滕賢亮，談 超，昌 力，張小白，曹榮章

（1.南瑞集團(tuán)有限公司（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司），江蘇省南京市 211106；2.電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)防御技術(shù)與裝備全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇省南京市 211106）

0 引言

截至2022 年底，中國(guó)風(fēng)電和光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到758 GW，其中，2022 年新增裝機(jī)容量達(dá)到125 GW，年發(fā)電量達(dá)到1 190 TW·h［1］。新能源裝機(jī)容量和發(fā)電量快速增長(zhǎng)，已經(jīng)成為中國(guó)第二大電源。大力發(fā)展新能源、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，是推動(dòng)能源電力低碳轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰·碳中和”目標(biāo)的必由之路［2］。然而，在新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建過(guò)程中，大規(guī)模新能源并網(wǎng)帶來(lái)強(qiáng)不確定性和隨機(jī)性，使得電網(wǎng)安全穩(wěn)定特性發(fā)生深刻變化［3-4］，系統(tǒng)平衡機(jī)理顯著轉(zhuǎn)變［5］，電力電量平衡難度逐步增大［6-7］，電力保供形勢(shì)日益嚴(yán)峻［8］，給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。2023 年4 月，國(guó)家能源局在《關(guān)于加強(qiáng)新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定工作的指導(dǎo)意見(jiàn)（征求意見(jiàn)稿）》［9］中指出，進(jìn)一步加強(qiáng)穩(wěn)定工作是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的必然要求，解決電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和新能源高效消納之間的矛盾已經(jīng)成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的核心任務(wù)。

自動(dòng)發(fā)電控制（automatic generation control，AGC）是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)有功功率與頻率（簡(jiǎn)稱(chēng)有功頻率）控制的核心功能，以特定控制模式下的區(qū)域控制偏差（area control error，ACE）作為控制目標(biāo)，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)電功率來(lái)跟隨負(fù)荷波動(dòng)，進(jìn)而維持頻率和聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率波動(dòng)在可接受的范圍內(nèi)。數(shù)十年來(lái)，AGC 一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)，伴隨電力系統(tǒng)發(fā)展演變誕生了大量學(xué)術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用成果［10-12］。中國(guó)電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（energy management system，EMS）中的AGC 系統(tǒng)也攻克了諸多關(guān)鍵技術(shù)［13］，改善了電網(wǎng)頻率質(zhì)量，有效支撐了特高壓交直流電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。然而，隨著新能源比例逐年提升、電力市場(chǎng)化改革不斷深化以及數(shù)字化轉(zhuǎn)型加速推進(jìn)，有功頻率控制面臨著新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇：1）煤電逐步退減［14］，海量泛在可調(diào)節(jié)資源快速發(fā)展，電網(wǎng)形態(tài)逐步向大電網(wǎng)、微電網(wǎng)、局部直流電網(wǎng)融合發(fā)展轉(zhuǎn)變，優(yōu)化控制理論與方法面臨重大革新；2）電力市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)調(diào)度（economic dispatch，ED）、AGC 等調(diào)控業(yè)務(wù)耦合運(yùn)行，區(qū)域平衡模式和資源調(diào)用方式需要根據(jù)市場(chǎng)交易品種和組織模式不斷變化；3）大量數(shù)字化技術(shù)將與新型電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)全面融合［15］，為支撐源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同互動(dòng)與安全高效運(yùn)行，AGC 系統(tǒng)需要以“智能感知與自主控制”為方向轉(zhuǎn)型升級(jí)。

本文綜述了面向高比例新能源的新型電力系統(tǒng)有功頻率控制的業(yè)務(wù)需求、研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向。首先，梳理了新型電力系統(tǒng)構(gòu)建和電力體制改革過(guò)程中，有功頻率控制面臨的形勢(shì)與挑戰(zhàn)；其次，從多控制區(qū)協(xié)同控制、多類(lèi)型資源有序調(diào)用、ED 與AGC的協(xié)調(diào)配合、安全事件檢測(cè)與防御等主要方面總結(jié)了研究現(xiàn)狀與存在問(wèn)題；最后，結(jié)合未來(lái)電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，探討了有功頻率控制的主要研究方向。

1 有功頻率控制面臨的形勢(shì)與挑戰(zhàn)

1.1 實(shí)時(shí)平衡難度增加

高比例新能源電力系統(tǒng)的供需雙側(cè)均面臨著強(qiáng)不確定性，電力電量平衡以及容量充裕度的概念與方法正向著概率性的思路轉(zhuǎn)化［16］。現(xiàn)有對(duì)不確定性的建模、分析、應(yīng)對(duì)方法的研究已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注，但還存在較多難題尚未攻克［17］；伴隨著新能源比例的不斷提高，當(dāng)發(fā)展到極高比例階段（新能源電量滲透率超過(guò)50%）時(shí)，為應(yīng)對(duì)劇烈的有功功率波動(dòng)，亟須研究和建立新型靈活性供需平衡體系［18］。

在此背景下，省級(jí)電網(wǎng)（簡(jiǎn)稱(chēng)省網(wǎng)）作為主要的有功頻率控制主體（簡(jiǎn)稱(chēng)控制主體），承擔(dān)的調(diào)節(jié)壓力日益加劇。送端省網(wǎng)一般位于風(fēng)電、光伏、水電資源富集地區(qū)，用電負(fù)荷及電網(wǎng)規(guī)模相對(duì)較小［19］，大規(guī)模新能源并網(wǎng)帶來(lái)的強(qiáng)不確定性和波動(dòng)性使得省網(wǎng)維持供需平衡壓力巨大。因此，需要深入挖掘區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)各省網(wǎng)的電力互濟(jì)潛力，保障電網(wǎng)安全和新能源消納，并降低實(shí)時(shí)平衡成本［20］。受端省網(wǎng)在省外來(lái)電（特高壓直流線(xiàn)路輸電為主）占比快速增長(zhǎng)下，因靈活性調(diào)節(jié)能力不足已經(jīng)無(wú)法足額消納，省間電力互濟(jì)需求也日益增大［21］。因此，互聯(lián)電網(wǎng)作為支撐不同資源稟賦地區(qū)電能互濟(jì)、備用共享的輸電平臺(tái)［22］，在多省網(wǎng)有功功率平衡協(xié)同控制、跨省跨區(qū)備用共享優(yōu)化決策等方面發(fā)揮著更加顯著的作用。

