一种动态区域控制偏差分配策略的改进优化方法与流程

本发明涉及一种动态区域控制偏差分配策略的改进优化方法，属于电力系统技术领域。

背景技术：

当受端电网大功率区外来电失去或大机组跳闸时，各控制区送受电计划无法根据电网情况自动调整，而采用人工手动修改联络线交换计划的方式无法满足频率和功率的快速恢复要求。由于各控制区自动发电控制(AGC)根据本控制区的区域控制偏差(ACE)实施调节，故障发生后，直流落点或故障控制区因少送或多受而大幅增出力调节，非直流落点或故障控制区因多送或少受而大幅减出力调节，非直流落点控制区有可能是区外来电的受电省份，联络线计划的未及时调整将不利于事故后频率和功率的恢复。

华东电网则根据自身特点和需求,提出了动态区域控制偏差(以下简称动态ACE)技术，以提高电网抵御大功率失去后的恢复能力,有效地发挥全网备用共享的潜能。实际应用情况表明，动态ACE在直流闭锁等大功率失去故障下，可有效发挥全网备用潜能快速恢复故障损失功率，减少频率恢复时间。然而，在动态ACE实施过程中，也存在下述问题：

1)动态ACE未考虑各控制区初始ACE，使得控制区ACE叠加动态ACE分配的故障损失功率后，ACE为正或处于死区，无法支援功率恢复；

2)动态ACE采用固定系数比例分摊事故损失功率，未考虑控制区实际可调出备用容量，由于控制区自身可调能力或潮流断面受限，将无法提供有效支援。

文献《华东电网动态区域控制误差应用分析》(电力系统自动化2004年第28卷第1期第78页)披露了一种考虑跨区送电机组跳闸和联络线越限约束的动态ACE的改进方法，着重探讨了当前动态ACE架构下，在故障功率损失容量、连锁故障和联络线安全方面的改进和完善策略，以增强动态ACE技术的适应性。文献中提出的采用最近一次的灵敏度系数,手动调整动态ACE控制联络线越限的策略，可有效避免动态ACE触发后联络线功率超过其安全稳定极限而跳闸情况发生。该方法是由调度员人工手动调整和取消，在电网紧急情况发生时，无疑增加了调度工作强度和误控几率，无法保证控制的时效性和准确性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种动态区域控制偏差分配策略的改进优化方法，解决动态ACE启动后控制区ACE进入死区而无法协助频率恢复的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种动态区域控制偏差分配策略的改进优化方法，包括下列步骤：

步骤一：针对当前动态ACE以固定比例分配故障损失功率的不足，提出考虑区域电网ACE分布的动态ACE分量修正策略；

步骤二：提出基于旋转备用优化模型的动态ACE分量校正策略，通过建立最大可调出备用优化模型，分析各控制区实际可调出旋转备用，为动态ACE分量的校正提供决策依据。

步骤一的具体方法如下：

1)计算故障发生后区域电网的有功不平衡功率：

${\mathrm{ACE}}_{ND}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{ACE}}_i+{\mathrm{\ΔP}}_s---\left(1\right)$

式中，ACE_ND为区域电网ACE；n为区域电网所属控制区个数；ACE_i为控制区i故障发生前的ACE；ΔP_s为区域电网故障损失功率；

2)按照旋转备用系数分配区域电网有功不平衡功率：

${{\mathrm{ACE}}_i}^{\′\′}=\frac{k_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{k}_i}{\mathrm{ACE}}_{ND}---\left(2\right)$

式中，ACE_i″为控制区i的ACE的控制目标；k_i为控制区i的旋转备用系数；3)计算动态ACE的修正分量：

ACE_i″＝ACE_i′+ACE_DI,i＝(ACE_i+ΔP_s,i)+ACE_DI,i (3)

式中，ACE_i′为控制区i叠加动态ACE分量后的ACE；ACE_DI,i为控制区i动态ACE的修正分量；ΔP_s,i为控制区i的动态ACE分量，

进而得出动态ACE的修正分量：

ACE_DI,i＝ACE_i″-ACE_i′ (4)；

4)修正分量ACE_DI,i与动态ACE分量叠加后作为修正后的动态ACE分量下发至各控制区并执行，其计算公式为：

ΔP_s,i′＝ΔP_s,i+ACE_DI,i (5)

式中，ΔP_s,i′为控制区i修正后的动态ACE分量；

5)修正后的动态ACE分量仅替代原动态ACE分量，动态ACE的启动判定条件、下发方式和恢复时间维持不变。

步骤二的具体方法为：

1)建立最大可调出旋转备用优化模型：

优化目标为时间段内各控制区和区域电网提供最多的旋转备用容量，旋转备用释放系数c_j,t为决策变量，其目标函数为：

$\min F=\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}{r}_{j,t}(1-c_{j,t})---\left(6\right)$

