专利名称：电力系统在负荷高峰中机组调节能力不足时的有功控制方法
技术领域：
本发明属于电网在线电压安全评估和控制领域，是一种快速的、基于发电侧和需求侧响应的电力系统在负荷高峰转移机组调节容量的有功控制方法。
背景技术：
目前的电力系统自动发电控制(AGC)基本上是滞后调节，其前提是先有区域控制偏差(ACE)而后调节。电力系统中能够快速响应的机组是保障AGC控制指标的优质资源，但在实际电网中往往缺乏，而且变化较大，在某些负荷变化较大、持续周期较长的时间段，即使控制决策正确但因为机组调节能力或响应速率的不足致使AGC控制性能指标比预期值要低。电力系统主要出现在负荷陡升和陡降的时候，尤其在负荷攀峰过程中，调度员面临 的压力很大。目前，对于电力系统在负荷高峰时段有以下几种通常控制方法I.在某些负荷变化较大、持续周期较长的时间段，投入超短期负荷预测和AGC闭环实施超前控制能解决这一问题，但是该方法对于机组的性能要求过高，性能较差的火电机组往往不能完整执行超短期负荷预测结果，以达到最终过渡负荷高峰的过程。2.电力系统中能快速响应的可调机组容量(例如水电机组)是非常有限而宝贵的，希望将这一部分资源充分用于调节系统中负荷和发电的快速随机变化。在AGC实际运行中，当系统负荷处于长时间爬坡(向上或向下)过程中，响应速度较快的机组逐渐接近其调节上限或下限，而响应速度较慢的机组(如火电机组)仍有较大的调节裕度，从而使系统失去向上或向下方向的快速调节能力。为避免这种情况的发生，在预计系统负荷将要爬坡之前，调度员往往要让响应速度较慢的机组负荷提前向某一目标运动，以满足系统负荷的变化。3.在线计算负荷拐点及系统负荷缺额容量，通过电网调度员提前调用机组容量，以应对可能出现的负荷高峰过程。总体而言，现有方法往往仅局限在电网侧进行优化调度，没有考虑选择系统中负荷侧的快速中断资源，通过电网负荷高峰预测和快速中断负荷侧需求两方面，同时，对电力系统在负荷高峰时机组调节能力不足时，优化电力系统资源，实现快速过渡负荷高峰过程。本发明“电力系统在负荷高峰时机组调节能力不足的有功功率转移控制方法”是一种通过电力系统实时数据信息为基础的，通过在线计算发电侧和需求侧可用容量，进行实时发电功率分配的方法。以方便电网调度员在负荷紧张情况下控制系统有功功率。本发明相关的技术途径和实施的关键内容均未曾公开过。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过电力系统实时数据信息为基础的，通过在线计算发电侧和需求侧可用容量，进行实时发电功率分配的方法。以方便电网调度员在负荷紧张情况下控制系统有功功率。
本发明目的是这样实现的电力系统在负荷高峰中机组调节能力不足时的有功控制方法，该方法包括下列步骤(I)从能量管理系统即EMS得到电网运行机组负荷和机组投入电力系统自动发电控制运行情况按照机组PLC投入情况、机组实时调节上下限、以及机组实时出力，根据这三类数据，判断机组实时运行工况，即，条件一 =Pmin彡P彡Pmax其中Pmin为机组出力下限、P_为机组出力上限、P为机组实时出力，当条件二 =PLCstat = 1，其中PLCstat取0或1，I代表机组或电厂PLC投入，0代表机组或电厂PLC退出；只有当条件一、条件二同时满足时，EMS/AGC程序才会判断该PLC满足受控条件；(2)辨识电网负荷高峰数据特征，根据超短期负荷预测结果，得到未来5min 30min内的全网负荷,通过记录得到根据时间滚动更新的各数值P5min、P10min> P15min> P2omin>P25min以及P3tlmin，在EMS系统中设置变化值门槛Vth，Vth = 20(MW ;另外，在EMS系统中设置转
移容量比例系数f，€=±(2% 5%)，其中f = P^~P^，Psystem为系统当前系统总出
