北美電網(wǎng)頻率標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展分析

華東電網(wǎng)于2001年率先引入CPS，并進(jìn)行了一定程度的修改，隨后華中、東北等電網(wǎng)也開始使用CPS來(lái)進(jìn)行區(qū)域控制性能的考核工作。多年來(lái)，中國(guó)電網(wǎng)加強(qiáng)了一次調(diào)頻建設(shè)，制訂了相應(yīng)的自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）策略以推進(jìn)AGC技術(shù)的應(yīng)用，并提升了發(fā)電計(jì)劃的實(shí)用化水平，改善了電網(wǎng)頻率質(zhì)量。

然而，隨著中國(guó)電網(wǎng)的不斷發(fā)展，對(duì)頻率質(zhì)量的要求也不斷提高，現(xiàn)行的頻率控制性能標(biāo)準(zhǔn)已不能滿足實(shí)際的需求。本文分析了CPS存在的不足以及國(guó)內(nèi)外實(shí)際使用中產(chǎn)生的問(wèn)題。介紹了北美平衡監(jiān)管區(qū)區(qū)域控制偏差限制（BAAL）標(biāo)準(zhǔn)的基本內(nèi)容，分析了BAAL標(biāo)準(zhǔn)與CPS1之間的關(guān)系。最后，針對(duì)中國(guó)電網(wǎng)現(xiàn)行CPS的問(wèn)題提出了修改建議，并探討了實(shí)施BAAL標(biāo)準(zhǔn)的可行性。

1、CPS標(biāo)準(zhǔn)適用性分析

CPS標(biāo)準(zhǔn)分為CPS1和CPS2兩個(gè)子標(biāo)準(zhǔn)。

CPS1用于評(píng)價(jià)一段時(shí)間內(nèi)區(qū)域ACE對(duì)整個(gè)互聯(lián)電網(wǎng)頻率偏差的影響，是ACE變化情況的統(tǒng)計(jì)測(cè)量。由于ACE代表著一個(gè)控制區(qū)實(shí)際發(fā)電與負(fù)荷的平衡程度，所以CPS1指標(biāo)反映區(qū)域綜合性的控制性能，不僅包含實(shí)時(shí)的一次調(diào)頻和二次調(diào)頻能力，還包括固定周期的日前、日內(nèi)及實(shí)時(shí)發(fā)電計(jì)劃編制的精確度，以及供電、需求側(cè)的負(fù)荷管理水平。CPS1能夠衡量電網(wǎng)長(zhǎng)期的頻率偏差的均方根值是否在限定的范圍內(nèi)，但平均值的統(tǒng)計(jì)方式對(duì)實(shí)時(shí)的頻率偏差不敏感。如果頻率偏差不能時(shí)刻保證在一定的范圍內(nèi)，一旦發(fā)生較大擾動(dòng)或者事故以后，系統(tǒng)的頻率偏差可能會(huì)影響到系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，造成不必要的低頻減載或高頻切機(jī)。因此，針對(duì)實(shí)時(shí)控制性能評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)需要另行研究。

CPS2的目的在于使得控制區(qū)在完成CPS1目標(biāo)時(shí)，能夠最小化機(jī)組調(diào)節(jié)次數(shù)，并起到減小區(qū)域間的偏離計(jì)劃潮流和偏離計(jì)劃電量的作用。但經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行和實(shí)踐，CPS2并不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，主要表現(xiàn)在：

1）CPS2要求區(qū)域在10分鐘內(nèi)按照L10的要求來(lái)控制ACE的平均值，但L10的設(shè)置值得商榷。CPS2的前提條件是假設(shè)10分鐘的ACE一致性為0，但實(shí)際運(yùn)行中難以實(shí)現(xiàn)，當(dāng)ACE的一致性為正，由于CPS2是由CPS1公式推導(dǎo)得出，則L10過(guò)大，區(qū)域的ACE主要受到CPS1的約束，CPS2考核顯得冗余；當(dāng)ACE的一致性為負(fù)，則L10過(guò)小，區(qū)域?yàn)榱藵M足其要求將不必要地增加或減少機(jī)組出力，造成不顧頻率質(zhì)量的無(wú)謂調(diào)節(jié)。

