第34卷第19期 电力系统自动化 Vol.34 No.19 2010年10月10日 Automation of Electric Power Systems 0ct.10.2010 三段式频率偏差系数及其在互联电网调频中的应用 文丽，王坚2，陈明辉，文福拴3 (1.华南理工大学电力学院.广东省广州市510640： 2.中国南方电网电力调度通信中心.广东省广州市510623：3.浙江大学电气工程学院.浙江省杭州市310027) 摘要：在互联电力系统频率控制中，般采用固定系数法设置频率偏差系数B,这会导致自动发电 控制(AGC调节量不能准确跟踪系统功率偏差，甚至可能引起严重的频率过调或欠调，进而引起 频率稳定问题。在此背景下，基于电力系统中火电、水电通常设置不同的次调频死区，提出了三 段式B系数方法，能够更好地反映系统的调节性能，进而更准确地跟踪系统功率偏差。以南方互 联电力系统为实例，通过仿真与调频试验分析，验证了所提出的三段式B系数能够有效减少频率 偏差现象，改善互联电力系统调频控制性能，提高频率质量。 关键词：互联电力系统：频率控制：频率偏差系数：三段式 0引言 恢复速度快；然而，由于B始终大于B,若偏差整定 过大就会引起自动发电控制(AGC)机组调节量和 频率是电能质量的重要指标之一，频率质量的 运行费用增加以及频率和联络线潮流大幅波动。文 优劣直接影响到电力系统安全、稳定、经济、优质运 行。现代互联电力系统一般采取一定的有功控制 献[8！提出了针对不同运行方式下全天分时段设定 模式，如恒定交换功率控制(FTC)、恒定频率控制 B系数以及根据频率偏差等级设定B系数的方法： (FFC)、联络线和频率偏差控制(TBC)I)。在采用 前者从理论上讲B系数能很好地跟随B但B系数 的分段较多，对B系数调整次数也会相应较多，实 这些模式时，一般先根据区域控制偏差(ACE)确定 有功调节量到。频率偏差系数B作为确定ACE的 施起来难度较大：后者虽有利于频率调节，但应该如 关键参数之一，其参数值设置是否合理直接影响到 何划分频率偏差范围的等级尚无依据，且难以确定 频率控制效果的优劣。B系数的设置原则是近似跟 B系数以保证不会引起联络线潮流的大幅波动。 踪电力系统的自然频率特性系数B但由于β是非线 目前，南方电网总调采用固定系数法设置B 性时变的，因此B系数很难精确地跟踪β，误差较大 值，根据上一年系统的最大负荷每年设置一次。在 时会导致明显过调或欠调，影响频率控制质量。 电力系统运行过程中，由于系统负荷是实时变化的， 近年来，在B系数的设置方面有不少研究报 不同时段系统旋转备用容量也不同，因此，B系数取 道。文献/45]提出了通过实时在线计算B来确定 固定值与系统实际的自然频率特性系数B有很大差 B系数的方法，以最大限度地保证B系数等于B:从 别，导致AGC超调现象相当严重。为解决此问题 理论上讲，该方法可以较好地保证B与B的一致 考虑到电力系统中火电、水电通常设置不同的一次 性，但对数据的实时采集和处理要求很高，对调度自 调频死区，本文提出了三段式B系数设置方法，并 动化水平的要求也相应很高，而且会增加控制时延， 利用南方电网实际数据测算了三段式B系数，最后 对频率的快速恢复有负面作用。文献[6提出了固 进行仿真分析和调频试验分析，验证了所提出方法 定B系数设定方法，采用这种方法不需要在实际控 的可行性和有效性。 制中进行额外出力，简单易行，但固定的B系数不 1三段式B系数方法的基本思路 能很好地保证与B的一致性，容易造成过调或欠调， 进而对频率的稳定和快速恢复造成不利影响。文献 南方电网火电、水电机组一次调频的死区分别 「7]提出了两段式B系数设置方法，在频率偏差较 为士0.033Hz和±0.05Hz。在估算系统频率特性 大时（即进入危险地带），B系数取值远大于B,频率 系数时可近似认为： 1)频率偏差在±0.033Hz以内时，B系数等于 负荷的频率特性系数。 收稿日期：20100413：修回日期：20100704。 2)频率偏差超过±0.033Hz但在士0.05Hz “十一五”国家科技支撑计划资助项目(2008BAA13B10)。 以内时，B系数等于负荷和火电机组的频率特性系 C1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://wwwki.net
三段式频率偏差系数及其在互联电网调频中的应用 文 丽1 , 王 坚2 , 陈明辉1 , 文福拴3 ( 1. 华南理工大学电力学院, 广东省广州市 510640; 2. 中国南方电网电力调度通信中心, 广东省广州市 510623; 3. 浙江大学电气工程学院, 浙江省杭州市 310027) 摘要: 在互联电力系统频率控制中, 一般采用固定系数法设置频率偏差系数 B, 这会导致自动发电 控制( AGC) 调节量不能准确跟踪系统功率偏差, 甚至可能引起严重的频率过调或欠调, 进而引起 频率稳定问题。在此背景下, 基于电力系统中火电、水电通常设置不同的一次调频死区, 提出了三 段式 B 系数方法, 能够更好地反映系统的调节性能, 进而更准确地跟踪系统功率偏差。以南方互 联电力系统为实例, 通过仿真与调频试验分析, 验证了所提出的三段式 B 系数能够有效减少频率 偏差现象, 改善互联电力系统调频控制性能, 提高频率质量。 关键词: 互联电力系统; 频率控制; 频率偏差系数; 三段式 收稿日期: 20100413; 修回日期: 20100704。 十一五 国家科技支撑计划资助项目( 2008BAA13B10) 。 0 引言 频率是电能质量的重要指标之一, 频率质量的 优劣直接影响到电力系统安全、稳定、经济、优质运 行[ 1] 。现代互联电力系统一般采取一定的有功控制 模式, 如恒定交换功率控制( FTC ) 、恒定频率控制 ( FFC) 、联络线和频率偏差控制( T BC) [ 2] 。在采用 这些模式时, 一般先根据区域控制偏差( ACE) 确定 有功调节量 [ 3] 。频率偏差系数 B 作为确定 ACE 的 关键参数之一, 其参数值设置是否合理直接影响到 频率控制效果的优劣。B 系数的设置原则是近似跟 踪电力系统的自然频率特性系数, 但由于 是非线 性时变的, 因此 B 系数很难精确地跟踪 , 误差较大 时会导致明显过调或欠调, 影响频率控制质量。 近年来, 在 B 系数的设置方面有不少研究报 道。文献[ 45] 提出了通过实时在线计算 来确定 B 系数的方法, 以最大限度地保证 B 系数等于 : 从 理论上讲, 该方法可以较好地保证 B 与 的一致 性, 但对数据的实时采集和处理要求很高, 对调度自 动化水平的要求也相应很高, 而且会增加控制时延, 对频率的快速恢复有负面作用。文献[ 6] 提出了固 定 B 系数设定方法, 采用这种方法不需要在实际控 制中进行额外出力, 简单易行, 但固定的 B 系数不 能很好地保证与 的一致性, 容易造成过调或欠调, 进而对频率的稳定和快速恢复造成不利影响。文献 [ 7] 提出了两段式 B 系数设置方法, 在频率偏差较 大时(即进入危险地带), B 系数取值远大于 , 频率 恢复速度快; 然而, 由于 B 始终大于 , 若偏差整定 过大, 就会引起自动发电控制( AGC) 机组调节量和 运行费用增加以及频率和联络线潮流大幅波动。