通信故障下電力系統(tǒng)負(fù)荷控制評(píng)價(jià)

李志超，郭 濤

（許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000）

0 引 言

電力系統(tǒng)負(fù)荷控制是保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定和安全運(yùn)行的一個(gè)重要手段，直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)[1]。由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，電力系統(tǒng)負(fù)荷控制過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)通信故障。這種故障具有隨時(shí)性、多發(fā)性以及難處理性等特點(diǎn)，導(dǎo)致電力系統(tǒng)負(fù)荷控制不確定性較高。因此，在電力系統(tǒng)負(fù)荷控制過程中需要通過對(duì)其控制性能進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，以保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，針對(duì)通信故障下電力系統(tǒng)負(fù)荷提出了較多的評(píng)價(jià)方法。邵泰衡等提出的基于改進(jìn)飛蛾優(yōu)化算法的水火互聯(lián)電網(wǎng)負(fù)荷頻率控制方法，在實(shí)際應(yīng)用中僅對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷控制穩(wěn)定性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，無法有效評(píng)價(jià)其經(jīng)濟(jì)性能。因此，本文將重點(diǎn)研究通信故障下電力系統(tǒng)的負(fù)荷控制評(píng)價(jià)[2]。

1 通信故障下電力系統(tǒng)負(fù)荷控制評(píng)價(jià)方法

1.1 電力系統(tǒng)負(fù)荷控制評(píng)價(jià)指標(biāo)確定及計(jì)算

通信故障下電力系統(tǒng)負(fù)荷控制的穩(wěn)定性通過協(xié)方差表示。協(xié)方差值越小，表示控制變量的同向程度越高，控制變量越穩(wěn)定；協(xié)方差值越大，表示控制變量的同向程度越差，電力系統(tǒng)負(fù)荷控制變量越不穩(wěn)定。根據(jù)實(shí)發(fā)功率和控制指令數(shù)值，協(xié)方差值為：

式中，v為電力系統(tǒng)負(fù)荷控制協(xié)方差值；ne為監(jiān)測(cè)時(shí)段電力系統(tǒng)的實(shí)發(fā)功率；no為監(jiān)測(cè)時(shí)段電力系統(tǒng)的控制指令數(shù)值；net為基準(zhǔn)時(shí)段電力系統(tǒng)的實(shí)發(fā)功率；not基準(zhǔn)時(shí)段電力系統(tǒng)負(fù)荷控制的控制指令數(shù)。

為了保證此次設(shè)計(jì)方法不失一般性，在對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷控制經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)評(píng)價(jià)計(jì)算過程中，將其控制指令響應(yīng)時(shí)間和控制速率作為整體進(jìn)行考核，提出控制指令響應(yīng)指標(biāo)要求，即電力系統(tǒng)負(fù)荷控制速率越低，控制指令響應(yīng)指標(biāo)越差[3]?？刂扑俾手笜?biāo)計(jì)算公式為：

式中，L為電力系統(tǒng)負(fù)荷控制速率指標(biāo)；L1為電力系統(tǒng)負(fù)荷平均控制速率系數(shù)；α為實(shí)測(cè)電力系統(tǒng)負(fù)荷控制速率；α1為電力系統(tǒng)負(fù)荷控制指令基本響應(yīng)速率。實(shí)測(cè)電力系統(tǒng)負(fù)荷控制速率計(jì)算公式為：

式中，β為單位轉(zhuǎn)化系數(shù)；κ為電力系統(tǒng)負(fù)荷控制指令的變化量；t為電力系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷達(dá)到負(fù)荷控制指令目標(biāo)值死區(qū)范圍內(nèi)的時(shí)間。在對(duì)該指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算的過程中，如果選取的數(shù)據(jù)有多段升或降負(fù)荷時(shí)，可以以平均值作為該段電力系統(tǒng)負(fù)荷控制速率。如果僅有一段升或降負(fù)荷，可以忽略該段數(shù)據(jù)。電力系統(tǒng)負(fù)荷控制精度指標(biāo)計(jì)算公式為：t

