电力系统自动化期末作业.docx
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电力系统自动化期末作业
电力系统自动化期末作业
题目：
用区域控制误差ACE建立两区域系统的仿真框图
专业：
姓名：
学号：
指导教师：
杨晶显
一、引言
随着特高压电网的建设，国家电网的核心互联区将形成有多个层级联络线功率控制主体的局面。
联络线功率控制中“控制主体”和“控制区”两个概念之间有区别也有关系。
“控制主体”是指各级电网的调度机构（主要是省级及以上调度机构）,他们在联络线功率控制中承担了一定的责任,发挥了一定的作用;“控制区”是指以电气设备为边界划定的电网区域（在电气连接上可以完全连通,也可以互不连通）,在满足区域边界上送/受电要求的同时,负责区域内供用电平衡,并且要协助上级互联电网进行联络线功率控制。
一个控制主体对应一个控制区。
一个控制区的供用电平衡计划的制定和实时控制由一个控制主体独立完成。
这是最常见的情况。
多个控制主体对应一个控制区。
一个控制区的供用电平衡计划的制定和实时控制由一个控制主体为主、多个控制主体协同配合完成。
这种情况主要发生在由多个控制区合并成的单一控制区。
一个控制主体不对应任何控制区。
一个控制主体如不负责所管辖范围的电网供用电平衡计划的制定和实时控制,那么,该管辖范围的电网就不是一个控制区。
这种情况往往发生在层级较高的控制主体中,如目前我国的国家电力调度通信中心和北美的部分区域电网安全协调中心。
一般不存在一个控制主体同时对应多个控制区的情况,但存在多个控制区同时委托一个控制主体进行运行控制的可能性。
国际上存在因节省控制系统建设投资或多个控制区向单一控制区过渡等原因,多个控制区同时委托其中一个控制区或上级控制主体进行实时运行控制的情况。
二、问题提出
两区域系统通过一联络线连接，参数见表1，基准容量为1000MVA，用区域控制误差ACE建立两区域系统的仿真框图。
并求每个区域的频率和功率响应，两个区域的额定功率为60Hz。
表一：
区域号
1
2
调差系数
R1=0.05
R2=0.0625
负荷δ系数
δ1=0.6
δ2=0.9
惯性常数
H1=5
H2=4
基准功率
1000MVA
1000MVA
调速器时间常数
τg1=0.2s
τg2=0.3s
汽轮机时间常数
τT1=0.5s
τT2=0.6s
三、仿真模型的建立及仿真结果
图1为SIMULINK仿真框图，调节积分增益以获得满意的响应特性。
若KI1=KI2=0.3，可得仿真结果图2所示。
在MATLAB中画出标幺值功率偏差阶跃响应曲线如图3所示。
从图2可以看出，当时间大约为20s时，频率偏差为零，同样在图3中可以看出，联络线功率偏差为零，区域1负荷的增加等于区域1发电机功率的增量ΔPm1.