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力^P15min-P5min彡Vth且f G {± (2% 5% )}，则说明未来15min内具备电网负荷高峰特征；(3)判断发电侧转移容量情况根据f的数值符号情况，判断增减出力情况，当f为负数时，则电力系统需要执行减出力；当f■为正数时，则电力系统需要执行增出力；根据AP5min、AP10min, AP15min未来
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5min、IOmin, 15min三个区段的变化量，与当前所有AGC机组的刀仏上限和
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调下限判断，确定现有机组的调节上下限是否满足未来负荷增减量需求；如果容量转移情况满足系统要求，则直接进行步骤(5)；(4)通过上述⑴、⑵、(3)步的判断和综合评估如果是确实发生了负荷高峰并且有足够的转移容量，则选择转移容量时机；如果判断没有足够发电侧转移容量空间，则进行快速自动减载，以缓解系统容量压力；(5)由能量管理系统计算转移容量的分配情况；根据EMS实时发电排序表执行容量转移工作，在EMS中依据PLC调节性能，被分为第一类分组机组(负荷变动速率快的)、第二类分组机组(负荷变动速率一般的)以及第三类分组机组(负荷变动速率较差的)，如果系统要求对未来5min 15min进行容量转移，则第一类分组机组最先增加出力或者最后减少出力，第二类分组机组随后增加或减少出力，第三类分组机组最先减少出力或者最后增加出力，实际的容量分配根据机组或电厂实际投A AGC的PLC进行命令下发；(6)进行实际运行控制，在满足电网安全运行需要时，实际控制发电机组出力以实现在负荷高峰时机组调节能力不足时的有功控制；上述第(5)步骤中的电力系统快速机组(一类、二类)和慢速机组(三类)的判别如下快速机组和慢速机组是相对的，但前提是均应是AGC可控机组，可将AGC可控水电机组定义为快速机组，AGC可控火电机组定义为慢速机组。在具备超前控制的AGC系统中，正常情况下，快速机组承担区域调节需求(ARR)，慢速机组承担超短期负荷预测与负荷预测之间的负荷变化以及发电误差部分，在系统负荷高峰前的一段时间内，根据快速机组和慢速机组的发电出力及控制上下限情况，将一部分发电出力由快速机组转移到慢速机组上来。上述第⑵步骤中的辨识电网负荷高峰判断如下高峰负荷的预测值可根据短期负荷预测间接得到，攀峰开始可使用负荷变化率来判别，根据历史数据当负荷变化率大于限值时，认为攀峰过程即将来临。首先预测下一时刻负荷变化速率，就可以预测下点系统负荷。即Y (t+A t) =Y (t) (1+k) (2-31)式子中 Y (t+ A t)----下一时刻预测负荷值；At-----预测时间间隔；Y(t)-----当前负荷值；k-----同类型日t到t+ A t时刻负荷平均变化速率。该方法对历史n个同类型日的每一点负荷变化率计算，考虑到负荷不确定因素的干扰，剔除其中最大和最小的两个值，然后对剩余n-2个变化率计算它们的平均值或加权平均值(越靠近当前日权重越大)，然后从当前负荷出发，根据历史同类型日同时刻平均负荷变化速率，即可预测出下一时刻负荷。然后，根据每15-30分钟预测负荷各点之间斜率和负荷增量与预先设定的经验数值比较作为第一类判断条件，同时，在未来60分钟内对负荷拐点寻值，将拐点初斜率为零作为第二类判断条件。如果两者同时满足，则判断为电网负荷高峰。上述第(3)步骤中的转移容量的计算如下可根据当前的快速机组的调节容量和调节速率及需要的调节容量来决定，需要的调节容量根据历史分钟级负荷分量的幅值及最大变化率(可用滚动平均法等计算)或直接采用负荷幅、谷的某一比例来计算。