基于区域控制偏差和机组发电偏差的调度反馈控制系统

摘要

本发明公开了属于电力系统控制技术的改进领域，特别涉及一种基于区域控制偏差和机组发电偏差的调度反馈控制系统。具体是通过建立电网ACE实时采集系统，采集相关的频率、联络线计划、联络线的实时数据，计算电网“每1分钟的ACE指标值”，结合超短期负荷预测，建立起考虑负荷偏差、区域控制偏差和机组发电偏差的新型反馈控制系统，指导电网实时调度并建立相应的反馈控制策略。

说明书

技术领域

本发明属于电力信息系统的改造领域，特别涉及一种基于区域控制偏差和机组发电偏差的调度反馈控制系统。具体是通过实时采集湖北电网区域控制偏差和湖北省内机组的发电偏差，结合超短期负荷预测，建立起考虑负荷偏差、区域控制偏差和机组发电偏差的新型反馈控制系统，指导湖北电网实时调度，提高整个湖北电网的控制性能考核指标。

背景技术

电力系统中，发电功率和负荷用电功率必须时时刻刻保持平衡，电网才能稳定运行，电能质量才能得到保障。

发电功率(MW)＝用电负荷功率(MW……………………公式1

我国电网是按地区划分的，省份间的电力可以相互调节，由省级电网调度中心负责，省间交换功率反映该省和其它省份的电力交换情况，这一指标会影响到其他省份电网的安全稳定运行，因此，对于省级电网来说，上述公式1可以具体化为：

本省机组发电功率+省间交换功率＝本省用电负荷功率……公式2

根据以上公式2，可以导出：

省间交换功率＝本省用电负荷-本省机组发电功率…………公式3

因此，可以表述为

电力平衡的常用考核标准之一是区域控制偏差ACE(Area Control Error)。

ACE＝ΔP+K*Δf………………………………………公式4)

其中，ΔP代表省间交换功率偏差，K是一个设定的常数，Δf代表系统实时频率与标准频率50Hz之间的偏差。

在实际中，一般以一段时间内ACE的平均值作为考核依据。

|15分钟ACE平均值|＜给定值…………………………公式5

由于系统实时频率是在标准频率周围，呈现随机变化，在一段时间内，K*Δf的平均值接近于0；因此，15分钟ACE平均值的大小，主要取决于省间交换功率偏差ΔP的变化。

上述考核标准，要求在一段时间内，省电力调度中心把本省的交换功率偏差均值控制在一定范围之内。具有以下特点：

1)允许偏差的在一定范围内存在；

2)并不要求时时刻刻保证偏差为0，在15分钟内，若前5分钟呈现正向偏差可以通过在之后的10分钟内使该指标呈现负向偏差，从而将15分钟均值“拉回”到允许范围内，将电网的ACE指标控制在一个接近0的可容忍范围之内。

公式1中的“本省机组发电”可以进一步分解：

本省机组发电＝可控机组发电+不可控机组发电…………………公式6

由此，又有以下公式推导：

可控机组发电+不可控机组发电+省间联络线交换＝本省负荷

…………公式7

可控机组发电＝本省负荷-不可控机组发电-省间联络线交换

实时调度中，上式右端各项的实际值都可能与计划值产生偏差，因此需要针对各种偏差，相应的调整本省可控机组的发电出力计划，抵消各类偏差的影响，以便满足发电、负荷的实时平衡。