2）CPS2不能用于限制偏離計(jì)劃潮流。由于多區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)中，每個(gè)控制區(qū)對(duì)外都包含多條聯(lián)絡(luò)線，ACE中的凈交換潮流偏差量?jī)H反映區(qū)域總的對(duì)外或者對(duì)內(nèi)的潮流量，所以通過(guò)限制ACE的方法難以根據(jù)某條聯(lián)絡(luò)線上或傳輸斷面上的可傳輸容量和事故附加裕度來(lái)限制偏離計(jì)劃潮流。

3）CPS2沿用A2標(biāo)準(zhǔn)的考核方式，要求90%的ACE在限定范圍內(nèi)，缺失了對(duì)10%的ACE進(jìn)行考核，即一個(gè)考核月內(nèi)有72個(gè)小時(shí)是失效的。此外，由于CPS2的考核方式是基于ACE的正態(tài)分布性，某些電網(wǎng)由于受到調(diào)頻死區(qū)、限荷機(jī)組及機(jī)組增減出力速率、二次調(diào)頻控制質(zhì)量等非線性因素的綜合影響，使頻率出現(xiàn)非正態(tài)分布，頻率不符合正態(tài)分布導(dǎo)致控制區(qū)的ACE也不符合正態(tài)分布，則CPS2并不具有廣泛的適用性。

4）互聯(lián)電網(wǎng)中頻率控制的目的是允許區(qū)域間存在適量的偏離計(jì)劃潮流和偏離計(jì)劃電量以實(shí)現(xiàn)區(qū)域間的相互支援，提高電網(wǎng)的頻率質(zhì)量。①限制偏離計(jì)劃潮流是線路安全性方面的問(wèn)題，應(yīng)另行制定相應(yīng)的聯(lián)絡(luò)線功率控制或系統(tǒng)傳輸可靠性標(biāo)準(zhǔn)，并不應(yīng)該包含在頻率控制性能標(biāo)準(zhǔn)中；②偏離計(jì)劃電量影響的是區(qū)域間的電量交易，不需作為控制標(biāo)準(zhǔn)中研究的內(nèi)容，而應(yīng)建立適當(dāng)?shù)目己伺c償還機(jī)制。

基于上述分析，CPS2影響著電力系統(tǒng)頻率質(zhì)量的進(jìn)一步提高，不宜作為頻率控制性能標(biāo)準(zhǔn)中的子標(biāo)準(zhǔn)。

2、BAAL標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)

由于現(xiàn)行CPS對(duì)電網(wǎng)的適用性不足，NERC的PCE工作組于2002年制定了研究短期頻率控制性能標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)劃，結(jié)合北美電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，于2005年提出了BAAL標(biāo)準(zhǔn)草案，并在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中不斷修訂與完善。2013年7月，BAAL標(biāo)準(zhǔn)提案通過(guò)了NERC的最終投票，將于2016年7月1日起正式執(zhí)行。

BAAL標(biāo)準(zhǔn)與CPS1的曲線類似，對(duì)區(qū)域的調(diào)節(jié)責(zé)任分配方法相同，但差異性可以分為以下二點(diǎn)：

1）控制目標(biāo)不同。BAAL標(biāo)準(zhǔn)的控制目標(biāo)是保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行的可靠性，根據(jù)在一段時(shí)間內(nèi)所能容忍的1min平均頻率偏差的絕對(duì)值而設(shè)定；CPS1的控制目標(biāo)是保證區(qū)域的長(zhǎng)期控制性能達(dá)到預(yù)期要求，根據(jù)上一年或預(yù)設(shè)的1min平均頻率偏差的均方根值而設(shè)定。

2）要求的ACE控制幅度不同。在相同的頻率偏差下，BAAL標(biāo)準(zhǔn)的控制目標(biāo)值相當(dāng)于1min的CPS1分值為-700%。