1.2 調(diào)頻資源泛在接入

新能源將在未來(lái)作為電力電量的主體電源，其穩(wěn)定調(diào)節(jié)能力不足，難以像常規(guī)電源一樣滿(mǎn)足電力電量平衡和靈活性調(diào)節(jié)需求。除繼續(xù)通過(guò)火電靈活性改造、常規(guī)水電站及抽水蓄能電站建設(shè)、電網(wǎng)側(cè)新型儲(chǔ)能布局等手段提高源、儲(chǔ)側(cè)的調(diào)節(jié)能力以外，還需要挖掘分布式電源、電動(dòng)汽車(chē)、溫控負(fù)荷等多類(lèi)型分布式資源（distributed energy resource，DER）的調(diào)節(jié)潛力［23］，實(shí)現(xiàn)對(duì)海量泛在可調(diào)節(jié)資源的在線(xiàn)閉環(huán)控制。

然而，以往的常規(guī)電源是同質(zhì)化的大容量發(fā)電機(jī)組，其外特性易于刻畫(huà)，各類(lèi)參數(shù)也相對(duì)恒定，便于在AGC 系統(tǒng)中建立控制模型以實(shí)施閉環(huán)控制。在新型電力系統(tǒng)中，海量調(diào)頻資源從各個(gè)電壓等級(jí)接入，具有單體容量小、調(diào)節(jié)特性差異大、位置分布廣泛、數(shù)量以數(shù)百倍增長(zhǎng)等特點(diǎn)，呈現(xiàn)出碎片化、異質(zhì)化、時(shí)變化，傳統(tǒng)基于模型驅(qū)動(dòng)的集中式控制難以適應(yīng)，需要運(yùn)用新的控制基礎(chǔ)理論對(duì)各類(lèi)調(diào)頻資源有效實(shí)施聚納與調(diào)控［24］。

1.3 電力市場(chǎng)影響加深

在電力市場(chǎng)化改革進(jìn)程中，電力現(xiàn)貨及輔助服務(wù)市場(chǎng)交易與傳統(tǒng)調(diào)控業(yè)務(wù)深度耦合，有功頻率控制也逐漸演變?yōu)橐浴笆袌?chǎng)”為中心的調(diào)控業(yè)務(wù)，AGC面臨以下關(guān)鍵問(wèn)題需要關(guān)注。

1）輔助服務(wù)市場(chǎng)交易結(jié)果的影響。AGC 機(jī)組的可用調(diào)節(jié)范圍通常由調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)（簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)頻市場(chǎng)）出清結(jié)果決定，但調(diào)頻市場(chǎng)的備用需求一般按照經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定（如最大負(fù)荷百分?jǐn)?shù)）。若按照調(diào)頻市場(chǎng)的中標(biāo)情況決定投入自動(dòng)調(diào)頻模式的機(jī)組數(shù)量和調(diào)節(jié)范圍，在某些緊急情況下（如ACE 處于次緊急區(qū)或緊急區(qū)）無(wú)法滿(mǎn)足控制要求，非中標(biāo)機(jī)組也必須參與調(diào)頻，且中標(biāo)機(jī)組不能遵循中標(biāo)調(diào)頻容量的“計(jì)劃帶寬”約束，否則無(wú)法保證電網(wǎng)安全性［25］。究其原因，是由于中國(guó)電網(wǎng)中的AGC 系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中往往承擔(dān)著調(diào)峰、調(diào)頻、事故等多種調(diào)控業(yè)務(wù)的閉環(huán)控制作用，而不像國(guó)外多數(shù)電網(wǎng)中的AGC 系統(tǒng)僅負(fù)責(zé)負(fù)荷頻率控制。

2）分配策略如何兼顧經(jīng)濟(jì)性因素。按照以往的運(yùn)行實(shí)踐，ED 決定AGC 機(jī)組的基點(diǎn)功率，機(jī)組的調(diào)節(jié)功率按照預(yù)設(shè)分配策略生成，主要保證電網(wǎng)運(yùn)行安全，較少關(guān)注運(yùn)行成本。在電力市場(chǎng)環(huán)境下，AGC 系統(tǒng)在日常執(zhí)行過(guò)程中需要更好地兼顧調(diào)用和調(diào)節(jié)成本，故其分配策略也會(huì)發(fā)生變化。負(fù)責(zé)監(jiān)管歐洲互聯(lián)電網(wǎng)運(yùn)行的歐洲電力傳輸系統(tǒng)運(yùn)行商（European Network of Transmission System Operators for Electricity，ENTSO-E）曾針對(duì)電力市場(chǎng)環(huán)境下的多種分配策略進(jìn)行了研究［26］。結(jié)果表明，按照?qǐng)?bào)價(jià)從低到高的“優(yōu)先級(jí)”調(diào)用方式與傳統(tǒng)的按照預(yù)設(shè)比例分擔(dān)方式相比，惡化了AGC 調(diào)節(jié)品質(zhì)（ACE 平均增大31%）。

1.4 安全風(fēng)險(xiǎn)逐漸升高

實(shí)際電網(wǎng)的AGC 系統(tǒng)除需承擔(dān)基本的二次調(diào)頻責(zé)任以外，還需要執(zhí)行現(xiàn)貨市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)出清結(jié)果。一旦AGC 系統(tǒng)出現(xiàn)缺陷、故障或遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊等將導(dǎo)致設(shè)備誤控、功能失效、性能降低，不僅引發(fā)頻率及聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率大幅波動(dòng)，還影響著各市場(chǎng)主體經(jīng)濟(jì)收益的公平性。一方面，各類(lèi)新型調(diào)頻資源接入后，電網(wǎng)控制基礎(chǔ)發(fā)生深刻變化，新型調(diào)頻資源單體數(shù)量多、調(diào)節(jié)速率快、控制策略多樣化，AGC 系統(tǒng)的錯(cuò)誤指令將快速惡化電網(wǎng)頻率或斷面負(fù)載，AGC 系統(tǒng)的安全穩(wěn)定及可靠性對(duì)電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行的影響越來(lái)越顯著，因此，需要重點(diǎn)提升AGC 系統(tǒng)的安全防誤能力。另一方面，電網(wǎng)運(yùn)行的數(shù)字化、智能化程度越來(lái)越高，大量智能終端泛在接入，數(shù)據(jù)泄露和網(wǎng)絡(luò)入侵的可能性不斷增加，常規(guī)發(fā)電廠(chǎng)及新能源電站都是通過(guò)專(zhuān)有的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)及安全防護(hù)設(shè)備接入，而能源聚合商、綜合能源服務(wù)商、虛擬電廠(chǎng)（virtual power plant，VPP）等多元化主體通過(guò)“互聯(lián)網(wǎng)大區(qū)”接入，網(wǎng)絡(luò)空間邊界不斷延伸，以往以“邊界防護(hù)”為主的安全防護(hù)策略將難以適應(yīng)［27］。

