控制性能评价标准下的自动发电控制策略

张志雄，杨平

(上海电力学院，上海 200090)

1 性能评价标准概况

自动发电控制AGC(Automatic Generation Control)是现代电网控制系统的一项重要功能，是建立在电网调度能量管理系统与发电机组协调控制系统间的一种闭环控制技术［1］。

我国自引入SCADA/AGC系统以来，先是一直使用北美电力可靠性协会(NERC)的CPC(Control Performance Criterion)标准，即A1，A2标准。后来，NERC总结多年AGC运行经验，于1998年推出新的性能评价标准 CPS(Control Performance Standard)［2］。

我国华东电网1998年开始酝酿，2001年10月1日试行，2002年12月1日正式执行CPS标准。正式运行期间，又相继出台一系列的管理规定和考核办法。华中电网2004年开始酝酿，2005年5月1日和2006年1月1日分别开始试行和正式执行CPS标准。

随着CPS的应用进入应用领域，许多国内外专家针对这套更为合理的标准进行了广泛的探讨，有部分专家提出要继续对CPS本身的标准作修订［3－5］，另一部分专家则对不断发展变化中的CPS标准下的AGC该如何控制做了有益的探索［6－8］，也有常年工作在调度第一线的专家根据现在和原来2套标准的区别和联系，探索了2套标准并行时的AGC 控制策略［9－13］。

2 CPS标准新修订

北美电力可靠性协会(NERC)在1998年开始推广CPS标准之后，在2005年修订了CPS标准来评价互联电网AGC性能。2008年NERC再次对CPS标准做出修订，于2009年5月13日开始实施。

NERC的CPS标准由2部分构成:CPS1为统计联络线功率偏差变化量与频率偏差关系的标准，作用是控制频率;CPS2作用域限制大的不可预测的系统潮流。

ACE的表达公式为

式中:ACE为电网区域误差;NIA为所有联络线实际流量的代数和;NIS为所有联络线计划流量的代数和;B为本控制区域频率偏差系数，MW/0.1 Hz，根据电力系统功率频率特性，符号为负;fA为系统实际频率;fS为系统额定频率;IME为误差校正系数，受网络联络线平均每小时的流量和网络需求交换值(MW/h)的影响，这个参数一般都会很小，甚至为零。

在最新修订的CPS中，增加考虑了ACE中IME的作用。IME虽然比较小，但能提高CPS控制器的精确性。

3 CPS标准下的AGC控制

CPS标准下的AGC控制如图1所示，CPS标准下的AGC控制器主要由3部分组成。

(1)DCS(Disturbance Control Standard)控制器，主要用于电网发生大扰动时的紧急恢复控制。

(2)CPS1控制器，主要用于对电网CPS1指标的实时控制。

(3)CPS2控制器，主要用于对电网ACE和CPS2指标的实时控制。

图1 CPS标准下的AGC控制

电网中的SCADA系统实时监控当前的ACE，ΔF值，根据CPS标准中的相关公式和前一阶段的数据，以及历史数据进行匹配，得到CPS1和CPS2当前的2个指数和当前的满足度，输出给CPS1，CPS2及DCS控制器，3个控制器分别输出各自得到的控制结果，根据协调逻辑控制器对当前ACE和ΔF的判断，确定最终的控制输出，下达必要的AGC调节指令，进行机组调节，稳定电网。

根据文献［14］，以2区域互联系统为例，2区域内各有1组发电机组，各有1个对应的负载区域。2个系统之间使用联络线相连接。CPS控制器根据SCADA得到的实时监控数据，即当前的ACE和ΔF，计算出当前CPS1，CPS2的满足值，然后根据当前的ACE情况分别决定是否输出控制变量，输出的控制变量影响PI控制器的KP和KI值和当时的调速限制作用于电厂AGC端。

