自动发电控制中频率偏差系数研究

论文摘要

互联电力系统要求控制频率和区域间联络线交换功率维持在计划值,而自动发电控制（AGC）是实现此功能的主要技术手段。AGC根据不同的控制模式实时计算区域控制偏差（ACE）,并通过调节各区AGC机组的有功出力保持ACE在规定范围内,从而使频率和联络线交换功率恢复到计划值,实现系统发电与负荷在计划频率下的平衡。联络线频率偏差控制模式下,ACE计算公式中各区频率偏差系数的整定对控制系统稳定和频率恢复、各区AGC的动态响应特性,以及各区二次调频责任的公平分配有着重要影响。本文针对AGC中频率偏差系数的不同功能,对频率偏差系数的确定方法、设定方式以及分配原则等一些尚未得到很好解决的频率偏差系数相关问题进行了比较系统和深入的探索和研究。首先,基于频率偏差系数选择的基本原理,在第二章中提出了系统不同运行方式下的全天分时段频率偏差系数(Bdp)确定方法。可将AGC调节容量充足区域的频率偏差系数定为Bdp+△B,以达到通过调整区域频率偏差系数来实现区域间AGC调节的相互支援。同时,结合我国电网特有的AGC分级管理模式,提出一种按频率偏差绝对值|△f|的不同等级调整网、省（市）区频率偏差系数的确定方法。在此基础上,基于多目标最优化技术和超短期负荷预报,在第三章中提出一种目标可控的超前频率偏差系数确定方法,以求取前述△B。该方法在频率偏差系数确定中引入控制因子,根据区域的特点和决策者的意图人为控制各运行目标的重要程度,并利用超短期负荷预报提前计算出各区的频率偏差系数,从而使系统运行满足既定的要求,实现了AGC的超前控制。通过理论分析和模型仿真,比较了各种电网技术条件下系统分别采用时变和固定的频率偏差系数设定方式对系统控制性能的影响。进而在第四章中提出:在现有的电网技术水平下,采用时变或固定的频率偏差系数对频率和联络线交换功率的控制效果影响很小;在各区备用容量和联络线可用传输能力充足的情况下,只要系统总频率偏差系数固定,按不同比例分配各区频率偏差系数并不影响频率质量。根据我国当前的电网技术条件及日后发展趋势,对区域频率偏差系数的设置方式给出合理化建议。以保证系统频率质量及公平分配区域二次调频责任为目标,通过合理整定全网和各区频率偏差系数,实现了自上而下的对各控制区安排一个更加合理和理想的二次调频特性。同时,为规范和改善区域一次调频能力,要求各区的自然频率特性系数必须达到指定的该区频率偏差系数,进而研究出一种能够实现公平分配区域一、二次调频责任的分配方式。由此频率偏差系数被赋予一个新控制功能,即按第五章提出的频率偏差系数整定方法,使区域的频率偏差系数不仅能够规范和约束区域的二次调频特性,同时可成为引导和改善区域一次调频能力达到目标要求的指挥棒。针对目前区域控制性能评价标准中存在的问题,第六章在区域电力市场下提出了区域调频责任偏差的概念及其交易机制。其目的是希望通过市场化模式发现区域频率控制的价值,利用价格信号促进各省区积极完成自身的频率控制责任,从而提高整个系统的频率质量和运行效率。由于国内外已有的电力系统仿真软件都不能很好的满足我们的研究需求,为验证本文所提理论和方法的正确性,在第七章中利用MATLAB/Simulink建立了专门针对研究互联电网短期和中长期频率调节的动态仿真系统。通过算例从理论计算与仿真结果对比的角度检验了仿真模型的正确性,利用真实数据仿真中长期频率控制动态过程验证了仿真模型的有效性和合理性。总之,本文对AGC中的频率偏差系数的整定进行研究,在总结借鉴国内外频率偏差系数研究成果的基础上,提出了新的频率偏差系数确定方法、频率偏差系数的新控制功能和考核功能。按照所提出的方法整定各区频率偏差系数可保证和提高系统频率质量,协调网、省调AGC动作,实现区域调频责任的公平分配。本文所做的研究可为互联电力系统更加安全、经济和优质的运行提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 外文缩略语说明
