華東電網(wǎng)于2001年率先引入CPS，并進行了一定程度的修改，隨后華中、東北等電網(wǎng)也開始使用CPS來進行區(qū)域控制性能的考核工作。多年來，中國電網(wǎng)加強了一次調(diào)頻建設(shè)，制訂了相應(yīng)的自動發(fā)電控制(AGC)策略以推進AGC技術(shù)的應(yīng)用，并提升了發(fā)電計劃的實用化水平，改善了電網(wǎng)頻率質(zhì)量。
然而，隨著中國電網(wǎng)的不斷發(fā)展，對頻率質(zhì)量的要求也不斷提高，現(xiàn)行的頻率控制性能標準已不能滿足實際的需求。本文分析了CPS存在的不足以及國內(nèi)外實際使用中產(chǎn)生的問題。介紹了北美平衡監(jiān)管區(qū)區(qū)域控制偏差限制(BAAL)標準的基本內(nèi)容，分析了BAAL標準與CPS1之間的關(guān)系。最后，針對中國電網(wǎng)現(xiàn)行CPS的問題提出了修改建議，并探討了實施BAAL標準的可行性。
1、CPS標準適用性分析
CPS標準分為CPS1和CPS2兩個子標準。
CPS1用于評價一段時間內(nèi)區(qū)域ACE對整個互聯(lián)電網(wǎng)頻率偏差的影響，是ACE變化情況的統(tǒng)計測量。由于ACE代表著一個控制區(qū)實際發(fā)電與負荷的平衡程度，所以CPS1指標反映區(qū)域綜合性的控制性能，不僅包含實時的一次調(diào)頻和二次調(diào)頻能力，還包括固定周期的日前、日內(nèi)及實時發(fā)電計劃編制的精確度，以及供電、需求側(cè)的負荷管理水平。CPS1能夠衡量電網(wǎng)長期的頻率偏差的均方根值是否在限定的范圍內(nèi)，但平均值的統(tǒng)計方式對實時的頻率偏差不敏感。如果頻率偏差不能時刻保證在一定的范圍內(nèi)，一旦發(fā)生較大擾動或者事故以后，系統(tǒng)的頻率偏差可能會影響到系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，造成不必要的低頻減載或高頻切機。因此，針對實時控制性能評價的標準需要另行研究。
CPS2的目的在于使得控制區(qū)在完成CPS1目標時，能夠最小化機組調(diào)節(jié)次數(shù)，并起到減小區(qū)域間的偏離計劃潮流和偏離計劃電量的作用。但經(jīng)過多年的運行和實踐，CPS2并不能達到預(yù)期目標，主要表現(xiàn)在：
1)CPS2要求區(qū)域在10分鐘內(nèi)按照L10的要求來控制ACE的平均值，但L10的設(shè)置值得商榷。CPS2的前提條件是假設(shè)10分鐘的ACE一致性為0，但實際運行中難以實現(xiàn)，當(dāng)ACE的一致性為正，由于CPS2是由CPS1公式推導(dǎo)得出，則L10過大，區(qū)域的ACE主要受到CPS1的約束，CPS2考核顯得冗余;當(dāng)ACE的一致性為負，則L10過小，區(qū)域為了滿足其要求將不必要地增加或減少機組出力，造成不顧頻率質(zhì)量的無謂調(diào)節(jié)。
2)CPS2不能用于限制偏離計劃潮流。由于多區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)中，每個控制區(qū)對外都包含多條聯(lián)絡(luò)線，ACE中的凈交換潮流偏差量僅反映區(qū)域總的對外或者對內(nèi)的潮流量，所以通過限制ACE的方法難以根據(jù)某條聯(lián)絡(luò)線上或傳輸斷面上的可傳輸容量和事故附加裕度來限制偏離計劃潮流。
3)CPS2沿用A2標準的考核方式，要求90%的ACE在限定范圍內(nèi)，缺失了對10%的ACE進行考核，即一個考核月內(nèi)有72個小時是失效的。此外，由于CPS2的考核方式是基于ACE的正態(tài)分布性，某些電網(wǎng)由于受到調(diào)頻死區(qū)、限荷機組及機組增減出力速率、二次調(diào)頻控制質(zhì)量等非線性因素的綜合影響，使頻率出現(xiàn)非正態(tài)分布，頻率不符合正態(tài)分布導(dǎo)致控制區(qū)的ACE也不符合正態(tài)分布，則CPS2并不具有廣泛的適用性。
4)互聯(lián)電網(wǎng)中頻率控制的目的是允許區(qū)域間存在適量的偏離計劃潮流和偏離計劃電量以實現(xiàn)區(qū)域間的相互支援，提高電網(wǎng)的頻率質(zhì)量。①限制偏離計劃潮流是線路安全性方面的問題，應(yīng)另行制定相應(yīng)的聯(lián)絡(luò)線功率控制或系統(tǒng)傳輸可靠性標準，并不應(yīng)該包含在頻率控制性能標準中;②偏離計劃電量影響的是區(qū)域間的電量交易，不需作為控制標準中研究的內(nèi)容，而應(yīng)建立適當(dāng)?shù)目己伺c償還機制。
基于上述分析，CPS2影響著電力系統(tǒng)頻率質(zhì)量的進一步提高，不宜作為頻率控制性能標準中的子標準。
2、BAAL標準的特點