作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，電力系統(tǒng)已成為網(wǎng)絡(luò)攻擊的重要目標(biāo)，EMS 的安全防護(hù)形勢(shì)更加復(fù)雜嚴(yán)峻［9］。世界范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)攻擊的案例逐年越多，攻擊者可以通過(guò)破壞電力系統(tǒng)量測(cè)數(shù)據(jù)的完整性和真實(shí)性，危及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，尤其在電力市場(chǎng)環(huán)境下，攻擊者試圖通過(guò)攻擊AGC 系統(tǒng)來(lái)獲得額外金錢(qián)收益［28］，攻擊方式將更為復(fù)雜，AGC 系統(tǒng)面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)逐步越大。

2 有功頻率控制技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 多控制區(qū)協(xié)同控制

為應(yīng)對(duì)高比例新能源接入后的互聯(lián)電網(wǎng)有功功率平衡控制壓力，加強(qiáng)不同控制區(qū)之間的協(xié)調(diào)和配合可以充分利用全網(wǎng)調(diào)頻資源提高頻率調(diào)節(jié)能力。目前，研究集中在正常情況下多區(qū)域調(diào)頻資源共享、故障情況下協(xié)同支援等方面［29］。正常情況下，國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)提出了適應(yīng)不同調(diào)度管理模式的協(xié)同控制策略，如歐美國(guó)家提出了考慮ACE 及開(kāi)環(huán)ACE 互補(bǔ)性的協(xié)同控制方法；中國(guó)南方電網(wǎng)和北美電網(wǎng)提出了多個(gè)控制區(qū)統(tǒng)一調(diào)頻方法，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)調(diào)頻資源的集中優(yōu)化調(diào)用；故障情況下，中美部分電網(wǎng)都采用將某個(gè)控制區(qū)內(nèi)部產(chǎn)生的大功率缺額按照一定比例分?jǐn)傊疗渌刂茀^(qū)，實(shí)現(xiàn)多控制區(qū)之間的功率支援和備用互濟(jì)。

2.1.1 日常運(yùn)行工況下的頻率控制

在多區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)中，控制區(qū)采用聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率和頻率偏差控制（tie-line load and frequency bias control，TBC）模式計(jì)算ACE，但其僅反映控制區(qū)內(nèi)部的有功功率平衡程度。由于ACE 變化的隨機(jī)性，多個(gè)控制區(qū)ACE 在同一時(shí)刻出現(xiàn)正、負(fù)數(shù)值的情況概率較大，導(dǎo)致各控制區(qū)AGC 調(diào)節(jié)方向出現(xiàn)不一致，不僅造成電網(wǎng)頻率和聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率的大幅波動(dòng)，也加重了機(jī)組的磨損。站在全網(wǎng)的角度，應(yīng)該嘗試?yán)貌煌刂茀^(qū)有功功率盈缺的互補(bǔ)性，減少各控制區(qū)AGC 機(jī)組的相互磨損，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。近30 年來(lái)，歐美電網(wǎng)開(kāi)展了較多的技術(shù)研究和應(yīng)用實(shí)踐，其中最具有代表性的是北美電力可靠性公司（North American Electric Reliability Corporation，NERC）實(shí)施的ACE 差異交換（ACE diversity interchange，ADI）［30］和ENTSO-E 實(shí) 施 的國(guó)際電網(wǎng)控制合作（international grid control cooperation，IGCC）2 類(lèi)控制方法，在實(shí)際應(yīng)用中都取得了顯著的效益。

1）利用ACE 的互補(bǔ)性

北美電網(wǎng)由獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（independent system operator，ISO）和 區(qū) 域 輸 電 組 織（regional transmission organization，RTO）負(fù)責(zé)組織區(qū)域性現(xiàn)貨和輔助服務(wù)市場(chǎng)交易，類(lèi)似于中國(guó)的區(qū)域電網(wǎng)調(diào)度控制中心（簡(jiǎn)稱(chēng)網(wǎng)調(diào)）；ISO 和RTO 由1 個(gè)或多個(gè)平衡監(jiān)管區(qū)（balancing authority area，BAA）構(gòu)成，BAA 為基本的控制主體，一般采用TBC 模式計(jì)算ACE，類(lèi)似于中國(guó)的省網(wǎng)。

ADI 是一種在調(diào)頻備用共享組（reserve sharing group）內(nèi)所有控制區(qū)實(shí)時(shí)共享ACE 的方式，最初由位于美國(guó)愛(ài)荷華州的ENEREX 公司組織實(shí)施。ADI 的做法是交換不同BAA 代數(shù)符號(hào)不同的ACE，通過(guò)部分ACE 數(shù)值的正負(fù)抵消，從而減少各BAA 的ACE，在AGC 系統(tǒng)中的實(shí)施流程如圖1 所示。ADI 在ENEREX 公司成功試點(diǎn)后，逐步推廣至其他區(qū)域電網(wǎng)，多年來(lái)提高了北美電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。2021 年6 月，NERC 的可靠性與安全性技術(shù)委員會(huì)（Reliability and Security Technical Committee）在發(fā)布的第3 版可靠性準(zhǔn)則中總結(jié)了其主要優(yōu)點(diǎn)［31］：成本低，易于實(shí)施；減少了發(fā)電功率調(diào)整量，降低了發(fā)電設(shè)備的磨損；伴隨調(diào)節(jié)需求的下降，需要偏離經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)的機(jī)組數(shù)量減少。