上述第(4)步骤中对于快速负荷中断的处理如下目前电力系统中设有低频减载功能，在频率低于限值时，自动或手动切除一部分负荷来保证系统的运行安全。借鉴其思路，当系统旋转备用容量严重不足时，自动切除一部分快速响应负荷来提高系统的旋转备用容量是一个很好的方法。将符合条件的快速响应可中断负荷都设置一定的优先级，每一优先级内保持一定的负荷容量，当系统旋转备用容量低于设定的限值时，系统报警提示调度员并根据负荷的 优先级和当前的旋转备用容量给出减负荷方案，调度员认可后，系统自动执行该方案。考虑到系统的旋转备用容量一般由备用监视模块来计算，减负荷功能可内嵌在此模块中。可以对系统负荷进行分系统、分区设置优先级，在负荷高峰时，当AGC只调节发电机不能满足要求时，来将负荷按负荷优先级从大到小提前切除一部分负荷，同时在需要下调发电机出力时，在达到发电机出力下限时，也可将原来切除的负荷按复电顺序重新进行恢复供电。在当前的现实情况下，可通过人工来设置，可通过程序根据一定的规则自动识别快速响应负荷及对它们进行分级。本发明技术解决方案是一种通过电力系统实时数据信息为基础的，通过在线计算发电侧和需求侧可用容量，进行实时发电功率分配的方法。以方便电网调度员在负荷紧张情况下控制系统有功功率。本发明的有益效果是，以实际电网为背景，对本发明所提出的控制方法进行实际测试，较为准确的判断系统负荷高峰时段，并有效协助调度员进行发电侧和负荷需求侧功率调整，提高了运行过程的可靠性。提出的这种在负荷高峰时机组调节能力不足时的有功控制方法，在发电侧和负荷侧同时使用，不仅能考虑发电侧的转移负荷的能力，同时也有选择的快速中断负荷侧的功率消耗，以实现快速过渡电网负荷高峰过程。
图I为本发明整体实施流程图；图2为本发明实施例节点系统。
具体实施例方式电力系统在负荷高峰中机组调节能力不足时的有功控制方法，该方法包括下列步骤(I)从能量管理系统即EMS得到电网运行机组负荷和机组投入电力系统自动发电控制运行情况按照机组PLC投入情况、机组实时调节上下限、以及机组实时出力，根据这三类数据，判断机组实时运行工况，即，条件一 =Pmin彡P彡Pmax其中Pmin为机组出力下限、P_为机组出力上限、P为机组实时出力，当条件二 =PLCstat = 1，其中PLCstat取0或1，I代表机组或电厂PLC投入，0代表机组或电厂PLC退出；只有当条件一、条件二同时满足时，EMS/AGC程序才会判断该PLC满足受控条件；(2)辨识电网负荷高峰数据特征，根据超短期负荷预测结果，得到未来5min 30min内的全网负荷,通过记录得到根据时间滚动更新的各数值P5min、P10min> P15min> P2omin>P25min以及P3tlmin，在EMS系统中设置变化值门槛Vth，Vth = 20(MW ;另外，在EMS系统中设置转
移容量比例系数f，f= ±(2% 5%)，其中f = P^~Pi-，Psystem为系统当前系统总出
system
力^P15min-P5min彡Vth且f G {± (2% 5% )}，则说明未来15min内具备电网负荷高峰特征；(3)判断发电侧转移容量情况根据f的数值符号情况，判断增减出力情况，当f为负数时，则电力系统需要执行减出力；当f■为正数时，则电力系统需要执行增出力；根据AP5min、AP10min, AP15min未来
nn
5min、IOmin, 15min三个区段的变化量，与当前所有AGC机组的刀仏上限和
i=\ i=\
