電力系統(tǒng)間的互聯(lián)不僅可提高安全運(yùn)行水平，還能協(xié)調(diào)不同子系統(tǒng)（控制區(qū)域）間能源結(jié)構(gòu)的不平衡。在運(yùn)行控制中，由于調(diào)節(jié)能力的不足或一些投機(jī)行為，某些控制區(qū)域的控制行為有可能不符合調(diào)節(jié)要求，從而影響系統(tǒng)的整體運(yùn)行品質(zhì)。因而，必須建立相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以對(duì)區(qū)域控制的控制性能加以衡量，藉此規(guī)范各控制區(qū)域的行為，使其既滿足系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性要求，又能公平地分享電網(wǎng)互聯(lián)所帶來的益處。
早期的互聯(lián)電網(wǎng)運(yùn)行控制性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（簡稱評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)），是北美電網(wǎng)于20世紀(jì)60年代開始推行的A1、A2標(biāo)準(zhǔn)（簡稱A標(biāo)準(zhǔn)）。1990年北美電力可靠性委員會(huì)（North American Electric Reliability Council，簡稱NERC）成立特別工作組，歷經(jīng)7年研究于1996年推出CPS1、CPS2標(biāo)準(zhǔn)（Control Performance Standard，簡稱CPS標(biāo)準(zhǔn)），1998年在北美互聯(lián)電網(wǎng)CPS標(biāo)準(zhǔn)取代A標(biāo)準(zhǔn)。2005年NERC又對(duì)各類控制性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，其中CPS標(biāo)準(zhǔn)歸并為BAL-001標(biāo)準(zhǔn)。中國電網(wǎng)自20世紀(jì)80年代以來，采用的是以北美A標(biāo)準(zhǔn)為藍(lán)本而修改所得到的標(biāo)準(zhǔn)。隨著電網(wǎng)運(yùn)行品質(zhì)的提高，需要更為先進(jìn)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，近年來，華東、華中、東北等區(qū)域電網(wǎng)和南方電網(wǎng)均參考北美CPS的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)并實(shí)施了相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。目前，CPS類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)已成為主流。
中國電網(wǎng)施行的CPS標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)計(jì)中面向頻率安全，將北美CPS1標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)中年滾動(dòng)平均的設(shè)計(jì)方式，修改為10或15分鐘時(shí)段平均。實(shí)踐證明，該修改在一定程度上可以達(dá)到預(yù)期的效果。然而有文獻(xiàn)分析表明，這種修改可能會(huì)導(dǎo)致在運(yùn)行中出現(xiàn)AGC過度調(diào)節(jié)且勞而無功、由于沒有固定控制目標(biāo)而造成AGC控制過度、追蹤頻繁變動(dòng)的頻差會(huì)造成調(diào)度人員過度緊張等問題。這說明，由于其實(shí)施所造成的后果不利于節(jié)能減排，所以，中國現(xiàn)行的CPS類標(biāo)準(zhǔn)存在進(jìn)一步完善的空間。
因此，有必要在基礎(chǔ)理論層面開展研究，分析并明確中國現(xiàn)行評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)存在的問題，探索適宜中國電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際的評(píng)價(jià)新標(biāo)準(zhǔn)的制定原則、實(shí)施目的及設(shè)計(jì)手段，為制定更為完善的評(píng)價(jià)新標(biāo)準(zhǔn)提供參考。
1、標(biāo)準(zhǔn)的制定原則
1）“自上而下”的系統(tǒng)運(yùn)行控制理念
