頻率是描述電能質(zhì)量的重要參數(shù)。只有同步電網(wǎng)范圍內(nèi)所有發(fā)電機(jī)的有功出力等于總負(fù)荷需求，頻率才能夠保持在標(biāo)稱值。由于負(fù)荷需求是時(shí)刻變化的，會引起系統(tǒng)有功功率出現(xiàn)不平衡，進(jìn)而導(dǎo)致電網(wǎng)頻率偏離標(biāo)稱值波動。

為保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要通過一系列手段和措施對頻率的波動態(tài)勢進(jìn)行限制和約束，這就是參與頻率控制的各個(gè)控制區(qū)需要進(jìn)行的有功平衡調(diào)節(jié)行為。因此，有必要將頻率控制目標(biāo)抽象為運(yùn)行控制中的調(diào)節(jié)責(zé)任，再將其按照一種公平的方式分配給各個(gè)參與調(diào)頻的區(qū)域。區(qū)域的調(diào)節(jié)責(zé)任明確之后，借此制定評價(jià)原則，再通過量化指標(biāo)來引導(dǎo)和規(guī)范各區(qū)域的控制行為，以滿足電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行要求。

在頻率控制性能評價(jià)方面，北美電網(wǎng)先后實(shí)施過三個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)：A系列標(biāo)準(zhǔn)、CPS系列標(biāo)準(zhǔn)和BAL 001 2標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)行的BAL 001 2標(biāo)準(zhǔn)，保留了原CPS系列標(biāo)準(zhǔn)中的CPS1子標(biāo)準(zhǔn)，并用BAAL標(biāo)準(zhǔn)取代了原CPS2子標(biāo)準(zhǔn)。

目前我國電網(wǎng)廣泛實(shí)施的評價(jià)方式是以北美CPS系列標(biāo)準(zhǔn)為藍(lán)本進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其在指標(biāo)形式上與后者類似，在評價(jià)時(shí)段上與后者差異較大，本文稱之為“時(shí)段CPS標(biāo)準(zhǔn)”（Period-Control Performance Standard, P-CPS），其包括兩個(gè)指標(biāo)：“時(shí)段CPS1指標(biāo)”和“時(shí)段CPS2指標(biāo)”。

雖然P-CPS對電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定控制起到了積極的作用，但一些研究表明其在指標(biāo)設(shè)計(jì)和評價(jià)方式上存在一些不足。文獻(xiàn)[14]以廣東電網(wǎng)為例，論述了在提高頻率控制性能方面，不能一味追求CPS考核成績，應(yīng)兼顧節(jié)能、經(jīng)濟(jì)調(diào)度，統(tǒng)籌安排。文獻(xiàn)[15]指出CPS標(biāo)準(zhǔn)考核下的調(diào)頻模式存在的問題，如自動發(fā)電控制（Automatic Generation Control, AGC）頻繁調(diào)整、出現(xiàn)過調(diào)或欠調(diào)的情況。

文獻(xiàn)[16]以華東電網(wǎng)為例，對CPS考核中部分省網(wǎng)的調(diào)頻困境進(jìn)行了分析，提出打破分區(qū)CPS考核限制，優(yōu)化網(wǎng)內(nèi)調(diào)頻資源配置的方案。文獻(xiàn)[17]分析了南方電網(wǎng)CPS標(biāo)準(zhǔn)考核方法的弊端與參數(shù)設(shè)置上的問題，提出了改進(jìn)建議和優(yōu)化方案。文獻(xiàn)[18]指出現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)不適用于現(xiàn)有的頻率調(diào)節(jié)管理現(xiàn)狀，不利于調(diào)動控制區(qū)域調(diào)節(jié)的積極性，不能滿足精細(xì)評價(jià)的要求。文獻(xiàn)[19]對比分析了我國標(biāo)準(zhǔn)與北美標(biāo)準(zhǔn)在評價(jià)與考核上各自的特點(diǎn)及優(yōu)劣。文獻(xiàn)[20]指出不同規(guī)模的區(qū)域?qū)PS標(biāo)準(zhǔn)存在適用性差異的問題。

理論分析和運(yùn)行實(shí)踐反映出頻率控制中出現(xiàn)的上述問題，主要原因是控制效果的評價(jià)沒有直接從電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求出發(fā)，導(dǎo)致對頻率控制行為的規(guī)范不到位。反觀北美電網(wǎng)在設(shè)計(jì)頻率性能評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中，依據(jù)的控制要求很明確：保證頻率波動在1年中的方均根值小于目標(biāo)值[21]；限制頻率連續(xù)越限的時(shí)間不多于30min。

我國電網(wǎng)沒有類似的關(guān)于頻率控制的規(guī)定，但在電力企業(yè)聯(lián)合會于2011年修訂的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則》（簡稱《導(dǎo)則》）中提出了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的各項(xiàng)要求，其中包含頻率控制的一些原則和要點(diǎn)，因此《導(dǎo)則》可作為設(shè)計(jì)新評價(jià)方法的依據(jù)。

本文從系統(tǒng)運(yùn)行的安全性要求出發(fā)，依托《導(dǎo)則》的規(guī)定提出一套理論完備的頻率安全評價(jià)方法（Frequency Security Assessment Method, FSAM），包括評價(jià)指標(biāo)及評價(jià)方式的設(shè)計(jì)，以規(guī)范控制區(qū)域的有功平衡調(diào)節(jié)行為，保證在其分享互聯(lián)帶來益處的同時(shí)，系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制框架結(jié)構(gòu)

結(jié)論

本文從系統(tǒng)安全運(yùn)行角度出發(fā)，以《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則》中的規(guī)定為依據(jù)，歸納出頻率控制的安全性要求：正常情況下（無擾動或小擾動）頻率留有一定的安全裕度；Ⅰ類擾動情況下頻率能夠快速恢復(fù)至安全允許范圍。鑒于此，設(shè)計(jì)了一種新的FSAM，包括考察正常情況和Ⅰ類擾動下區(qū)域ACE控制效果的指標(biāo)和相應(yīng)的評價(jià)方式。

仿真結(jié)果表明：正常情況下，F(xiàn)SAM能夠在引導(dǎo)區(qū)域調(diào)節(jié)頻率滿足安全性要求的前提下，減少AGC機(jī)組的調(diào)節(jié)次數(shù)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；Ⅰ類擾動情況下，F(xiàn)SAM能夠引導(dǎo)區(qū)域快速恢復(fù)頻率至安全范圍，且對區(qū)域控制行為的評價(jià)結(jié)果較P-CPS標(biāo)準(zhǔn)更加合理。

盡管北美BAL 001 2標(biāo)準(zhǔn)同樣關(guān)注電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，且也能夠達(dá)到減少機(jī)組調(diào)節(jié)次數(shù)的效果，但由于頻差和時(shí)間限值的取值沒有從我國電網(wǎng)的實(shí)際需求出發(fā)，導(dǎo)致正常情況下頻率越限次數(shù)過多、擾動情況下頻率持續(xù)越限時(shí)間過長，因此其可行性和適用性不如FSAM。