摘 要：正确选择互联电网控制性能标准（CPS）下的自动发电控制（AGC）策略不但能提高电网频率质量，而且能减少机组正常运行时的调节工作量。作者对比了A系列标准与CPS标准下的AGC调整幅度，从CPS规定出发，提出了两类针对CPS的AGC控制策略的基本形式，分析了不同控制策略之间的差异。
 关键词：互联电网；控制策略；自动发电控制；控制性能标准

1 引言
1973年北美东部互联电网开始采用A系列标准评价互联电网正常情况下的控制性能，1983年NERC着手研究改进控制性能的评价标准，于1996年推出了控制性能标准（CPS）^[1]，1998年开始正式实施。相对于主要根据经验制定的A系列标准而言，基于统计学理论的CPS指标计算公式具有较强的理论基础，它着眼于频率质量和一个控制区域在频率偏差控制方面的长期表现，因而更为合理^[2]。CPS将对各控制区域的考核建立在保证全网频率质量上，在事故情况下也有利于频率的迅速改善。此外CPS2放宽了A2的带宽，减少了各控制区在频率正常时的调节工作。因此在未来自动化水平不断提高的条件下，CPS标准将逐步取代A系列标准。
2 A系列标准AGC控制分析
采用A系列标准评价控制性能的区域电网，为满足A1标准中区域控制偏差（ACE）经常过零的要求，不得不投入较多机组进行AGC快速调整，出现了机组过分调节、频繁调节等问题^[3]。A系列标准要求各控制区域严格按A2的带宽来控制ACE平均值，而根据A2标准确定的ACE带宽较小，频率正常时即需要控制区域的AGC进行大量调节工作，使得设备运行、维护费用较大。此外在某控制区域发生事故时与之互联的控制区域在未修改交换计划时将难以提供较大的支援。从东北电网实际运行的情况看，A系列标准AGC策略在执行中还存在控制滞后时间较长等问题^[4]。作者已在其他文章中分析了东北、华北联网期间实测数据的CPS指标，充分说明按A系列标准设计的AGC控制策略在工程上不能满足CPS1标准要求。因此对控制区域ACE的考核标准由A系列标准改为CPS标准，其AGC控制策略需做较大调整。
3 A系列标准与CPS标准AGC调整幅度分析
2001年5月东北与华北实现了交流同步联网^[5]，这是我国跨大区电网首次实现交流互联。根据当时电网运行情况及自动化水平，国调确定东北、华北联网时采用TBC控制方式，按A系列标准对东北、华北两个区域控制中心的控制性能实施评价和考核，因此东北、华北联网运行期间AGC控制策略是按A系列标准设计的。
本文选取2001年至2002年东北、华北联网的169天数据，以日为单位，计算出了为适应A系列标准及CPS标准AGC需要调整的幅度，如图1所示。

从图1可以明显看出，满足A系列标准的AGC调整幅度远大于满足CPS系列标准AGC调整幅度。实际数据表明，按照A系列标准设定的AGC系统平均调节幅度为43.81MW/min；参照CPS标准，静态分析AGC调整范围，平均调节幅度仅为2.38MW/min。由此可见，如果根据CPS标准成功地设计出AGC控制策略，则既能提高电网联络线及频率控制水平，又能大幅度减少发电机组无谓的调整，减轻机组调整负担，降低运行费用，明显提高电网运行及机组运行的经济效益。
4 CPS标准下AGC控制策略分析
4.1 CPS标准下理想状态AGC控制策略1：预测控制
实际系统中AGC响应并完成控制命令需要一定时间，为简化分析，突出主要问题，笔者假设控制区域AGC机组0秒响应控制指令，并且0秒实现控制。同时，又假设控制区域自动化水平较高，ACE采样频率为每秒1次。
CPS1要求^[6]每分钟内有

式中 ACE_i为控制区域每分钟第i个采样的区域控制偏差值，△F_x为互联电网1min 频率偏差的平均值，B_i为控制区域频率偏差系数，ε₁为互联电网对全年1min频率平均偏差均方根的控制目标值，K_i=-10B_i。
将1分钟内每1秒的ACE_i=△T_i K_i△F_i代入式(1)，有