式中，F(xiàn)為電力系統(tǒng)負(fù)荷控制精度指標(biāo)；?為控制精度指標(biāo)的數(shù)據(jù)量級(jí)縮放系數(shù)；t1為電力系統(tǒng)負(fù)荷控制時(shí)間；p1為電力系統(tǒng)負(fù)荷控制實(shí)際精度；p2為電力系統(tǒng)負(fù)荷控制目標(biāo)精度[4]。綜上所述，此次以協(xié)方差作為電力系統(tǒng)負(fù)荷控制穩(wěn)定性指標(biāo)，以控制速率指標(biāo)、控制精度指標(biāo)以及控制指令響應(yīng)指標(biāo)作為電力系統(tǒng)負(fù)荷控制經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)，以此完成電力系統(tǒng)負(fù)荷控制評(píng)價(jià)指標(biāo)確定及計(jì)算。

1.2 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)選取準(zhǔn)則制定

為了方便后續(xù)對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷控制進(jìn)行綜合性能評(píng)價(jià)，將選取的穩(wěn)定性指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)整合成為綜合指標(biāo)：

式中，G表示電力系統(tǒng)負(fù)荷控制綜合性能指標(biāo)值；χ為協(xié)方差指標(biāo)權(quán)重系數(shù)；λ為經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)權(quán)重系數(shù)；兩個(gè)權(quán)重系數(shù)之和為1[5]。設(shè)定6種條件，針對(duì)每種條件賦予兩個(gè)指標(biāo)相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)。表1為通信故障下電力系統(tǒng)負(fù)荷控制綜合指標(biāo)權(quán)重系數(shù)制定準(zhǔn)則表。

表1 通信故障下電力系統(tǒng)負(fù)荷控制綜合指標(biāo)權(quán)重系數(shù)制定準(zhǔn)則表

1.2.1 情況1

電力系統(tǒng)負(fù)荷控制過程穩(wěn)定性能比較理想，綜合評(píng)價(jià)主要體現(xiàn)出電力系統(tǒng)負(fù)荷控制的經(jīng)濟(jì)性能，此時(shí)協(xié)方差指標(biāo)權(quán)重小于經(jīng)濟(jì)指標(biāo)權(quán)重。根據(jù)專家評(píng)分給出χ為0.15，λ為0.75。

1.2.2 情況2

電力系統(tǒng)負(fù)荷控制過程穩(wěn)定性能略低于情況1，但是仍然需要以系統(tǒng)的穩(wěn)定性作為評(píng)價(jià)基礎(chǔ)，在情況1的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加了χ值。

1.2.3 情況3

該情況下的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)適用于經(jīng)濟(jì)性能方面較為出色的電力系統(tǒng)負(fù)荷控制，綜合指標(biāo)以控制穩(wěn)定性作為基礎(chǔ)，較好地體現(xiàn)了電力系統(tǒng)負(fù)荷控制經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)需求。

1.2.4 情況4

電力系統(tǒng)負(fù)荷控制過程穩(wěn)定性能較差，綜合評(píng)價(jià)主要體現(xiàn)出電力系統(tǒng)負(fù)荷控制的穩(wěn)定性能，此時(shí)協(xié)方差指標(biāo)權(quán)重大于經(jīng)濟(jì)指標(biāo)權(quán)重。

1.2.5 情況5

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)明顯可以看出，電力系統(tǒng)負(fù)荷控制穩(wěn)定性能很差。該情況下綜合評(píng)價(jià)以穩(wěn)定性能為主，在情況4的基礎(chǔ)上，提高了協(xié)方差指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，降低了經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)系數(shù)。

1.2.6 情況6

該情況下評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)適用于穩(wěn)定性能非常差的電力系統(tǒng)負(fù)荷控制，首要任務(wù)是保證其穩(wěn)定性能。因此，該情況下綜合評(píng)價(jià)的經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)權(quán)重值較小，協(xié)方差指標(biāo)權(quán)重值較大。

根據(jù)以上6種評(píng)價(jià)情況制定相應(yīng)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，能夠全面評(píng)價(jià)電力系統(tǒng)負(fù)荷控制。

1.3 通信故障下電力系統(tǒng)負(fù)荷控制綜合性能評(píng)判

根據(jù)制定的通信故障下電力系統(tǒng)負(fù)荷控制綜合指標(biāo)權(quán)重準(zhǔn)則，在實(shí)踐中結(jié)合電力系統(tǒng)負(fù)荷控制評(píng)價(jià)需求，利用式（5）計(jì)算電力系統(tǒng)負(fù)荷控制綜合性能評(píng)價(jià)值。其中，設(shè)定了7個(gè)等級(jí)和7種評(píng)價(jià)結(jié)果。表2為通信故障下電力系統(tǒng)負(fù)荷控制綜合性能評(píng)判準(zhǔn)則表。

