考虑静态特性以及AGC和AVC作用的连续潮流模型

P Gi ,min 分别为节点 i 上 AGC 机组有功出力的最大值
QAVCi (1 K QLi )QLi ,0 kQi (Vi , f ) Vi
Continuation Power Flow Model Incorporating the Static Characteristics of Power System and the Regulatory Effects of AGC and AVC Systems
YAN Wei1, WANG Yunliu1, YU Juan1, ZHAO Xia1, Ren Zhouyang1
1 引言
连续潮流方法可以详细模拟负荷的实际增长方式 及其增长过程中系统有功无功的实际控制行为，且可 以有效避免常规潮流模型临界点雅克比矩阵奇异的问 题，在电力系统安全稳定分析中得到了广泛应用[1, 2]。 在实际电力系统中，不同的时间和地点，负荷可 能有不同的增长方向。负荷的增长会带来功率的不平 衡量并使系统的频率和电压变化。为满足系统功率平 衡和频率电压质量的控制要求，必须利用系统电源进 行有功和无功的综合控制。短期有功调节主要由一次
PGi d gi PG , i AGC
d gi
P Gi ,max P Gi ,0
i AGC

( P Gi ,max P Gi ,0 )
式中： k s 为电力调度中心设定的系统频率偏差系数 （一般为区域最大负荷的 1.25%） ， f N 为系统额定频 率； L 为负荷节点全集， PLi 为负荷节点 i 的有功 负荷增量； AGC 为 AGC 机组节点全集，d gi 为节点 i 上 AGC 机 组的 总调 节 有功 分配 比例 ； P Gi ,max 和
ACE ks ( f f N )
PG
iLຫໍສະໝຸດ Baidu
(3) (4) (5) (6)
P
Li
ACE
2.1 机组与负荷的静态特性
机组的静态频率调节特性如下， PGi PGi ,0 1 kGi ( f f 0 ) / f 0 (1) 式中： f 0 和 f 分别为初始状态下和扰动后的稳态频 率， PGi ,0 和 PGi 为第 i 台发电机在频率为 f 0 和 f 时的 输出有功， kGi 为发电机的功频静特性系数。 负荷的静态频率电压调节特性如下，
现有相关研究中，传统方法[3]主要采用 PQ 、 PV 和 V 模型以及 PV PQ 转换策略来模拟电源和负荷 的功率以及电源的无功电压控制方式，同时用虚拟平 衡节点承担负荷增长过程中的有功网损。其中的电源 负荷模型及其有功无功控制方式与实际系统有较大差 距，且采用单一平衡节点承担网损的方式会带来更大 的评估误差[4]。针对传统方法的不足，一些学者分别 提出了考虑负荷的静态电压特性 [5]、或者考虑发电机 和负荷的静态频率特性[6, 7]、或者考虑 AVC 系统区域 中枢点电压控制作用[1, 8]的连续潮流模型。 但是没有同 时考虑静态电压与频率特性以及 AGC 与 AVC 的综合 作用。 针对上述问题，论文建立了综合考虑静态特性以 及 AGC 和 AVC 作用的连续潮流模型。 该模型在同时 考虑静态频率特性与电压特性的参数化潮流方程基础 上，进一步采用负荷频率超前控制策略及 AGC 机组 的有功协调方程来表示系统的 AGC 作用， 并采用 PQV 节点模型和发电机的无功协调方程来表示系 统的 AVC 作用。在此基础上，将 AGC 和 AVC 系统总调 节量的估算、分摊以及控制模式的转换嵌入到连续潮 流算法的预测校正环节中，从而有效解决了所建模型 的连续潮流计算问题。最后基于 IEEE 39 节点算例系 统，对所建模型及其求解算法的有效性进行了仿真对 比分析。
2 PLi PLi ,0 a pi bpi Vi c pi Vi 1 k PLi ( f f 0 ) f0 Vi ,0 Vi ,0 = PLi ,0 k Pi (Vi , f ) 2 Vi Vi kQLi ( f f 0 ) 1 c QLi QLi ,0 aqi bqi V qi V f0 i ,0 i ,0 = QLi ,0 kQi (Vi , f )
考虑静态特性以及 AGC 和 AVC 作用的连续潮流模型
颜伟 1，王云柳 1，余娟 1，赵霞 1，任洲洋 1
1.重庆大学电气工程学院 Email: 1. cquyanwei@163.com, 2. yunliu1206@163.com
摘 要：针对电力系统的静态电压稳定性随负荷特性、系统有功和无功控制行为而变化的现象，论文 建立了综合考虑静态特性以及 AGC 和 AVC 调控作用的连续潮流模型。该模型以同时考虑静态频率特 性与电压特性的参数化潮流方程为基础， 进一步考虑了基于负荷频率超前控制策略的 AGC 机组有功协 调方程，以及基于 PQV 节点模型和发电机无功协调的 AVC 的控制方程。针对所建模型，论文将 AGC 和 AVC 系统总调节量的估算、 分摊以及控制模式的转换嵌入连续潮流算法的预测校正环节， 解决了所 建模型的求解问题。论文所建模型精确模拟了实际系统的有功无功控制行为以及不平衡功率的分摊方 式，从而使静态电压稳定评估结果更具参考价值。基于 IEEE 39 节点算例系统进行仿真对比分析，论 证了所建模型及其求解算法的有效性。 关键词：静态电压稳定；连续潮流；负荷静态特性；一次调频；自动发电控制；自动电压控制
2 静态特性以及 AGC 与 AVC 机组的功率控 制方程
本文在连续潮流模型中考虑了机组的静态频率调 节特性和负荷的静态频率电压调节特性，在此基础上 结合 AGC 系统的负荷频率超前控制策略建立了 AGC 机组有功的二次调频方程，结合 AVC 系统实际的中 枢点电压控制策略建立了 AVC 受控机组的无功控制 方程，相应静态特性方程和控制方程如下所示。