文 献[ 8] 提出了针对不同运行方式下全天分时段设定 B 系数以及根据频率偏差等级设定 B 系数的方法: 前者从理论上讲 B 系数能很好地跟随 , 但 B 系数 的分段较多, 对 B 系数调整次数也会相应较多, 实 施起来难度较大; 后者虽有利于频率调节, 但应该如 何划分频率偏差范围的等级尚无依据, 且难以确定 B 系数以保证不会引起联络线潮流的大幅波动。 目前, 南方电网总调采用固定系数法设置 B 值, 根据上一年系统的最大负荷每年设置一次。在 电力系统运行过程中, 由于系统负荷是实时变化的, 不同时段系统旋转备用容量也不同, 因此, B 系数取 固定值与系统实际的自然频率特性系数有很大差 别, 导致 A GC 超调现象相当严重。为解决此问题, 考虑到电力系统中火电、水电通常设置不同的一次 调频死区, 本文提出了三段式 B 系数设置方法, 并 利用南方电网实际数据测算了三段式 B 系数, 最后 进行仿真分析和调频试验分析, 验证了所提出方法 的可行性和有效性。 1 三段式 B 系数方法的基本思路 南方电网火电、水电机组一次调频的死区分别 为 0. 033 Hz 和 0. 05 Hz。在估算系统频率特性 系数时可近似认为: 1) 频率偏差在 0. 033 Hz 以内时, 系数等于 负荷的频率特性系数。 2) 频率偏差超过 0. 033 Hz 但在 0. 05 Hz 以内时, 系数等于负荷和火电机组的频率特性系 59 第 34 卷 第 19 期 2010 年 10 月 10 日 Vo l. 34 No. 19 Oct. 10, 2010
2010.34(19) 电力系玩自动化 数之和。 2互联电力系统调频的三段式B系数方法 3)频率偏差超过士0.05Hz时，B系数等于负 荷、火电和水电机组的频率特性系数之和。 在电力系统中，火电、水电机组通常设置不同的 一次调频死区，于是就产生了3个频差区间。三段 在此基础上，三段式B系数的测算方法如下： I)利用北美电力系统可靠性委员会(NERC)推 式B系数设置方法在3个频差区间内各设置一个B 荐的电网频率响应及其自然频率系数计算方法”1 系数，从理论上讲，能够比较准确地跟踪P。然而， 测算第3段B值： 通过对南方电网进行调频试验和仿真分析发现，直 B=APA-AP 接引入三段式B系数会导致以下2个问题： Af A-Af B (1) 1)在三段式B系数的分界点处，B系数突变会 B3≈B (2) 导致ACE值突变，进而ACE曲线产生毛刺，如图1 式中：△PA和△fA分别为系统扰动前的功率偏差值 所示。 和频率偏差值：△PB和△fB分别为系统扰动后调速 400 300 器紧随动作使频率趋于稳定而AGC尚未动作前的 200 功率偏差值和频率偏差值。 100 2)根据扰动时的系统负荷与负荷频率特性系 数，计算与负荷相关的自然频率系数（第1段B 值)： 200 -300 B1≈BL (3) 0 10 20 30 40 50 6小 /min BL.=Bi Pu (4 图1三段式B值导致的ACE突变示意图 fe Fig.1 ACE fluctuations caused by the 式中：Bi为频率变化1%引起的有功功率变化，根 three stage B value 据系统负荷水平和组成成分等确定，一般取1%~ 3%;PL和f:分别为额定负荷和系统额定频率。 就调频性能评价而言，常用的控制性能标准 3)根据火电与水电容量比例，近似得出第2段 (CPS)指标CPS1与CPS2计算方法分别为o: B值： EACE△f SCPSI= 2 ×100%= 10B B2≈BGKh+BL (5) Bc≈B-BL 6) 2 10B△f+△P)△E] ×100%= 式中：BL和Bc分别为负荷和发电机的频率特性系 10B6 数：K融为火电装机容量占总装机（火电和水电）容量 2- △E2.△P 日-10B8 ×100% (7) 的比例。 根据三段式B系数的原理与测算方法，利用南 SCPS2=IEACE.avg 10minl (8) 方电网2008年数次机组跳闸事故的相关数据，得到 式(7)、式(8)中各个符号的含义参见文献10]， 南方电网三段式B系数如表1所示。 这里不赘述。可见，由于跨越分界点前后频率偏差 近似相等，而B值与ACE值发生突变，从而造成两 表1南方电网三段式B系数测算值 Table 1 Three stage B coefficient calculation values 点的CPS指标差别很大。尽管CPS指标突变会加 of China Southern Power Grid 大对各中调的CPS考核力度，从而促进相关控制区 三段式10B系数/(MW·Hz1) 域积极参与调节，但在实际应用中发现以下问题：一 省区 枯水期 丰水期 方面，虽然执行CPS以来，南方电网频率质量得到 1 2 3 1 2 3 广东 大幅提高，但与此同时带来了另一个问题，即在小扰 145835853743169748935132 广西 162 477 824 189 6631184 动情况下各中调为争夺CPS指标导致的频率过调 云南 168 5031077 196 6991562 现象：由于B系数突变加大了对各中调的CPS考核 贵州 148 8041072 17311581561 力度，促使各中调争夺CPS指标的现象会进一步加 总调 05911098 08891651 重，从而会造成小扰动情况下频率过调现象也进一 全网合计1936596078142255830211090 注：B系数的单位为MW/0.1Hz.为方便使用.通常采用10B. 步加重：另一方面，目前南方电网各中调在执行 单位为MW/Hx三段式10B系数按照频差划分为3段，依 CPS考核过程中，调度员需实时监测CPS指标，在 次为：1△f1≤0.033Hz,0.033Hz0.05Hz. 量较小)下，调度员需根据CPS指标实时手动进行 42011 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.net
数之和。 3) 频率偏差超过 0. 05 Hz 时, 系数等于负 荷、火电和水电机组的频率特性系数之和。 在此基础上, 三段式 B 系数的测算方法如下: 1) 利用北美电力系统可靠性委员会( NERC) 推 荐的 电网频率响应及其自然频率系数计算方法 [ 9] 测算第 3 段 B 值: B = P A - P B f A - f B ( 1) B3 B ( 2) 式中: PA 和 f A 分别为系统扰动前的功率偏差值 和频率偏差值; PB 和 f B 分别为系统扰动后调速 器紧随动作使频率趋于稳定而 AGC 尚未动作前的 功率偏差值和频率偏差值。 2) 根据扰动时的系统负荷与负荷频率特性系 数, 计算与负荷相关的自然频率系数( 第 1 段 B 值) : B1 B L ( 3) BL = B * L PLe f e ( 4) 式中: B * L 为频率变化 1% 引起的有功功率变化, 根 据系统负荷水平和组成成分等确定, 一般取 1% ~ 3%; PLe和 f e 分别为额定负荷和系统额定频率。 3) 根据火电与水电容量比例, 近似得出第 2 段 B 值: B2 BG K gh + BL ( 5) B G B - BL ( 6) 式中: BL 和 BG 分别为负荷和发电机的频率特性系 数; K gh为火电装机容量占总装机( 火电和水电) 容量 的比例。 根据三段式 B 系数的原理与测算方法, 利用南 方电网 2008 年数次机组跳闸事故的相关数据, 得到 南方电网三段式 B 系数如表 1 所示。 