值的分配的原则：因B值与用电负荷以 (3)机组指令采用阶跃方式，为5MW的整 及一次调频容量有关，各省区一次调频容 数倍： 量不明确，故发电机一次调频对B值的影响 (4)正常情况下，所有机组控制模式设为 按照各省区平均发电负荷计算，各省区用 自动。 电负荷对值的影响按各省区全社会平均负 按照上述的控制原则对AGC机组进行控 荷计算。平均发电负荷根据统调发电量计 制，以抑制机组频繁增减出力，减少机组的 (算考虑地方机组基本不投一次调频)，全社 磨损，同时按照一定顺序对AGC机组分配出 会平均负荷取根据全社会用电量计算。由于 力，提高了电网运行的经济性。 各省区一次调频投人不均衡且容量不明确， 2)CPS控制策略改进 故考虑全社会平均负荷权重80%，平均发电 安微电网在确定控制策略引入了功率 负荷权重20%，同时由于广西、云南一次调频 需求与速率需要、超短期负荷预报、预期频 投人力度不大，广西、云南统调发电量按照 率变化趋势3个方面的因素。考虑负荷和频 70%权重考虑。香港电网负荷与发电出力列 率的变化趋势，对下一段时间进行预测，来 人广东电网，直调发电出力除天一、天二电 确定当前的控制指令，以避免发生超调或欠 厂外均己列人其他电网，天一、天二发电负 调。 荷不考虑。 根据超短期负荷预报结果，由动态经济 调度计算AGC机组的经济基点功率。AGC机组 3CPS应用遇到的问题及解决方 自动跟踪动态经济调度结果，实现AGC超前 控制，超前控制有利于改善AGC性能，可以提 案 高控制性能指标。 CPS控制技术在我国电网控制中的应用 2.3.2CPS标准在南方电网中的应用 越来越广泛，但由于我国幅员辽阔，电力资 在中国南方电网内，省际联络线采用联 源和负荷分布情况各不相同。火电厂主要分 络线功率和频率偏差控制(TBC)模式，并 布在华北和东北地区，而水电厂主要分布在
局P /Q优化,调整AGC控制使得控制性能最优, 在考虑全局有功协调优化的同时,使得无功 也达到最优。上海电网引入上述控制措施后, 有效地提高了AGC运行水平和CPS考核水平, 并取得了明显的经济效益。 2 安徽电网控制策略 鉴于传统的AGC控制策略不能满足安徽 电网日常发电调度生产需要,调度员人工干 预劳动强度大,且火电机组调节频繁,性能 下降,为了进一步提高CPS指标,安徽电网从 以下方面AGC控制策略进行了改进。 1）AGC机组控制原则 为了减少不必要的调节,最大限度发挥 现有AGC资源的控制效能,安徽电网对AGC机 组的控制做了以下几点规定: (1)正常情况下,机组只朝一个方向调节 负荷,只有在到达目标值并稳定规定时间后, 才能反方向调节; (2)增减负荷顺序按计划发电等比例、计 划电量等比例、上网电价大小、机组容量等 比例4种原则之一进行; (3)机组指令采用阶跃方式,为5 MW 的整 数倍; (4)正常情况下,所有机组控制模式设为 自动。 按照上述的控制原则对AGC机组进行控 制,以抑制机组频繁增减出力,减少机组的 磨损,同时按照一定顺序对AGC机组分配出 力,提高了电网运行的经济性。 2）CPS 控制策略改进 安徽电网在确定控制策略引入了功率 需求与速率需要、超短期负荷预报、预期频 率变化趋势3个方面的因素。考虑负荷和频 率的变化趋势,对下一段时间进行预测,来 确定当前的控制指令,以避免发生超调或欠 调。 根据超短期负荷预报结果,由动态经济 调度计算AGC机组的经济基点功率。AGC机组 自动跟踪动态经济调度结果,实现AGC超前 控制,超前控制有利于改善AGC性能,可以提 高控制性能指标。 2.3.2 CPS标准在南方电网中的应用 在中国南方电网内，省际联络线采用联 络线功率和频率偏差控制（TBC）模式，并 按CPS 标准进行考核，其中广东电网负责 主调频，云南、贵州和广西电网辅助调频。 CPS 标准鼓励低频多发、高频少发以及事 故条件下对故障区域的支援；低频少发、高 频多发将罚电量；同时也放宽了对区域间联 络线交换功率偏差的控制。 1 全网 B 值的确定方法 频率偏差系数B可以采用固定的值, 每 年设定一次, 通过对控制区域数次系统扰 动时频率响应特性的分析, 取其平均值来 设定, 公式如下: B=-Δ P／Δ f 对系统扰动时频率响应特性的分析方法 是 （1）记录系统扰动前和扰动稳定后、在二 次调频作用发生前的系统频率值。 （2）记录（1）中对应于两点之间的频率偏 差△f （3）记录引起扰动的发电功率损失△P 。 2 全网B值的分配 B值的分配的原则:因B值与用电负荷以 及一次调频容量有关, 各省区一次调频容 量不明确, 故发电机一次调频对B值的影响 按照各省区平均发电负荷计算, 各省区用 电负荷对值的影响按各省区全社会平均负 荷计算。平均发电负荷根据统调发电量计 (算考虑地方机组基本不投一次调频),全社 会平均负荷取根据全社会用电量计算。由于 各省区一次调频投人不均衡且容量不明确, 故考虑全社会平均负荷权重80%, 平均发电 负荷权重20%,同时由于广西、云南一次调频 投人力度不大, 广西、云南统调发电量按照 70%权重考虑。香港电网负荷与发电出力列 人广东电网, 直调发电出力除天一、天二电 厂外均已列人其他电网, 天一、天二发电负 荷不考虑。 3 CPS 应用遇到的问题及解决方 案 CPS控制技术在我国电网控制中的应用 越来越广泛，但由于我国幅员辽阔，电力资 源和负荷分布情况各不相同。火电厂主要分 布在华北和东北地区，而水电厂主要分布在
南方地：，中西部主要是农用负荷，东部地 得机组在电网负荷上升或下降前适当提前 区则以工业负荷为主。各地区在CPS技术的 加减出力，对减少负荷偏差、减少电量罚款 实际应用中遇到的问题也不尽相同。以浙江 有实际意义。 电网为例，介绍CPS应用中遇到的困难及解 3AGC控制条件频度 决办法。 为避免频繁地对机组进行调节，当出现 浙江电网由于网架结构和电网联络线 以下几种情况时，单个机组不进行调节： 的限制，使得对一些特殊区域内的发电厂出 (1)当机组实时功率处于调节上限附近而 力有一定要求，这些出力限制减少了发电出 需要向上继续调节时： 力的调节量，增加了调频的难度。另外在枯 (2)当机组实时功率处于调节下限附近而 水期，由于水电较少，短时调节的难度也相 需要向下继续调节时： 对增加。浙江省中小企业相对较多，负荷增 (3)在对某机组发出一个调节指令后而实 减灵活、容量较大，导致电网负荷变化幅度 时功率并没有向目标功率方向有明显靠近 大，变动频繁，而大幅快速变化的负荷特性 时，那么在以后最长3~4个AGC调节周期内 又增加了超短期负荷预测的难度：实际电网 将不再对该机组发调节指令 负荷追踪能力的限制，使得负荷变化率大的 时段，联络线出现较大的功率偏差，增加CPS 4总结和体会 的电量罚款。小火电早开晚停的调节方式对 随着CPS控制技术的逐渐成熟，我国电 统调负荷也造成了很大的负面影响。 网AGC的控制策略日益完善，电力系统的频 基于以上难点，浙江的AGC控制策略主 率特性和AGC机组的控制效率也不断提高。 要围绕调整地区小火电开停机方式、超短期 由于互联系统之间通过联络线相互影响，某 负荷预测的进一步研究、CPS控制策略的研 个省市的AGC机组发生超调或欠调均会引起 究等3方面来展开。 其它联网省市的AGC相应的调整，各地区电 1调整地区小火电发电方式 网需要在己有AGC控制策略调整的基础上， 公用小火电主要按照调度部门制定的 进一步研究适合全网的频率控制策略，实现 发电曲线日开夜停。小火电的运行不仅严重 各省市控制策略的优势补，改善系统的运行 地影响大机组安全运行和使用寿命，而且造 性能，减少系统无谓的损失，以达到全网频 成送受电关口十分难守，从而导致电能质量 率性能最优的目标。 和CPS指标的下降。 本文从电网频率控制出发，介绍了A系 为了缓解统调日负荷曲线的畸变现象， 列和CPS系列两种不同的控制性能标准，并 浙江电网根据统调日负荷的实际高低，对小 以南方电网以及华东电网中的上海电网和 火电高峰和低谷发电时段进行了必要的调 安徽电网为例，阐明了CPS技术在我国的应 整：同时为了防止小火电齐上齐下而对系统 用情况：最后以浙江电网为例，介绍了CPS 的影响，地区小火电在每个时段交换点的半 技术应用中遇到的困难及解决办法 小时内分批错时启停。 在写作过程中，我通过查找资料并深入 2适应电网负荷跟踪能力的超短期负荷预测 思考，弄懂了控制性能标准的发展过程，建 CPS电量罚款和相应的负荷偏差、负荷 立了电力系统调控的全局思想，加深了对专 变化率偏差有很大的相关性，被罚点的负荷 业知识的理解。 偏差和变化率偏差两者之一或两者同时都 是比较大的。造成这种情况的原因可能是超 参考文献 短期负荷预测不是十分精准和没有考虑实 [1]汪德星.华东电网实行CPS标准的探 际电网机组的出力变化能力。考虑到机组出 索[J].电力系统自动化，2000,24(8)： 力没有加减到位也可以通过适当提前加减 41-44. 负荷来弥补，因而在超短期预测负荷中加入 [2]周毅.华东电网CPS考核标准运行分 一个反映电网负荷变化趋势的调节因子，使 析[J].华东电力，2006,34(5)：41-43