圖1 ADI 實(shí)施流程Fig.1 Implementation process of ADI

自20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，ADI 雖然取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益，但也存在一些不足限制了其應(yīng)用場(chǎng)景。由于ACE 中體現(xiàn)對(duì)外聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的整體斷面集合，只能采用設(shè)置ACE（ADI）限額的方式降低聯(lián)絡(luò)線(xiàn)阻塞風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)法考慮特定聯(lián)絡(luò)線(xiàn)斷面的約束情況，文獻(xiàn)［32-33］都曾試圖解決該問(wèn)題，但由于ACE 與各聯(lián)絡(luò)線(xiàn)斷面并沒(méi)有固定靈敏度的關(guān)系，因而無(wú)法合理地解決ACE 的限額設(shè)定問(wèn)題。

2）利用開(kāi)環(huán)ACE 的互補(bǔ)性

由AGC 系統(tǒng)提供的調(diào)頻輔助服務(wù)被認(rèn)為是最為昂貴的輔助服務(wù)產(chǎn)品之一。隨著歐洲各國(guó)的新能源比例不斷提高，輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（transmission system operator，TSO）的調(diào)頻備用需求也呈現(xiàn)大幅度增長(zhǎng)，為了降低調(diào)頻備用采購(gòu)成本，擴(kuò)大有功功率平衡范圍是最有效的方法之一。因此，在歐洲統(tǒng)一電力市場(chǎng)的建設(shè)背景下，各國(guó)的平衡市場(chǎng)也在不斷耦合。歐洲的平衡市場(chǎng)采用“開(kāi)環(huán)ACE”來(lái)刻畫(huà)TSO 內(nèi)部的有功功率不平衡量（imbalance），它是指AGC 系統(tǒng)在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，不向電網(wǎng)提供調(diào)頻輔助服務(wù)，僅考慮平衡責(zé)任主體（balancing responsible party，BRP）出現(xiàn)有功功率偏差后產(chǎn)生的ACE。通過(guò)實(shí)時(shí)ACE 和調(diào)頻備用調(diào)出情況剝離出控制區(qū)“真實(shí)”的調(diào)頻容量需求，開(kāi)環(huán)ACE 是歐洲國(guó)家開(kāi)展備用容量估算的依據(jù)［34］，不同于一般意義上AGC 系統(tǒng)閉環(huán)控制作用下產(chǎn)生的“閉環(huán)ACE”?；诟鱐SO 的開(kāi)環(huán)ACE，ENTSO-E 提出 了IGCC 來(lái)處理2 個(gè)及以上TSO 的凈有功功率不平衡量（imbalance netting），在市場(chǎng)交易中可譯為不平衡功率軋差［35］，IGCC 將各TSO 的開(kāi)環(huán)ACE 進(jìn)行集中采集，然后利用各TSO 開(kāi)環(huán)ACE 的互補(bǔ)性來(lái)降低TSO 的調(diào)頻備用需求及采購(gòu)成本，與ADI 利用ACE 的互補(bǔ)性來(lái)降低各BAA 的ACE 有相似之處。IGCC 主要實(shí)施流程如圖2 所示。

圖2 IGCC 實(shí)施流程Fig.2 Implementation process of IGCC

IGCC 的前身為德國(guó)在2008 年提出的電網(wǎng)控制合作（grid control cooperation，GCC），該策略依托TenneT、50Hertz、Amprion 和TransnetBW 這4 個(gè)TSO 啟動(dòng)的統(tǒng)一調(diào)頻備用采購(gòu)和調(diào)用項(xiàng)目［36］，GCC在幾年的運(yùn)行期間大幅降低了德國(guó)電網(wǎng)整體的調(diào)頻備用需求。一般認(rèn)為，隨著新能源比例的提高，調(diào)頻備用需求應(yīng)隨之增長(zhǎng)，但德國(guó)的調(diào)頻備用卻逐年下降，“德 國(guó) 悖 論”［37］正 是 由 于 德 國(guó) 采 用GCC 而 產(chǎn) 生的。在GCC 投運(yùn)初期，一度導(dǎo)致頻率質(zhì)量下降，引起了ENTSO-E 的關(guān)注和討論［38］，但GCC 在德國(guó)的成功應(yīng)用及其創(chuàng)造的運(yùn)行效益證明了其潛在的推廣價(jià)值。在使用GCC 的6 年后，ENTSO-E 開(kāi)始將GCC 推廣至歐洲其他國(guó)家TSO，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，并將其改名為IGCC［39］。

2022 年初，ENTSO-E 在發(fā)布的運(yùn)行報(bào)告中指出，IGCC 使得歐洲電網(wǎng)在2021 年第四季度節(jié)約了1.18 億歐元，能源使用效率大幅提升［40］。與此同時(shí)，多年來(lái)的實(shí)踐還表明，通過(guò)IGCC 置換出各TSO 更多的AGC 可調(diào)備用，可用于應(yīng)對(duì)更大規(guī)模的有功功率波動(dòng)，提高了歐洲電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。2022 年6 月，依托IGCC 建設(shè)的自動(dòng)頻率恢復(fù)和穩(wěn)定系統(tǒng)運(yùn)行國(guó)際 協(xié) 作 平 臺(tái)（Platform for the International Coordination of Automated Frequency Restoration and Stable System Operation，PICASSO）成功上線(xiàn)運(yùn)行，覆蓋了歐洲大陸的27 個(gè)國(guó)家（30 個(gè)TSO），后續(xù)還將覆蓋更多的TSO。

然而，無(wú)論多個(gè)控制區(qū)如何協(xié)作，始終難以完全消除控制區(qū)之間的無(wú)序調(diào)整，無(wú)法超越單一控制區(qū)的控制效果，如何實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)多控制區(qū)有功功率的集中控制也引起了國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)的關(guān)注。中國(guó)南方電網(wǎng)將各省網(wǎng)作為“等值機(jī)”，通過(guò)總調(diào)（類(lèi)似“網(wǎng)調(diào)”）統(tǒng)一組織實(shí)施有功頻率控制；北美部分區(qū)域電網(wǎng)將多個(gè)BAA 合并，擴(kuò)大原有平衡區(qū)的范圍。

