用于模拟电力系统二次调频动态过程的工程化计算方法

用于模拟电力系统二次调频动态过程的工程化计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力系统频率稳定控制领域，尤其设及一种用于模拟电力系统二次调 频动态过程的工程化计算方法。
【背景技术】
[0002] 二次调频通过改变调频机组的出力，实现恢复一次调频机组出力水平、无差调节 系统频率、控制联络线交换功率的目的。实际上，二次调频的实现过程包括采集和响应信 号、改变调速器指令、控制原动机输出等环节，给仿真研究的建模问题带来了较大的困难。 另一方面，虽然BPA等电力系统分析软件通过全过程计算等功能实现了对AGC动作的模拟， 但却没法给出AGC动作效果评价指标、区域控制偏差值等参数，不利于研究者对调节效果 进行考核；同时，在线EMS系统虽然可W实时地计算上述参数指标，但缺乏相关离线计算工 具，难W为多数研究者利用。
[0003] 因此针对解决二次调频备用调用研究过程中建模困难、重要参数无法获得的问 题，本专利期望在简化一系列动态过程的基础上，提出一种工程化计算方法来模拟AGC调 节的大致过程，并给出计算相关指标的一般方法。在一定程度上解决了现有二次调频研究 中系统动态过程模拟和考核指标计算不能兼顾的问题。

【发明内容】

[0004] 发明目的；针对现有仿真研究方法的不足，本发明提供了一种用于模拟电力系 统二次调频动态过程的工程化计算方法，通过该方法可W模拟二次调频过程中系统频 率和机组出力的变化情况，还可W计算区域控制偏差ACE(AreaControl化ror)W及 CPS2(ControlPerformanceStandard)考核指标。
[0005] 技术方案；一种用于模拟电力系统二次调频动态过程的工程化计算方法，包括W 下步骤：
[0006] (1)设互联系统中出现功率缺额故障的区域为故障区域，与所述故障区域互联的 区域为其他区域，计算系统初始潮流情况，统计两区域间联络线功率；
[0007] (2)故障区域出现功率缺额AP时，根据系统频率静特性计算系统频率变化量Af 和联络线功率变化量APi;
[0008] (3)根据步骤（2)得到频率变化量Af和联络线功率变化量APi计算初始区域控 制偏差ACE;
[000引 （4)根据区域控制偏差ACE计算二次调频机组出力改变量APg，若APg小于等于 设定的阔值，则进入步骤巧），否则令AP。等于设定的阔值，进入步骤巧）；
[0010] (5)根据二次调频机组出力改变量APe计算系统频率偏移量Ar和联络线功率 偏移量AP/ ;
[0011] (6)根据步骤（5)得到的频率偏移量和联络线功率偏移量计算区域控制偏差ACE， 并判断ACE是否满足迭代终止条件，若满足则进入步骤（7)，否则进入步骤（4)继续循环迭 代更新ACE;
[0012] (7)根据循环过程的迭代次数和满足CPS2考核规定值条件的ACE值情况计算互联 电网运行控制性能评价指标CPS2。
[0013] 进一步地，所述步骤（2)中频率变化量Af的计算方法为；
[0014]
[0015] 其中，Ki为故障区域的单位调节功率，K。为其他区域的单位调节功率之和；
[0016] 联络线功率变化量A Pi的计算方法为；
[0017] APi=AP-KiAf。
[0018] 进一步地，所述步骤（3)中ACE的计算方法为：
[0019] ACE = A P^+Ki A f
[0020] 进一步地，所述步骤（4)中二次调频机组出力改变量APe的计算方法为；
[0021]
[0022] 其中，Kp和K。为系统预设的计算参数，t为系统预设的积分时间参数。
[0023] 进一步地，所述步骤巧）中，频率偏移量的计算方法为：
[0024]
[00巧]联络线功率偏移量的计算方法为：
[0026] AP/ = AP+AP,-Ki(Af+Af )
[0027] = A Pi+ A Pg-K; ? A f '
[0028] 。
[0029] 进一步地，所述步骤化）中，区域控制偏差ACE的计算方法为：
[0030] ACE' = APi'+Ki(Af+Af'）。
[0031] 进一步地，所述步骤（7)中互联电网运行控制性能评价指标CPS2的计算方法为：
[0032]
[003引其中，N为步骤（4)至步骤做的循环迭代次数，n为迭代过程中ACE满足设定的CPS2考核规定值条件的次数。
[0034] 有益效果：本发明与现有技术相比，其优点主要在于：
[00巧]1、本发明针对二次调频研究在离线仿真分析时存在建模困难、区域控制偏差ACE(AreaControlterror)及互联电网运行控制性能评价指标CPS2(ControlPerformance Standard)难W求取的问题，提出一种模拟AGC动作大致过程的计算方法，该方法可W模拟 二次调频过程中互联电网的频率变化过程，获得机组的出力变化曲线。