電網(wǎng)互聯(lián)的目的是協(xié)調(diào)區(qū)域間能源和調(diào)節(jié)資源的不平衡，這樣有利于負(fù)荷波動(dòng)在區(qū)域間的互補(bǔ)性平抑，減少調(diào)節(jié)量從而降低調(diào)節(jié)成本。從這一角度看，將控制區(qū)域間的影響控制得過于嚴(yán)格（主要是通過限制聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)來實(shí)現(xiàn)）顯然不利于上述目的的充分實(shí)現(xiàn)，不利于節(jié)能減排。
由于電網(wǎng)運(yùn)行的特殊性，互聯(lián)電網(wǎng)作為整體，其運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到每個(gè)控制區(qū)域的利益，而每個(gè)控制區(qū)域的控制行為都直接關(guān)系到整體運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。出于公平原則考慮，依據(jù)“自上（系統(tǒng)頻率質(zhì)量）而下（各控制區(qū)域的控制行為）”的原則所設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不能只顧整體舍棄局部，更不能只關(guān)注局部而忽略整體（A標(biāo)準(zhǔn)即是如此）。宏觀上而言，只要控制區(qū)域的行為有利于整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，就應(yīng)該得到好的評(píng)價(jià)。也就是說，區(qū)域的好的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)一定會(huì)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的好的運(yùn)行狀態(tài)。
2）安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)等三方面的相互協(xié)調(diào)
A標(biāo)準(zhǔn)著眼于限制控制區(qū)域的ACE，關(guān)注于局部；CPS標(biāo)準(zhǔn)利用概率性指標(biāo)，著眼于ACE與頻差間的相關(guān)性，關(guān)注了運(yùn)行的安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)等三方面間的協(xié)調(diào)，因而更有利于系統(tǒng)整體運(yùn)行品質(zhì)的提升。
達(dá)到運(yùn)行的安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)，是電網(wǎng)管理與控制的三個(gè)重要目標(biāo)。事實(shí)上，系統(tǒng)的有功平衡與頻率的穩(wěn)定直接相關(guān)，而有功平衡的程度反映了系統(tǒng)的安全水平，因而系統(tǒng)的頻率質(zhì)量聯(lián)系著系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。
作為電能質(zhì)量的重要標(biāo)志，頻率與系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)質(zhì)性密切相關(guān)。但是不計(jì)代價(jià)地一味追求頻率維持于額定值會(huì)極度增加運(yùn)行成本，不僅不可行也沒有必要。由于系統(tǒng)安全均有一定的裕度，故頻率只要保持在額定值附近的一個(gè)較小的范圍內(nèi)即可。
因此，適宜的互聯(lián)電網(wǎng)控制性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)可以引導(dǎo)系統(tǒng)的運(yùn)行在安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)性之間尋求一種平衡，即，應(yīng)提出兼顧電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的控制性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)理念，也就是說，允許區(qū)域的控制行為在達(dá)到一定系統(tǒng)頻率質(zhì)量要求的前提下，盡量節(jié)約調(diào)節(jié)控制成本——一方面應(yīng)追求以較少的調(diào)整動(dòng)作達(dá)到調(diào)整目的，另一方面應(yīng)避免由于標(biāo)準(zhǔn)要求的不合理或動(dòng)作的延遲而引起的超調(diào)和反調(diào)現(xiàn)象。
3）頻率調(diào)節(jié)責(zé)任在控制區(qū)域間的合理分配