当前，电力调度的一般模式(如图1所示)，包括3个主要步骤，

1)确定本地发电需求的调整量；

2)对调整量进行经济调度，将所需的发电变化量根据各种原则分配给各个发电机组；

3)修改后的发电计划下发至机组。

其中，本地发电需求的确定方法，主要根据电力负荷平衡公式而确定。

现有技术的缺点

本地发电需求调整量＝负荷偏差-不可控机组的计划偏差-省间联络线的偏差……………………………………………………..公式8

以上方案，在理论上是一种“无差”调节，即针对出现的偏差，给出对应的调整量，以消除偏差。但该方案，在实际中会遇到以下两方面问题：

1)电网当前的考核标准，允许一段时间内存在一定的调节偏差，

因为当前电网的考核标准并不要求时时刻刻偏差为零，而是要求一段时间内的累计偏差在一定范围内，见公式5，现实中上述公式8的无差调节，并不能满足现行调度考核的要求。

2)电厂的调节具有滞后性，公式8的无差调节，实现的前提是发电厂能够严格、准时地按照发电计划调整发电出力。但在实际中，电厂的发电出力变化与发电计划相比，往往存在滞后的现象。电厂调节的滞后性，既有技术因素，也有人为因素：技术因素是指因为不同发电机组维修保养状况、燃煤质量的不同，而造成机组调节速率不能达到额定技术指标。人为因素是指电厂出于自身经济利益的考虑，不愿意频繁调节机组发电出力；此外，由于增加发电出力可以增加电厂发电收入，因此发电厂对于增加出力的调度命令的反应往往比减出力命令更及时。因此本发明所要解决的技术问题是

1)对原有实时调度的控制目标进行修正，满足当前电网调度考核标准的要求；

2)考虑实际中发电机组调节普遍具有滞后性这一客观现实，提出相应的修正策略。

发明内容

本发明的目的是针对现有实时调度方案的不足，提出一种基于区域控制偏差和机组发电偏差的调度反馈控制系统，其特征在于，调度反馈控制系统包括ACE和发电偏差的调度反馈控制器分别连接机组发电考核系统、ACE实时数据采集系统、超短期负荷预测连接，机组发电考核系统与电厂工作站通过电力专用数据网相连；ACE实时数据采集系统再与电网能量控制系统连接，超短期负荷预测再连接至电网历史库和调度生产管理系统，ACE和发电偏差的调度反馈控制器将计划修改下发至各电厂，调度反馈控制系统包含HP DL320服务器1台，调度工作站：3台，用于电网调度员操作，电厂工作站：每电厂1台，用于接收调度计划，其中服务器与调度工作站，通过电网调度局域网相连，服务器与电厂工作站通过电力专用数据网相连；所述服务器端采用HP-Unix，工作站采用Redhat Linux作为操作系统，开发语言：Qt3.2.6，C++；具体操作是在当前调度的实时调度流程中，增加一个确定发电修正量的环节，将可控机组发电调整量与发电修正量相叠加，确定可控机组的综合调整量。

所述确定发电修正量的反馈控制环节，包括以下几个：

1)控制目标设置

根据当前电网考核标准的要求，将控制目标设置为电网15分钟ACE均值的绝对值，小于给定的考核标准；

2)针对电网ACE实时值的采集和反馈控制策略

建立电网ACE实时采集系统，采集相关的频率、联络线计划、联络线的实时数据，计算电网“每1分钟的ACE指标值”，并建立相应的反馈控制策略；

3)针对机组发电滞后性的采集和反馈控制策略

建立机组发电考核系统，采集各机组发电出力的实时数据，与计划数据进行比照，实时计算机组发电出力与发电计划的偏差，分析其滞后性的特点，并建立起有针对性的“提前量”设置策略和“过调节策略”；

4)反馈控制策略的构建

反馈控制策略的构建如下面表1所示。

表1反馈控制策略将主要考虑以下几方面的问题

  控制策略  设置意义  设置依据 实际设置  控制周期  确定反馈控制的时  间周期，以便达到  最佳效果  电网ACE考核周期为每  15分钟一周期；控制不  能太过频繁，减少调整  次数，保证经济运行； 在15分钟周期内，第3分 钟、第7分钟、第12分钟， 启动三次反馈控制，对 发电机组进行三次调控  ACE偏差控  制阈值的设  置  为尽量减少调整次  数，确定当实时采  集的ACE值和机组  发电偏差达到多少  阈值时，启动调度  计划修改功能  参考电网对15分钟ACE  指标的考核标准，即公  式5中的“给定值”；阈  值应设置为“给定值”  的一定比例 在第3分钟、第7分钟和 第12分钟，控制阈值分 别为“给定值”的30％， 0％和60％。这些参数根据 实际控制经验测定