表 1 南方电网三段式 B 系数测算值 Table 1 Threestage B coefficient calculation values of China Southern Power Grid 省区 三段式 10B 系数/ (M W H z - 1 ) 枯水期 1 2 3 丰水期 1 2 3 广东 1 458 3 585 3 743 1 697 4 893 5 132 广西 162 477 824 189 663 1 184 云南 168 503 1 077 196 699 1 562 贵州 148 804 1 072 173 1 158 1 561 总调 0 591 1 098 0 889 1 651 全网合计 1 936 5 960 7 814 2 255 8 302 11 090 注: B 系数的单位为 MW/ 0. 1Hz, 为方便使用, 通常采用 10B, 单位为 MW/ H z; 三段式 10B 系数按照频差划分为3 段, 依 次为: | f | 0. 033 H z, 0. 033 Hz 0. 05 Hz。 2 互联电力系统调频的三段式 B 系数方法 在电力系统中, 火电、水电机组通常设置不同的 一次调频死区, 于是就产生了 3 个频差区间。三段 式 B 系数设置方法在 3 个频差区间内各设置一个B 系数, 从理论上讲, 能够比较准确地跟踪 。然而, 通过对南方电网进行调频试验和仿真分析发现, 直 接引入三段式 B 系数会导致以下 2 个问题: 1) 在三段式 B 系数的分界点处, B 系数突变会 导致 ACE 值突变, 进而 ACE 曲线产生毛刺, 如图 1 所示。 图 1 三段式 B 值导致的 ACE 突变示意图 Fig. 1 ACE fluctuations caused by the threestage B value 就调频性能评价而言, 常用的控制性能标准 ( CPS) 指标 CPS1 与 CPS2 计算方法分别为 [ 10] : SCPS1= 2- EACEf 10B 2 1 100%= 2- ( 10Bf + P) f 10B 2 1 100%= 2- f 2 2 1 - Pf 10B 2 1 100% ( 7) SCPS2 = | E ACE, avg10min | ( 8) 式( 7) 、式( 8) 中各个符号的含义参见文献[ 10] , 这里不赘述。可见, 由于跨越分界点前后频率偏差 近似相等, 而 B 值与 ACE 值发生突变, 从而造成两 点的 CPS 指标差别很大。尽管 CPS 指标突变会加 大对各中调的 CPS 考核力度, 从而促进相关控制区 域积极参与调节, 但在实际应用中发现以下问题: 一 方面, 虽然执行 CPS 以来, 南方电网频率质量得到 大幅提高, 但与此同时带来了另一个问题, 即在小扰 动情况下各中调为争夺 CPS 指标导致的频率过调 现象; 由于 B 系数突变加大了对各中调的 CPS 考核 力度, 促使各中调争夺 CPS 指标的现象会进一步加 重, 从而会造成小扰动情况下频率过调现象也进一 步加重; 另一方面, 目前南方电网各中调在执行 CPS 考核过程中, 调度员需实时监测 CPS 指标, 在 某些情况( 如网内 AGC 机组调节性能较差、调节容 量较小) 下, 调度员需根据 CPS 指标实时手动进行 60 2010, 34( 19)
·研制与开发·文丽，等三段式频率偏差系数及其在互联电网调频中的应用 发电计划的调整，若CPS指标突变，无疑会对调度3仿真分析 员的判断造成干扰。 3.1仿真环境 2)B系数突变引起ACE值突变，进而引起系统 利用国际上通用的控制器设计工具和仿真平台 调节量突变，这可能会导致频率不能恢复到额定水 MATLAB/Power System Toolbox、电力系统一次 平。 调频和AGC的数学模型"，搭建适合南方电网 如图2所示，系统在经历一个扰动后，在恢复过 程中频率跨越49.95Hz时，调节量突然减小，AGC AGC的仿真模型。 针对南方电网的特征，在建立数学模型的过程 系统中的滤波环节将突变值自动识别为坏数据滤 中，做了如下处理： 掉：再考虑到AGC时延，短时间内调节量不足会使 1)在对南方电网所属各省区电网的等值处理过 频差增大，由于负荷不断变化引起频率波动，在频率 程中，直流线路作为恒定负荷并入△P1中。 较小的波动中，当频率小于49.95Hz时调节量又突 2)广东与广西的双回并行交流联络线可合并为 然增加，使得频差减小。如此反复，可能使得频率在 一条联络线处理。 49.95Hz附近波动而不能恢复到额定水平。 3)基于已有的大扰动情况下南方电网频率响应 50.00 49.98 曲线，采用参数辨识和曲线拟合方法，整定仿真模型 49.96 49.94 wWWMMWMMWMWWM 中的各个参数，直至获得满意的曲线拟合效果。 三49.92 3.2仿真结果 49.90 针对南方电网目前使用的固定B系数法和所 4988 提出的三段式B系数法，分别进行仿真研究。在广 49.86 49.846100203040500600700800901000 东省网发生某台机组跳机的情况下，采用这2种方 s 法得到的系统频率变化曲线如图3所示。 图2系统频率恢复示意图 50.05r 固定B系数 Fig.2 Frequency recovery of the power system 50.00 可见，虽然从理论上讲三段式B值能够较好地 49.95 三段式B系数 跟踪B,但系统的频率控制性能未必就好。为了改 49.90 善以上问题，采取如下措施： 49.85 1)在调频控制中，B值采用最大值.即第3段B 值。 49806 200 40060080010001200 g 采用单一B值可以保证ACE随频差线性变 图3跳机扰动下的频率恢复曲线 化，不会发生突变，这有利于改善控制性能。 Fig.3 Frequency recovery curves after a generator's tripping 2)根据三段式B系数的频差分段，设置三段式 比例控制系数，方法如下： 从图3可以看出： K= 合B (9) 1)当lf1>0.05Hz时(f为频率偏差)，采 用固定B系数法和三段式B系数法时频率调节能 式中：K:为第i段比例控制系数，i=1,2,3:K3为 力相差不大。 频率控制系统PI控制器中比例部分的增益系数， 2)当0.033Hz<11≤0.05Hz时，采用固定 般可取为1B:为第i段B系数。 B系数法时频率调节速度比三段式B系数法快。 采用上述措施后，B值采用第3段的B值会使 前者有可能导致频率过调。 得ACE值不会突变。根据3段B设置三段式比例 3)当△f1≤0.033Hz时，采用固定B系数法 控制系数，系统调节量中的比例部分能较准确跟踪 时出现了频率频繁过调和串动现象而采用三段式 系统功率偏差，而积分控制系数不变可以保证积分 B系数法时，调节速度相对较慢，频率过调情况很少 调节量的稳定，使得系统调节量在频差分界点也不 出现而且频率恢复和稳定到额定频率的速度快，稳 会出现突变。通过下文的仿真和试验分析可知，这 定性也明显优于固定B系数法。 种改进措施既解决了ACE突变导致的CPS在分界 仿真分析侧重于定性方面。通过对仿真曲线进 点相差很大的问题，也避免了可能出现的频率不能 行对比分析可知，通过采用三段式B系数法，有效 恢复到额定水平的问题。 地减少了AGC过调现象和频率调节次数，提高了 C1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.hki.net