1）多控制區(qū)統(tǒng)一調(diào)頻

中國(guó)南方區(qū)域調(diào)頻市場(chǎng)在2021 年7 月投入正式運(yùn)行，南方電網(wǎng)為適應(yīng)其“統(tǒng)一出清、統(tǒng)一調(diào)頻”的要求，構(gòu)建了統(tǒng)一調(diào)頻控制區(qū)架構(gòu)，改變了以往省網(wǎng)采用TBC 模式時(shí)“各自為政”的情況，打破了各省區(qū)、各級(jí)調(diào)度之間的壁壘，實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)范圍內(nèi)AGC機(jī)組的無(wú)差別化調(diào)用［25］。在具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，除了與南方電網(wǎng)主網(wǎng)異步互聯(lián)的云南電網(wǎng)，其余省網(wǎng)由總調(diào)將ACE 按照各控制區(qū)中標(biāo)調(diào)頻容量比例進(jìn)行分配，與文獻(xiàn)［41］提出的分級(jí)協(xié)調(diào)控制模式下的“全網(wǎng)統(tǒng)一平衡”類(lèi)似，在保持了網(wǎng)、省2 級(jí)控制主體的前提下，由總調(diào)統(tǒng)一分配調(diào)節(jié)量。實(shí)際運(yùn)行中，南方電網(wǎng)為避免全網(wǎng)恒定頻率控制模式下引起省間聯(lián)絡(luò)線(xiàn)潮流偏離計(jì)劃過(guò)大的問(wèn)題，一方面，在組織區(qū)域調(diào)頻市場(chǎng)時(shí)依據(jù)斷面控制要求劃分多個(gè)調(diào)頻資源分布區(qū)，給各調(diào)頻資源分布區(qū)內(nèi)的調(diào)頻容量設(shè)置下限，避免實(shí)時(shí)控制環(huán)節(jié)調(diào)頻資源的不合理分布導(dǎo)致斷面潮流大范圍變化［42］；另一方面，通過(guò)三次調(diào)頻（實(shí)時(shí)發(fā)電計(jì)劃）調(diào)整聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率，在一定時(shí)間周期內(nèi)將聯(lián)絡(luò)線(xiàn)計(jì)劃功率偏差控制在合理范圍內(nèi)［25］。南方電網(wǎng)通過(guò)放松實(shí)時(shí)控制環(huán)節(jié)對(duì)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)計(jì)劃功率的嚴(yán)格控制要求，實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)范圍內(nèi)調(diào)頻資源的優(yōu)化調(diào)用，提高了電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

2）多區(qū)域合并為單一控制區(qū)實(shí)施控制

在ADI 的推廣應(yīng)用中，有一些實(shí)施過(guò)程因?yàn)锽AA 合并而被取消［31］。因?yàn)闊o(wú)論BAA 采用何種協(xié)同方法［43］，都比不上將幾個(gè)BAA 合并為一個(gè)單獨(dú)控制區(qū)共享調(diào)頻資源更加高效，尤其是在應(yīng)對(duì)大規(guī)模新能源接入后的有功平衡場(chǎng)景［44］。文獻(xiàn)［45］測(cè)算了擁有32 個(gè)BAA 的美國(guó)西部電力協(xié)調(diào)委員會(huì)（Western Electricity Coordinating Council，WECC）進(jìn)行BAA 合并后可能降低的運(yùn)行成本，文獻(xiàn)［46］進(jìn)一步測(cè)算了WECC 中新能源滲透比例為11%、33%等情形下減少的運(yùn)行成本。BAA 合并后，意味著形成的大控制區(qū)中僅有一個(gè)BAA，原來(lái)的BAA 都轉(zhuǎn)變?yōu)榉謪^(qū)（zone），分區(qū)仍然像原來(lái)的BAA 一樣維持內(nèi)部供需平衡，但新的BAA 會(huì)加強(qiáng)不同分區(qū)之間的電力電量互濟(jì)。

需要指出的是，BAA 的合并需要對(duì)原有控制架構(gòu)進(jìn)行改變，尤其涉及有功平衡控制責(zé)任、電力市場(chǎng)組織方式的變化，難以在美國(guó)所有區(qū)域電網(wǎng)推行實(shí)施，通過(guò)改進(jìn)ADI 的優(yōu)化分配方法以達(dá)到BAA 合并后的控制效果也是一個(gè)研究方向［47］。BAA 合并的技術(shù)方式與文獻(xiàn)［41］中描述的區(qū)域電網(wǎng)集中控制模式類(lèi)似，即全網(wǎng)的調(diào)頻資源均由一個(gè)調(diào)度機(jī)構(gòu)的AGC 系統(tǒng)來(lái)統(tǒng)一調(diào)用。

2.1.2 故障情況下的頻率控制

當(dāng)某個(gè)控制區(qū)發(fā)生大規(guī)模功率缺失的故障后，自身的備用容量無(wú)法填補(bǔ)功率缺額，威脅到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，一般由所屬的區(qū)域電網(wǎng)統(tǒng)一組織對(duì)功率缺額的分?jǐn)偺幚硪钥焖倩謴?fù)電網(wǎng)頻率。國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)都有相關(guān)的故障處理機(jī)制。

中國(guó)電網(wǎng)由網(wǎng)調(diào)負(fù)責(zé)處理特定設(shè)備及省網(wǎng)發(fā)生的故障。例如：華東網(wǎng)調(diào)采用動(dòng)態(tài)ACE 將大機(jī)組跳閘、直流閉鎖等大功率缺額按照預(yù)設(shè)比例分?jǐn)偟礁魇∈须娋W(wǎng)控制區(qū)［48］；西北網(wǎng)調(diào)構(gòu)建了擾動(dòng)事件的邏輯矩陣模型，提出了考慮安全約束的故障功率分?jǐn)偛呗砸约翱刂茀^(qū)間功率支援電量動(dòng)態(tài)核算方法［49］；華北網(wǎng)調(diào)將備用枯竭和充足的控制區(qū)臨時(shí)組成跨省大控制區(qū)，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)調(diào)度協(xié)調(diào)控制優(yōu)化和備用的實(shí)時(shí)共享［50］；西南網(wǎng)調(diào)針對(duì)四川、重慶電網(wǎng)水火電分布不均帶來(lái)的調(diào)節(jié)能力差異大、嵌套斷面安全約束復(fù)雜的特點(diǎn)，提出了考慮動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程的多省網(wǎng)協(xié)同控制方法［51］。

