华东电网实行CPS标准的探索

介绍了北美电力系统可靠性协会（NERC）推行的两种AGC控制性能评价标准A1,A2和CPS1,CPS2,并结合华东电网运行的实际对这两种标准进行了比较,得出了实行CPS1,CPS2标准更有利于电网运行的结论。分析了在华东电网实行CPS1,CPS2标准所应具备的技术条件和管理条件。     

CPS性能指标和广东电网频率控制策略的改进

频率是交流系统电能质量之一,互联电网要求网内各区域都必须对频率的控制作出贡献。CPS性能指标是评价互联电网各区域对频率控制的贡献或责任的一种标准。介绍了AGC模式并以此为基础阐明了CPS的概念;针对CPS提出了广东电网频率控制策略的改进和完善措施。     

关于CPS应用的学术讨论

由《CPS及其考核在北美与国内的应用比较》一文,引出对于频率考核和频率控制性能评价的时段、频率考核方法以及提高CPS1分值的方法和结论等方面的学术讨论。同时,指出在对频率控制方法作出调整时,应结合当前中国电网的实际情况仔细研究,审慎修改。     

大规模风电并网对CPS指标的影响

区域控制性能指标(control performance standards,CPS)是互联电网考核各控制区有功平衡和频率控制的重要标准。研究了风电接入对CPS指标的影响机理,建立了仿真模型,并定量研究了4类改进CPS指标的措施及其有效性。分析结果表明,随着风电接入水平的提高,控制区的CPS指标将变差。风电对频率指标(CPS1)的影响程度与其在整个互联电网中的接入水平有关,对联络线交换功率指标(CPS2)的影响程度与其在接入区域中的接入水平有关。提高风电功率预测精度和进行风电场控制是改善CPS有效措施。     

吉林电网实行CPS的探讨

针对东北电网与华北电网直流背靠背连网以后,华北电网对东北电网的频率支持减弱,造成目前东北电网频率波动较大;且当直流输电系统故障时,将引起整个东北电网功率不平衡,有可能导致东北电网频率指标下降的问题,结合吉林电网现状,通过对北美电力可靠性协会NERC的A标准和控制性能评价标准CPS的对比分析,指出东北电网目前采用的A标准不能满足大电网频率控制要求。介绍了华中、华东电网CPS执行情况,分析了吉林电网执行CPS后可能出现的问题并提出一些合理建议。     

基于CPS考核标准的专家控制器的设计及其在负荷频率控制中应用

针对CPC控制性能标准存在的不足,本文在对NERC所采用的CPS新标准的研究的基础上,对大区域互联电网中的负荷频率控制采用了专家PID控制器的设计。专家的规则主要由两部分组成,一部分来自于对CPS标准的分析和实践经验,另一部分则是根据PID控制器的动态特性并结合负荷频率控制的实际情况获得。鉴于控制过程是一两区域的互联电网模型,因此首先对系统进行了鲁棒性分析,在此基础上应用分散控制对系统进行专家控制器的设计。通过仿真实验表明:专家经验和知识应用,提高了系统负荷频率控制的品质,在专家规则中适当引入CPS考核标准的要求,在一定程度上可以提高整个电网CPS/DCS的合格率,并且能够减少发电机组不必要的磨损。     

互联电网CPS标准下的自动发电控制策略

阐述了互联电网控制性能评价标准(CPS)下的自动发电控制(AGC)策略。提出了CPS调节功率分量这一新概念,并将其与比例分量和积分分量相结合,构成区域总调节功率。进一步根据区域控制偏差(ACE)和频率偏差的大小与方向,对区域总调节功率予以修正,以进一步提高CPS指标。最后提出了根据区域总调节功率而不是ACE来划分AGC控制区域的方法。这些控制策略有利于提高电网频率控制质量,体现了紧急情况下互联电网各AGC控制区之间的相互支援,在多个大电网的实际应用中取得了良好的效果。     

考虑新能源渗透的电网频率概率分布研究

随着我国能源绿色低碳转型的发展,新能源在电力系统发电结构的比重逐年提升,导致电网动态频率特性出现新的变化。为深入研究电网频率的总体演变规律及概率分布特性,从理论上阐述了考虑新能源渗透的电网频率变化趋势,给出计及新能源渗透率的电力系统调频简化模型及其稳定性分析。使用Simulink搭建电网频率仿真模型,并通过实验室高精度PCI-4474采集卡及基于LabVIEW编写的人机交互界面采集电网频率,得出的仿真和实测结果验证了理论分析所得出的结论。最后以应用的角度总结了电力系统频率概率图对智能电网安全稳定运行及电能计量装置在线评估的重要性。     

广东电网CPS调节策略研究

分析了南方电网对控制性能标准(Control Performance Standard,CPS)参数进行更改之后,新参数对罚电量和CPS指标的影响,讨论了CPS在广东电网中实施和应用的难点,主要包括:调节资源有限,控制界面较多,电力系统负荷特性复杂,频率偏差系数较实际值大,火电机组没有参与实际调频,等等。最后,就进一步提高广东电网CPS考核指标提出了建议。     

基于关联特性矩阵的电网信息物理系统耦合建模方法

电网信息物理系统(电网CPS)中信息层和物理层的紧密耦合,使得信息或物理的失效都会对电网CPS的正常运行造成影响。文中提出了一种基于关联特性矩阵的电网CPS建模方法,对电力系统控制应用中信息流与能量流的复杂耦合关系和交互机理进行梳理与建模。该方法首先对实际电网CPS逻辑进行梳理与抽象,得到电网CPS基本分析单元;然后,采用多元组定量描述信息节点、二次设备节点和通信节点的外特性,采用关联特性矩阵的方法定量描述电网CPS中物理层、二次设备层、通信层、信息层内部及其相互之间的逻辑关联关系及特性,形成完整的电网CPS耦合模型。最后,基于电网CPS模型对实际电网CPS应用系统进行分析,说明模型的使用方法,验证模型的合理性和有效性。     