[0036] 2、计算过程简单，不设及任何模型，同时可W计算区域控制偏差ACEW及CPS2考 核指标，对需要提供定性结论的计算提供了很好的思路。
【附图说明】
[0037] 图1为本发明实施例的方法流程图；
[003引图2为本发明实施例中示例的华东互联系统稳态潮流简化图；
[0039] 图3为本发明实施例中示例的两区互联系统稳态潮流简化图；
[0040] 图4为本发明实施例中示例的一次调频后系统稳态潮流情况图；
[0041] 图5为本发明实施例中示例的二次调频动作后江苏ACE变化曲线图；
[0042] 图6为本发明实施例中示例的二次调频动作后系统频率变化曲线图。
【具体实施方式】：
[0043] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0044]W华东电网2015年夏高典型方式数据为例，假设在风电电功率出现快速、大幅度 变化的情况下，考察AGC机组动作和系统频率变化情况，其中假设初始CPS2 = 100%。如图 1所示，本发明实施例公开的一种用于模拟电力系统二次调频动态过程的工程化计算方法， 主要包括如下步骤：
[0045] 1)计算系统初始潮流情况，计算结果如图2所示。设互联系统中某区域出现功率 缺额故障，将系统分为故障区域和其他区域两部分，统计两区域间联络线功率，根据图2中 的初始潮流情况统计得到如图3所示两区互联系统联络线功率，假设两区域均采用联络线 功率频率偏差控制（Tie-line化equencyBiasControl，TBC)模式；其中，发电容量和有功 备用容量均根据2015年夏高典型方式统计得到，单位调节功率根据实际运行情况假设，详 见表1。
[0046] 表1
[0047]
[0048] 2)初始化迭代次数i为1，故障区域出现功率缺额时，根据系统频率静特性计算系 统频率变化量和联络线功率变化量。假设在某时刻由于风速突变等原因，江苏省内风机组 的出力瞬时减少1000MW。根据系统频率静特性计算频率变化量
[0049]
[0050] 联络线功 率变化量
[0051]APi=AP-K江苏Af= -600MW
[0052] -次调频后的系统稳态潮流如图4所示；
[005引扣计算区域控制偏差ACE。一次调频过后，系统中的AGC将按各自的控制策略开 始动作，假设江苏省内所有机组均为AGC机组，根据TBC策略，仅江苏省内AGC机组动作，华 东电网其余机组均不动作，计算得江苏省ACE值为
[0054]ACE=APi+KiAf= -600-4000X0. 1 = -1000MW
[0055] 4)计算二次调频机组出力改变量APe。每次ACE调节发电机机组出 力大小不能超过发电机额定容量的3%，即3%Pw/min，此处3%是为维持机组 稳定而设定的经验数值，可W根据实际情况调整。本示例中每分钟调节量不大 于71384*0. 03 = 2141MW，每4s调节量不超过140MW。根据ACE的值，可求得
，令AP 140MW，进入步骤5);此处计算参数Kp、K。根据经验分别取值为0.15、0.02,t取4s，也可W根据实际情况调整。
[0056] 5)再次计算系统频率偏移量
[0057]
[0058]联络线功率偏移量AP/ =APi+APg-K;Ar= -600+140-4000*0. 014 = -516MW
[005引 6)再次计算区域控制偏差ACE，此时江苏省ACE' =AP/ +Ki(Af+Af'）= -860MW >mW，迭代次数加1，重复4)~6)，直到lACEl<mW，进入步骤7)，此处ACE计算公式中 的ACE'只是用来表示与步骤（3)中ACE计算公式不同，变量含义是一样的。lACEl< 1MW 的判断条件中的1MW是经验值，可W根据实际要求更改。图5所示为二次调频动作后江苏 ACE变化曲线，图6为二次调频动作后系统的频率变化情况；
[0060] 7)根据循环结果计算互联电网运行控制性能评价指标CPS2。CPS2是指在一定时 段内，任意十分钟内的ACE平均值必须在规定值之内，即：
[006" AVG(ACE細)《Lio
[0062] 式中
[0063]
[0064] 其中；e1。为一年内互联电网实际频率与标准频率偏差的lOmin平均值的均方 根；Bi为故障区频率偏差系数；B,为整个互联系统的总的频率偏差系数；本示例中e1。取 0.017化，81、8,分别取-296丽/0.1化、-812丽/0.1化，根据上述取值计算十分钟内的4〔6平 均值的规定值Lw= 137. 5MW，结合上述AGC调节过程中ACE的大小，可统计在整个调节过程 中，总共有150次迭代，而ACE合格点（即小于等于CPS2考核规定值，此处为137.5MW)只 有107个，所^〔?52考核指标为71.3%。
