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來進行區(qū)域控制性能的考核工作。多年來，中國電網(wǎng)加強了一次調(diào)頻建設(shè)，制訂了相應(yīng)的自動發(fā)電控制（AGC）策略以推進AGC技術(shù)的應(yīng)用，并提升了發(fā)電計劃的實用化水平，改善了電網(wǎng)頻率質(zhì)量。

然而，隨著中國電網(wǎng)的不斷發(fā)展，對頻率質(zhì)量的要求也不斷提高，現(xiàn)行的頻率控制性能標(biāo)準(zhǔn)已不能滿足實際的需求。本文分析了CPS存在的不足以及國內(nèi)外實際使用中產(chǎn)生的問題。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，針對中國電網(wǎng)現(xiàn)行CPS的問題提出了修改建議，并探討了實施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CPS2兩個子標(biāo)準(zhǔn)。

CPS1用于評價一段時間內(nèi)區(qū)域ACE對整個互聯(lián)電網(wǎng)頻率偏差的影響，是ACE變化情況的統(tǒng)計測量。由于ACE代表著一個控制區(qū)實際發(fā)電與負荷的平衡程度，所以CPS1指標(biāo)反映區(qū)域綜合性的控制性能，不僅包含實時的一次調(diào)頻和二次調(diào)頻能力，還包括固定周期的日前、日內(nèi)及實時發(fā)電計劃編制的精確度，以及供電、需求側(cè)的負荷管理水平。CPS1能夠衡量電網(wǎng)長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)計方式對實時的頻率偏差不敏感。如果頻率偏差不能時刻保證在一定的范圍內(nèi)，一旦發(fā)生較大擾動或者事故以后，系統(tǒng)的頻率偏差可能會影響到系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，造成不必要的低頻減載或高頻切機。因此，針對實時控制性能評價的標(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，能夠最小化機組調(diào)節(jié)次數(shù)，并起到減小區(qū)域間的偏離計劃潮流和偏離計劃電量的作用。但經(jīng)過多年的運行和實踐，CPS2并不能達到預(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，但實際運行中難以實現(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，則L10過小，區(qū)域為了滿足其要求將不必要地增加或減少機組出力，造成不顧頻率質(zhì)量的無謂調(diào)節(jié)。

2）CPS2不能用于限制偏離計劃潮流。由于多區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)中，每個控制區(qū)對外都包含多條聯(lián)絡(luò)線，ACE中的凈交換潮流偏差量僅反映區(qū)域總的對外或者對內(nèi)的潮流量，所以通過限制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限制偏離計劃潮流。

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10%的ACE進行考核，即一個考核月內(nèi)有72個小時是失效的。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)、限荷機組及機組增減出力速率、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劃潮流和偏離計劃電量以實現(xiàn)區(qū)域間的相互支援，提高電網(wǎng)的頻率質(zhì)量。①限制偏離計劃潮流是線路安全性方面的問題，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償還機制。

基于上述分析，CPS2影響著電力系統(tǒng)頻率質(zhì)量的進一步提高，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

由于現(xiàn)行CPS對電網(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)的運行經(jīng)驗，于2005年提出了BAAL標(biāo)準(zhǔn)草案，并在后續(xù)的實驗中不斷修訂與完善。2013年7月，BAAL標(biāo)準(zhǔn)提案通過了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：

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)實時運行的可靠性，根據(jù)在一段時間內(nèi)所能容忍的1min平均頻率偏差的絕對值而設(shè)定；CPS1的控制目標(biāo)是保證區(qū)域的長期控制性能達到預(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%。