图1
图2频率偏差响应
图3功率偏差响应
四、总结：
在互联电网中,必须组成若干控制区才能进行联络线功率控制的协调配合。
在存在多个层级的联络线功率控制主体的情况下,上下层级的控制主体之间的基本配合方式有3种:
对等控制区方式、主子控制区方式、单一控制区方式。
这3种配合方式可以用“扫雪”的模型来描述。
（1）对等控制区方式可以用分区包干扫雪的模型来描述。
上级机构只是在给下级机构一次性分配任务（划定扫雪包干区）和对下级机构任务完成情况进行评价时发挥领导作用。
另外,上级机构还要完成自身包干区的扫雪任务,在此时,他们以平等的扫雪者的身份出现。
在对等控制区方式下,上级控制主体除了规范和评价下级控制主体的联络线功率控制行为外,可以与其直接调度的发电厂和直供的负荷区（如果有的话）构成一个独立的控制区,负责本区的联络线功率控制任务（就像完成自身包干区的扫雪任务一样）。
在对等控制区方式下,由于没有一个控制主体对讨论中的上级控制主体管辖的整个电网对外的联络线功率控制负责,因此,像扫雪包干区的划分一样,控制区的划分必须清晰、不留死角，各控制区需要很好地完成自身的任务,并且协调配合,才能较好完成整个电网的联络线功率控制任务。
（2）主子控制区方式可以用“有机动队伍的分区包干扫雪”的模型来描述。
上级机构除了给下级机构一次性分配任务（划定扫雪包干区）和对下级机构任务完成情况进行评价外,还领导了一支机动队伍,负责对被遗忘的角落及包干区中未完成的扫雪工作,显然,上级机构对管辖区域内的扫雪工作负总责。
同样,在主子控制区方式下,上级控制主体除了规范和评价下级控制主体的联络线功率控制行为外,还控制其直接调度的发电厂来负责所管辖电网的联络线功率控制。
就理论而言,对整个电网的联络线功率控制效果来说,主子控制区方式应该优于对等控制区方式,但也会带来一些问题,如:
上级控制主体直接调度的发电厂容量达到多少才能满足负责所管辖电网的联络线功率控制要求的问题,上、下级控制主体的控制行为互相影响的问题,主控制区ACE的频率响应系数如何设定的问题等等。
（3）单一控制区方式可以用“扫雪队伍统一调配”的模型来描述。
扫雪队伍统一调配可以有两种方法,一是人员统一调配,上级机构直接给参与扫雪的人员下达任务;二是下级机构对队伍的指挥权不变,上级机构按实际需要给各支队伍分配任务。
在单一控制区配合方式下,下级控制主体及其直接调度的电厂不再构成独立的控制区,对应第一种方法,需要彻底改变原有对发电厂的调度关系,由上级控制主体统一调度整个区域的发电厂;对应第二种方法,在各级调度中心对电厂的调度关系不变的情况下,下级控制主体不再进行各自的联络线功率控制,而是接收上级控制主体的指令,以一台等值机的形式,辅助上级控制主体进行整体的频率或联络线功率控制。
该配合方式在资源利用上最为优化,因为在多控制区的配合方式下,下级控制主体对应的控制区之间存在着大量ACE互相反向的情况,而单一控制区配合方式可以消除反调,降低调节需求,但要求所在电网联络较紧密,功率交换约束较少,且对技术、管理的要求较高。
从上述控制主体和控制区的关系可以看出,所有的上下级控制主体不一定都存在与之一一对应的控制区;如果存在,对应的控制区之间也不一定是上下级关系。
因此,为避免混淆两者关系,在联络线功率控制中,上下级应仅用于描述控制主体间关系,而不用于描述控制区间关系。
单个控制区联络线功率控制的基本模式
（1）定频率控制（ConstantFrequencyContro,l简称CFC）。
维持系统频率偏差在一定范围之内,在这种模式下区域控制偏差ACE仅反映系统频率的变化。
（2）定交换功率控制（ConstantNetInter-changeContro,l简称CNIC）。
维持联络线净交换功率接近于计划值,在这种模式下区域控制偏差ACE仅反映控制区联络线净交换功率的变化。
（3）联络线偏差控制（Tie-lineBiasContro,l简称TBC）。
维持ACE在一定范围之内,在这种模式下区域控制偏差ACE同时反映系统频率和联络线净交换功率的变化。
各级控制主体所对应的控制区所采用的控制模式的限制条件
（1）CFC控制模式的控制对象是整个互联电网的频率（即整个互联电网的功率平衡）,因此,只能由互联电网最高一层的控制主体采用。
在国家同步互联电网中,只有国调在主子控制区方式中才能采用CFC控制模式。
