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学术简报|网省两级AGC机组协调调度的二层规划模型

归档日期:05-11       文本归类:调度资源      文章编辑:爱尚语录

  该模型以“网调分配调频任务、省调优化调节功率”为核心机制,上层网调模型主要负责省间AGC资源的协调,以全网AGC总调节费用最小为目标,考虑频率和联络线偏差等约束;下层省调模型负责省内AGC机组的协调,以本省调节费用最小为目标,考虑CPS指标等约束;上、下层模型通过各省调节功率分配和调节费用反馈实现互动。

  以含有5个省级控制区的网省两级电网为算例,考虑负荷小幅/大幅变动两个场景,通过对比所建模型和省级电网独立调度模型,验证了所建模型的有效性和适应性。

  自动发电控制(Automatic Generation Control, AGC)是电力系统实现有功频率控制的重要手段[1]。区域电网调度中心实时监测区域控制偏差(Area Control Error, ACE),通过调节AGC机组的出力对ACE进行闭环校正控制;而多个区域电网构成的互联电网则通过一些运行准则,例如目前国内外广泛采用的控制性能标准(Control Performance Standard, CPS)[2],来考核和规范各区域的运行控制行为。

  我国电网采取“统一调度、分级管理”的网省调运行模式,大区电网(如华中电网)通常下辖若干省级控制区域,省调要服从上级网调的管理,但同时也具有相当的自主调度权限[3]。根据控制权限的归属,AGC机组分为网调机组和省调机组;网调控制区一般不含负荷区,且网调机组一般是分布于各省调控制区的主力机组。如何实现网省两级AGC的协调运行是我国电网AGC的一个特殊问题。

  目前,已有大量关于网省AGC协调控制与运行的研究[4-9]。文献[4]针对华中电网提出集中计算、分散控制的分层AGC模式。文献[5]基于省调封闭控制区和广义联络线的概念,提出网调FFC(定频率控制)/TBC(联络线-频率偏差控制)、省调TBC的网省AGC分层控制策略。文献[6]提出根据联络线功率偏差大小来确定网调机组调节行为的网省AGC协调策略。

  文献[7]提出基于多智能体协同学习的多区域电网AGC机组CPS指令动态最优分配策略。文献[8]提出大规模功率缺额情况下网省调AGC机组的协调策略和省间功率紧急支援的启发式策略。文献[9]研究多区域AGC的最优控制器。

  然而,上述研究的核心思想均为ACE的滞后校正控制,其实质都是通过调节AGC机组未来的出力来校正当前的ACE,难以从根本上实现不同区域、不同调节性能AGC机组(如水、火电机组)的协调控制[10],容易出现过调、欠调、调节裕量不均衡,甚至调节作用冲抵或者反向调节的情况[11,12]。

  为克服常规AGC滞后控制的问题,有学者提出根据负荷预测信息,以AGC调节成本最小和CPS指标最优为目标,在1min或者更小时间尺度上对AGC调节功率进行优化[13,14]。文献[15-17]发展这一思路,进一步提出“AGC优化调度”的概念,并以此作为现有“发电计划+AGC控制”两维度有功调控体系的发展与补充。

  目前,关于“AGC优化调度”的研究大多局限于省级电网AGC机组的协调与配合,对网省两级AGC机组协调调度的研究甚少。尽管文献[16]提出了网省两级AGC的统一优化调度模型,但所提模型基本属于省级电网AGC优化调度模型在网省两级电网的简单推广,尚存在以下问题有待解决:

  ①未充分考虑网调与省调的上下级关系;②未区分网调机组与省调机组的调频责任和特性;③未考虑网调对省调CPS指标的考核和结算行为;④未考虑预留AGC机组的可调备用容量,可能导致实时控制环节AGC调整能力不足。因此,有必要立足我国电网的网省调运行模式,研究网省两级AGC机组协调调度的新模型。二层规划模型(Bi-Level Programming, BLP)可以很好协调不同利益主体(特别是具有上、下层级关系的利益主体)之间的决策行为[18],已被众多学者应用于配电网检修计划[19]、能源互联网规划[20]、智能汽车充放电调度[21]以及可再生电源规划[22]等领域。

  受BLP建模思想的启发,本文基于BLP理论来解决网省两级电网AGC机组的协调调度问题。根据我国网省调管理规程,并借鉴现有网省AGC协调控制的一些基本原则,提出“网调分配调频任务、省调优化调节功率”的网省AGC协调机制;在此基础上,提出网省两级AGC协调调度的BLP模型及其适用算法。最后,应用含5个省级控制区的网省两级电网验证本文所提两级协调机制及BLP模型的有效性。

  与现有网省两级AGC优化调度模型比较,本文模型能够体现网、省调的层级关系和网、省调AGC机组的不同职能和特性,其二层规划的建模思路也能有效避免网省AGC统一调度优化问题的计算复杂性。

  本文对下层模型进行线性化处理,分别采用自适应进化规划和线性规划算法求解上、下层模型。用含5个省级控制区的网省两级电网对本文模型进行了仿真验证。仿真结果表明:本文模型能够有效实现对省间AGC资源的协调以及省内AGC机组的协同调节;与省级电网独立调度模型比较,本文模型能够有效调动省间的功率支援,保证全网有功频率控制的安全性和经济性。

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