学术简报｜网省两级AGC机组协调调度的二层规划模型
输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）、国网南昌供电公司的研究人员赵霞、叶晓斌等，在2018年第20期《电工技术学报》上撰文指出，现有关于网省两级自动发电控制（AGC）优化调度的研究未充分考虑网省调的上下级关系以及网/省调AGC机组的调频责任和调节特性。为此，根据中国电网网省调管理规程和控制性能标准（CPS）考核办法，提出网省两级AGC机组协调调度的二层规划模型。
该模型以“网调分配调频任务、省调优化调节功率”为核心机制，上层网调模型主要负责省间AGC资源的协调，以全网AGC总调节费用最小为目标，考虑频率和联络线偏差等约束；下层省调模型负责省内AGC机组的协调，以本省调节费用最小为目标，考虑CPS指标等约束；上、下层模型通过各省调节功率分配和调节费用反馈实现互动。
以含有5个省级控制区的网省两级电网为算例，考虑负荷小幅/大幅变动两个场景，通过对比所建模型和省级电网独立调度模型，验证了所建模型的有效性和适应性。
自动发电控制（Automatic Generation Control, AGC）是电力系统实现有功频率控制的重要手段[1]。区域电网调度中心实时监测区域控制偏差（Area Control Error, ACE），通过调节AGC机组的出力对ACE进行闭环校正控制；而多个区域电网构成的互联电网则通过一些运行准则，例如目前国内外广泛采用的控制性能标准（Control Performance Standard, CPS）[2]，来考核和规范各区域的运行控制行为。
我国电网采取“统一调度、分级管理”的网省调运行模式，大区电网（如华中电网）通常下辖若干省级控制区域，省调要服从上级网调的管理，但同时也具有相当的自主调度权限[3]。根据控制权限的归属，AGC机组分为网调机组和省调机组；网调控制区一般不含负荷区，且网调机组一般是分布于各省调控制区的主力机组。如何实现网省两级AGC的协调运行是我国电网AGC的一个特殊问题。
目前，已有大量关于网省AGC协调控制与运行的研究[4-9]。文献[4]针对华中电网提出集中计算、分散控制的分层AGC模式。文献[5]基于省调封闭控制区和广义联络线的概念，提出网调FFC（定频率控制）/TBC（联络线-频率偏差控制）、省调TBC的网省AGC分层控制策略。文献[6]提出根据联络线功率偏差大小来确定网调机组调节行为的网省AGC协调策略。
文献[7]提出基于多智能体协同学习的多区域电网AGC机组CPS指令动态最优分配策略。文献[8]提出大规模功率缺额情况下网省调AGC机组的协调策略和省间功率紧急支援的启发式策略。文献[9]研究多区域AGC的最优控制器。
然而，上述研究的核心思想均为ACE的滞后校正控制，其实质都是通过调节AGC机组未来的出力来校正当前的ACE，难以从根本上实现不同区域、不同调节性能AGC机组（如水、火电机组）的协调控制[10]，容易出现过调、欠调、调节裕量不均衡，甚至调节作用冲抵或者反向调节的情况[11,12]。
为克服常规AGC滞后控制的问题，有学者提出根据负荷预测信息，以AGC调节成本最小和CPS指标最优为目标，在1min或者更小时间尺度上对AGC调节功率进行优化[13,14]。文献[15-17]发展这一思路，进一步提出“AGC优化调度”的概念，并以此作为现有“发电计划+AGC控制”两维度有功调控体系的发展与补充。
目前，关于“AGC优化调度”的研究大多局限于省级电网AGC机组的协调与配合，对网省两级AGC机组协调调度的研究甚少。尽管文献[16]提出了网省两级AGC的统一优化调度模型，但所提模型基本属于省级电网AGC优化调度模型在网省两级电网的简单推广，尚存在以下问题有待解决：
①未充分考虑网调与省调的上下级关系；②未区分网调机组与省调机组的调频责任和特性；③未考虑网调对省调CPS指标的考核和结算行为；④未考虑预留AGC机组的可调备用容量，可能导致实时控制环节AGC调整能力不足。因此，有必要立足我国电网的网省调运行模式，研究网省两级AGC机组协调调度的新模型。
二层规划模型（Bi-Level Programming, BLP）可以很好协调不同利益主体（特别是具有上、下层级关系的利益主体）之间的决策行为[18]，已被众多学者应用于配电网检修计划[19]、能源互联网规划[20]、智能汽车充放电调度[21]以及可再生电源规划[22]等领域。
受BLP建模思想的启发，本文基于BLP理论来解决网省两级电网AGC机组的协调调度问题。根据我国网省调管理规程，并借鉴现有网省AGC协调控制的一些基本原则，提出“网调分配调频任务、省调优化调节功率”的网省AGC协调机制；在此基础上，提出网省两级AGC协调调度的BLP模型及其适用算法。最后，应用含5个省级控制区的网省两级电网验证本文所提两级协调机制及BLP模型的有效性。
图1 网省两级AGC机组的协调机制
本文基于二层规划理论，根据我国电网的网省调度管理规程和CPS考核办法，提出一种网省两级AGC机组协调调度的新模型。该协调模型以“网调分配调频任务、省调优化调节功率”为核心机制，上层网调模型主要负责省间AGC资源的协调，以全网AGC调节总费用最小为目标，考虑频率和联络线偏差等约束；下层省调模型负责省内AGC机组的协调，以本省AGC调节费用最小为目标，考虑CPS指标等约束；上、下层模型通过各省调节功率分配和各省调节费用反馈实现互动。
与现有网省两级AGC优化调度模型比较，本文模型能够体现网、省调的层级关系和网、省调AGC机组的不同职能和特性，其二层规划的建模思路也能有效避免网省AGC统一调度优化问题的计算复杂性。
本文对下层模型进行线性化处理，分别采用自适应进化规划和线性规划算法求解上、下层模型。用含5个省级控制区的网省两级电网对本文模型进行了仿真验证。仿真结果表明：本文模型能够有效实现对省间AGC资源的协调以及省内AGC机组的协同调节；与省级电网独立调度模型比较，本文模型能够有效调动省间的功率支援，保证全网有功频率控制的安全性和经济性。