发电计划的调整, 若 CPS 指标突变, 无疑会对调度 员的判断造成干扰。 2) B 系数突变引起 A CE 值突变, 进而引起系统 调节量突变, 这可能会导致频率不能恢复到额定水 平。 如图 2 所示, 系统在经历一个扰动后, 在恢复过 程中频率跨越 49. 95 Hz 时, 调节量突然减小, AGC 系统中的滤波环节将突变值自动识别为坏数据滤 掉; 再考虑到 AGC 时延, 短时间内调节量不足会使 频差增大, 由于负荷不断变化引起频率波动, 在频率 较小的波动中, 当频率小于49. 95 Hz 时调节量又突 然增加, 使得频差减小。如此反复, 可能使得频率在 49. 95 Hz 附近波动而不能恢复到额定水平。 图 2 系统频率恢复示意图 Fig. 2 Frequency recovery of the power system 可见, 虽然从理论上讲三段式 B 值能够较好地 跟踪, 但系统的频率控制性能未必就好。为了改 善以上问题, 采取如下措施: 1) 在调频控制中, B 值采用最大值, 即第 3 段 B 值。 采用单一 B 值可以保证 A CE 随频差线性变 化, 不会发生突变, 这有利于改善控制性能。 2) 根据三段式 B 系数的频差分段, 设置三段式 比例控制系数, 方法如下: K Pi = Bi B 3 K P3 ( 9) 式中: K Pi为第 i 段比例控制系数, i= 1, 2, 3; K P3 为 频率控制系统 PI 控制器中比例部分的增益系数, 一 般可取为 1; Bi 为第i 段 B 系数。 采用上述措施后, B 值采用第 3 段的 B 值会使 得 ACE 值不会突变。根据 3 段 B 设置三段式比例 控制系数, 系统调节量中的比例部分能较准确跟踪 系统功率偏差, 而积分控制系数不变可以保证积分 调节量的稳定, 使得系统调节量在频差分界点也不 会出现突变。通过下文的仿真和试验分析可知, 这 种改进措施既解决了 ACE 突变导致的 CPS 在分界 点相差很大的问题, 也避免了可能出现的频率不能 恢复到额定水平的问题。 3 仿真分析 3. 1 仿真环境 利用国际上通用的控制器设计工具和仿真平台 M ATLAB/ Pow er System T oolbox、电力系统一次 调频和 AGC 的数学模型 [ 11] , 搭建适合南方电网 AGC 的仿真模型。 针对南方电网的特征, 在建立数学模型的过程 中, 做了如下处理: 1) 在对南方电网所属各省区电网的等值处理过 程中, 直流线路作为恒定负荷并入 PL 中。 2) 广东与广西的双回并行交流联络线可合并为 一条联络线处理。 3) 基于已有的大扰动情况下南方电网频率响应 曲线, 采用参数辨识和曲线拟合方法, 整定仿真模型 中的各个参数, 直至获得满意的曲线拟合效果。 3. 2 仿真结果 针对南方电网目前使用的固定 B 系数法和所 提出的三段式 B 系数法, 分别进行仿真研究。在广 东省网发生某台机组跳机的情况下, 采用这 2 种方 法得到的系统频率变化曲线如图 3 所示。 图 3 跳机扰动下的频率恢复曲线 Fig. 3 Frequency recovery curves after a generator s tripping 从图 3 可以看出: 1) 当| f | > 0. 05 Hz 时( f 为频率偏差) , 采 用固定 B 系数法和三段式B 系数法时频率调节能 力相差不大。 2) 当 0. 033 Hz< | f | 0. 05 Hz 时, 采用固定 B 系数法时频率调节速度比三段式 B 系数法快。 前者有可能导致频率过调。 3) 当| f | 0. 033 Hz 时, 采用固定 B 系数法 时出现了频率频繁过调和串动现象, 而采用三段式 B 系数法时, 调节速度相对较慢, 频率过调情况很少 出现, 而且频率恢复和稳定到额定频率的速度快, 稳 定性也明显优于固定 B 系数法。 仿真分析侧重于定性方面。通过对仿真曲线进 行对比分析可知, 通过采用三段式 B 系数法, 有效 地减少了 AGC 过调现象和频率调节次数, 提高了 61 研制与开发 文 丽, 等 三段式频率偏差系数及其在互联电网调频中的应用
2010.34(19) 电力系玩自动化 频率稳定的速度。 中，有益调节和有害调节是指当频率偏差较大时，机 需要指出，本文未对仿真结果进行定量分析主 组出力变化对频率恢复有益或有害的调节。 要出于以下2点考虑：①油于采用的仿真模型对电 试验分析侧重于定量分析。从试验结果可知， 力系统作了一定程度的简化，故仿真结果更倾向于 采用三段式B系数法，可以有效改善AGC过调现 得到定性结论：②利用指标对2种方式进行对比，需 象，减少AGC调节次数，有效降低频繁调节所引起 要大量的数据作为支撑。为此，这里考虑对实际电 的机组磨损，使调频机组的出力变化更趋合理。三 网（本文为南方电网）的调频试验结果进行定量分析 段式B系数法明显优于固定B系数法。 以得到更为准确的结果。定量分析结果见第4节。 5结语 4试验分析 本文提出了三段式B系数方法，并将其三段式 为了验证三段式B系数法的调频效果，南方电 结构引入ACE控制环节，最终应用于互联电力系 网总调进行了调频试验。广东电力系统参与该调频 统的频率控制。针对南方电网实际系统，对基于三 试验的主要机组包括新丰江、枫树坝、广蓄厂以及能 段式B系数的调频方法进行了仿真研究和调频试 东厂、前湾厂、展能厂、昭阳厂等燃气电厂，广西由于 验，证明了三段式B系数法能够很好地跟踪B,有效 水情和百色1号主变检修的原因，只有岩滩电厂参 地减少频率偏差，有利于提高互联电力系统频率的 与了此次试验。主要结论如下。 稳定性。 1)AGC过调问题 试验结果表明，采用三段式B系数法后，AGC 参考文献 过调现象得到了明显改善，频率过调次数由试验前 [】电力系统调频与自动发电控制编委会，电力系统调频与自动发 采用固定B系数法时的日均210次减少到日均 电控制.北京：中国电力出版社，2006 136次，频率波动也趋于平缓，如图4所示。 [2]】高宗和，藤贤亮，涂力群.互联电网AGC分层控制与CPS控制 150.06 策路.电力系统自动化.2004.281)：7881. 550 500 450 50.04 GAO Zonghe,TENG Xianliang.TU Liqun.Hierarchical AGC 00 50.02 mode and CPS control strategy for interconnected power 36 50.00E systems.Autom ation of Electric Pow er Systems,2004,28(1): 49.98 50 7881. 200 49.96 50 49.94 [3引高宗和，滕贤亮，张小白.互联电网CPS标准下的自动发电控制 05101520253035404550556 策略.电力系统自动化，2005,29(19)：4044. //min ---2009年9月18日6时：岩滩电厂总有功功率计算结果（实时采样） GAO Zonghe,TENG Xianliang,ZHANG Xiaobai.Automatic 一2009年9月18日6时：南网频率实测值（实时采样） generation control strategy under control performance standard 图42009年9月18日岩滩在试验期间的有功功率曲线 for interconnected power grids.Automation of Electrie Power 及对应的频率曲线 System5,2005,29(19):4044. Fig.4 Yantan s active power crve and the corresponding [4]KENNEDY T,HOYT S M,ABELL C F.Variable,norr linear frequency curve during the testing period on September 18,2009 tie line frequeney bias for interconnected systems control IEEE Trans on Power Systems,1988.3(3):1244 1253. 2)AGC调节次数变化情况 [5]ONI B.Investigation of nonlinear tie line bias control of interconnected power systems.IEEE Trans on Power Apparatus 在试验期间，广东、广西的调频机组以及龙滩电 and Systems,1981,100(5):23502356. 厂的AGC指令次数的总和大幅下降，由试验前的 [6刘乐刘娆，李卫东.考虑电网技术水平的频率偏差系数设定方 日均10858次下降到日均4430次，下降幅度达 式分析.电力系统自动化.2008.32(15)：1720. 59%。 LIU Le.LIU Rao.LI Weidong.Analysis on frequency bias 3)调频机组出力变化情况分析 coefficient setting mode cons idering techn ical conditions of pow er network.Automation of Electric Power Systems,2008, 在试验期间，调频机组出力变化更趋合理。龙 32(15):1720. 滩电厂在参与调频期间机组的有益调节次数占总调 [7]VANSLYCK L S.Im plication of frequency control bias settings 节次数的比例大幅提高，由试验前的7.7%增加至 interconnected system operation and inadvertent energy 11.5%,有害调节次数占总调节次数的比例则有所 accounting.IEEE Trans on Power Systems.1989,4(2): 712723. 下降，由试验前的8.5%下降至7.0%；岩滩电厂在 [8)刘乐刘娆，李卫东.自动发电控制中频率偏差系数确定方法的 参与调频期间机组的有益调节次数占总调节次数的 探讨.电力系统自动化.2006.30(6)：4247. 比例有所提高，由试验前的6.8%增加至8.2%。其 LIU Le,LIU Rao,LI Weidong.Probe into frequency bias 4-011 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.net
频率稳定的速度。 需要指出, 本文未对仿真结果进行定量分析主 要出于以下 2 点考虑: 由于采用的仿真模型对电 力系统作了一定程度的简化, 故仿真结果更倾向于 得到定性结论; 利用指标对 2 种方式进行对比, 需 要大量的数据作为支撑。为此, 这里考虑对实际电 网( 本文为南方电网) 的调频试验结果进行定量分析 以得到更为准确的结果。定量分析结果见第 4 节。 4 试验分析 为了验证三段式 B 系数法的调频效果, 南方电 网总调进行了调频试验。广东电力系统参与该调频 试验的主要机组包括新丰江、枫树坝、广蓄厂以及能 东厂、前湾厂、展能厂、昭阳厂等燃气电厂, 广西由于 水情和百色 1 号主变检修的原因, 只有岩滩电厂参 与了此次试验。主要结论如下。 1) AGC 过调问题 试验结果表明, 采用三段式 B 系数法后, AGC 过调现象得到了明显改善, 频率过调次数由试验前 采用固定 B 系数法时的日均 210 次减少到日均 136 次, 频率波动也趋于平缓, 如图 4 所示。 图 4 2009 年 9 月 18 日岩滩在试验期间的有功功率曲线 及对应的频率曲线 Fig. 4 Yantan s active power curve and the corresponding frequency curve during the testing period on September 18, 2009 2) AGC 调节次数变化情况 在试验期间, 广东、广西的调频机组以及龙滩电 厂的 AGC 指令次数的总和大幅下降, 由试验前的 日均 10 858 次下降到日均 4 430 次, 下降幅度达 59% 。 3) 调频机组出力变化情况分析 在试验期间, 调频机组出力变化更趋合理。龙 滩电厂在参与调频期间机组的有益调节次数占总调 节次数的比例大幅提高, 由试验前的 7. 7% 增加至 11. 5%, 有害调节次数占总调节次数的比例则有所 下降, 由试验前的 8. 5% 下降至 7. 0% ; 岩滩电厂在 参与调频期间机组的有益调节次数占总调节次数的 比例有所提高, 由试验前的 6. 8% 增加至 8. 2%。其 中, 有益调节和有害调节是指当频率偏差较大时, 机 组出力变化对频率恢复有益或有害的调节。 试验分析侧重于定量分析。从试验结果可知, 采用三段式 B 系数法, 可以有效改善 AGC 过调现 象, 减少 AGC 调节次数, 有效降低频繁调节所引起 的机组磨损, 使调频机组的出力变化更趋合理。三 段式 B 系数法明显优于固定 B 系数法。 5 结语 本文提出了三段式 B 系数方法, 并将其三段式 结构引入 ACE 控制环节, 最终应用于互联电力系 统的频率控制。针对南方电网实际系统, 对基于三 段式 B 系数的调频方法进行了仿真研究和调频试 验, 证明了三段式 B 系数法能够很好地跟踪 , 有效 地减少频率偏差, 有利于提高互联电力系统频率的 稳定性。 参 考 文 献 [ 1] 电力系统调频与自动发电控制编委会. 电力系统调频与自动发 电控制. 北京: 中国电力出版社, 2006. [ 2] 高宗和, 滕贤亮, 涂力群. 互联电网 AGC 分层控制与 CPS 控制 策略. 电力系统自动化, 2004, 28( 1) : 7881. GAO Zongh e, TENG Xianliang, T U Liqun. H ierarchical AGC mode an d CPS con trol strat egy for int ercon nect ed pow er syst em s. Aut om ation of Electric Pow er S yst em s, 2004, 28( 1) : 7881. [ 3] 高宗和, 滕贤亮, 张小白. 互联电网 CPS 标准下的自动发电控制 策略. 