上海电网控制性能标准软件系统的设计、开发与应用张王俊¹，秦杰¹，顾立新¹，何星²(1．上海电力公司调度通信中心，上海200025；
2．上海交通大学自动控制系，上海200030)摘要：简要介绍了控制性能标准（CPS）的基本原理，分析了上海电网CPS软件的结构、功能和技术特点。采用客户机/服务器体系结构构成实时信息系统，采用浏览器/服务器体系结构构成控制性能标准考核信息的发布系统。运用串口通信、局域网和广域网技术进行实时数据的采集和传输，用商用数据库系统进行历史数据存储，系统采用GPS对时，考虑带优先级的多数据源在线切换，并采用双机热备用冗余机制保证系统的可靠性。在此基础上，结合上海电网控制区域的具体特点，研究了影响CPS的因素和相应的控制策略，并进行了CPS典型历史数据分析。
关键词：控制性能标准；区域控制误差；实时信息系统；客户机/服务器；浏览器/服务器；电力系统1引言
近年来我国电网建设迅猛发展，这为各区域电力电量的优化交换，实现整个电网的安全稳定经济运行建立了良好的基础。但在这种情况下，按照什么样的标准对互联电网进行考核，从而既保证整个电网的安全运行，又兼顾各控制区域的利益是一个十分重要的课题。NERC^[1]（NorthAmericanElectricReliabilityCouncil,北美电力可靠性委员会）于20世纪70年代提出A1/A2准则，在北美及世界许多电网已经有了多年的运行经验。20世纪90年代中后期开始，我国各大电网开始陆续应用该准则来对各控制区域进行省际联络线考核，一般称之为ACE考核（AreaControlError，区域控制误差）。实践证明这种方法对提高互联电网整体电能质量和自动化水平很有作用，尤其使各电网、电厂的AGC水平有了很大提高。但其存在的缺点也十分明显：A1准则片面强调ACE过零，使得控制区域需要经常为过零而支付大量可能并非必要的调节费用，实践证明大约有一半的过零是不必要的，并且ACE值大小对系统频率的贡献与否没有得到相应体现。
NERC于1996年提出了一种基于数学统计方法新的区域控制考核标准，即CPS（ControlPerformanceStandard，控制性能标准）。这种标准基于控制区域对整个电网频率的贡献进行评价，从而使整个电网的电能质量和安全稳定运行成为控制目标，并使大多数区域的利益得到保证。华东电网于2001年7月开始试运行新的CPS考核办法以取代原有的ACE考核。在华东电网推行CPS标准，对区域控制结果进行考核，对减少不必要的调节、鼓励非事故省市对电网频率的支持和提高电网的频率质量有较大的益处。因此，对于控制区域之一的上海电网，配备一套可靠实用的相应软件系统和研究对应的控制策略就显得十分必要。
2CPS基本原理
本文只讨论正常运行状态下的控制，对于扰动控制，NERC以DCS（DisturbanceControlStandard，扰动控制标准）补充标准来替代以前的B1/B2准则。CPS定义了控制区域的性能指标CPS1和CPS2，CPS1表示控制行为对电网频率的影响，CPS2则用于控制非计划潮流导致的无意交换电量。
CPS1的数学表达式为

式(2)中ACE_AVE-min为1minACE的平均值；△F_AVE-min为1min频率偏差△F=F-F₀的平均值，F为实测频率，F₀为互联电网额定频率；B为控制区域的频差系数，其符号为负，单位为MW/0.1Hz；N为考核时段的分钟数，华东电网考核时段为10min；e₁为1个由频率范围指标导出的常量，它是在一个给定年份中偏离额定频率的1min平均频率偏差均方根的控制目标值，对互联电网的每一个控制区域该限值相同。

ACE_AVE-10min为ACE在考核时段的数学平均值；e₁₀为一个由频率范围指标导出的常量，在一给定年份里偏离额定频率的10min平均频率偏差均方根的控制目标值，e₁₀对互联电网内的每一控制区域相同；1.65为判定达到频率目标有90可能性的常数，由高斯分布原理算出，这将会引起10的可能不一致（也就是说90一致）；B_i为控制区域的频差系数；B_s为互联电网内控制区域频差系数设定值的和，对于频差系数可变的系统，它等于最小频差系数设定值的和。
CPS的物理意义是：当CPS1≥200时，说明控制区域的控制行为对互联电网的频率质量是有帮助的；当100≤CPS1<200时，说明控制行为对电网频率的不利影响未超过允许程度；当CPS1<100时，说明控制行为对电网频率的不利影响已超过所允许的范围。在后两种情况下再考虑CPS2标准的符合情况作具体考核，华东电网对此有明确的联络线功率和电量管理的考核办法，此外，华东电网还对30min无意交换电量结合CPS1指标进行考核，具体规则这里不作详细介绍。
与A1、A2标准相比，CPS对电网频率控制目标有明确规定，各控制区域对频率质量的“功过”评价十分明确。CPS1通过测量ACE对频率的贡献来实现频率控制，通过紧紧把握频率是可靠性的主要指标来实现互联电网的安全运行，但由于CPS1是F-F₀的二次函数，假设ACE的方向相同，频差的增大对控制差的区域一致性指标影响更大，这种特性将促进控制区域支持频率。CPS2则主要是用来限制非计划潮流导致的无意交换电量。2个标准都基于数学统计方法，有明确的理论依据。CPS在一定条件下可以节约调节费用，控制效果好的区域有机会节约控制费用，而控制效果差的区域需要更大的花费，这样通过CPS使控制耗费的分配更加合理。CPS不从一个单一的点上看问题，而是从对频率影响的前后关系来看，着眼于更长期的控制，符合二次调节的目标，这使得控制区域不再需要为经常的ACE过零而支付大量可能并非必要的调节费用。在CPS1指标中考虑到ACE值的大小及对频率的贡献，只要支持频率，比较大的ACE值将不予惩罚，有利于鼓励非事故省市对电网频率的支持。
3CPS软件的基本设计思想
3.1系统结构
本系统的硬件结构方面，考虑到CPS对量测数据的实时性、可靠性有很高的要求，系统采用双机热备用结构，系统结构如图1所示。图1中CPS服务器A和CPS服务器B同时采集二级网华东网调转发的联络线功率数据作为主用数据，二级网实时数据的传输采用部颁标准DL476-92。考虑到CPS对实时频率量测、时钟信号的要求很高，两台服务器通过串口各自独立连接一台频率计（精度误差小于0.002Hz），通过GPS获得准确卫星时钟。服务器A、B和频率计A、B分别采用两路独立的市电工作电源，进一步提高了系统的可靠性。RMIS服务器连接EMS系统DECNET网段和CPS系统网段，RMIS服务器中应用MSSQLServer商用数据库存储SCADA历史数据并存有10s级刷新的SCADA实时数据镜像，该数据用来作为二级网实时数据的备用和二级备用。在调度三值端配置两台CPS考核客户机A、B，分别显示服务器A、B计算结果的实时监视画面。WebServer作为发布CPS考核数据的WWW服务器，任何1台Intranet工作站都可以随时浏览CPS考核的最新结果。
本系统针对应用的具体特点采用相应的合理软件体系结构：实时数据通信节点固定、数据分析功能复杂，采用传统的Client/Server结构，具有处理数据快、开发效率高、交互性强等优点；由于CPS对考核查询、统计数据的实时性要求不高，用户数量较多，采用Browser/Server体系结构，通用浏览器IE作为客户端，局域网用户均可查看，具有客户端[1][2][3]下一页