其中r_j,t＝P_j,max-P_j,t；

式中，r_j,t为t时刻机组j的上旋转备用容量；c_j,t为t时刻机组j的旋转备用释放系数；N为机组个数；P_j,max为机组j调节上限；P_j,min为机组j调节下限；P_j,t为t时刻机组j的有功出力；

约束条件包括线路潮流约束、机组出力约束：

${\underset{\‾}{T}}_{z,t}\≤f_{z,t}+\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}{r}_{j,t}{c}_{j,t}{s}_{j,z}\≤{\stackrel{\‾}{T}}_{z,t}---\left(7\right)$

式中，f_z,t为t时刻输电线路z的有功潮流；N为机组个数；r_j,t为t时刻机组j的上旋转备用容量；c_j,t为t时刻机组j的旋转备用释放系数；s_j,z为机组j对输电线路z的灵敏度系数；T_z,t、分别为输电线路z的有功下限和上限；

$min\{-r_j^{ramp}\mathrm{\Δ}t,P_{j,min}-P_{j,t}\}\≤r_{j,t}{c}_{j,t}\≤min\{r_j^{ramp}\mathrm{\Δ}t,P_{j,max}-P_{j,t}\}---\left(8\right)$

式中，为机组j的爬坡速率；Δt为统计时段，0<Δt≤15，取整数；

最大可调出旋转备用为：

$R_{i,t}=\underset{j=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{r}_{j,t}{c}_{j,t}---\left(9\right)$

式中，R_i,t为控制区i的最大可上调旋转备用；

2)利用1)优化模型计算区域电网和各控制区的最大可调出旋转备用，并与修正后的动态ACE分量进行比较；

3)区域电网校验：

设R_t为区域电网最大可调出旋转备用n为区域电网所属控制区个数；

若ΔP_s≤R_t，则区域电网可应对当前故障；

若ΔP_s>R_t，则区域电网下所属控制区仅分配最大可调出的旋转备用容量，并采取其他措施，包括：紧急开停机、抽蓄快速投退或申请外购电支援方式，用以弥补超出的部分功率；

4)各控制区校验与修正：

a)若ΔP_s,i′≤R_i,t，则控制区旋转备用足以应对分摊的故障损失功率；

b)若ΔP_s,i′>R_i,t，则控制区旋转备用不足以应对分摊的故障损失功率，需要其他控制区给予支援；

当某控制区发生b)情况时，以故障快速恢复为原则，将该控制区缺额部分(ΔP_s,i′－R_i,t)按照旋转备用系数分配至其他控制区；分配后，若其他控制区出现b)情况，采取类似方法，在可调出旋转备用充足的控制区再次分配。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1、在现有的动态ACE控制体系框架下，对动态ACE中各控制区分摊故障损失功率的方法改进，针对当前动态ACE以固定比例分配故障损失功率的不足，基于充分发挥区域电网备用共享优势、安全合理调出旋转备用的原则，提出考虑区域电网ACE分布的动态ACE分量修正策略，以充分发挥互联电网在大功率缺失扰动恢复中的作用，避免动态ACE启动后控制区ACE进入死区而无法协助频率恢复的问题；

2、提出基于旋转备用优化模型的动态ACE分量校正策略，通过建立最大可调出备用优化模型，分析各控制区实际可调出旋转备用，为动态ACE分量的校正提供决策依据。

附图说明

图1是区域电网与其所属控制区的关系示意图。

图2是控制区与发电机组调管权示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，为区域电网与其所属控制区关系的示意图，其中：RG为区域电网，CA为隶属于区域电网RG的控制区。RG下各CA构成备用共享组，用于分摊故障损失功率。

直调控制区与省调控制区根据ACE计算调节容量后下发到控制区所辖机组。直调控制区所辖机组分布在各省内，各省将直调机组出力作为其控制边界，形成封闭控制区；各省调控制区的控制边界是该省对外联络线并扣除直调机组有功出力，形成封闭控制区。如图2所示，为控制区与发电机组调管权示意图。直调控制区与省调控制区一样按旋转备用比例承担损失功率分摊责任。

本发明一种动态区域控制偏差分配策略的改进优化方法，包括以下步骤：针对当前动态ACE以固定比例分配故障损失功率的不足，提出考虑区域电网ACE分布的动态ACE分量修正策略，避免动态ACE启动后控制区ACE进入死区而无法协助频率恢复的问题；提出基于旋转备用优化模型的动态ACE分量校正策略，通过建立最大可调出备用优化模型，分析各控制区实际可调出旋转备用，为动态ACE分量的校正提供决策依据。具体包括如下步骤：

步骤101：当区域电网发生直流闭锁或大机组跳闸等大功率缺失故障时，动态ACE技术按照旋转备用比例分摊故障损失功率，作为备用共享组内各控制区的动态ACE分量，叠加到各控制区ACE中，其计算公式为：

ACE_i′＝ACE_i+ΔP_s,i (1)