相比于原有的CPC标准，CPS标准下的AGC控制可以对减少机组调节次数，提高机组装置燃料效率，减少损耗和成本。

4 CPS标准下的AGC控制策略

CPS标准是在原有的A1，A2标准的基础上发展而来，但在数学模型和评价思路上有区别，原有的控制方案已经不能符合要求，因此，目前国内、外提出了多种针对CPS标准的AGC控制策略方案。这些方案大致可分为2个类型:A1，A2标准下的AGC控制方案的改进型和基于CPS标准的新设计型。

4.1 原有策略改进型

图2 2个区域互联系统框图

由于原有的A1，A2标准是在实际运行中总结而来，而CPS标准正是由此发展而来，因此，很多国内、外专家学者认为，原有A1，A2标准下AGC控制策略中的大部分仍然可以在新的标准下有效运行。

高宗和等学者认为，通过对A1，A2和CPS标准进行对比(如图2所示)，PI控制和ACE分区域方法仍然可以继续使用，可以继续维持原有的已经相对稳定的KP和KI值。但是不再需要使ACE强制过零，调节策略目标改成维持一定的ACE，使得 CPS1≥200%，即ACE对互联电网频率质量有所帮助的程度。这种改进型的控制策略可简述如下:

图3 区域控制示意图

根据参考文献［10］，贾燕冰等学者介绍了当前的华东电网的各省(市)控制策略特点，提出了进一步优化控制策略的想法。主要有预测AGC控制、混成控制、机组跟踪曲线处理技术等。在参考文献［11］中，杨桂钟等学者则提出了人工置入偏差量的方案来进一步改善调节效果。在参考文献［12］中，黄颖等专家根据一线情况提出了AGC超短期负荷预测的思路和实现方法，并且根据CPS标准对其设计的方法进行了修正，以获得进一步的优化。王珍意在参考文献［13］中采用了修改比例积分和2种修改ACE区域划分边界的方法，经过试验后发现，其中一种ACE区域边界划分方法比较优越。

改进原有的方案相对比较便捷，及时判断当前的CPS考核状况所在的区域，当ACE值在边界游动时，由于调节方案在边界两侧的差异，可能会导致反复穿越边界，反而有可能使部分机组出现反复收到指令。这种模式对于某些CPS标准改造未完成(即CPS标准和CPC标准并行下的区域电网)的电网有比较好的控制效果。

4.2 基于CPS标准的新设计型

由于CPS标准在很大程度上是基于原有经验上的数学模型而来，因此，许多学者针对CPS控制器做出了自己的设计方案。CPS控制器大部分设计为一个PI控制器，许多学者结合比较新的控制方法，提出了自己的控制器设计思路。

余涛等学者采取了2个区域互联的系统方案(如图2所示)。根据当前和历史数据实时计算当前的CPS1和CPS2值，然后得到PI控制器的2个参数KP和KI，KP主要受到CPS1影响，而KI则主要受到CPS2的影响。根据实时的CPS指标，利用模糊控制规则调节KP和KI，并且提出通过整体调节KP和KI使得PI控制器维持在既能降低发令次数、反调次数，又能基本不降低CPS考核水平的折中方案(如图4所示)。例如，若CPS考核处于比较高水平的代价是大幅增加调节次数时，可以综合考虑各项因素，略微牺牲CPS考核水平，达到对整体的放松管制，从而大幅降低调节次数。

图4 变论域模糊控制下的AGC控制

根据参考文献［5］，贾燕冰等结合NERC的最新标准与华东电网AGC评价标准进行比较，提出机组性能标准可以作为CPS应用的进一步补充。类似于上文介绍，余涛等在文献［7］中，提出利用自适应控制也可以对AGC控制进行优化。根据参考文献［15］，刘斌等将标准PSO算法应用于互联电网CPS评价，相对于单纯使用平均分配方法，有比较高质量的优化解、稳定的收敛性以及有效的计算效率。