由于現(xiàn)行CPS對電網(wǎng)的適用性不足，NERC的PCE工作組于2002年制定了研究短期頻率控制性能標準的規(guī)劃，結(jié)合北美電網(wǎng)的運行經(jīng)驗，于2005年提出了BAAL標準草案，并在后續(xù)的實驗中不斷修訂與完善。2013年7月，BAAL標準提案通過了NERC的最終投票，將于2016年7月1日起正式執(zhí)行。
BAAL標準與CPS1的曲線類似，對區(qū)域的調(diào)節(jié)責(zé)任分配方法相同，但差異性可以分為以下三點：
1)控制目標不同。BAAL標準的控制目標是保證系統(tǒng)實時運行的可靠性，根據(jù)在一段時間內(nèi)所能容忍的1min平均頻率偏差的絕對值而設(shè)定;CPS1的控制目標是保證區(qū)域的長期控制性能達到預(yù)期要求，根據(jù)上一年或預(yù)設(shè)的1min平均頻率偏差的均方根值而設(shè)定。
2)要求的ACE控制幅度不同。在相同的頻率偏差下，BAAL標準的控制目標值相當(dāng)于1min的CPS1分值為-700%。
3)評價的時間尺度不同。CPS1是固定長周期的評價標準，各區(qū)域仍應(yīng)以適度提高CPS1分值為控制目標;BAAL標準是實時運行中電網(wǎng)頻率的“安全閥”，減少短期內(nèi)影響系統(tǒng)運行可靠性的不良控制行為。由于頻率偏差的分布特性，BAAL標準也能在短期內(nèi)輔助CPS1，提高電網(wǎng)的頻率質(zhì)量。
3、對中國的啟示和借鑒
隨著特高壓互聯(lián)電網(wǎng)的建設(shè)，交直流輸電技術(shù)的發(fā)展以及新能源滲透率的提高，不僅增加了電網(wǎng)調(diào)控的復(fù)雜程度，也對電網(wǎng)實時運行的安全可靠性提出了更高的要求。中國現(xiàn)行的CPS已經(jīng)難以滿足電網(wǎng)頻率的控制要求，應(yīng)結(jié)合北美頻率控制性能標準的發(fā)展，對其進行修改和補充。
修改短時段CPS1考核的參數(shù)。北美制定CPS1的目的是用于長期(一年)的區(qū)域控制性能評價，中國在引入CPS時由于應(yīng)用條件與北美不同，將CPS1用于短時段考核(如華東電網(wǎng)的CPS10和CPS30)以較好地評價區(qū)域的控制行為。采用短時段CPS1考核，促進了日常運行的發(fā)用電平衡工作，對中國頻率質(zhì)量的提高發(fā)揮了很大作用，但分段CPS1指標被用于定量計算加價收費，從理論上說，不宜采用北美CPS1中的控制目標參數(shù)。由于一天中出現(xiàn)的高峰、低谷負荷時段以及AGC消除斷面越限的過程都會影響到電網(wǎng)的頻率偏差，所以不同時段內(nèi)頻率偏差的差異性是存在的，若繼續(xù)將CPS1作為短時段考核的依據(jù)，應(yīng)針對不同的考核時段設(shè)定不同的控制目標值，使CPS1分值更具有參考意義。
引入BAAL標準以提高電網(wǎng)運行可靠性。中國將CPS1用于短時段考核是一種經(jīng)濟懲罰手段，并不具有強制性，而對CPS1合格率的統(tǒng)計周期仍屬于長期(月度和年度)，這與北美使用CPS1的思路是類似的。因此，為了能夠加強短時段頻率控制性能的考核力度，應(yīng)當(dāng)考慮引入BAAL標準作為補充。
針對多區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線控制標準值得進一步研究。中國可逐漸不將CPS2作為主要的考核標準，并結(jié)合輸電線路的運行要求，另行制定出較為完善的聯(lián)絡(luò)線功率控制標準。已有的T1標準保證了“華中-華北”互聯(lián)電網(wǎng)間特高壓聯(lián)絡(luò)線的安全運行，能夠防止因聯(lián)絡(luò)線上偏離計劃潮流的較大波動而引起兩端電網(wǎng)的電壓問題以及對特高壓線路輸送能力的不良影響，但該標準目前主要用于兩區(qū)域互聯(lián)。
頻率控制性能標準的目的在于提高電網(wǎng)的頻率質(zhì)量，聯(lián)絡(luò)線功率控制標準的目的在于保證輸電線路的安全運行，雖然兩類標準一定程度上可以互相補充，但控制目標并不相同。
4、結(jié)語
頻率控制性能標準對于正確地引導(dǎo)區(qū)域的調(diào)節(jié)控制行為，改善電網(wǎng)的頻率質(zhì)量具有重要的作用。國內(nèi)外使用的CPS對電網(wǎng)的適用性不足，主要體現(xiàn)在：
1)CPS1適用于評價長期的區(qū)域控制性能，未體現(xiàn)對電網(wǎng)實時運行可靠性的要求。
2)CPS2影響著電力系統(tǒng)頻率質(zhì)量的進一步提高，不宜作為頻率控制性能標準中的子標準。
為了進一步提高電網(wǎng)的頻率質(zhì)量，中國電網(wǎng)在適當(dāng)修改現(xiàn)行CPS考核方式的基礎(chǔ)上，應(yīng)考慮引入北美BAAL標準來加強區(qū)域的頻率控制性能考核。BAAL標準體現(xiàn)了對實際電網(wǎng)的運行需求，能夠引導(dǎo)區(qū)域減少不良的頻率控制行為。
