電力系統(tǒng)自動化期末作業(yè)

1、電力系統(tǒng)自動化期末作業(yè)指導教師： 楊晶顯一、引言隨著特高壓電網(wǎng)的建設，國家電網(wǎng)的核心互聯(lián)區(qū)將形成有多個層級聯(lián)絡線功率控制主 體的局面。聯(lián)絡線功率控制中“控制主體”和“控制區(qū)”兩個概念之間有區(qū)別也有關系。 “控制主 體”是指各級電網(wǎng)的調度機構 （ 主要是省級及以上調度機構 ）, 他們在聯(lián)絡線功率控制中承擔 了一定的責任 , 發(fā)揮了一定的作用 ; “控制區(qū)”是指以電氣設備為邊界劃定的電網(wǎng)區(qū)域 （在電 氣連接上可以完全連通 ,也可以互不連通 ）, 在滿足區(qū)域邊界上送 / 受電要求的同時 , 負責區(qū) 域內供用電平衡 , 并且要協(xié)助上級互聯(lián)電網(wǎng)進行聯(lián)絡線功率控制。一個控制主體對應一個控制區(qū)。一個控制區(qū)的

2、供用電平衡計劃的制定和實時控制由一 個控制主體獨立完成。這是最常見的情況。多個控制主體對應一個控制區(qū)。一個控制區(qū)的 供用電平衡計劃的制定和實時控制由一個控制主體為主、多個控制主體協(xié)同配合完成。這 種情況主要發(fā)生在由多個控制區(qū)合并成的單一控制區(qū)。一個控制主體不對應任何控制區(qū)。 一個控制主體如不負責所管轄范圍的電網(wǎng)供用電平衡計劃的制定和實時控制, 那么, 該管轄范圍的電網(wǎng)就不是一個控制區(qū)。 這種情況往往發(fā)生在層級較高的控制主體中 , 如目前我國的 國家電力調度通信中心和北美的部分區(qū)域電網(wǎng)安全協(xié)調中心。一般不存在一個控制主體同 時對應多個控制區(qū)的情況 , 但存在多個控制區(qū)同時委托一個控制主體進行運行

3、控制的可能 性。國際上存在因節(jié)省控制系統(tǒng)建設投資或多個控制區(qū)向單一控制區(qū)過渡等原因 , 多個控制 區(qū)同時委托其中一個控制區(qū)或上級控制主體進行實時運行控制的情況。二、問題提出兩區(qū)域系統(tǒng)通過一聯(lián)絡線連接， 參數(shù)見表 1，基準容量為 1000MVA，用區(qū)域控制誤差 ACE 建立兩區(qū)域系統(tǒng)的仿真框圖。并求每個區(qū)域的頻率和功率響應，兩個區(qū)域的額定功率為 60Hz。表一：區(qū)域號12調差系數(shù)R1=0.05R2=0.0625負荷系數(shù)1=0.62=0.9慣性常數(shù)H1=5H2=4基準功率1000MVA1000MVA調速器時間常數(shù)g1=0.2s g2=0.3s汽輪機時間常數(shù)T1=0.5s T2=0.6s三、仿真模型

4、的建立及仿真結果圖 1 為 SIMULINK仿真框圖，調節(jié)積分增益以獲得滿意的響應特性。若 KI1=KI2=0.3 ，可 得仿真結果圖 2 所示。在 MATLAB中畫出標幺值功率偏差階躍響應曲線如圖 3 所示。從圖 2 可以看出，當時間大約為 20s 時，頻率偏差為零，同樣在圖 3 中可以看出，聯(lián)絡線功率偏 差為零，區(qū)域 1 負荷的增加等于區(qū)域 1 發(fā)電機功率的增量 Pm1.GainGain10.3Subtract1 Integrator Gain2Add1110.2s+10.5s+1Transfer FcnTransfer Fcn1To WorkspaceStep10s+0.6Add2Tra