其中，

式中，ACE_i′为控制区i叠加动态ACE分量后的ACE；n为区域电网所属控制区个数；ACE_i为控制区i故障发生前的ACE；ΔP_s为区域电网故障损失功率(为负值)；ΔP_s,i为控制区i的动态ACE分量(为负值)；k_i为控制区i的旋转备用系数(区域电网对各控制区约定的分配系数)。

步骤102：计算区域电网的有功不平衡功率为：

${\mathrm{ACE}}_{ND}=\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{\mathrm{ACE}}_i+{\mathrm{\&Delta;P}}_s---\left(2\right)$

式中，ACE_ND为区域电网ACE；

步骤103：按照旋转备用系数分配区域电网有功不平衡功率：

${{\mathrm{ACE}}_i}^{\&prime;\&prime;}=\frac{k_i}{\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{k}_i}{\mathrm{ACE}}_{ND}---\left(3\right)$

式中，ACE_i″为控制区i的ACE的控制目标；

采用区域电网有功不平衡功率的分配方法，可保证各控制区ACE方向一致，有效避免控制区初始ACE的影响，同步参与区域电网不平衡功率的调节。

步骤104：计算动态ACE的修正分量：

ACE_i″＝ACE_i′+ACE_DI,i＝(ACE_i+ΔP_s,i)+ACE_DI,i (4)

式中，ACE_DI,i为控制区i动态ACE的修正分量；

进而得出：

ACE_DI,i＝ACE_i″-ACE_i′ (5)。

步骤105：修正分量与动态ACE分量叠加后作为修正后的动态ACE分量下发至各控制区并执行，其计算公式为：

ΔP_s,i′＝ΔP_s,i+ACE_DI,i (6)

式中，ΔP_s,i′为修正后的动态ACE分量。

步骤201：建立最大可调出旋转备用优化模型：

优化目标为时间段内各控制区和区域电网提供最多的旋转备用容量，旋转备用释放系数c_j,t为决策变量，其目标函数为：

$\min F=\underset{j=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{r}_{j,t}(1-c_{j,t})---\left(7\right)$

其中r_j,t＝P_j,max-P_j,t；

式中，r_j,t为t时刻机组j的上旋转备用容量；c_j,t为t时刻机组j的旋转备用释放系数；N为机组个数；P_j,max为机组j调节上限；P_j,min为机组j调节下限；P_j,t为t时刻机组j的有功出力。

约束条件包括线路潮流约束、机组出力约束：

${\underset{\&OverBar;}{T}}_{z,t}\&le;f_{z,t}+\underset{j=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{r}_{j,t}{c}_{j,t}{s}_{j,z}\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{T}}_{z,t}---\left(8\right)$

式中，f_z,t为t时刻输电线路z的有功潮流；N为机组个数；s_j,z为机组j对输电线路z的灵敏度系数；T_z,t、分别为输电线路z的有功下限和上限。

$min\{-r_j^{ramp}\mathrm{\&Delta;}t,P_{j,min}-P_{j,t}\}\&le;r_{j,t}{c}_{j,t}\&le;min\{r_j^{ramp}\mathrm{\&Delta;}t,P_{j,max}-P_{j,t}\}---\left(9\right)$

式中，为机组j的爬坡速率；Δt为统计时段，0<Δt≤15，取整数；

最大可调出旋转备用为：

$R_{i,t}=\underset{j=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{r}_{j,t}{c}_{j,t}---\left(10\right)$

式中，R_i,t为控制区i的最大可上调旋转备用。

步骤202：利用步骤201中优化模型计算区域电网和各控制区的最大可调出旋转备用，并与修正后的动态ACE分量进行比较。

步骤203：区域电网校验：

设R_t为区域电网最大可调出旋转备用n为区域电网所属控制区个数；

若ΔP_s≤R_t，则区域电网可应对当前故障；

若ΔP_s>R_t则区域电网下所属控制区仅分配最大可调出的旋转备用容量，并采取其他措施，包括：紧急开停机、抽蓄快速投退或申请外购电支援方式，用以弥补超出的部分功率。

步骤204：各控制区校验与修正：

a)若ΔP_s,i′≤R_i,t，则控制区旋转备用足以应对分摊的故障损失功率；

b)若ΔP_s,i′>R_i,t，则控制区旋转备用不足以应对分摊的故障损失功率，需要其他控制区给予支援。

当某控制区发生b)情况时，以故障快速恢复为原则，将该控制区缺额部分(ΔP_s,i′-R_i,t)按照旋转备用系数分配至其他控制区；分配后，若其他控制区出现b)情况，采取类似方法，在可调出旋转备用充足的控制区再次分配。

修正后的动态ACE分量仅替代原动态ACE分量。动态ACE分量在故障发生一分钟内下发至各省调控制区，该分量在下一个整15分钟开始减小，联络线计划按照受电损失功率逐步调整，在之后的15分钟动态ACE减小到0。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。