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基于多源数据的电网一次调频能力平行计算研究
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张江丰, 王飞跃, 苏烨, 陈波, 汪自翔, 孙坚栋, 尹峰. 基于多源数据的电网一次调频能力平行计算研究. 自动化学报, 2022, 48(6): 1493−1503 doi: 10.16383/j.aas.c190512 Zhang Jiang-Feng, Wang Fei-Yue, Su Ye, Chen Bo, Wang Zi-Xiang, Sun Jian-Dong, Yin Feng. Research on power grid primary frequency control ability parallel computing based on multi-source data. Acta Automatica Sinica, 2022, 48(6): 1493−1503 doi: 10.16383/j.aas.c190512 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.c190512?viewType=HTML 文章简介 关键词 多源数据, 平行系统, 电网调频能力, 一次调频, 在线估计 摘 要 为解决电网一次调频性能难以估计的问题, 本文提出了基于多源数据的电网一次调频性能平行计算平台. 通过采集整合OMS (Operations management system)、WAMS (Wide area measurement system)、SCADA (Supervisory control and data acquisition)等系统的各类型一次调频数据, 以极大似然估计、数值拟合等方法构建机组一次调频性能功频图谱. 采用均方差分析建立电网一次调频性能数学模型, 基于并网运行机组的一次调频性能功频图谱, 估算出当前电网的实际一次调频性能. 算例计算表明, 本文所提出的计算方法能够有效兼顾机组类型的静态特性和运行工况的动态特性, 并以平行执行方式完成人工估算系统与实际电力系统的滚动优化, 实现了电网一次调频性能的在线全面估计, 为电网频率管理与控制提供数据决策支持. 引 言 电网频率是电力系统运行中最重要的关键参数之一, 系统频率的异常波动不仅影响电网的电能质量, 制约电力设备的正常使用, 严重的频率失衡甚至将导致并网设备脱网及系统崩溃, 对电力系统的稳定运行带来严重危害. 因此, 系统频率的稳定控制是电力系统稳定不可或缺的重要组成. 电力系统频率的异常波动是由并网机组发电功率和用电负荷功率不平衡引起的, 因而, 电力系统能够根据系统频率的变化主动快速进行发用电控制以维持频率稳定就显得尤为重要. 电力系统的一次调频就是当系统频率发生异常波动时, 自动迅速地作出响应, 改变并网机组的实时出力, 将系统频率稳定在一个合理安全的水平线上. 这对提高电能质量及电网频率控制水平, 迅速平息电网频率波动起到了重要作用. 电力系统是一个非线性时变强耦合的复杂系统, 其一次调频特性与每台并网运行的发电机调速器特性息息相关, 是每台并网运行机组调速器特性在当前电网工况下的综合特性. 对于单台发电机组而言, 其一次调频特性与调速器自身的特性显著相关. 而当机组并入电力系统时, 电力系统的一次调频特性不仅与机组自身的调速器特性有关, 也和所有并列运行的其他发电机组特性相关, 甚至还与机组所处的实时工况和机组间的相互作用有关. 另一方面, 电网中各机组的发电类型、容量、设备结构(例如, 凝汽式机组的负荷响应速度明显高于背压式机组), 以及机组运行工况(例如, 滑压或定压、不同季节乃至一天内不同时间段的负荷率高低)等各类因素共同作用影响着电网的一次调频性能. 所以, 在不同的电网运行工况下, 非常有必要对电网的一次调频性能进行在线估计, 使电网面对不断变化的负荷调节需求均能够具备足够的一次调频性能. 目前, 国内外对一次调频能力的研究偏向单台机组侧较多, 对电网一次调频性能的研究和计算比较分散, 整体性考虑电网一次调性能各个因素的综合性研究较少, 也未见实际的工程化应用. 此外, 由于很难、甚至无法对电网一次调频特性进行精确建模, 以至于无法有效估计电网真实的一次调频性能. 本文基于平行控制理论框架下由人工社会 (Artificial societies, A)、计算实验(Computational experiments, C)和平行执行 (Parallel execution, P) 构成的ACP理论体系, 构建了多源数据的电网一次调频性能平行计算平台. 本文提出的计算方法能够有效兼顾机组类型的静态特性和运行工况的动态特性, 并以平行执行方式完成人工估算系统与实际电力系统的滚动优化, 实现了电网一次调频性能的在线全面估计, 从而有效弥补其无法进行精确建模的不足, 有助于提高电网主动应对负荷突变的能力, 也是对电网一次调频性能管控的一种全新的可行性方式. 图 5 机组一次调频在线测试系统图 图 9 网源协调信息管理系统的功能模块 作者简介 张江丰 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院高级工程师. 2013年获浙江大学硕士学位. 主要研究方向为模式识别, 电力系统网源协调控制技术. 