5、nsfer Fcn21sSubtractIntegrator2ScopeMuxAdd4DPScope1Gain3Integrator1s8s+0.90.3s+10.6s+1Gain4Add5Add6Transfer Fcn5Transfer Fcn3Transfer Fcn4Gain51MuxGain616圖1圖2 頻率偏差響應圖 3 功率偏差響應四、總結：在互聯(lián)電網(wǎng)中 , 必須組成若干控制區(qū)才能進行聯(lián)絡線功率控制的協(xié)調配合。 在存在多個 層級的聯(lián)絡線功率控制主體的情況下 , 上下層級的控制主體之間的基本配合方式有 3 種: 對 等控制區(qū)方式、主子控制區(qū)方式、單一控制區(qū)方式。這 3 種配合方式

6、可以用“掃雪”的模 型來描述。對等控制區(qū)方式可以用分區(qū)包干掃雪的模型來描述。 上級機構只是在給下級機構一 次性分配任務 ( 劃定掃雪包干區(qū) ) 和對下級機構任務完成情況進行評價時發(fā)揮領導作用。另 外,上級機構還要完成自身包干區(qū)的掃雪任務 ,在此時, 他們以平等的掃雪者的身份出現(xiàn)。 在 對等控制區(qū)方式下 , 上級控制主體除了規(guī)范和評價下級控制主體的聯(lián)絡線功率控制行為外 , 可以與其直接調度的發(fā)電廠和直供的負荷區(qū) （如果有的話 ）構成一個獨立的控制區(qū) , 負責本 區(qū)的聯(lián)絡線功率控制任務 （就像完成自身包干區(qū)的掃雪任務一樣 ） 。在對等控制區(qū)方式下 , 由 于沒有一個控制主體對討論中的上級控制主體管

7、轄的整個電網(wǎng)對外的聯(lián)絡線功率控制負責 因此,像掃雪包干區(qū)的劃分一樣 , 控制區(qū)的劃分必須清晰、不留死角，各控制區(qū)需要很好地 完成自身的任務 , 并且協(xié)調配合 , 才能較好完成整個電網(wǎng)的聯(lián)絡線功率控制任務。（2）主子控制區(qū)方式可以用“有機動隊伍的分區(qū)包干掃雪”的模型來描述。上級機構除 了給下級機構一次性分配任務 （劃定掃雪包干區(qū) ） 和對下級機構任務完成情況進行評價外 , 還領導了一支機動隊伍 ,負責對被遺忘的角落及包干區(qū)中未完成的掃雪工作 ,顯然, 上級機 構對管轄區(qū)域內的掃雪工作負總責。同樣 , 在主子控制區(qū)方式下 ,上級控制主體除了規(guī)范和 評價下級控制主體的聯(lián)絡線功率控制行為外 , 還控制

8、其直接調度的發(fā)電廠來負責所管轄電 網(wǎng)的聯(lián)絡線功率控制。就理論而言 , 對整個電網(wǎng)的聯(lián)絡線功率控制效果來說 , 主子控制區(qū)方 式應該優(yōu)于對等控制區(qū)方式 , 但也會帶來一些問題 , 如: 上級控制主體直接調度的發(fā)電廠容 量達到多少才能滿足負責所管轄電網(wǎng)的聯(lián)絡線功率控制要求的問題 , 上、下級控制主體的控 制行為互相影響的問題 , 主控制區(qū) ACE的頻率響應系數(shù)如何設定的問題等等。（3）單一控制區(qū)方式可以用“掃雪隊伍統(tǒng)一調配”的模型來描述。掃雪隊伍統(tǒng)一調配可 以有兩種方法 , 一是人員統(tǒng)一調配 ,上級機構直接給參與掃雪的人員下達任務 ; 二是下級機 構對隊伍的指揮權不變 , 上級機構按實際需要給各支

