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(kāi)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三點(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%。

3)評(píng)價(jià)的時(shí)間尺度不同。CPS1是固定長(zhǎng)周期的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，各區(qū)域仍應(yīng)以適度提高CPS1分值為控制目標(biāo);BAAL標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)時(shí)運(yùn)行中電網(wǎng)頻率的“安全閥”，減少短期內(nèi)影響系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的不良控制行為。由于頻率偏差的分布特性，BAAL標(biāo)準(zhǔn)也能在短期內(nèi)輔助CPS1，提高電網(wǎng)的頻率質(zhì)量。

3、對(duì)中國(guó)的啟示和借鑒

隨著特高壓互聯(lián)電網(wǎng)的建設(shè)，交直流輸電技術(shù)的發(fā)展以及新能源滲透率的提高，不僅增加了電網(wǎng)調(diào)控的復(fù)雜程度，也對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行的安全可靠性提出了更高的要求。中國(guó)現(xiàn)行的CPS已經(jīng)難以滿足電網(wǎng)頻率的控制要求，應(yīng)結(jié)合北美頻率控制性能標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，對(duì)其進(jìn)行修改和補(bǔ)充。

修改短時(shí)段CPS1考核的參數(shù)。北美制定CPS1的目的是用于長(zhǎng)期(一年)的區(qū)域控制性能評(píng)價(jià)，中國(guó)在引入CPS時(shí)由于應(yīng)用條件與北美不同，將CPS1用于短時(shí)段考核(如華東電網(wǎng)的CPS10和CPS30)以較好地評(píng)價(jià)區(qū)域的控制行為。采用短時(shí)段CPS1考核，促進(jìn)了日常運(yùn)行的發(fā)用電平衡工作，對(duì)中國(guó)頻率質(zhì)量的提高發(fā)揮了很大作用，但分段CPS1指標(biāo)被用于定量計(jì)算加價(jià)收費(fèi)，從理論上說(shuō)，不宜采用北美CPS1中的控制目標(biāo)參數(shù)。由于一天中出現(xiàn)的高峰、低谷負(fù)荷時(shí)段以及AGC消除斷面越限的過(guò)程都會(huì)影響到電網(wǎng)的頻率偏差，所以不同時(shí)段內(nèi)頻率偏差的差異性是存在的，若繼續(xù)將CPS1作為短時(shí)段考核的依據(jù)，應(yīng)針對(duì)不同的考核時(shí)段設(shè)定不同的控制目標(biāo)值，使CPS1分值更具有參考意義。

引入BAAL標(biāo)準(zhǔn)以提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性。中國(guó)將CPS1用于短時(shí)段考核是一種經(jīng)濟(jì)懲罰手段，并不具有強(qiáng)制性，而對(duì)CPS1合格率的統(tǒng)計(jì)周期仍屬于長(zhǎng)期(月度和年度)，這與北美使用CPS1的思路是類似的。因此，為了能夠加強(qiáng)短時(shí)段頻率控制性能的考核力度，應(yīng)當(dāng)考慮引入BAAL標(biāo)準(zhǔn)作為補(bǔ)充。

針對(duì)多區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線控制標(biāo)準(zhǔn)值得進(jìn)一步研究。中國(guó)可逐漸不將CPS2作為主要的考核標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合輸電線路的運(yùn)行要求，另行制定出較為完善的聯(lián)絡(luò)線功率控制標(biāo)準(zhǔn)。已有的T1標(biāo)準(zhǔn)保證了“華中-華北”互聯(lián)電網(wǎng)間特高壓聯(lián)絡(luò)線的安全運(yùn)行，能夠防止因聯(lián)絡(luò)線上偏離計(jì)劃潮流的較大波動(dòng)而引起兩端電網(wǎng)的電壓?jiǎn)栴}以及對(duì)特高壓線路輸送能力的不良影響，但該標(biāo)準(zhǔn)目前主要用于兩區(qū)域互聯(lián)。

頻率控制性能標(biāo)準(zhǔn)的目的在于提高電網(wǎng)的頻率質(zhì)量，聯(lián)絡(luò)線功率控制標(biāo)準(zhǔn)的目的在于保證輸電線路的安全運(yùn)行，雖然兩類標(biāo)準(zhǔn)一定程度上可以互相補(bǔ)充，但控制目標(biāo)并不相同。

4、結(jié)語(yǔ)

頻率控制性能標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于正確地引導(dǎo)區(qū)域的調(diào)節(jié)控制行為，改善電網(wǎng)的頻率質(zhì)量具有重要的作用。國(guó)內(nèi)外使用的CPS對(duì)電網(wǎng)的適用性不足，主要體現(xiàn)在：

1)CPS1適用于評(píng)價(jià)長(zhǎng)期的區(qū)域控制性能，未體現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行可靠性的要求。

2)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)。

為了進(jìn)一步提高電網(wǎng)的頻率質(zhì)量，中國(guó)電網(wǎng)在適當(dāng)修改現(xiàn)行CPS考核方式的基礎(chǔ)上，應(yīng)考慮引入北美BAAL標(biāo)準(zhǔn)來(lái)加強(qiáng)區(qū)域的頻率控制性能考核。BAAL標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)了對(duì)實(shí)際電網(wǎng)的運(yùn)行需求，能夠引導(dǎo)區(qū)域減少不良的頻率控制行為。