电力系统自动化, 2005, 29( 19) : 4044. GAO Zongh e, TENG Xianliang, ZHANG Xiaobai. Aut omatic generation control strat egy under control perf ormance st andard for int erconnect ed pow er grids. Aut omati on of E lectri c Pow er Syst em s, 2005, 29( 19) : 4044. [ 4] KE NNEDY T, HOYT S M, ABELL C F. Variable, nonlinear ti e line frequency bias for int erconnect ed syst em s control. IEEE Trans on Pow er S yst ems, 1988, 3( 3) : 12441253. [ 5] ONI B. Investigation of nonlinear tieline bias control of int ercon nected pow er syst ems. IEEE Trans on Pow er Apparatus and Syst ems, 1981, 100( 5) : 23502356. [ 6] 刘乐, 刘娆, 李卫东. 考虑电网技术水平的频率偏差系数设定方 式分析. 电力系统自动化, 2008, 32( 15) : 1720. LIU Le, LIU Rao, LI Weidong. An alysis on frequ ency b ias coeffi cien t setting m ode considering techn ical conditions of pow er netw ork. Au tomation of El ectric Pow er S yst em s, 2008, 32( 15) : 17 20. [ 7] VANSLYCK L S. Im plication of frequ ency control bias settings int ercon nected syst em operation and inadvertent energy accounting. IEEE T ran s on Pow er Syst ems, 1989, 4 ( 2 ) : 712723. [ 8] 刘乐, 刘娆, 李卫东. 自动发电控制中频率偏差系数确定方法的 探讨. 电力系统自动化, 2006, 30( 6) : 4247. LIU Le, LIU Rao, LI Weidong. Probe int o fr equen cy b ias 62 2010, 34( 19)
·研制与开发·文丽，等三段式频率偏差系数及其在互联电网调频中的应用 coefficient setting in autom atic generation control.Autom ation 大学2006 of Electric Pow er Systems,2006,30(6):42 47. [9]NERC.Frequency response characteristic survey training 文丽(1985一），女，硕士研究生，主要研究方向：电力 document [EB/OL].[2008 0829].http://ww w.nerc.com/ 系统运行与控制。E mail:janny.ven@gmail.com docs/standards/sar/opman_12 13 Mar08_Frequency Response 王坚(1978，男，工程师，主要研究方向：调度运行。 CharacteristicSurveyTrainingDocument.pdf. [10)易仕敏，陈青松，文福拴，等.发电厂调节性能考核的新方法.电 E mail:w angjian@csg.cn 力系统自动化.，2009.33(17：96100. 陈明辉(1985一），男，顾士研究生，主要研究方向：电力 YI Shimin,CHEN Qing song,WEN Fushuan.et al.A new 系统运行与控制。E mail::chenminghuiI985@gmail.com method for regulation performance assessment of generation 文福拴(1965一，男，通信作者，特聘教授.博士生导师， units.Automation of Electric Power Systems,2009,33(17): 主要研究方向：电力市场及电力系统故倖诊断与系统恢复。 96100. E mail:fushuan.w en@gmail.com [I】洪兰秀.互联区域电网AGC模式研究与仿真[D.杭州：浙江 Three stage Frequency Bias Coefficient and Its Application in Frequency Control of Interconnected Power System WEN Li',WAN G Jian2,CH EN Minghui',WEN F ushuan3 (1.South China University of Technology.Guangzhou 510640,China: 2.Electricity Dispatching Communicat ion Center,China Southern Power Grid,Guangzhou 510623.China; 3.Zhejiang University,Hangzhou 310027,China) Abstract:In the frequency cont rol of interconnected power systems,the fixed ooefficient method is generally employed to set the frequency bias coefficient B.In this methodologicalframework,the automat ic generation cont rol (AGC)regulating quantity cannot accurately track the system power bias,and as a result the frequency overshoot/undershoot and even frequency stability could be severe issues.Given this background and considering the fac that different setting values of the primary frequency cont rol dead zones are employed in thermal units and hydro units,a three stage B-oefficient met hod is present ed,with an objective of obtaining a better system regulation performance and more accurately tracking