136 电工技术学报 2007年11月 识精度不断提高，从系统检测到负荷波动，判断其 和不足之处。由于目前电力市场环境下的频率控制 所引起的系统频率变化是否超出所允许的范围，到 问题主要通过AGC辅助服务来解决，所以重点论 准确控制、调节原动机、发电机出力，总会有不同 述了AGC相关的频率控制方法。最后，对频率控 程度的时差和误差。如何在这种情况下准确地控制 制领域未来的发展方向进行了展望。 频率使其保持在允许的范围内，就成为一个值得研 2电力系统频率的基本概念 究的课题。尤其是近年来电网中出现风力发电等新 型的发电机组后，如何合理协调各发电机组、合理 频率是电力系统中同步发电机产生的交流正弦 分配负荷，以控制和调节各发电机、原动机输入功 电压的频率。在稳态运行条件下，所有发电机同步 率使系统频率达到国家规定的频率标准，给我们提 运行，整个电力系统的频率是相等的。并联运行的 出了新的研究课题。 每一台发电机组的转速与系统频率的关系为 目前电力行业引入竞争机制，分散决策取代传 f=pn (1) 统的集中管理。电力运营体制不断改革和电力市场 60 的逐渐形成使得系统频率的调整、运行和调度问题， 式中p一一发电机转子极对数 行政和经济隶属关系的变化、利益主体的多元化等 n一一发电机组的转速，r/min 因素都增加了频率调整问题的复杂性，这密切关系 ∫一电力系统频率，Hz 到系统运行的可靠性和经济性，从而成为近年来引 系统频率的变化是由于负荷功率与原动机输入 起关注的课题。国外对电力市场环境下频率控制的 功率之间失去平衡所致。由于机械惯性的作用，原 研究已有了一定的理论成果和应用经验1。爱尔兰 动机输入功率变化较缓慢，负荷的变化使系统频率 国家电力市场管理公司(National Electricity 产生波动。假如分离的区域没有参与速度调节的旋 Market,NEM)以及都柏林大学电力研究中心 转备用，则有三种因素会导致分离区域的系统频率 Electricity Research Centre,ESB)Mark O' 下降：①过负荷的量（即发电出力的缺额）：②作用 Malley等学者还针对爱尔兰风力发电占很大比重的 于区域负荷的负荷阻尼系数：③代表区域内所有发 事实，不断地进行电力市场环境下的频率控制研究6刀。 电机总转动惯量的惯性常数)。 在国内，文献[8]提出实现电网公平开放不仅要求 3 有一个公平的输电价格及辅助服务价格，而且要 电力系统的频率特性及其控制 求有一个有效的负荷频率控制(Load Frequency 3.1频率特性 Control,.LFC)方法及实施方案：并分析研究了 要确定频率控制，首先要明确频率特性是指有 与我国电力市场运营模式相适应的LFC方法及实 功功率-频率静态特性，它反映了稳态运行状况下 施方案。 有功功率和频率变化之间的关系。它包括负荷、同 随着电力系统远动技术的成熟和广泛应用，自 步发电机组和电力系统的频率特性。电力系统功率 动发电控制(Automatic Generation Control,AGC) 平衡是一个供需功率随时平衡的动态过程。当系统 已成为现代电网控制的一项重要手段，是在电网调 频率波动时，同步发电机的调速器控制作用和负荷 度自动化能量管理系统与发电机组协调控制系统间 的频率调节效应是同时进行的。 闭环控制的一种先进的技术手段。英国、挪威和美 在分析LFC时，考虑的是系统中所有发电机的 国山已对电力库模式和双边合同模式下频率控制 整体性能，而没有考虑机间振荡和输电系统性能。 服务，尤其是AGC的供应以及其市场运作有了一 策略上假定所有发电机对系统负荷变化的同调响 定的实践经验，但大多数国家仍处在理论探讨与局 应，并把它们等效于一台发电机，等效发电机的惯 部试点之中。目前我国电力市场对这个课题的研 性常数M,等于所有机组惯性常数之和，如图1所示。 究还未深入进行，还需要在该领域作进一步的探索 文献14]考虑了电力系统的复合调节特性1/B,而 研究，以满足我国电力工业市场化改革对频率控制 B=-APD=1+D (2) 市场化的要求。 △fRg 本文主要介绍电力系统频率控制相关的概念， 较全面地综述了近年来国内外学者在电力系统频率 式中Rg一速度调节率，R=∑R 控制方面的研究成果，分析了各种控制方法的优点 D —一负荷集中影响的阻尼常数136 电 工 技 术 学 报 2007 年 11 月 识精度不断提高，从系统检测到负荷波动，判断其 所引起的系统频率变化是否超出所允许的范围，到 准确控制、调节原动机、发电机出力，总会有不同 程度的时差和误差。