(2) 式中： Vi ,0 （ Vi ） 、 PLi ,0 （ PLi ）和 QLi ,0 （ QLi ）分别 为节点 i 在初始状态下（或扰动后）的电压幅值、有 功负荷和无功负荷； a pi 、 bpi 和 c pi ( aqi 、 bqi 和 cqi )分 别为 ZIP 负荷模型中恒功率、 恒电流和恒阻抗部分的 有功（无功）静态电压特性系数，有 a p bp c p 1 （ aq bq cq 1 ） ；k iL P 和 kQLi 分别为负荷模型的有 功和无功静态频率特性系数； k Pi (Vi , f ) 和 kQi (Vi , f ) 分别为负荷有功、无功频率电压特性函数的简写形 式。
调频和二次调频作用，较长时间的有功调节则由三次 调频的计划功率承担。现代电力系统中，二次调频主 要由自动发电控制(automatic generation control， AGC) 系统以区域控制偏差 （area control error, ACE） 的调节 为目标，以 AGC 机组的有功调节为手段进行控制。 在短期的无功电压调节中，除了就地控制机组的恒无 功（ PQ 节点）或者恒电压（ PV 节点）控制外，还 有区域自动电压控制(automatic voltage control, AVC) 系统的中枢点电压偏差控制。不同的负荷增长模式、 不平衡功率平衡方式以及有功无功调节策略，将使系 统的最大负荷裕度有所差异。
1. Chongqing University Email: 1. cquyanwei@163.com, 2. yunliu1206@163.com
Abstract: As the static voltage stability of the real power system varies with load characteristics and system active-reactive power control modes, a new continuation power flow (CPF) model considering the static characteristics of power system and the regulatory effects of the automatic generation control (AGC) and automatic voltage control (AVC) systems is proposed in this paper. Based on the parameterized power flow equations taking into account the static frequency and voltage regulation characteristics, the control equations of AGC and AVC are represented by the active power coordination equations of the AGC generators based on the load-frequency prediction control strategy, and PQV model as well as reactive power coordination equations, respectively. The proposed model is effectively solved by putting the estimation and allocation of system total adjustment amount, as well as the control modes conversion into the predictor-corrector scheme of CPF algorithm. The assessment of the static voltage stability can be more reasonable by accurately simulating the active-reactive control modes and unbalanced power allocation methods on the established model. The validity of the proposed model and its solution algorithm are illustrated by simulation and comparison on the IEEE 39-bus system. Keywords: static voltage stability; continuation power flow; static load characteristics; primary frequency regulation; automatic generation control(AGC); automatic voltage control(AVC)
2.2 AGC 与 AVC 机组的功率控制方程
2.2.1 AGC 机组有功的二次调频方程 假设本文连续潮流分析针对独立电力系统， 其负 荷频率控制采用定频率控制方式， AGC 系统采用超 前控制方式。所有 AGC 机组二次调频的总调节有功 PG 为区域控制偏差 ACE 与预测负荷增量之和，总 调节有功仅在 AGC 机组间分配且各机组分配功率 PGi 的比例等于其有功调节裕度之比。 根据上述思路，可以确定 ACE、 PG 以及 PGi ， 具体如下：