9、隊伍分配任務。 在單一控制區(qū)配合方式 下, 下級控制主體及其直接調度的電廠不再構成獨立的控制區(qū),對應第一種方法 ,需要徹底改變原有對發(fā)電廠的調度關系 , 由上級控制主體統(tǒng)一調度整個區(qū)域的發(fā)電廠 ; 對應第二種方 法,在各級調度中心對電廠的調度關系不變的情況下 , 下級控制主體不再進行各自的聯(lián)絡線 功率控制 , 而是接收上級控制主體的指令 ,以一臺等值機的形式 , 輔助上級控制主體進行整 體的頻率或聯(lián)絡線功率控制。 該配合方式在資源利用上最為優(yōu)化 , 因為在多控制區(qū)的配合方 式下, 下級控制主體對應的控制區(qū)之間存在著大量 ACE互相反向的情況 , 而單一控制區(qū)配合 方式可以消除反調 ,降低調節(jié)需

10、求 , 但要求所在電網(wǎng)聯(lián)絡較緊密 , 功率交換約束較少 , 且對技 術、管理的要求較高。從上述控制主體和控制區(qū)的關系可以看出 , 所有的上下級控制主體不一定都存在與之 一一對應的控制區(qū) ;如果存在 ,對應的控制區(qū)之間也不一定是上下級關系。 因此,為避免混淆 兩者關系 , 在聯(lián)絡線功率控制中 , 上下級應僅用于描述控制主體間關系 , 而不用于描述控制 區(qū)間關系。單個控制區(qū)聯(lián)絡線功率控制的基本模式定頻率控制 (ConstantFrequencyContro,l 簡稱 CFC)。維持系統(tǒng)頻率偏差在一定范 圍之內 , 在這種模式下區(qū)域控制偏差 ACE僅反映系統(tǒng)頻率的變化。定交換功率控制 (Consta

11、ntNetInter-changeContro,l簡稱 CNIC)。維持聯(lián)絡線凈交換功率接近于計劃值 , 在這種模式下區(qū)域控制偏差 ACE僅反映控制區(qū)聯(lián)絡線凈交換功率的變 化。聯(lián)絡線偏差控制 (Tie-lineBiasContro,l簡稱 TBC)。維持 ACE在一定范圍之內 , 在這種模式下區(qū)域控制偏差 ACE同時反映系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡線凈交換功率的變化。 各級控制主體所對應的控制區(qū)所采用的控制模式的限制條件CFC 控制模式的控制對象是整個互聯(lián)電網(wǎng)的頻率 ( 即整個互聯(lián)電網(wǎng)的功率平衡 ), 因 此,只能由互聯(lián)電網(wǎng)最高一層的控制主體采用。在國家同步互聯(lián)電網(wǎng)中, 只有國調在主子控制區(qū)方式中才能采用

12、CFC控制模式。其他控制主體除非受國調委托 , 在任何情況下都不可能 采用 CFC控制模式。CNIC 控制模式不能對整個互聯(lián)電網(wǎng)提供一次調頻的支持 , 因此 , 僅適合于占整個互 聯(lián)電網(wǎng)容量比例較小的 (即提供頻率支撐作用較小的 )控制區(qū)中 ,同時互聯(lián)電網(wǎng)中應有足夠 的頻率支撐 ,如有另一控制區(qū)采用 CFC、或多個控制區(qū)用 TBC模式來維持系統(tǒng)的頻率 , 否則電 網(wǎng)不能進行穩(wěn)定的聯(lián)網(wǎng)運行。因此 ,在當前調度關系劃分的情況下 ,CNIC 控制模式只適合于 國調區(qū)域電網(wǎng)的對等控制區(qū)方式中的國調、和區(qū)域電網(wǎng)調度中心省級電網(wǎng)的對等控制區(qū)方 式中的網(wǎng)調采用。TBC 控制模式的控制對象是本控制區(qū)的功率平衡