  控制策略  设置意义  设置依据 实际设置  ACE反馈量  和发电偏差  反馈量的关  系  根据其物理意义，  协调两个反馈参数  之间的关系；综合  反馈量＝A×ACE偏  差+B×发电偏差，  其中A和B为线性叠  加系数  根据电网负荷随时间变  化曲线，进行分类分段  处理：连续上升段、连  续下降段、趋势转折段、  平稳段；对反馈控制的  当前周期、前3个和后1  个控制周期(总共5周期  25分钟)所属的分段进  行判断； 根据当前周期和前3后 1，总共5周期的负荷特 性，排列组合可得不同 的情况； 根据每种情况下，ACE偏 差与机组发电偏差的关 系，确定两种反馈量的 线性叠加系数A和B，  发电偏差提  前量和过调  节策略的设  置  针对电厂发电滞后  性特点，通过设置  调节提前量和过调  节策略，抵消发电  滞后性的影响  观察测算不同水、火电  机组时间滞后量；测算  不同负荷时段最合理的  过调节比例 在水、火电机组设置不 同的提前调节量；

本发明的有益效果是与现有技术相比所具有的积极效果

本发明是在实时调度系统的基础上，增加了基于区域控制偏差ACE指标和发电偏差指标的反馈控制环节，取得以下的积极效果：

1.建立了基于电网ACE指标采集和反馈控制系统，将实时调度目标与电网考核标准相联系，更好地满足电网考核的需要；

2.建立了基于电厂实时发电考核的发电偏差采集和反馈控制系统，对现实中普遍存在的因技术因素和人为因素引起的发电滞后性进行了分析处理，提高了实时调度的效果。

3.以本发明为核心技术所建立的湖北电网实时平衡调度自2009年8月投入运行以来，电网考核成绩得到明显改善，证明了本发明所带来的经济、社会效益。

附图说明

图1为当前实时调度的一般流程图。

图2为本地发电调整量的确定步骤。

图3为实时调度流程的改进。

图4发电修正量的反馈控制系统原理图。

图5为搭建的调度反馈控制系统示意图。

具体实施方式

本发明提出一种基于区域控制偏差和机组发电偏差的调度反馈控制系统。下面结合附图予以说明。

图5所示为搭建调度反馈控制系统，调度反馈控制系统包括ACE和发电偏差的调度反馈控制器分别连接机组发电考核系统、ACE实时数据采集系统、超短期负荷预测连接，机组发电考核系统与电厂工作站通过电力专用数据网相连；ACE实时数据采集系统再与电网能量控制系统连接，超短期负荷预测再连接至电网历史库和调度生产管理系统，ACE和发电偏差的调度反馈控制器将计划修改下发至各电厂，调度反馈控制系统包含HP DL320服务器1台，调度工作站：3台，用于电网调度员操作，电厂工作站：每电厂1台，用于接收调度计划，其中服务器与调度工作站，通过电网调度局域网相连，服务器与电厂工作站通过电力专用数据网相连；所述服务器端采用HP-Unix，工作站采用Redhat Linux作为操作系统，开发语言：Qt3.2.6，C++；具体操作如图2、图3所示，是在当前调度的实时调度流程中，增加一个确定发电修正量的环节，将可控机组发电调整量与发电修正量相叠加，确定可控机组的综合调整量；图2中，由超短期负荷预测和日前负荷预测来预测负荷偏差；由不可控机组实时计划和不可控机组日前计划确定计划偏差；以及由联络线实时计划和联络线日前计划确定联络线偏差；以这三种偏差决定本地发电需求调整量。图3所示为实时调度改进的流程。通过可控机组发电调整量、发电修正量决定可控机组综合调整量，再经过经济核算，调度计划下发至机组。

图4所示为发电修正量的反馈控制系统原理图。具体通过实时采集湖北电网区域控制偏差和湖北省内机组的发电偏差，结合超短期负荷预测，建立起考虑负荷偏差、区域控制偏差和机组发电偏差的新型反馈控制系统，指导湖北电网实时调度，提高整个湖北电网的控制性能指标。

确定发电修正量的反馈控制原理包括环节：

1)控制目标设置为

根据当前电网考核标准的要求，将控制目标设置为电网15分钟ACE均值的绝对值，小于给定的考核标准；

2)针对电网ACE实时值的采集和反馈控制策略

建立电网ACE实时采集系统，采集相关的频率、联络线计划、联络线的实时数据，计算电网“每1分钟的ACE指标值”，并建立相应的反馈控制策略；

3)针对机组发电滞后性的采集和反馈控制策略

建立机组发电考核系统，采集各机组发电出力的实时数据，与计划数据进行比照，实时计算机组发电出力与发电计划的偏差，分析其滞后性的特点，并建立起有针对性的“提前量”设置策略和“过调节策略”；

4)由反馈控制策略控制电网作出运行。