• 变量符号说明
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 互联电力系统频率调节概述
• 1.1.2 互联电力系统中的自动发电控制
• 1.1.3 电力系统的自然频率特性系数
• 1.1.4 频率偏差系数的含义及研究目的和意义
• 1.2 国内外频率偏差系数研究现状及存在问题
• 1.2.1 国内外频率偏差系数的研究现状
• 1.2.2 频率偏差系数研究存在的问题
• 1.3 本文的主要工作和研究框架
• 2 全天分时段频率偏差系数确定方法
• 2.1 引言
• 2.2 频率偏差系数选择的原理分析
• 2.3 全天分时段频率偏差系数
• 2.3.1 不同运行方式下全天分时段频率偏差系数模型
• 2.3.2 按|△f|等级调整频率偏差系数
• 2.4 仿真研究
• 2.4.1 选择考核指标
• 2.4.2 选择频率偏差系数设定方式
• 2.4.3 仿真分析
• 2.5 小结
• 3 目标可控的超前频率偏差系数确定方法
• 3.1 引言
• 3.2 模型描述
• 3.3 多目标最优化技术的应用
• 3.4 超短期负荷预报的应用
• 3.5 目标可控的超前频率偏差系数程序设计
• 3.6 仿真研究
• 3.6.1 仿真环境
• 3.6.2 仿真分析
• 3.7 小结
• 4 频率偏差系数设定方式研究
• 4.1 引言
• 4.2 负荷频率控制
• 4.3 影响系统频率控制的要素分析
• 4.3.1 发电机组类型
• 4.3.2 负荷预报
• 4.3.3 备用容量
• 4.3.4 联络线传输能力
• 4.3.5 通信延迟
• 4.3.6 人为因素
• 4.4 频率偏差系数设定方式的比较
• 4.4.1 理论分析
• 4.4.2 仿真分析
• 4.5 不同频率偏差系数分配方式的比较
• 4.5.1 理论分析
• 4.5.2 仿真分析
• 4.5.3 推荐方式
• 4.6 小结
• 5 区域调频责任及其分配方式研究
• 5.1 引言
• 5.2 区域一、二次调频责任分配的理论分析
• 5.3 现有区域一、二次调频责任分配方式
• 5.3.1 区域一次调频责任分配
• 5.3.2 区域二次调频责任分配
• 5.4 区域调频责任的确定与分配
• 5.4.1 公平分配区域一次调频责任
• 5.4.2 系统总二次调频责任的确定
• 5.4.3 公平分配区域二次调频责任
• 5.4.4 区域一次调频能力的规范和引导
• 5.4.5 频率偏差系数新功能的分析
• 5.5 仿真研究
• 5.6 小结
• 6 区域调频责任偏差交易机制研究
• 6.1 引言
• 6.2 限制与引导区域频率控制
• 6.3 区域调频责任偏差及其交易机制
• 6.3.1 区域调频责任偏差
• 6.3.2 理论依据
• 6.3.3 调频责任偏差交易机制
• 6.4 算例分析
• 6.5 小结
• 7 互联电网频率调节动态仿真系统
• 7.1 引言
• 7.2 仿真系统的研制
• 7.2.1 发电厂模型
• 7.2.2 动态负荷扰动模型
• 7.2.3 联络线模型
• 7.2.4 自动发电控制模型
• 7.2.5 控制区域模型
• 7.2.6 考核标准模型
• 7.2.7 仿真输出模块库
• 7.3 仿真试验
• 7.3.1 大扰动后动态过程仿真试验
• 7.3.2 机组响应特性仿真试验
• 7.3.3 AGC中长期动态过程仿真试验
• 7.3.4 区域解藕模型动态仿真试验
• 7.4 小结
• 结论
• 创新点摘要
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