現(xiàn)代電網(wǎng)已發(fā)展成由多個(gè)控制區(qū)域通過聯(lián)絡(luò)線連接起來的互聯(lián)電力系統(tǒng)，每個(gè)區(qū)域都是獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)實(shí)體。由于區(qū)域互聯(lián)后各控制區(qū)同步運(yùn)行，故電網(wǎng)運(yùn)行頻率質(zhì)量成為一項(xiàng)公共利益。在這種情況下，基于自上而下、整體協(xié)調(diào)的原則，每個(gè)控制區(qū)在分享電網(wǎng)互聯(lián)帶來益處的同時(shí)，也都有責(zé)任控制所管轄發(fā)電機(jī)組的輸出功率以更好地追蹤自身的負(fù)荷變化，以維持系統(tǒng)運(yùn)行頻率的穩(wěn)定。
電網(wǎng)內(nèi)各區(qū)域日負(fù)荷曲線形態(tài)或負(fù)荷擾動(dòng)分量構(gòu)成有可能不盡相似，為實(shí)現(xiàn)各區(qū)調(diào)頻責(zé)任的公平與合理地分配，可考慮依據(jù)各區(qū)負(fù)荷擾動(dòng)的長期統(tǒng)計(jì)特性量的比例來分配調(diào)頻責(zé)任。在此基礎(chǔ)上對(duì)區(qū)域進(jìn)行考核和約束，才能更合理和有效。
2、制定適合中國電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)需研究的問題
2.1 明確采用控制性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的目的
如果欲在借鑒北美CPS標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)根據(jù)中國國情，首先明確采用此類標(biāo)準(zhǔn)的目的。如果主要關(guān)注于經(jīng)濟(jì)性，則對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)中的頻率控制目標(biāo)值ε1和ε10，可取電網(wǎng)上一年基于1分鐘和10分鐘平均的頻率偏差的均方根值，這樣在保證維持與上一年相當(dāng)?shù)念l率質(zhì)量的同時(shí)節(jié)約大量控制成本。如主要是關(guān)注于安全和優(yōu)質(zhì)性的均衡，則或減小頻率合格目標(biāo)值ε1和ε10，以提高對(duì)頻率質(zhì)量的要求；或提高CPS1合格值（如：150%），并動(dòng)態(tài)修正CPS2合格值，以提高頻率質(zhì)量，并控制聯(lián)絡(luò)線功率在合理限度內(nèi)。
2.2 頻率調(diào)節(jié)責(zé)任的分配
在頻率控制模式方面，與北美的互聯(lián)電網(wǎng)的扁平管理模式不同，中國電網(wǎng)實(shí)行的是國家、區(qū)域和省的三級(jí)調(diào)度管理體制，每個(gè)級(jí)別均設(shè)有調(diào)度通信中心，實(shí)施各自的調(diào)度職能。
頻率調(diào)節(jié)責(zé)任的劃分可通過頻率偏差系數(shù)B的分配予以實(shí)現(xiàn)。其具體做法是，首先由上一級(jí)電網(wǎng)（如國家電力調(diào)度通信中心）確定其整體頻率調(diào)節(jié)責(zé)任，即確定BS，然后由該級(jí)調(diào)度部門將BS分配到其管轄的各控制區(qū)域（如：區(qū)域電網(wǎng)調(diào)度中心），即確定各控制區(qū)域的Bi，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各控制區(qū)域（省網(wǎng)）二次調(diào)頻責(zé)任分配。
在調(diào)度層面，電網(wǎng)運(yùn)行頻率調(diào)節(jié)手段包括頻率的一次和二次調(diào)節(jié)（AGC）。其中，一次調(diào)節(jié)快速，為分散控制，但為有差調(diào)節(jié)；二次調(diào)節(jié)較為緩慢，為集中控制，但可實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。關(guān)于提高控制區(qū)域的頻率調(diào)節(jié)責(zé)任，對(duì)于一次調(diào)節(jié)可依據(jù)強(qiáng)制性的措施，要求相關(guān)機(jī)組安裝或改造調(diào)速系統(tǒng)；對(duì)于二次調(diào)節(jié)可通過增加B系數(shù)的數(shù)量獲得（假定系統(tǒng)具備相應(yīng)容量的AGC機(jī)組且性能優(yōu)良）。