表2 通信故障下電力系統(tǒng)負(fù)荷控制綜合性能評(píng)判準(zhǔn)則表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知：評(píng)價(jià)等級(jí)為一級(jí)，說明電力系統(tǒng)負(fù)荷控制在穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，其經(jīng)濟(jì)性能也非常好；評(píng)價(jià)等級(jí)為二級(jí)，說明電力系統(tǒng)負(fù)荷控制性能良好，其經(jīng)濟(jì)性能也符合要求；評(píng)價(jià)等級(jí)為三級(jí)，說明電力系統(tǒng)負(fù)荷控制穩(wěn)定性能一般，但是經(jīng)濟(jì)性能要優(yōu)于穩(wěn)定性能；評(píng)價(jià)等級(jí)為四級(jí)，說明電力系統(tǒng)負(fù)荷控制穩(wěn)定性能比較好，且優(yōu)于經(jīng)濟(jì)性能；評(píng)價(jià)等級(jí)為五級(jí)，說明電力系統(tǒng)負(fù)荷控制經(jīng)濟(jì)性能一般，且在長(zhǎng)久運(yùn)行中可能存在安全隱患；評(píng)價(jià)等級(jí)為六級(jí)，說明電力系統(tǒng)負(fù)荷控制無論穩(wěn)定性能還是經(jīng)濟(jì)性能都較差，都需要提高；評(píng)價(jià)等級(jí)為七級(jí)，說明目前現(xiàn)行的電力系統(tǒng)負(fù)荷控制方案非常差，不能保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，且控制成本較高。根據(jù)以上內(nèi)容得出最終的評(píng)價(jià)結(jié)論，依據(jù)結(jié)論對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷控制進(jìn)行調(diào)整，以此完成對(duì)通信故障下電力系統(tǒng)負(fù)荷控制評(píng)價(jià)。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)選取5個(gè)電力系統(tǒng)負(fù)荷控制作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，運(yùn)用此次設(shè)計(jì)方法與邵泰衡等提出的方法對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，并記錄評(píng)價(jià)結(jié)果，將評(píng)價(jià)結(jié)果及評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)輸入IGFF軟件，計(jì)算兩種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果不確定值，進(jìn)而對(duì)比兩種評(píng)價(jià)方法的不確定性。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)以兩種方法不確定性作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并利用IGFF軟件計(jì)算兩種方法評(píng)價(jià)結(jié)果不確定值。不確定值越接近1，說明評(píng)價(jià)方法不確定性越高；不確定值越接近0，則說明評(píng)價(jià)方法不確定性越低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，所提設(shè)計(jì)方法評(píng)價(jià)結(jié)果不確定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于邵泰衡等提出的方法，可以作為電力系統(tǒng)負(fù)荷控制調(diào)整依據(jù)，具有較高的評(píng)價(jià)精度。

表3 兩種方法不確定值對(duì)比

3 結(jié) 論

所提設(shè)計(jì)方法運(yùn)用協(xié)方差指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)以及綜合指標(biāo)描述通信故障下電力系統(tǒng)負(fù)荷控制性能，反映良好各個(gè)時(shí)段電力系統(tǒng)負(fù)荷控制狀況，為電力系統(tǒng)負(fù)荷控制提供了有效的性能評(píng)價(jià)方法，有效提高了電力系統(tǒng)負(fù)荷控制評(píng)價(jià)精度，并降低了電力系統(tǒng)負(fù)荷控制評(píng)價(jià)結(jié)果的不確定性，為電力系統(tǒng)負(fù)荷控制向更好、更經(jīng)濟(jì)以及更安全方向調(diào)整提供了一個(gè)準(zhǔn)確和合理的參照，使電力系統(tǒng)能夠在安全及穩(wěn)定的環(huán)境中運(yùn)行，在滿足電力系統(tǒng)負(fù)荷控制評(píng)價(jià)要求的同時(shí)，保證了電力系統(tǒng)自身的經(jīng)濟(jì)效益。