北美電網(wǎng)的RTO 和ISO 負(fù)責(zé)組織處理BAA 發(fā)生的故障，如西南電力聯(lián)營(yíng)體（Southwest Power Pool，SPP）建立的故障下多BAA 備用共享流程：故障發(fā)生的BA 向SPP 上報(bào)故障信息，包括損失的功率值；隨后，SPP 會(huì)組織其他BAA 分?jǐn)偣收先鳖~，分?jǐn)偙壤话銥樯弦荒旮鰾AA 的系統(tǒng)最大負(fù)荷占比；最后，將輔助計(jì)劃（assistance schedule）直接疊加至其他BAA 的ACE 聯(lián)絡(luò)線(xiàn)計(jì)劃功率分量，各BA 按照新的ACE 共同支撐頻率恢復(fù)；如果發(fā)生了后續(xù)連鎖故障，則繼續(xù)按照相同流程和分?jǐn)偡绞教幚恚?2］；中 部 大 陸ISO（Midcontinent ISO，MISO）由3 個(gè)BAA 構(gòu)成，MISO 開(kāi)發(fā)的自動(dòng)備用共享系統(tǒng)采用兩級(jí)決策，當(dāng)MISO 收到故障事件，即NERC 規(guī)定的擾動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)（disturbance control standard）事件，一級(jí)是在MISO 區(qū)域?qū)用媸褂每捎玫男D(zhuǎn)備用；當(dāng)備用不足時(shí)啟動(dòng)二級(jí)，擴(kuò)大到使用曼尼托巴水電公司BAA 的旋轉(zhuǎn)備用。當(dāng)曼尼托巴水電公司BAA 遇到故障時(shí)，有類(lèi)似的兩級(jí)決策過(guò)程。故障發(fā)生后，根據(jù)預(yù)設(shè)比例將請(qǐng)求的故障缺額疊加至BAA 的ACE 聯(lián)絡(luò)線(xiàn)計(jì)劃功率分量上，整體決策和分?jǐn)偺幚頃r(shí)間不超過(guò)2 min［53］。

2.2 多類(lèi)型資源有序調(diào)用

電力系統(tǒng)的有功頻率控制能力來(lái)源于不同類(lèi)型的調(diào)頻資源，有序調(diào)用多類(lèi)型資源是控制流程高效執(zhí)行的關(guān)鍵。常規(guī)的調(diào)頻資源主要為火電和水電機(jī)組，隨著新能源接入比例的提高，其間歇性、隨機(jī)性、波動(dòng)性特點(diǎn)使得有功頻率控制更加困難，電網(wǎng)整體調(diào)節(jié)能力不足。一方面，需要進(jìn)一步挖掘現(xiàn)有常規(guī)電源的調(diào)節(jié)能力，如火電機(jī)組的靈活性改造、抽水蓄能技術(shù)的運(yùn)用和發(fā)展；另一方面，需要進(jìn)一步挖掘各類(lèi)靈活性資源的調(diào)節(jié)潛力，如集中式新能源、電網(wǎng)側(cè)新型儲(chǔ)能、DER 等，發(fā)揮出多類(lèi)型資源的綜合調(diào)節(jié)能力。

2.2.1 常規(guī)電源

早期的電網(wǎng)實(shí)踐中，在AGC 系統(tǒng)中通常將火電機(jī)組投入計(jì)劃基點(diǎn)不參與調(diào)節(jié)（scheduled basepoint with off-regulation，SCHEO）模式跟蹤實(shí)時(shí)發(fā)電計(jì)劃曲線(xiàn)，利用超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)超前控制，將水電機(jī)組投入自動(dòng)基點(diǎn)參與調(diào)節(jié)（automatic basepoint with regulation，AUTOR）模式參與實(shí)時(shí)控制，在時(shí)序上實(shí)現(xiàn)了水、火電機(jī)組的協(xié)調(diào)控制［54］。隨著火電機(jī)組調(diào)頻性能的提高以及多變運(yùn)行工況下的控制需要，文獻(xiàn)［55］利用雙層低通濾波方法，將水、火電機(jī)組分別跟蹤ACE 的不同周期調(diào)節(jié)分量，在正常、故障情況等不同運(yùn)行工況下適時(shí)發(fā)揮水電調(diào)節(jié)速率快、火電調(diào)節(jié)精度高的優(yōu)勢(shì)。

為了增強(qiáng)火電機(jī)組（以燃煤機(jī)組為主）的調(diào)節(jié)支撐能力，需要加快推進(jìn)燃煤機(jī)組靈活性改造［9］。一方面，需要增大燃煤機(jī)組變負(fù)荷的幅度，以往燃煤機(jī)組的最低發(fā)電能力一般為50%額定負(fù)荷，為了實(shí)現(xiàn)新能源的高效消納，很多國(guó)家都實(shí)現(xiàn)了燃煤機(jī)組的超低負(fù)荷運(yùn)行，中國(guó)已有燃煤機(jī)組可降低至10%額定負(fù)荷運(yùn)行［56］，但燃煤機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)爬坡率會(huì)受到限制，受控時(shí)需要考慮其階梯式爬坡率的特點(diǎn)［57］。另一方面，需要提升燃煤機(jī)組在瞬態(tài)過(guò)程的快速變負(fù)荷能力，如通過(guò)主汽閥調(diào)節(jié)、高加或低加抽汽節(jié)流、高加給水旁路、低加凝結(jié)水節(jié)流等靈活調(diào)節(jié)策略實(shí)現(xiàn)。目前，國(guó)際上燃煤機(jī)組可實(shí)現(xiàn)的最大爬坡率達(dá)到每分鐘8%額定負(fù)荷［58］。此外，通過(guò)加裝儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合調(diào)頻也能顯著提高燃煤機(jī)組調(diào)頻性能，如廣東省某火電廠(chǎng)投入儲(chǔ)能參與聯(lián)合調(diào)頻后，月度綜合調(diào)頻性能指標(biāo)均值K由1.5 左右提升至2.3［59］。伴隨著新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建，以燃煤機(jī)組為代表的火電機(jī)組將逐步由主體電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹涡院驼{(diào)節(jié)性電源，對(duì)其靈活性調(diào)節(jié)能力的要求也將更高，相關(guān)研究仍然十分重要。