调下限判断，确定现有机组的调节上下限是否满足未来负荷增减量需求；如果容量转移情况满足系统要求，则直接进行步骤(5)；(4)通过上述⑴、⑵、(3)步的判断和综合评估如果是确实发生了负荷高峰并且有足够的转移容量，则选择转移容量时机；如果判断没有足够发电侧转移容量空间，则进行快速自动减载，以缓解系统容量压力；(5)由能量管理系统计算转移容量的分配情况；根据EMS实时发电排序表执行容量转移工作，在EMS中依据PLC调节性能，被分为第一类分组机组(负荷变动速率快的)、第二类分组机组(负荷变动速率一般的)以及第三类分组机组(负荷变动速率较差的)，如果系统要求对未来5min 15min进行容量转移，则第一类分组机组最先增加出力或者最后减少出力，第二类分组机组随后增加或减少出力，第三类分组机组最先减少出力或者最后增加出力，实际的容量分配根据机组或电厂实际投A AGC的PLC进行命令下发；(6)进行实际运行控制，在满足电网安全运行需要时，实际控制发电机组出力以实现在负荷高峰时机组调节能力不足时的有功控制。上述第(5)步骤中的电力系统快速机组(一类、二类)和慢速机组(三类)的判别如下快速机组和慢速机组是相对的，但前提是均应是AGC可控机组，可将AGC可控水电机组定义为快速机组，AGC可控火电机组定义为慢速机组。在具备超前控制的AGC系统中，正常情况下，快速机组承担区域调节需求(ARR)，慢速机组承担超短期负荷预测与负荷 预测之间的负荷变化以及发电误差部分，在系统负荷高峰前的一段时间内，根据快速机组和慢速机组的发电出力及控制上下限情况，将一部分发电出力由快速机组转移到慢速机组上来。上述第⑵步骤中的辨识电网负荷高峰判断如下高峰负荷的预测值可根据短期负荷预测间接得到，攀峰开始可使用负荷变化率来判别，根据历史数据当负荷变化率大于限值时，认为攀峰过程即将来临。首先预测下一时刻负荷变化速率，就可以预测下点系统负荷。即Y(t+A t) =Y (t) (1+k)(2-31)式子中 Y (t+A t)----下一时刻预测负荷
值；At-----预测时间间隔；Y(t)-----当前负荷值；k-----同类型日t到t+ A t时刻负荷平均变化速率。该方法对历史n个同类型日的每一点负荷变化率计算，考虑到负荷不确定因素的干扰，剔除其中最大和最小的两个值，然后对剩余n-2个变化率计算它们的平均值或加权平均值(越靠近当前日权重越大)，然后从当前负荷出发，根据历史同类型日同时刻平均负荷变化速率，即可预测出下一时刻负荷。然后，根据每15-30分钟预测负荷各点之间斜率和负荷增量与预先设定的经验数值比较作为第一类判断条件，同时，在未来60分钟内对负荷拐点寻值，将拐点初斜率为零作为第二类判断条件。如果两者同时满足，则判断为电网负荷高峰。上述第(3)步骤中的转移容量的计算如下可根据当前的快速机组的调节容量和调节速率及需要的调节容量来决定，需要的调节容量根据历史分钟级负荷分量的幅值及最大变化率(可用滚动平均法等计算)或直接采用负荷幅、谷的某一比例来计算。上述第(4)步骤中对于快速负荷中断的处理如下目前电力系统中设有低频减载功能，在频率低于限值时，自动或手动切除一部分负荷来保证系统的运行安全。借鉴其思路，当系统旋转备用容量严重不足时，自动切除一部分快速响应负荷来提高系统的旋转备用容量是一个很好的方法。
将符合条件的快速响应可中断负荷都设置一定的优先级，每一优先级内保持一定的负荷容量，当系统旋转备用容量低于设定的限值时，系统报警提示调度员并根据负荷的优先级和当前的旋转备用容量给出减负荷方案，调度员认可后，系统自动执行该方案。考虑到系统的旋转备用容量一般由备用监视模块来计算，减负荷功能可内嵌在此模块中。可以对系统负荷进行分系统、分区设置优先级，在负荷高峰时，当AGC只调节发电机不能满足要求时，来将负荷按负荷优先级从大到小提前切除一部分负荷，同时在需要下调发电机出力时，在达到发电机出力下限时，也可将原来切除的负荷按复电顺序重新进行恢复供电。 在当前的现实情况下，可通过人工来设置，可通过程序根据一定的规则自动识别快速响应负荷及对它们进行分级。
权利要求