本文通信作者. E-mail: zhangjiangfeng0725@163.com 王飞跃 中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室研究员. 主要研究方向为智能系统和复杂系统的建模, 分析与控制. E-mail: feiyue.wang@ia.ac.cn 苏 烨 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院高级工程师. 2005年获华北电力大学硕士学位. 主要研究方向为控制理论与控制工程. E-mail: suye79@163.com 陈 波 杭州意能电力技术有限公司高级工程师. 2005年获武汉大学硕士学位. 主要研究方向为控制理论与控制工程. E-mail: 13867423403@139.com 汪自翔 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院高级工程师. 2015年获浙江大学博士学位. 主要研究方向为信息融合, 非线性控制. E-mail: wangzixiang@zj.sgcc.com.cn 孙坚栋 杭州意能电力技术有限公司高级工程师. 2012年获浙江大学博士学位. 主要研究方向为网络控制系统, 先进控制, 软测量技术. E-mail: dog@zju.edu.cn 尹 峰 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院教授级高级工程师. 2016年获浙江大学博士学位. 主要研究方向为发电自动化, 网源协调控制, 控制系统故障诊断与信息安全. E-mail: yin_feng@zj.sgcc.com.cn 相关文章 [1] 陈虹宇, 艾红, 王晓, 吕宜生, 陈圆圆, 王飞跃. 社会交通中的社会信号分析与感知. 自动化学报, 2021, 47(6): 1256-1272. doi: 10.16383/j.aas.c200055 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.c200055?viewType=HTML [2] 唐雅茹, 丛爽, 杨靖北. 单量子比特系统状态的在线估计. 自动化学报, 2020, 46(8): 1592-1599. doi: 10.16383/j.aas.c180752 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.c180752?viewType=HTML [3] 苏振东, 刘凡, 杨瑞平, 王飞跃. 基于蓝海信息网络的海洋环境平行监测体系建模研究. 自动化学报, 2020, 46(8): 1582-1591. doi: 10.16383/j.aas.c180361 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.c180361?viewType=HTML [4] 张俊, 许沛东, 王飞跃. 平行系统和数字孪生的一种数据驱动形式表示及计算框架. 自动化学报, 2020, 46(7): 1346-1356. doi: 10.16383/j.aas.c200347 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.c200347?viewType=HTML [5] 王迎春, 韩双双, 胡成云, 宋瑞琦, 要婷婷, 曹东璞, 王飞跃. 基于ACP方法的平行手机信令数据分析系统. 自动化学报, 2019, 45(5): 866-876. doi: 10.16383/j.aas.2018.c170156 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.2018.c170156?viewType=HTML [6] 杨林瑶, 陈思远, 王晓, 张俊, 王成红. 数字孪生与平行系统:发展现状、对比及展望. 自动化学报, 2019, 45(11): 2001-2031. doi: 10.16383/j.aas.2019.y000002 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.2019.y000002?viewType=HTML [7] 殷林飞, 陈吕鹏, 余涛, 张孝顺. 基于CPSS平行系统懒惰强化学习算法的实时发电调控. 自动化学报, 2019, 45(4): 706-719. doi: 10.16383/j.aas.c180215 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.c180215?viewType=HTML [8] 郑松, 吴晓林, 王飞跃, 林东东, 郑蓉, 柯伟林, 池新栋, 陈德旺. 平行系统方法在自动化集装箱码头中的应用研究. 自动化学报, 2019, 45(3): 490-504. doi: 10.16383/j.aas.c170734 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.c170734?viewType=HTML [9] 尹培丽, 王建华, 陈阳泉, 王飞跃. 平行测量:复杂测量系统的一个新型理论框架及案例研究. 