system power bias.China Southern Pow er Grid is employed to demonstrate the developed method by simulation studies and on site testing,and it is shown by both simulation and orr site results that the three stage B coefficient method could significant ly reduce the frequency overshoot/ undershoot problem,improve the frequency quality as well as the frequency control performance of interconnected power systems. This work is supported by National Mega project of Science Research for the 11th Five year Plan (No.2008BAA13B10) Key words:int erconnected power systems;frequency control;frequency bias coefficient:three stage (上接第58页continued from page58) Mechanism and Risk Control Strategies for Trans regional and Trans provincial Power Exchange SHAN G Jincheng (Henan Grid Power Exchange Center.Zhengzhou 450052,China) Abstract:The development of trans regional and trans provincial power exchange is one of the important measures to opt imize energy resources nationwide.First,the basic implications and principles are put forward for the trans regional and trans provincial pow er exchange,and the general idea,the trading mechanism and patterns,4 kinds of power price mechanism and 7 kinds of trading patterns are proposed.The trading models and algorit hms for the trans regional and trans provincial power ex change aimed to opt imize public welfare and the efficiency of optimized and fair resource allocat ion as well as to maximize the transad ion volume are considered from the systemat ic and practical point of view.The model for coordination betw een bilateral trade and call auction mechanism for trans regional and t rans provincial pow er exchange are constructed.Finally,all kinds of risks for the agent mechanism of trans regional and trans provincial power exchange are dealt with. Key words:trans regional and trans provincial:pow er ex change;trading model;bilateral trading:centralized trading:delegate agent;risk cont rol 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://wwki.et
coefficient setting in aut om atic generation control. Au t om ation of El ectric Pow er Syst ems, 2006, 30( 6) : 4247. [ 9] NERC. Frequen cy response charact eristic su rvey training docum ent [ EB/ OL ] . [ 2008 0829 ] . http: / / ww w . n erc. com/ docs/ st andards/ s ar/ opman _ 1213 Mar08_Frequen cyRespons e Charact eristicSurveyTrainingDocum ent. pdf. [ 10] 易仕敏, 陈青松, 文福拴, 等. 发电厂调节性能考核的新方法. 电 力系统自动化, 2009, 33( 17) : 96100. YI S himin, CHE N Qing song, WEN Fu shuan, et al. A new method f or regul ation perf orman ce ass essmen t of generation units. Aut omation of E lectric Pow er S yst em s, 2009, 33( 17) : 96 100. [ 11] 洪兰秀. 互联区域电网 AGC 模式研究与仿真[ D] . 杭州: 浙江 大学, 2006. 文 丽( 1985 ) , 女, 硕士研究生, 主要研究方向: 电力 系统运行与控制。Email: janny . ven@ gma il. com 王 坚( 1978 ) , 男, 工程师, 主要研究方向: 调度运行。 Email: w ang jian@ csg . cn 陈明辉( 1985 ) , 男, 硕士研究生, 主要研究方向: 电力 系统运行与控制。Email: chenming hui1985@ gmail. com 文福拴( 1965 ) , 男, 通信作者, 特聘教授, 博士生导师, 主要研究方向: 电力市场及电力系统故障诊断与系统恢复。 