南方地；，中西部主要是农用负荷，东部地 区则以工业负荷为主。各地区在CPS技术的 实际应用中遇到的问题也不尽相同。以浙江 电网为例，介绍CPS应用中遇到的困难及解 决办法。 浙江电网由于网架结构和电网联络线 的限制,使得对一些特殊区域内的发电厂出 力有一定要求,这些出力限制减少了发电出 力的调节量,增加了调频的难度。另外在枯 水期,由于水电较少,短时调节的难度也相 对增加。浙江省中小企业相对较多,负荷增 减灵活、容量较大,导致电网负荷变化幅度 大,变动频繁,而大幅快速变化的负荷特性 又增加了超短期负荷预测的难度;实际电网 负荷追踪能力的限制,使得负荷变化率大的 时段,联络线出现较大的功率偏差,增加CPS 的电量罚款。小火电早开晚停的调节方式对 统调负荷也造成了很大的负面影响。 基于以上难点,浙江的AGC控制策略主 要围绕调整地区小火电开停机方式、超短期 负荷预测的进一步研究、CPS控制策略的研 究等3方面来展开。 1 调整地区小火电发电方式 公用小火电主要按照调度部门制定的 发电曲线日开夜停。小火电的运行不仅严重 地影响大机组安全运行和使用寿命,而且造 成送受电关口十分难守,从而导致电能质量 和CPS指标的下降。 为了缓解统调日负荷曲线的畸变现象, 浙江电网根据统调日负荷的实际高低,对小 火电高峰和低谷发电时段进行了必要的调 整;同时为了防止小火电齐上齐下而对系统 的影响,地区小火电在每个时段交换点的半 小时内分批错时启停。 2 适应电网负荷跟踪能力的超短期负荷预测 CPS电量罚款和相应的负荷偏差、负荷 变化率偏差有很大的相关性,被罚点的负荷 偏差和变化率偏差两者之一或两者同时都 是比较大的。造成这种情况的原因可能是超 短期负荷预测不是十分精准和没有考虑实 际电网机组的出力变化能力。考虑到机组出 力没有加减到位也可以通过适当提前加减 负荷来弥补,因而在超短期预测负荷中加入 一个反映电网负荷变化趋势的调节因子,使 得机组在电网负荷上升或下降前适当提前 加减出力,对减少负荷偏差、减少电量罚款 有实际意义。 3 AGC 控制条件频度 为避免频繁地对机组进行调节,当出现 以下几种情况时,单个机组不进行调节: (1) 当机组实时功率处于调节上限附近而 需要向上继续调节时; (2) 当机组实时功率处于调节下限附近而 需要向下继续调节时; (3) 在对某机组发出一个调节指令后而实 时功率并没有向目标功率方向有明显靠近 时,那么在以后最长3～4个AGC调节周期内 将不再对该机组发调节指令 4 总结和体会 随着CPS控制技术的逐渐成熟，我国电 网AGC的控制策略日益完善,电力系统的频 率特性和AGC机组的控制效率也不断提高。 由于互联系统之间通过联络线相互影响,某 个省市的AGC机组发生超调或欠调均会引起 其它联网省市的AGC相应的调整,各地区电 网需要在已有AGC控制策略调整的基础上, 进一步研究适合全网的频率控制策略,实现 各省市控制策略的优势补,改善系统的运行 性能,减少系统无谓的损失,以达到全网频 率性能最优的目标。 本文从电网频率控制出发，介绍了A系 列和CPS系列两种不同的控制性能标准，并 以南方电网以及华东电网中的上海电网和 安徽电网为例，阐明了CPS技术在我国的应 用情况；最后以浙江电网为例，介绍了CPS 技术应用中遇到的困难及解决办法。 在写作过程中，我通过查找资料并深入 思考，弄懂了控制性能标准的发展过程，建 立了电力系统调控的全局思想，加深了对专 业知识的理解。 参考文献 [1]汪德星. 华东电网实行CPS标准的探 索[J]. 电力系统自动化, 2000, 24(8): 41-44. [2]周毅.华东电网 CPS 考核标准运行分 析[J].华东电力,2006,34(5):41-43
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