区域电力市场频率控制模式研究及仿真计算

上海交通大学硕士学位论文区域电力市场频率控制模式研究及仿真计算姓名：朱晟申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：侯志俭20050101上海交通大学硕士论文区域电力市场频率控制模式研究及仿真计算区域电力市场频率控制模式研究及仿真计算摘要我国的电力工业在经过6个省市电力市场的试点运行，积累了一些成功经验的基础上，建立区域电力市场，形成以区域电力市场为主，以国家和省级市场为辅的市场模式已成为现阶段电力改革的重点之一。保障区域电力市场化改革取得成功的一个重要条件是在引入竞争、提高效率的同时，保证系统的可靠性。频率控制作为辅助服务中的一个不可缺少的部分，能够根据负荷每时刻的变化，使用自动发电控制（AGC）对发电资源进行调节，保证电力网络安全、高效、稳定运营。因此，确定区域电力市场频率控制模式是建立区域电力市场需要解决的一个重要课题。本文对区域电力市场下频率控制问题进行了细致、深入的研究，提出了区域电力市场下的频率控制模式。这些控制模式是以互联电网自动发电控制（AGC）为基础，参考了国外电力市场的频率控制模式，结合我国的实际情况所提出的。本文的研究工作涉及以下几个方面：介绍了国外典型电力市场的频率控制模式。分析了传统互联电网频率控制的问题：归纳了电力系统的频率特性，介绍了频率偏差的调整方案；介绍了自动发电控制（AGC）的基本理论及各种控制模式，并通过仿真计算比较，提出了理想i上海交通大学硕士论文区域电力市场频率控制模式研究及仿真计算的互联电网频率控制模式。阐述了区域电力市场的概念，分析了区域电力市场相对于省级电力市场的优越性，给出了适合我国国情的区域电力市场过渡方案。提出了区域电力市场下的三种频率控制模式：集中频率控制模式、分层频率控制模式和分散频率控制模式，并应用于华东区域电力市场，通过仿真计算，比较各控制模式和不同系统参数的调频响应特性。本文采用常规的控制系统频率分析方法，使用matlab中的simulink工具箱，对传统互联电网及市场环境下三种频率控制模式进行仿真计算，仿真结果验证了本文提出的各结论。关键词频率调整，自动发电控制（AGC），辅助服务，区域电力市场上海交通大学硕士论文区域电力市场频率控制模式研究及仿真计算ResearchonFrequencyRegulationModelsInaRegionalPowerMarketAbstractBasedonthesuccessfulexperienceachievedfromthetestingoperationinsixprovincialelectricpowermarkets,China’spowerindustryisonthescheduletoconstructregionalpowermarket.Oneofthekeyissuesistoestablishamechanismwithregionalpowermarketasitsmainstructureandnationalorprovincialmarketasitssupplement.Asanindispensablepartofancillaryservice,frequencyregulationserviceistoregulategenerationbythemeansoftheautomationgenerationcontrolaccordingtoaloaddisturbance.Itisvitaltoasafe,efficientandstableoperation.Thispaperresearchesonthefrequencyregulationinaregionalelectricpowermarket,andsuggeststheregulationmodelsinthemarket.Themodelsareprovidedonthebasisofautomationgenerationcontrol(AGC)andthecounterpartsoverseas,whicharesuitableforourcountry.Theauthordoesthefollowingjobs.Introducestypicalfrequencyregulationmodelsabroad.Expoundsfrequencyregulationissueinaninterconnectedgrid,includingthecharacteristicsoffrequency,themethodsoffrequencyiii上海交通大学硕士论文区域电力市场频率控制模式研究及仿真计算regulation,thetheoryofAGCanditscontrolmodels.Furthermore,reasonablefrequencyregulationmodelsareprovidedforaninterconnectedgridviasimulatingcalculation.Explainstheconceptofregionalelectricpowermarket,arguingtheadvantagesofaregionalmarketoveraprovincialmarketandpresentsatransitionsolutionforChina’sderegulation.Providesthreefrequencyregulationmodelsinaregionalmarket,whicharethecentralizedmodel,thehierarchicalmodelandthedistributedmodel.Also,theyareappliedtotheEastChinaregionalelectricpowermarket.Thefrequencyregulationperformancesofvariouscontrolmodelorsystemcoefficientsarecomparedthroughthesimulation.Thispaperusesthefrequencyanalysismethodofacontrolsystem.Withthesimulinktoolboxofmatlab,thepapersimulatestheconditionsafteraloaddisturbanceunderthetraditionalmodelandthreefrequencyregulationmodelsinaderegulatedenvironment.Theresultsverifytheconclusions.KEYWORDSFrequencyregulation,automationgenerationcontrol(AGC),ancillaryservicesandregionalpowermarketiv上海交通大学硕士论文区域电力市场频率控制模式研究及仿真计算符号说明AGC——自动发电控制ACE——区域控制误差ifΔ——频率偏差ciPΔ——调速器负荷设定值itieP−Δ——联络线交换偏差giPΔ——调速器阀值位置tiPΔ——涡轮机出力diPΔ——负荷偏差iM——等值机组惯性常数iD——等值负荷惯性常数giT——调速器时间常数tiT——涡轮机时间常数iB——频率偏差系数iR——机组调节特性α——ACE分配系数w——联络线修改的交换功率actualitieP,−Δ——实际联络线交换功率偏差erroritieP,−Δ——需ACE计及的联络线交换功率偏差v上海交通大学硕士论文区域电力市场频率控制模式研究及仿真计算第一章绪论1.1区域电力市场频率控制模式研究的意义我国的电力工业体制改革经历了集资办电、政企分开，厂网分离、竞价上网的试点阶段，现在正逐步进入实质性的市场化改革阶段[1]。国务院于2002年3月份正式批准了《电力体制改革方案》，并决定由国家计委牵头，成立电力体制改革工作小组，负责组织电力体制改革方案实施工作，电力市场改革的序幕终于拉开。电力体制改革的总体目标是：打破垄断，引入竞争，提高效率，降低成本，健全电价机制，优化资源配置，促进电力发展，推进全国联网，构建政府监管下的政企分开、公平竞争、开放有序、健康发展的电力市场体系。在经过6个省市电力市场的试点运行，积累了一些成功经验的基础上，建立区域电力市场，形成以区域电力市场为主，以国家和省级市场为辅的市场模式已成为现阶段电力改革的重点。华东区域电力市场作为我国首批试点运行的两个区域电力市场之一，覆盖了上海、江苏、浙江、安徽、福建一市四省，是中国经济昀为发达的地区。每年各省市的负荷增长往往达到百分之十几，2004年夏季的用电形势更是严峻，连续不断的高温使全网负荷超过6600万MW，由于各省市电源建设和负荷增长很不平衡，电力供应的缺口不断增加，因此更有必要加快推进区域电力市场的建设，以求在更大的范围内实现电能资源的合理配置。建立区域电力市场除了理顺体制上的关系之外，区域电力市场化改革能否成功的关键，还有一个重要条件就是在引入竞争、提高效率的同时，能否继续保证系统的可靠性。通常，可以通过获取一定量的辅助服务来满足系统的可靠性要求。辅助服务包括无功供应和电压控制服务、频率响应服务、运行备用服务、黑启动服务等，这些都是保障系统可靠性的重要条件。作为在辅助服务中占重要地位的频率控制，能够根据负荷每时刻的变化，使用自动发电控制（AGC）对发电资源进行调节，保证电力网络安全、高效、稳定运营。因此，区域电力市场的频率控制模式是建立区域电力市场需要解决的一个1上海交通大学硕士论文区域电力市场频率控制模式研究及仿真计算重要课题。1．2国外典型电力市场的频率控制模式频率控制是辅助服务中的一个不可缺少的组成部分。辅助服务通常指为实现能量输送所需的所有措施，对于保证电网安全、高效、稳定的运营具有十分重要的意义，同时也反映了区域电力市场的竞争力[2]。文献[3]概括了辅助服务包括的几个方面：调节备用（自动发电控制AGC）、可靠性备用（旋转备用和快速启动机组）、非旋转备用（运行备用）、无功备用/电压控制和黑启动服务。在一个完善的电力市场中，主能量服务和辅助服务都是不可缺少的。但是，由于种种原因，辅助服务市场在中国几乎尚无先例，研究成果也比较有限。而国外的辅助服务市场在研究与实践中已经积累了不少宝贵的经验，因此，研究国外辅助服务市场的发展成果，对于我国辅助服务市场的设计，具有重要的借鉴意义。国外的频率控制服务的组织一般有两种组织模式:一种组织调节备用市场，进行备用辅助服务的竞标；另一种是签订长期合同，并在系统需要时调用。是下面就具体介绍几个典型的模式。1．2．1新英格兰电力市场频率控制模式新英格兰电力市场的全网装机容量为27,170兆瓦左右，昀高负荷22,523兆瓦左右。采用电力联营体NEPOOL的模式，电力库成员包括发电商、供应商、输电公司、公共设施拥有者和终端用户。由独立系统操作员ISO（IndependentSystemOperator）和电力交易市场PX（PowerExchange）相结合负责实时市场和次日市场。实时市场以5分钟作为一个间隔；次日市场分为24时段。电价方式为节点边际电价LMP（LocalMarginalPrice）型。结算过程分为两步,即初步结算和月末结算。零售市场没有开放。新英格兰电力市场定义的辅助服务包括:AGC、10分钟旋转备用TMSR、10分钟非旋转备用TMNSR、30分钟运行备用TMOR、替代备用、电压支持和黑启动。其中前4种辅助服务经由竞争的投标市场获得。AGC辅助服务调度由新英格兰ISO安排，AGC辅助服务要求事先定价，采用竞价的方式，其市场模式为投标型。每5min按机组提供AGC服务的投标价2上海交通大学硕士论文区域电力市场频率控制模式研究及仿真计算($/Reg-h)，由低到高排列一次，得到边际价格，并取某一交易段（1小时）内的每5min边际价格的时间加