由于確定B系數(shù)的依據(jù)是系統(tǒng)的一次調(diào)節(jié)能力，即β系數(shù)的數(shù)值，而B系數(shù)所關(guān)聯(lián)的物理量ACE是二次調(diào)節(jié)的依據(jù)；還有，某控制區(qū)域所承擔(dān)的調(diào)頻責(zé)任，不僅與該區(qū)域的B相關(guān)，還與β相關(guān)，故B系數(shù)的確定與分配問題較為復(fù)雜。
2.3 控制區(qū)域一次、二次頻率調(diào)節(jié)控制性能的單獨(dú)評(píng)價(jià)
在頻率調(diào)節(jié)中，一次調(diào)節(jié)的成本高于二次調(diào)節(jié)，若實(shí)施一、二次頻率控制性能綜合評(píng)價(jià)，則可能會(huì)出現(xiàn)控制的博弈行為，如：控制區(qū)域放松對(duì)一次調(diào)節(jié)能力的管束以降低控制成本（控制區(qū)域要購置一、二次調(diào)節(jié)能力），會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)一次調(diào)節(jié)能力下降，造成運(yùn)行頻率質(zhì)量降低，嚴(yán)重甚至?xí)＜邦l率安全。
因此，有必要尋找能夠分別且準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)控制區(qū)域一次、二次頻率調(diào)節(jié)能力的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)頻率一、二次調(diào)節(jié)的單獨(dú)評(píng)價(jià)。該方面的研究進(jìn)行了思考，提出了研究的思路。
2.4 發(fā)電機(jī)組一次和二次頻率調(diào)節(jié)控制性能評(píng)價(jià)
互聯(lián)電網(wǎng)的上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)借助控制性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的考核辦法，對(duì)所管轄的控制區(qū)域進(jìn)行獎(jiǎng)優(yōu)罰劣，藉此來約束各控制區(qū)域的調(diào)節(jié)行為，而各控制區(qū)域則可通過管束其所轄區(qū)域內(nèi)發(fā)電機(jī)組的控制行為，來達(dá)到上級(jí)部門所實(shí)施之標(biāo)準(zhǔn)及其考核的要求。
由于機(jī)組之間物理性能差異較大，且各電廠的運(yùn)行管理水平也參差不齊，因此很難保證所有的機(jī)組在投運(yùn)后都能一直保持優(yōu)良的頻率控制性能。因此，各區(qū)域需對(duì)區(qū)內(nèi)所轄發(fā)電機(jī)組的一次和二次頻率調(diào)節(jié)的控制性能予以評(píng)價(jià)，并作為考核的依據(jù)，以保證所轄機(jī)組性能達(dá)到所指定的控制性能。
標(biāo)準(zhǔn)需引導(dǎo)并約束各控制區(qū)域重視一次調(diào)節(jié)的性能，而發(fā)電廠出于自身利益不愿參與一次調(diào)節(jié)，且數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的廣泛使用也使其可隨時(shí)閉鎖其一次調(diào)頻功能。因此，制定出行之有效的發(fā)電機(jī)組一次調(diào)節(jié)性能的評(píng)價(jià)方法，是保證控制區(qū)域一次調(diào)節(jié)性能優(yōu)良的關(guān)鍵。
一次調(diào)節(jié)為分散控制，其調(diào)節(jié)依據(jù)是電網(wǎng)運(yùn)行頻差，因此，可以將發(fā)電機(jī)組一次調(diào)節(jié)功率與頻率偏差進(jìn)行比對(duì)，并綜合機(jī)組類型、容量等因素構(gòu)成評(píng)價(jià)指標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組一次調(diào)節(jié)性能的單獨(dú)評(píng)價(jià)。
與一次調(diào)節(jié)不同，機(jī)組的頻率二次調(diào)節(jié)屬于集中控制模式，其調(diào)節(jié)依據(jù)的是控制中心的AGC控制指令。這意味著，機(jī)組只要準(zhǔn)確地執(zhí)行控制中心的控制指令即可，而無需關(guān)注這個(gè)調(diào)節(jié)是否對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生何種影響。
為引導(dǎo)所轄AGC機(jī)組可靠、有效地運(yùn)行，控制區(qū)域必須要采取措施來跟蹤、判別所轄各AGC機(jī)組調(diào)節(jié)性能的優(yōu)劣，制定相應(yīng)的考核辦法，對(duì)AGC機(jī)組執(zhí)行AGC指令的好壞進(jìn)行評(píng)價(jià)和獎(jiǎng)懲，以期獎(jiǎng)優(yōu)罰劣，達(dá)到更好的區(qū)域AGC控制性能。