利用CPS考核标准产生的短期数据对于PI控制器的参数进行整定，使得CPS的长期考核能够达到比较好的效果，而且要综合考虑各项因素，在必要的时候，略微牺牲考核水平可以减少调节次数。通过模糊控制或者粒子群算法［16］，可以比较实时地放松或者收紧管制。但是针对大系统和不可预测的电网负荷变化，建立这套系统比较复杂。在这点上，可以进一步结合其他的智能控制理论和方法，做相关仿真并且与已有的模糊控制粒子群仿真结果进行对比。另外，针对最新修订后新增带有IME的ACE变化的相关研究文献尚未见到。

5 结论与展望

(1)CPS标准相对于原有标准而言，对减少机组磨损，产生了比较积极的作用。而CPS标准并非是一个完善的标准，许多新近的研究表明，CPS标准本身也需要进一步的研究。NERC继2005年和2008年修订后，目前仍在进行进一步的标准修订工作。

(2)原有方案的改进型方案相对比较便捷，对于某些CPS标准改造未完成，即CPS标准和CPC标准并行下的区域电网有比较好的控制效果。根据最新理论和技术，可进一步考虑把已有的控制策略进行修正，比如对分区域模式下的边界，可以考虑使用模糊控制等智能理论进行优化。

(3)新设计型控制策略更侧重CPS标准的实现，对于已经完全适合于CPS标准并适时改造完成的地区有比较好的控制效果，同时，可进一步结合智能理论进行探索，与已有的结论进行对比，寻找最优控制方案。

［1］陈楷，孙建华，王卉.节能调度模式下的河南电网AGC控制策略［J］.电力系统保护与控制，2009，37(4):58 －61.

［2］汪德星.华东电网实行CPS标准的探索［J］.电力系统自动化，2000(8):41－44.

［3］傅吉悦，高岩，王绍然，等.吉林电网实行 CPS的探讨［J］.吉林电力，2009，37(3):13 －15.

［4］王文斌.基于CPS标准的AGC控制策略研究［D］.南京:南京理工大学，2006.

［5］贾燕冰，高翔，严正.NERC与华东电网AGC评价标准的比较［J］.华东电力，2008，36(4):41 －44.

［6］余涛，于文俊，李章文.基于CPS标准的AGC变论域模糊松弛控制方法［J］.电力系统自动化，2009，33(23):37 －41.

［7］余涛，陈亮，蔡广林.基于CPS统计信息自学习机理的AGC自适应控制［J］.中国电机工程学报，2000，28(10):82－87.

［8］李正，敬东，赵强，颜泉.CPS/DCS标准在大区互联电网AGC控制策略中的应用［J］.电力系统及其自动化学报，2003，15(2):27 －32，48.

［9］高宗和，滕贤亮，涂力群.互联电网AGC分层控制与CPS控制策略［J］.电力系统自动化，2004，28(1):78 －81.

［10］贾燕冰，高翔，高伏英，等.华东电网CPS标准控制策略现状分析及展望［J］.华东电力，2007，35(9):16－21.

［11］杨桂钟，翁蔚.福建电网AGC系统控制策略改进［J］.福建电力与电工，2004，24(3):24－26.

［12］黄颖，李辉.AGC超短期负荷预测控制模式的研究［J］.湖南电力，2008，28(3):9 －12.

［13］王珍意，谢一工，尹成全，等.对CPS标准下AGC与一次调频配合问题的研究［J］.电力系统保护与控制，2009，37(19):22－25，51.

［14］S.K.Aditya，D.Das.Battery Energy Storage for Load Frequency Control of an Interconnected Power System［J］.Electric Power Systems Research，2001，58(3):179－185.

［15］刘斌，王克英，余涛，等.PSO算法在互联电网CPS功率调节中的应用研究［J］.电力系统保护与控制，2009，37(6):36 －39，52.

［16］王亚军，房大中.基于粒子群算法的AGC机组调配研究［J］.继电器，2007，35(17):58 －61，64.