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引言:电力系统间的互联不仅可提高安全运行水平, 还能协调不同子系统(控制区域)间能源结构的不平衡。在运行控制中, 由于调节能力的不足或一些投机行为, 某些控制区域的控制行为有可能不符合调节要求, 从而影响系统的整体运行品质。因而, 必须建立相应的评价标准, 以对区域控制的控制性能加以衡量, 藉此规范各控制区域的行为, 使其既满足系统运行的可靠性要求, 又能公平地分享电网互联所带来的益处。
早期的互联电网运行控制性能评价标准(简称评价标准), 是北美电网于20世纪60年代开始推行的A1、A2标准(简称A标准)。1990年北美电力可靠性委员会(North American Electric Reliability Council, 简称NERC)成立特别工作组, 历经7年研究于1996年推出CPS1、CPS2标准(Control Performance Standard, 简称CPS标准), 1998年在北美互联电网CPS标准取代A标准。2005年NERC又对各类控制性能评价标准进行修订, 其中CPS标准归并为BAL-001标准。中国电网自20世纪80年代以来, 采用的是以北美A标准为蓝本而修改所得到的标准。随着电网运行品质的提高, 需要更为先进的评价标准, 近年来, 华东、华中、东北等区域电网和南方电网均参考北美CPS的评价标准, 设计并实施了相应的评价标准。目前, CPS类评价标准已成为主流。
中国电网施行的CPS标准在设计中面向频率安全, 将北美CPS1标准指标中年滚动平均的设计方式, 修改为10或15分钟时段平均。实践证明, 该修改在一定程度上可以达到预期的效果。然而有文献分析表明, 这种修改可能会导致在运行中出现AGC过度调节且劳而无功、由于没有固定控制目标而造成AGC控制过度、追踪频繁变动的频差会造成调度人员过度紧张等问题。这说明, 由于其实施所造成的后果不利于节能减排, 所以, 中国现行的CPS类标准存在进一步完善的空间。
因此, 有必要在基础理论层面开展研究, 分析并明确中国现行评价标准存在的问题, 探索适宜中国电网运行实际的评价新标准的制定原则、实施目的及设计手段, 为制定更为完善的评价新标准提供参考。
1标准的制定原则
1)“自上而下”的系统运行控制理念
电网互联的目的是协调区域间能源和调节资源的不平衡, 这样有利于负荷波动在区域间的互补性平抑, 减少调节量从而降低调节成本。从这一角度看, 将控制区域间的影响控制得过于严格(主要是通过限制联络线功率波动来实现)显然不利于上述目的的充分实现, 不利于节能减排。
由于电网运行的特殊性, 互联电网作为整体, 其运行状态关系到每个控制区域的利益, 而每个控制区域的控制行为都直接关系到整体运行的安全与稳定。出于公平原则考虑, 依据“自上(系统频率质量)而下(各控制区域的控制行为)”的原则所设计的评价标准不能只顾整体舍弃局部, 更不能只关注局部而忽略整体(A标准即是如此)。宏观上而言, 只要控制区域的行为有利于整个系统的安全稳定运行, 就应该得到好的评价。也就是说, 区域的好的标准指标一定会对应系统的好的运行状态。
2)安全、优质和经济等三方面的相互协调
A标准着眼于限制控制区域的ACE, 关注于局部; CPS标准利用概率性指标, 着眼于ACE与频差间的相关性, 关注了运行的安全、优质和经济等三方面间的协调, 因而更有利于系统整体运行品质的提升。
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