式中 △T_i为控制区域每分钟第i个采样的联络线功率偏差，△F_i为互联电网每分钟第i个采样的频率偏差值。

式中 ε₁₀为互联电网对全年10min频率平均偏差均方根的控制目标值，K_s=-10B_s,B_s为互联电网的频率偏差系数。

对某一控制区域而言，K_i、K_s可以根据控制区域和总区域发供电方式确定，△T_i、△F_i为每分钟第i点的实际采集量，△F_x为1min内频率偏差的平均值。
对每分钟的第i点来说，从第i 1点开始到该分钟最后一个采集点的频率值是未知的，△F_x只能在该1分钟结束后才能得到。但AGC控制是实时的，不能等到该1分钟结束后才下发前1分钟的控制指令，因此，可以考虑在实际下发控制指令时对△F_x做部分的估计和预测，即采用预测△F_x的控制方法。
在工程上对△F_x的估计可以采用如下简单实用的方法：
（1）令△F_x=当前采集的△F_i；

（3）令△F_x等于一个给定常数，此常数可根据控制区域频率偏差概率的最高值确定，也可根据一段时间内频率偏差的平均值确定。
与预测控制对应的AGC调整策略如表1所示。

很显然，预测控制法中对△F_x估计直接影响CPS1及CPS2指标的完成。CPS1及CPS2指标均是事后统计得出的，而AGC控制需实时进行，因此实际系统应对比模拟仿真结果后再确定采用哪一种预测△F_x的方法。
4.2 CPS标准下理想状态AGC控制策略2：即时控制
由式(2)有


标。因为对某一控制区域而言，K_i、K_s、△T_i、△F_i、△T_j、△F_j均已知，所以称这种控制方式为即时控制。即时控制对应的AGC调整策略见表2。

4.3 预测控制与即时控制比较
预测控制和即时控制都要求从每分钟的第1秒开始实施控制，每分钟最后1秒结束后，准备下一分钟开始的控制参数。
预测控制相对即时控制具有一定的提前量，因为预测控制采用某种方法预测了下一时间的频率偏差值，并根据预测值确定控制值。即时控制只能根据已经发生的情况决定是否控制并下发控制值，对下一阶段的频率偏差值不做预测，因此AGC控制上有一定的滞后性。
如果控制区域内ACE采样不能实现每秒一个，例如每分钟第i个ACE采样到第i 1个ACE采样间隔为j秒时，从工程应用角度考虑，可以认为对应j秒内获得了j个相同的ACE采样值，因此无论采取预测控制还是即时控制AGC调整目标的计算形式不变。
实际运行系统中AGC响应并完成控制命令需要一定时间，因此在实施预测控制或即时控制时还需考虑与AGC控制环节工作时间配合等问题。
4.4 选择适合CPS标准AGC控制策略的方法
（1）模拟仿真计算方法
如果能够利用控制区域模拟仿真系统，并在仿真系统中加入AGC控制策略算法，则可以利用历史频率值及ACE数据，模拟预测控制与即时控制的实施过程，并分析出实际系统响应情况，得到理想模拟结果。对比分析长时间范围内的各种控制策略实施的优缺点后，即可选择出适合控制区域运行的CPS标准下的AGC控制策略。
（2）实际控制区域测试法
如果控制区域具备条件，也可以在控制区域上直接调整AGC控制策略，对各控制策略进行检验，反映出各种控制策略的控制水平。但实际控制区域很难坚持这种长期控制策略检验的作法，而由短时间内AGC控制的结果难以得到有说服力的结论，长时间范围内控制策略上的差异不容易得到充分反映。
5 结论
（1）东北和华北联网的实测数据表明，满足A系列标准AGC进行的调整幅度远大于满足CPS标准的调整幅度。因此根据CPS考核标准，成功地设计出AGC控制策略对实际电网运行是非常重要的。
（2）基于理想条件推导出的预测控制与即时控制两类AGC控制策略，可以满足CPS标准要求，经过简单的实用化处理后在工程上易于实现。区域电网需结合实际运行情况及模拟仿真计算情况选择适合自身的AGC控制策略来满足CPS标准要求。

参考文献

[1] Policy 1—generation control and performance．NERC Operation Manual[DB/OL]．http://www.nerc.com，1997．
[2] Control performance standard training document．NERC Operation Manual[DB /OL]．http://www.nerc.com, 1997．
[3] 汪德

星（Ｗang Dexing）．华东电网实行CPS标准的探索（Study of CPS in East China power grid）[J]．电力系统自动化（Automation of Electric Power Systems），2000，24(8)：41-44．
[4] 林伟，徐兴伟．CPS考核标准在东北电网实施的可行性研究报告[R]．沈阳：东北电力调度通信中心，2002，7．
[5] 郑宝森，郭日彩（Zheng Baosen，Guo Ricai）．中国互联电网的发展（Development of interconnected power grid in China）[J]．电网技术（Power System Technology），2003，27(2)：1-3．
[6] 中国电力科学研究院．华北东北互联电网频率和联络线功率控制方案研究[R]．北京：中国电力科学研究院，2000，7