CPS对于不同负荷规模的适用性分析

南方电网控制性能标准(CPS)指标存在与控制区域规模相关的特殊规律:在负荷规模相差悬殊的控制区域之间,CPS1指标的分布具有显著的差异。通过对北美CPS原理的深入分析,研究并验证了该现象的产生机理,指出由于区域控制偏差的平均波动与频率响应系数总体呈非线性正相关关系,因此CPS用于评价规模悬殊区域控制性能时存在适用性问题。引入各控制区域中短周期负荷波动平均幅值,提出了北美电力可靠性集团(NERC)标准评价规模悬殊区域控制性能的适应性调整方法。仿真结果表明,该方法消除了规模悬殊区域间CPS1指标的特殊分布现象,能够解决CPS的适用性问题。     

配电网CPS理论架构和典型场景应用

随着计算机、通信、控制（3C）技术的发展与在配电网中的深入应用，配电网信息空间与物理空间实现了深度融合和实时交互，其感知、集成、共享、协同、自治等能力得到了极大提升，形成了配电网信息物理系统（cyber physical system，CPS）。基于信息物理融合的角度，从本质、特征与体系分析配电网CPS的内涵，分析多样化的控制方式与CPS资源部署形式对配电网运行控制特性的影响。依据CPS概念剖析其发展的不同阶段、不同的业务需求与场景类型分析3类典型配电网CPS示范工程应用，从而对配电网CPS的理论模型架构进行测试与验证。     

配电网CPS综合建模方法及其交互影响机理研究

通信和信息技术的提升极大地增强了配电网的可观性与可控性，需要进一步从信息物理系统（cyber physical system，CPS）的角度研究配电网的运行特性。主要研究基于CPS的配电网系统综合建模与交互机理。首先提出配电系统与配电信息系统的统一建模方法；其次研究了配电网CPS动态交互影响机理，以分布式电源为智能控制和处理终端，构建配电网CPS动态交互综合模型；最后分析了配电网CPS中通信故障对物理环节的动态影响并进行测例仿真，进而验证了模型的有效性。     

考虑信息-物理组合预想故障筛选的配电网CPS安全性评估

随着ICT技术和自动化控制技术的快速发展,配电网逐渐发展为信息系统和物理系统高度耦合的配电网信息物理系统（配电网CPS）,信息系统支撑物理系统稳定运行的同时也给配电网CPS带来了一定的安全隐患,因此在原有的单一物理预想故障评估中需考虑信息影响。提出一种考虑信息-物理组合预想故障筛选的配电网CPS安全性分析与评估方法。首先基于配电网CPS结构,建立了可以反映电力-信息耦合特性的配电网CPS关联矩阵模型;接着分析信息故障和物理故障的相关性,依据拓扑相关和业务相关构建初始的信息-物理组合预想故障集;然后以故障恢复率排序作为依据筛选出关键的信息-物理组合预想故障;最后针对筛选出的组合预想故障利用配电网CPS安全性评估指标进行安全评估,并在算例中验证,算例结果表明了所提方法的合理性和有效性。     

CPS标准下的AGC控制策略改进研究

对传统的CPS控制策略的优缺点以及存在的问题进行分析,围绕如何提高CPS的控制效果,引入了新的判断条件即区域控制偏差与频率偏差的乘积因子,通过对其进行计算来判断机组状态是否对系统的频率恢复有利,从而控制AGC机组的调节动作。用Simulink仿真软件建立了一个单区域电力系统的控制模型,仿真结果表明,引入新的判断条件后的控制策略不仅能够更好的实现CPS考核标准,使系统的频率保持在规定范围内,而且降低了AGC机组的动作次数,降低了系统的运行成本,具有重要的实用性。     

基于NARX神经网络预测及模糊控制的互联电网CPS鲁棒控制策略研究

对于传统CPS控制策略难以满足互联电力系统对鲁棒性和适应性的要求,提出了一种将NARX神经网络预测算法和模糊逻辑控制器相结合的控制方法。配合CPS下的传统PI控制器,根据CPS控制参数的预测值与当前值之间的偏差值,实现对AGC机组的预控制。利用Matlab的Simulink仿真软件建立了一个双区域电力系统的控制模型。仿真结果表明,新的控制方法不仅达到了改善CPS控制效果的目的,并且提高了CPS1,CPS2指标的考核率,减少了机组的调节次数,降低了运行费用,取得了一定的经济效益。     

NERC compliant load frequency control design using fuzzy rules

This paper presents a load frequency control design for interconnected electric power systems using a set of fuzzy logic rules. The design objectives are (i) to comply with the North American Electric Reliability Council's (NERC) control performance standards, CPS1 and CPS2, (ii) to reduce wear and tear of generating unit's equipments, and (iii) to design a feasible control structure. A test system with multiple generation and distribution companies that takes into account regulation and load following services is used to demonstrate the effectiveness of the proposed methodologies.     

配电网CPS的通信需求和网络资源分配方案探讨

分析配电网CPS与现行电信互联网系统的差异，指出通信网运行过程参与到自动化控制过程是其重要特征。将配电网CPS通信需求分为IT（information technologies）数据流和OT（operation technologies）操作2个层次，分别分析了其传输性能指标和可靠性机制。进而提出在一体化的承载网模型下，有效管理网络资源，构建出满足IT/OT不同需求的虚拟网络的多目标资源分配方案。最后通过配电网CPS的典型组网示例及其应用分析，验证了方案的合理性。