2.5 指標(biāo)加權(quán)的研究
指標(biāo)設(shè)計(jì)的長期累加方式，意味著CPS1指標(biāo)在評(píng)價(jià)周期的每個(gè)時(shí)段價(jià)值相同，然而，在負(fù)荷波動(dòng)過程中AGC的調(diào)節(jié)費(fèi)用分時(shí)段價(jià)格不同。如果控制區(qū)域調(diào)節(jié)能力充沛或行為規(guī)范，則會(huì)在負(fù)荷平穩(wěn)波動(dòng)和異常波動(dòng)時(shí)段均進(jìn)行足量調(diào)節(jié)，系統(tǒng)頻率質(zhì)量較好，各時(shí)段CPS1瞬時(shí)指標(biāo)均較好，整體統(tǒng)計(jì)值自然也符合要求；但如果控制區(qū)域調(diào)節(jié)能力不足或有意進(jìn)行投機(jī)調(diào)節(jié)，則會(huì)利用上述分時(shí)段等價(jià)的CPS1指標(biāo)和不等價(jià)的AGC費(fèi)用間的矛盾，在負(fù)荷平穩(wěn)波動(dòng)時(shí)段超量調(diào)節(jié)以取得較高的瞬時(shí)CPS1指標(biāo)，而在負(fù)荷異常波動(dòng)時(shí)段不足量調(diào)節(jié)，瞬時(shí)指標(biāo)較差但節(jié)省AGC調(diào)節(jié)費(fèi)用，從整個(gè)考核時(shí)段來看CPS1指標(biāo)仍合格。
后一種調(diào)節(jié)策略可為相關(guān)控制區(qū)域節(jié)省AGC成本，提升了個(gè)體利益；但其控制行為會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的頻率質(zhì)量下降，損害整體利益。而CPS標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此無法約束。
可以考慮采用分時(shí)段指標(biāo)加權(quán)方法解決此類問題，可減小負(fù)荷平緩時(shí)段指標(biāo)所占權(quán)重或加大負(fù)荷劇烈波動(dòng)時(shí)段指標(biāo)所占權(quán)重，從而有效地阻止上述不利于系統(tǒng)整體利益的調(diào)節(jié)行為。
2.6 頻率調(diào)整目標(biāo)帶的設(shè)定
將頻差定義為實(shí)際頻率與計(jì)劃頻率的差并按照這一定義設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將計(jì)劃頻率附近調(diào)節(jié)價(jià)值與其他頻率運(yùn)行點(diǎn)等同（實(shí)際上計(jì)劃頻率附近無調(diào)節(jié)價(jià)值），可能會(huì)引導(dǎo)控制區(qū)域過于追求將系統(tǒng)運(yùn)行頻率調(diào)整至計(jì)劃值，造成無謂調(diào)節(jié)，不利于節(jié)能減排。
解決該問題的一種方式是，對(duì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的頻差定義進(jìn)行修改，在頻率—時(shí)間坐標(biāo)空間將固定的計(jì)劃頻率（可視為調(diào)整的目標(biāo)）由一條直線拓展為一條根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)變換其寬度的目標(biāo)帶，這樣就相當(dāng)于規(guī)定了頻率的調(diào)節(jié)死區(qū)，從而使標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)的控制行為更接近于電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行要求。
上述做法既可最大限度地避免機(jī)組的無謂調(diào)整，減少機(jī)組磨損，又可便于運(yùn)行管理機(jī)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整控制目標(biāo)要求，引導(dǎo)機(jī)組根據(jù)運(yùn)行情況進(jìn)行自適應(yīng)控制。這些都對(duì)于節(jié)能減排十分有利。
當(dāng)然，控制區(qū)域根據(jù)運(yùn)行情況制定自適應(yīng)的調(diào)節(jié)策略，如，改變頻率調(diào)節(jié)死區(qū)等，也可以解決前述問題。但與之相比較，設(shè)置目標(biāo)頻率帶的方式更為科學(xué)和嚴(yán)謹(jǐn)。