Email: fushuan. w en@ gmail. com Threestage Frequency Bias Coefficient and Its Application in Frequency Control of Interconnected Power System WE N L i 1 , WAN G J ian 2 , CH E N Minghui 1 , WEN F ushuan 3 ( 1. South China University of Techno lo gy , Guangzhou 510640, China; 2. Electricity Dispatching Communicat ion Center, China So uther n Pow er Grid, Guang zhou 510623, China; 3. Zhejiang University, Hang zhou 310027, China) Abstract: In the f requency co nt ro l o f interco nnected power systems, the fix ed co efficient method is generally emplo yed to set the fr equency bias coefficient B. In this methodolo gica l f ramewo rk, the automat ic g ener ation co nt rol ( AGC) reg ulating quantity cannot accurately tr ack the system power bias, and as a r esult t he frequency oversho ot/ undershoot and even f requency stability co uld be severe issues. Giv en this backgr ound and considering the fact that differ ent setting va lues of the primary f requency co nt rol dead zo nes are employ ed in thermal units and hydro units, a threestag e Bco efficient met ho d is present ed, w ith an objectiv e o f obtaining a better sy stem regulation perfo rmance and more accurately tr acking sy stem power bias. China Southern Pow er Grid is emplo yed to demonstrate the develo ped metho d by simulatio n studies and o nsite testing , and it is show n by bo th simulatio n and o nsite results that the threestage Bco eff icient method could sig nificant ly reduce the fr equency oversho ot/ undersho ot pro blem, impro ve the f requency quality as w ell as t he frequency co ntr ol perfo rmance of interco nnected power sy stems. This w ork is supported by National Meg a pr oject of Science Research for t he 11th Fiv eyear Plan ( No. 2008BAA13B10) . Key words: int erconnected power systems; frequency contr ol; frequency bias coefficient; t hr eestag e ( 上接第 58 页 continued fr om page 58) Mechanism and Risk Control Strategies for Transregional and Transprovincial Power Exchange S H AN G J incheng ( H enan Grid Power Ex chang e Center, Zheng zho u 450052, China) Abstract: The dev elo pment of tr ansr egio na l and tr anspro vincial power exchang e is one of the impo rtant measur es to o pt imize ener gy resources nationwide. First, the basic implications and principles a re put forwar d for the transreg io nal and trans pr ov incial pow er ex change, and the general idea, the trading mechanism and patterns, 4 kinds of power price mechanism and 7 kinds of tr ading patterns are pr oposed. The tr ading models and algo rit hms for the transreg ional and t ranspr ovincial power ex chang e aimed to o pt imize public welfare and the efficiency of optimized and fair r eso ur ce allo cat ion as w ell as to max imize the transact ion vo lume ar e considered fr om the sy stemat ic and practical po int o f v iew . The mo del for coo rdination betw een bilateral trade and call auctio n mechanism for transreg ional and t ranspr ovincial pow er ex chang e are co nstr ucted. Finally , all kinds o f risks for the ag ent mechanism of tr ansr eg io nal and tr anspro vincial power exchang e are dealt w ith. Key words: tr ansreg io nal and tr anspro vincial; pow er ex change; tr ading mo del; bilater al trading; centralized trading; deleg ate agent; risk co nt rol 63 研制与开发 文 丽, 等 三段式频率偏差系数及其在互联电网调频中的应用