自动化学报, 2018, 44(3): 425-433. doi: 10.16383/j.aas.2018.c170192 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.2018.c170192?viewType=HTML [10] 周平, 刘记平. 基于数据驱动多输出ARMAX建模的高炉十字测温中心温度在线估计. 自动化学报, 2018, 44(3): 552-561. doi: 10.16383/j.aas.2018.c160840 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.2018.c160840?viewType=HTML [11] 文丹艳, 马超群, 王琨. 一种多源数据驱动的自动交易系统决策模型. 自动化学报, 2018, 44(8): 1505-1517. doi: 10.16383/j.aas.2018.c170563 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.2018.c170563?viewType=HTML [12] 王飞跃, 孙奇, 江国进, 谭珂, 张俊, 侯家琛, 熊刚, 朱凤华, 韩双双, 董西松, 王嫘. 核能5.0:智能时代的核电工业新形态与体系架构. 自动化学报, 2018, 44(5): 922-934. doi: 10.16383/j.aas.2018.y000003 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.2018.y000003?viewType=HTML [13] 刘烁, 王帅, 孟庆振, 叶佩军, 王涛, 黄文林, 王飞跃. 基于ACP行为动力学的犯罪主体行为平行建模分析. 自动化学报, 2018, 44(2): 251-261. doi: 10.16383/j.aas.2018.c160824 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.2018.c160824?viewType=HTML [14] 王飞跃, 张俊. 智联网:概念、问题和平台. 自动化学报, 2017, 43(12): 2061-2070. doi: 10.16383/j.aas.2017.y000006 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.2017.y000006?viewType=HTML [15] 唐少虎, 刘小明, 陈兆盟, 张金金. 基于计算实验的城市道路行程时间预测与建模. 自动化学报, 2015, 41(8): 1516-1527. doi: 10.16383/j.aas.2015.c140846 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.2015.c140846?viewType=HTML [16] 王飞跃. 软件定义的系统与知识自动化:从牛顿到默顿的平行升华. 自动化学报, 2015, 41(1): 1-8. doi: 10.16383/j.aas.2015.c000001 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.2015.c000001?viewType=HTML [17] 孙绪彬, 董海荣, 宁滨, 高童欣, 孔庆杰. 基于ACP方法的应急疏散系统研究. 自动化学报, 2014, 40(1): 16-23. doi: 10.3724/SP.J.1004.2014.00016 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.3724/SP.J.1004.2014.00016?viewType=HTML [18] 黄文德, 王威, 徐昕, 郗晓宁. 基于ACP方法的载人登月中止规划的计算实验研究. 自动化学报, 2012, 38(11): 1794-1803. doi: 10.3724/SP.J.1004.2012.01794 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.3724/SP.J.1004.2012.01794?viewType=HTML [19] 李本先, 李孟军. 基于平行系统的恐怖突发事件下恐惧传播的仿真研究. 自动化学报, 2012, 38(8): 1321-1328. doi: 10.3724/SP.J.1004.2012.01321 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.3724/SP.J.1004.2012.01321?viewType=HTML [20] 闫小喜, 韩崇昭. 基于目标出生强度在线估计的多目标跟踪算法. 自动化学报, 2011, 37(8): 963-972. doi: 10.3724/SP.J.1004.2011.00963 http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.3724/SP.J.1004.2011.00963?viewType=HTML
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