其他控制主体除非受国调委托,在任何情况下都不可能采用CFC控制模式。
（2）CNIC控制模式不能对整个互联电网提供一次调频的支持,因此,仅适合于占整个互联电网容量比例较小的（即提供频率支撑作用较小的）控制区中,同时互联电网中应有足够的频率支撑,如有另一控制区采用CFC、或多个控制区用TBC模式来维持系统的频率,否则电网不能进行稳定的联网运行。
因此,在当前调度关系划分的情况下,CNIC控制模式只适合于国调区域电网的对等控制区方式中的国调、和区域电网调度中心省级电网的对等控制区方式中的网调采用。
（3）TBC控制模式的控制对象是本控制区的功率平衡,因此,适合于任何没有特殊任务的控制区采用。
TBC控制模式适合于主子控制区方式中的子控制区和较低层级的主控制区、对等控制区方式中的所有控制区采用。
主子控制区配合方式下主控制区的ACE计算公式的问题
多层级联络线功率控制中的主子控制区配合方式适合我国电网统一调度、分级管理体制,这种配合方式有其优点,也有其存在的问题,特别对主控制区而言,需要兼顾主控制区的控制要求和本控制主体的直调范围内的控制要求,位于中间层级的主控制区还要顾及对相邻控制区的影响问题。
因此,主控制区的控制行为应符合以下要求:
（1）对本控制区（指主控制区）外的控制偏差除提供一次调频支持外尽量不作响应,以免影响相邻控制区的控制行为。
（2）对本控制区内、但不在本控制主体的直调范围内的控制偏差适度响应,做到既尽快调整本控制区的控制偏差,又避免产生过调,以免影响子控制区的控制行为。
（3）对本控制主体的直调范围内的控制偏差完全响应,尽快调整由本控制主体的直调范围内的控制偏差引起的控制区偏差。
显然,常规的ACE表达方式已不能全面反映满足上述要求的控制偏差,需要根据各个电网的实际情况研究制定合理的ACE表达方式。
控制区附加调节责任的确定：
控制区除了承担正常的调节责任外，有时还需要承担一些附加的调节责任，主要体现在ACE表达式的附加项C中，主要有：
电钟时差调整：
通过在各个控制区的ACE表达式中附加一个与频差有关的项，来调整电网的电钟时差（即电网频率偏差累积效应）。
无意交换累积电量偿还：
通过在相关控制区的ACE表达式中附加一个与功率有关的项，来调整控制区之间的交换功率偏差累积效应。
动态ACE：
通过在相关控制区的ACE表达式中附加一个与功率和频率有关的项，来
实现控制区之间控制责任的转移。
主要的应用场合有：
控制区之间的故障支援、外部联络线或外部电源发生扰动时的协调控制、共同投资机组的调节资源共享、控制区之间协议的调节服务等等。
动态ACE的应用非常广泛，同时也是弥补多层级联络线功率控制配合方式某些不足的有效手段，如用来弥补主-子控制区配合方式下主控制区的调节容量不足等问题。
控制区参与频率调节责任的确定
对控制区参与频率调节责任的要求一般通过ACE表达式中的K△f项来体现。
从理论上说，控制区的频率调节系数K要求与控制区的自然频率响应特性（即控制区一次调频能力对频率偏差的实际响应）相一致，这样，控制区在联络线功率控制中的行为互相影响小，电网运行平稳。
但由于控制区的自然频率响应特性的非线性和时变性，实际不可能做到完全一致。
北美电网部分控制区采用动态频率调节系数K，使之与控制区的自然频率响应特性尽可能接近。
然而，控制区的自然频率响应特性并不是一个纯自然的特性，人为的作用无论是在短期还是在长期都会对其产生一定的影响。
一方面，控制区的一次调频能力主要取决于控制范围内发电机组的一次调频能力，从长远来说，可以通过管理手段来提高控制范围内发电机组的一次调频总体能力；另一方面，发电机组旋转备用容量的安排和分布也是决定控制区的一次调频能力的重要因素，控制区通过合理安排发电机组的运行方式，可以改善发电机组一次调频作用的有效发挥。
因此，对控制区的频率调节系数K的设定不能仅考虑向自然频率响应特性靠近，而要在可能的范围内，引导发挥人为的作用，使之符合电网运行的需要。
特别是在一次调频作用发挥欠佳的电网内，应根据各控制区控制范围内发电机组和负荷的一次调频能力，按电网对一次调频的总体需要，来设定各控制区频率调节系数K，以引导改善电网一次调频的作用。
华东电网已在“频率管理体系”项目中开展了对省市电网一次调频能力要求的研究，将在适当的时机实施。
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