13、 , 因此, 適合于任何沒有特殊任務的 控制區(qū)采用。 TBC控制模式適合于主子控制區(qū)方式中的子控制區(qū)和較低層級的主控制區(qū)、 對 等控制區(qū)方式中的所有控制區(qū)采用。主子控制區(qū)配合方式下主控制區(qū)的ACE計算公式的問題多層級聯(lián)絡線功率控制中的主子控制區(qū)配合方式適合我國電網(wǎng)統(tǒng)一調度、分級管理體 制,這種配合方式有其優(yōu)點 ,也有其存在的問題 , 特別對主控制區(qū)而言 , 需要兼顧主控制區(qū)的 控制要求和本控制主體的直調范圍內的控制要求, 位于中間層級的主控制區(qū)還要顧及對相鄰控制區(qū)的影響問題。因此, 主控制區(qū)的控制行為應符合以下要求對本控制區(qū) (指主控制區(qū) )外的控制偏差除提供一次調頻支持外盡量不作響應 , 以

14、免 影響相鄰控制區(qū)的控制行為。對本控制區(qū)內、但不在本控制主體的直調范圍內的控制偏差適度響應, 做到既盡快調整本控制區(qū)的控制偏差 ,又避免產(chǎn)生過調 , 以免影響子控制區(qū)的控制行為。對本控制主體的直調范圍內的控制偏差完全響應 , 盡快調整由本控制主體的直調范 圍內的控制偏差引起的控制區(qū)偏差。顯然, 常規(guī)的 ACE表達方式已不能全面反映滿足上述要求的控制偏差 , 需要根據(jù)各個電 網(wǎng)的實際情況研究制定合理的 ACE表達方式。控制區(qū)附加調節(jié)責任的確定： 控制區(qū)除了承擔正常的調節(jié)責任外，有時還需要承擔一些附加的調節(jié)責任，主要體現(xiàn)在 ACE表達式的附加項 C 中，主要有：電鐘時差調整：通過在各個控制區(qū)的 A

15、CE表達式中附加一個與頻差有關的項，來調整 電網(wǎng)的電鐘時差(即電網(wǎng)頻率偏差累積效應) 。無意交換累積電量償還： 通過在相關控制區(qū)的 ACE表達式中附加一個與功率有關的項， 來調整控制區(qū)之間的交換功率偏差累積效應。動態(tài) ACE：通過在相關控制區(qū)的 ACE表達式中附加一個與功率和頻率有關的項，來 實現(xiàn)控制區(qū)之間控制責任的轉移。主要的應用場合有：控制區(qū)之間的故障支援、外部聯(lián)絡 線或外部電源發(fā)生擾動時的協(xié)調控制、共同投資機組的調節(jié)資源共享、控制區(qū)之間協(xié)議的 調節(jié)服務等等。動態(tài) ACE的應用非常廣泛，同時也是彌補多層級聯(lián)絡線功率控制配合方式 某些不足的有效手段，如用來彌補主 - 子控制區(qū)配合方式下主控制

16、區(qū)的調節(jié)容量不足等問 題?？刂茀^(qū)參與頻率調節(jié)責任的確定對控制區(qū)參與頻率調節(jié)責任的要求一般通過 ACE表達式中的 Kf 項來體現(xiàn)。 從理論上 說，控制區(qū)的頻率調節(jié)系數(shù) K 要求與控制區(qū)的自然頻率響應特性(即控制區(qū)一次調頻能力 對頻率偏差的實際響應)相一致，這樣，控制區(qū)在聯(lián)絡線功率控制中的行為互相影響小， 電網(wǎng)運行平穩(wěn)。但由于控制區(qū)的自然頻率響應特性的非線性和時變性，實際不可能做到完 全一致。北美電網(wǎng)部分控制區(qū)采用動態(tài)頻率調節(jié)系數(shù) K，使之與控制區(qū)的自然頻率響應特性 盡可能接近。然而，控制區(qū)的自然頻率響應特性并不是一個純自然的特性，人為的作用無論是在短期還是在長期都會對其產(chǎn)生一定的影響。一方面，控制區(qū)的一次調頻能力主要取決于控制 范圍內發(fā)電機組的一次調頻能力，從長遠來說，可以通過管理手段來提高控制范圍內發(fā)電 機組的一次調頻總體能力；另一方面，發(fā)電機組旋轉備用容量的安排和分布也是決定控制 區(qū)的一次調頻能力