抽水蓄能電站作為水電站的另一種形式，在國(guó)內(nèi)外也有參與AGC 的應(yīng)用實(shí)踐。文獻(xiàn)［60］針對(duì)直流閉鎖等大功率缺失下僅靠火電機(jī)組難以全部填補(bǔ)的情況，提出了適應(yīng)多臺(tái)抽水蓄能機(jī)組運(yùn)行工況連續(xù)轉(zhuǎn)換下的控制策略；文獻(xiàn)［61］介紹了如何利用抽水蓄能機(jī)組不同運(yùn)行工況切換時(shí)產(chǎn)生的快速爬坡率來(lái)加快頻率恢復(fù)的控制策略。常規(guī)的抽水蓄能機(jī)組發(fā)電工況下調(diào)節(jié)范圍窄，抽水工況下不可調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)能力有限，因此，需要利用可變速技術(shù)提升靈活調(diào)節(jié)能力。文獻(xiàn)［62］介紹了當(dāng)前世界范圍內(nèi)可變速技術(shù)的發(fā)展情況，日本和歐洲一些國(guó)家的可變速抽水蓄能機(jī)組已經(jīng)參與電網(wǎng)有功頻率控制，中國(guó)相對(duì)起步較晚，在建的河北豐寧抽水蓄能電站第11、12 號(hào)機(jī)組是首次引進(jìn)的可變速抽水蓄能機(jī)組［63］，投運(yùn)后其發(fā)電、抽水工況下同時(shí)具備的靈活調(diào)節(jié)能力有助于提升電網(wǎng)有功頻率控制水平。

2.2.2 集中式新能源

集中式新能源在國(guó)內(nèi)外相對(duì)較早地具備了參與AGC 的技術(shù)條件，但在實(shí)際電網(wǎng)中以跟蹤發(fā)電計(jì)劃曲線(xiàn)或自由發(fā)電為主。例如，美國(guó)新英格蘭ISO（ISO New England，ISO-NE）結(jié)合電網(wǎng)安全約束，滾動(dòng)計(jì)算風(fēng)電AGC 機(jī)組的最大調(diào)節(jié)上限，稱(chēng)為“Do-Not-Exceed Limit”［64］，風(fēng) 電AGC 機(jī) 組 可 以 在該限值范圍內(nèi)自由發(fā)電；中國(guó)華北電網(wǎng)也采用了類(lèi)似的方式，在滿(mǎn)足電網(wǎng)平衡約束、電網(wǎng)安全約束的前提下，制定全網(wǎng)風(fēng)電發(fā)電計(jì)劃并由AGC 系統(tǒng)閉環(huán)執(zhí)行［65］；特別地，當(dāng)常規(guī)電源調(diào)頻備用不足時(shí)，可以通過(guò)新能源機(jī)組在一段時(shí)間內(nèi)降額運(yùn)行釋放出常規(guī)電源的向下調(diào)節(jié)空間，承擔(dān)輔助調(diào)峰作用［66］。近年來(lái)，也有一些學(xué)者針對(duì)新能源機(jī)組如何參與AGC 開(kāi)展研究，如文獻(xiàn)［67］考慮常規(guī)電源調(diào)節(jié)里程和新能源棄電水平加權(quán)最小化的實(shí)時(shí)控制策略，并從調(diào)頻容量替代和降低調(diào)節(jié)成本方面說(shuō)明了新能源參與AGC 的優(yōu)勢(shì)；文獻(xiàn)［68］提出了一種考慮風(fēng)力渦輪機(jī)動(dòng)態(tài)運(yùn)行約束和內(nèi)部動(dòng)能的滾動(dòng)時(shí)域控制方法，該策略適用于風(fēng)電接入比例較高的電網(wǎng)。

綜上所述，目前新能源參與實(shí)際電網(wǎng)有功頻率控制并不多，未來(lái)研究和實(shí)踐需要重點(diǎn)考慮以下兩大關(guān)鍵問(wèn)題。

1）參與AGC 對(duì)消納的影響。AGC 機(jī)組需要同時(shí)具備向上、向下調(diào)節(jié)能力，而新能源機(jī)組預(yù)留向上調(diào)頻備用是通過(guò)降額運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的，除影響其消納程度以外，由于新能源發(fā)電成本相對(duì)較低，為了提供向上調(diào)節(jié)服務(wù)需要其降額發(fā)電也是不經(jīng)濟(jì)的［69］。因此，世界各國(guó)新能源參與AGC 的案例中，主要以提供向下調(diào)節(jié)服務(wù)為主，但長(zhǎng)時(shí)間向下調(diào)節(jié)也意味著限電，一定程度上與最大化消納的目標(biāo)相悖，故受限于應(yīng)用至送出斷面安全控制或輔助常規(guī)電源調(diào)峰等特定場(chǎng)景。近年來(lái)，眾多學(xué)者都在分析新能源參與AGC 的有效方式和效果，如文獻(xiàn)［70］研究表明光伏參與AGC 反而可以減少棄光。由于光伏的快速調(diào)節(jié)特性使得求解機(jī)組組合時(shí)可以更快地滿(mǎn)足爬坡率約束，減少常規(guī)電源的開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)，使得更多光伏可以并網(wǎng)發(fā)電，從長(zhǎng)期來(lái)看能夠增加光伏發(fā)電量。因此，新能源參與AGC 是否會(huì)影響其消納還需要繼續(xù)分析研究。