[0065]W上对本发明所提供的一种用于模拟电力系统二次调频动态过程的工程化计算 方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，W 上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核屯、思想；同时，对于本领域的一般 技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述， 本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1. 一种用于模拟电力系统二次调频动态过程的工程化计算方法，其特征在于，包括以 下步骤： (1) 设互联系统中出现功率缺额故障的区域为故障区域，与所述故障区域互联的区域 为其他区域，计算系统初始潮流情况，统计两区域间联络线功率； (2) 故障区域出现功率缺额△ P时，根据系统频率静特性计算系统频率变化量Af和联 络线功率变化量Λ P1; (3) 根据步骤（2)得到频率变化量Af和联络线功率变化量AP1计算初始区域控制偏 差 ACE ; (4) 根据区域控制偏差ACE计算二次调频机组出力改变量Λ Pe，若Λ Pe小于等于设定 的阈值，则进入步骤（5)，否则令Λ匕等于设定的阈值，进入步骤（5); (5) 根据二次调频机组出力改变量APe计算系统频率偏移量Af和联络线功率偏移 量 ΔΡ/ ; (6) 根据步骤（5)得到的频率偏移量和联络线功率偏移量计算区域控制偏差ACE，并判 断ACE是否满足迭代终止条件，若满足则进入步骤（7)，否则进入步骤（4)继续循环迭代更 新 ACE ; (7) 根据循环过程的迭代次数和满足CPS2考核规定值条件的ACE值情况计算互联电网 运行控制性能评价指标CPS2。2. 根据权利要求1所述的用于模拟电力系统二次调频动态过程的工程化计算方法，其 特征在于，所述步骤（2)中频率变化量Af的计算方法为：其中，Ki为故障区域的单位调节功率，Kn为其他区域的单位调节功率之和； 联络线功率变化量△ P1的计算方法为： AP1= AP-KiAf03. 根据权利要求1所述的用于模拟电力系统二次调频动态过程的工程化计算方法，其 特征在于，所述步骤（3)中ACE的计算方法为： ACE = Δ P^Ki Δ f 其中，1为故障区域的单位调节功率。4. 根据权利要求1所述的用于模拟电力系统二次调频动态过程的工程化计算方法，其 特征在于，所述步骤（4)中二次调频机组出力改变量AP e的计算方法为： APg = Kp IACEI +Z Jj ACEI dt 其中，&和K ,为系统预设的计算参数，t为系统预设的积分时间参数。5. 根据权利要求1所述的用于模拟电力系统二次调频动态过程的工程化计算方法，其 特征在于，所述步骤（5)中，频率偏移量的计算方法为：其中，Ki为故障区域的单位调节功率，Kn为其他区域的单位调节功率之和； 联络线功率偏移量的计算方法为： ΔΡ，1= APfAPc-Ki · Af，。6. 根据权利要求1所述的用于模拟电力系统二次调频动态过程的工程化计算方法，其 特征在于，所述步骤（6)中，区域控制偏差ACE的计算方法为： ACE' = ΔΡ，i+KjAf+Af'）。7. 根据权利要求1所述的用于模拟电力系统二次调频动态过程的工程化计算方法，其 特征在于，所述步骤（7)中互联电网运行控制性能评价指标CPS2的计算方法为：其中，N为步骤（4)至步骤（6)的循环迭代次数，η为迭代过程中ACE满足设定的CPS2 考核规定值条件的次数。
【专利摘要】本发明公开了一种用于模拟电力系统二次调频动态过程的工程化计算方法，包括：将电网划分为故障区域和其余区域，计算系统初始潮流情况，获得两区域间联络线功率；根据系统频率静特性计算故障区域发生功率缺额后系统频率、联络线传输功率的变化情况；在此基础上，计算区域控制偏差ACE和该偏差水平下的二次调频机组功率增加量，系统状态据此更新，一次迭代结束；按上述循环重复计算直到满足系统要求，进而可计算互联电网运行控制性能评价指标CPS2。本发明计算方法简单，可在模拟系统二次调频动态过程的基础上，计算区域控制偏差及互联电网运行控制性能评价指标，计算过程简单，不涉及任何模型，对需要提供定性结论的计算提供了很好的思路。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN104881570
【申请号】CN201510227794
【发明人】汤奕, 李大志
【申请人】东南大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月6日