1.电力系统在负荷高峰中机组调节能力不足时的有功控制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤 (1)从能量管理系统即EMS得到电网运行机组负荷和机组投入电力系统自动发电控制运行情况按照机组PLC投入情况、机组实时调节上下限、以及机组实时出力，根据这三类数据，判断机组实时运行工况，即，条件一 =Pmin彡P彡Pfflax其中Pmin为机组出力下限、Pmax为机组出力上限、P为机组实时出力，当条件二 =PLCstat = 1，其中PLCstat取O或1，I代表机组或电厂PLC投入，O代表机组或电厂PLC退出；只有当条件一、条件二同时满足时，EMS/AGC程序才会判断该PLC满足受控条件； (2)辨识电网负荷高峰数据特征，根据超短期负荷预测结果，得到未来5min 30min内的全网负荷，通过记录得到根据时间滚动更新的各数值P5min、P10min> P15min、P2Qmin、P25min以及P3tlmin，在EMS系统中设置变化值门槛Vth，Vth = 200MW ;另外，在EMS系统中设置转移容量比例系数f，f = ± (2% 5% )，其中/ =，Psystem为系统当前系统总出力;若 systemP15min-P5min彡Vth且f G {± (2% 5% )}，则说明未来15min内具备电网负荷高峰特征； (3)判断发电侧转移容量情况 根据f的数值符号情况，判断增减出力情况，当f为负数时，则电力系统需要执行减出力；当f■为正数时，则电力系统需要执行增出力；根据AP5min、AP10min,八？151^未来51^11、 nn10min、15min三个区段的变化量，与当前所有AGC机组的上限和调下限 i=l i=l判断，确定现有机组的调节上下限是否满足未来负荷增减量需求；如果容量转移情况满足系统要求，则直接进行步骤(5)； (4)通过上述(I)、(2)、(3)步的判断和综合评估如果是确实发生了负荷高峰并且有足够的转移容量，则选择转移容量时机；如果判断没有足够发电侧转移容量空间，则进行快速自动减载，以缓解系统容量压力； (5)由能量管理系统计算转移容量的分配情况 根据EMS实时发电排序表执行容量转移工作，在EMS中依据PLC调节性能，被分为第一类分组机组(负荷变动速率快的)、第二类分组机组(负荷变动速率一般的)以及第三类分组机组(负荷变动速率较差的)，如果系统要求对未来5min 15min进行容量转移，则第一类分组机组最先增加出力或者最后减少出力，第二类分组机组随后增加或减少出力，第三类分组机组最先减少出力或者最后增加出力，实际的容量分配根据机组或电厂实际投入AGC的PLC进行命令下发； (6)进行实际运行控制，在满足电网安全运行需要时，实际控制发电机组出力以实现在负荷高峰时机组调节能力不足时的有功控制。
全文摘要
电力系统在负荷高峰中机组调节能力不足时的有功控制方法，其技术方案步骤为(1)从能量管理系统即EMS得到电网运行机组负荷和机组投入电力系统自动发电控制运行情况；(2)辨识电网负荷高峰数据特征；(3)判断发电侧转移容量情况；(4)选择转移容量时机；(5)选择转移容量时机或进行快速自动减载；(6)由能量管理系统计算转移容量的分配情况。本发明能够较为准确的判断系统负荷高峰时段，并有效协助调度员进行发电侧和负荷需求侧功率调整，提高了运行过程的可靠性，并能够在发电侧和负荷侧同时使用，不仅能考虑发电侧的转移负荷的能力，同时也有选择的快速中断负荷侧的功率消耗，以实现快速过渡电网负荷高峰过程。
文档编号H02J3/46GK102684186SQ20121007587
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者丁士明, 刘和森, 李文云, 蒋亚坤, 袁德君 申请人:云南电力调度控制中心