如何在这种情况下准确地控制 频率使其保持在允许的范围内，就成为一个值得研 究的课题。尤其是近年来电网中出现风力发电等新 型的发电机组后，如何合理协调各发电机组、合理 分配负荷，以控制和调节各发电机、原动机输入功 率使系统频率达到国家规定的频率标准，给我们提 出了新的研究课题。 目前电力行业引入竞争机制，分散决策取代传 统的集中管理。电力运营体制不断改革和电力市场 的逐渐形成使得系统频率的调整、运行和调度问题， 行政和经济隶属关系的变化、利益主体的多元化等 因素都增加了频率调整问题的复杂性，这密切关系 到系统运行的可靠性和经济性，从而成为近年来引 起关注的课题。国外对电力市场环境下频率控制的 研究已有了一定的理论成果和应用经验[5]。爱尔兰 国家电力市场管理公司（ National Electricity Market， NEM）以及都柏林大学电力研究中心 （Electricity Research Centre，ESB）的 Mark O' Malley 等学者还针对爱尔兰风力发电占很大比重的 事实，不断地进行电力市场环境下的频率控制研究[6-7]。 在国内，文献[8]提出实现电网公平开放不仅要求 有一个公平的输电价格及辅助服务价格，而且要 求有一个有效的负荷频率控制（Load Frequency Control，LFC）方法及实施方案；并分析研究了 与我国电力市场运营模式相适应的 LFC 方法及实 施方案。 随着电力系统远动技术的成熟和广泛应用，自 动发电控制（Automatic Generation Control，AGC） 已成为现代电网控制的一项重要手段，是在电网调 度自动化能量管理系统与发电机组协调控制系统间 闭环控制的一种先进的技术手段。英国、挪威和美 国[9-11]已对电力库模式和双边合同模式下频率控制 服务，尤其是 AGC 的供应以及其市场运作有了一 定的实践经验，但大多数国家仍处在理论探讨与局 部试点之中[12]。目前我国电力市场对这个课题的研 究还未深入进行，还需要在该领域作进一步的探索 研究，以满足我国电力工业市场化改革对频率控制 市场化的要求。 本文主要介绍电力系统频率控制相关的概念， 较全面地综述了近年来国内外学者在电力系统频率 控制方面的研究成果，分析了各种控制方法的优点 和不足之处。由于目前电力市场环境下的频率控制 问题主要通过 AGC 辅助服务来解决，所以重点论 述了 AGC 相关的频率控制方法。最后，对频率控 制领域未来的发展方向进行了展望。 2 电力系统频率的基本概念 频率是电力系统中同步发电机产生的交流正弦 电压的频率。在稳态运行条件下，所有发电机同步 运行，整个电力系统的频率是相等的。并联运行的 每一台发电机组的转速与系统频率的关系为 60 pn f = （1） 式中 p —— 发电机转子极对数 n —— 发电机组的转速，r/min f —— 电力系统频率，Hz 系统频率的变化是由于负荷功率与原动机输入 功率之间失去平衡所致。由于机械惯性的作用，原 动机输入功率变化较缓慢，负荷的变化使系统频率 产生波动。假如分离的区域没有参与速度调节的旋 转备用，则有三种因素会导致分离区域的系统频率 下降：①过负荷的量（即发电出力的缺额）；②作用 于区域负荷的负荷阻尼系数；③代表区域内所有发 电机总转动惯量的惯性常数[13]。 3 电力系统的频率特性及其控制 3.1 频率特性 要确定频率控制，首先要明确频率特性是指有 功功率−频率静态特性，它反映了稳态运行状况下 有功功率和频率变化之间的关系。它包括负荷、同 步发电机组和电力系统的频率特性。电力系统功率 平衡是一个供需功率随时平衡的动态过程。当系统 频率波动时，同步发电机的调速器控制作用和负荷 的频率调节效应是同时进行的。 在分析 LFC 时，考虑的是系统中所有发电机的 整体性能，而没有考虑机间振荡和输电系统性能。 策略上假定所有发电机对系统负荷变化的同调响 应，并把它们等效于一台发电机，等效发电机的惯 性常数 Meq等于所有机组惯性常数之和，如图 1所示。 文献[14]考虑了电力系统的复合调节特性 1/β，而 eq PD 1 D f R β ∆ = − =+ ∆ （2） 式中 Req —— 速度调节率， 1 eq 1 n k k R R− = = ∑ D —— 负荷集中影响的阻尼常数