2）調(diào)頻性能是否滿(mǎn)足要求。新能源理論上具備較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力，其處于最佳運(yùn)行階段（風(fēng)速或光照穩(wěn)定）的調(diào)節(jié)精度優(yōu)于火、水電等常規(guī)電源［71］，但由于天氣狀況的不確定性導(dǎo)致其無(wú)法具備穩(wěn)定、可靠的發(fā)電能力，導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)個(gè)體調(diào)頻性能差異大，作為集群參與AGC 時(shí)調(diào)節(jié)能力有限［72］，距離常規(guī)電源提供的調(diào)節(jié)品質(zhì)仍有差距。因此，新能源如何像常規(guī)電源一樣參與有功頻率控制是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外共同關(guān)注的難題。美國(guó)西部的科羅拉多州是唯一要求所有新能源具備AGC 條件的BAA，由于不信任基于發(fā)電預(yù)測(cè)的上調(diào)節(jié)能力評(píng)估，目前新能源機(jī)組僅提供向下調(diào)節(jié)，而向上調(diào)節(jié)主要依靠火電機(jī)組［71］。得克薩斯州電力可靠性委員會(huì)（Electric Reliability Council of Texas，ERCOT）和 加 利 福 尼 亞ISO（California ISO，CAISO）只有少數(shù)新能源電站可以參與AGC，大部分不具備準(zhǔn)入資格。歐洲近年來(lái)對(duì)新能源參與AGC 也很謹(jǐn)慎，比利時(shí)、德國(guó)、丹麥等國(guó)家都開(kāi)展了試點(diǎn)項(xiàng)目，驗(yàn)證了新能源具備提供高可靠性調(diào)節(jié)服務(wù)的能力［73］，但囿于風(fēng)、光發(fā)電的隨機(jī)性，使其參與調(diào)頻市場(chǎng)的可行性較低，對(duì)其可調(diào)備用容量的估計(jì)目前仍不可信。因此，調(diào)頻性能難以像常規(guī)電源一樣滿(mǎn)足電網(wǎng)調(diào)控要求。從歐美國(guó)家的實(shí)踐來(lái)看，為了解決這一問(wèn)題，需要在功率預(yù)測(cè)、市場(chǎng)機(jī)制等方面實(shí)現(xiàn)突破。為了提高新能源穩(wěn)定輸出能力，在電站側(cè)加裝儲(chǔ)能是較為便捷的方式。通過(guò)風(fēng)儲(chǔ)、光儲(chǔ)、風(fēng)光儲(chǔ)等形式，使得新能源電站可以友好并網(wǎng)，如風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電［74］、以共享儲(chǔ)能商業(yè)模式提供給多個(gè)風(fēng)電或光伏電站［75］等形式，儲(chǔ)能可以平滑新能源電站的輸出功率，并降低因壓降出力而導(dǎo)致的棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象。

2.2.3 電網(wǎng)側(cè)新型儲(chǔ)能

電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能、熱（冷）儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能［9］具有良好的調(diào)頻性能，國(guó)內(nèi)外很多電網(wǎng)公司、研究機(jī)構(gòu)和高校都開(kāi)展了研究，取得了豐碩成果［76］。與發(fā)電側(cè)、用戶(hù)側(cè)新型儲(chǔ)能相比，電網(wǎng)側(cè)新型儲(chǔ)能一般單站規(guī)模較大、接入電壓等級(jí)較高、可獨(dú)立運(yùn)行并直接參與電網(wǎng)調(diào)控，北美電網(wǎng)開(kāi)展實(shí)踐較多，主要思路為針對(duì)電網(wǎng)側(cè)新型儲(chǔ)能的快速調(diào)節(jié)特性，設(shè)置了專(zhuān)門(mén)的快速調(diào)節(jié)信號(hào)，與常規(guī)機(jī)組的慢速信號(hào)區(qū)分開(kāi)。賓州—新澤西—馬里蘭電力 系 統(tǒng)（Pennsylvania—New Jersey—Maryland，PJM）自2009 年起，在全球范圍首次開(kāi)展了電網(wǎng)側(cè)新型儲(chǔ)能（以飛輪和電化學(xué)儲(chǔ)能為主）參與調(diào)頻市場(chǎng)以及在AGC 系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用研究。具體實(shí)現(xiàn)上，PJM 提供了慢速調(diào)頻資源產(chǎn)品（RegA，以火電為主）和快速調(diào)頻資源產(chǎn)品（RegD，以?xún)?chǔ)能為主），RegA 和RegD 的計(jì)算方法也結(jié)合實(shí)踐歷經(jīng)了多次調(diào)整和優(yōu)化［77］。2015 年，PJM 曾嘗試將一些大型水電機(jī)組和儲(chǔ)能一起作為快速調(diào)頻資源產(chǎn)品，降低了RegD 的市場(chǎng)出清價(jià)格［78］。ISO-NE 在2015 年提出了能量中性（energy neutral）調(diào)度算法［79］，通過(guò)提取ACE 的高頻分量并考慮飛輪儲(chǔ)能的調(diào)節(jié)范圍，類(lèi)似于PJM 的RegD，但具體執(zhí)行又分為能量中性連續(xù)（考慮爬坡率的持續(xù)指令）和能量中性三元（滿(mǎn)充、滿(mǎn)放、回歸中點(diǎn)的3 類(lèi)階躍指令）兩種；與此同時(shí)，ISO-NE 保留1 個(gè)慢速信號(hào)用于常規(guī)調(diào)頻資源控制，類(lèi)似于RegA［80］。MISO 提出了針對(duì)快速調(diào)頻資源的AGC增強(qiáng)信號(hào)，采用優(yōu)先級(jí)分配策略，在AGC 系統(tǒng)中優(yōu)先調(diào)用快速調(diào)節(jié)控制組［81］。目前，實(shí)際針對(duì)新型儲(chǔ)能如何參與AGC 并與常規(guī)電源協(xié)調(diào)，主要還是通過(guò)濾波算法分配一個(gè)快速調(diào)節(jié)信號(hào)，相關(guān)的學(xué)術(shù)研究也是延續(xù)這一思路并不斷加以完善和豐富。例如，文獻(xiàn)［82］指出RegD 仍然是電化學(xué)儲(chǔ)能參與AGC的主要思路，并提出一種改進(jìn)的H2 濾波策略，與現(xiàn)有RegD 相比，由于考慮了通信延遲對(duì)控制過(guò)程的影響，可以降低總體調(diào)頻備用需求，并提升AGC 調(diào)節(jié)品質(zhì)。

歐美國(guó)家針對(duì)電網(wǎng)側(cè)新型儲(chǔ)能開(kāi)展應(yīng)用實(shí)踐較早，取得了較好的應(yīng)用效果，中國(guó)近期也開(kāi)展了應(yīng)用實(shí)踐。2018 年7 月，江蘇電網(wǎng)首次實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站參與AGC 系統(tǒng)閉環(huán)控制。運(yùn)行情況表明，儲(chǔ)能的調(diào)頻性能遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)機(jī)組［83］，國(guó)慶期間正式投運(yùn)后顯著提升了江蘇電網(wǎng)控制性能標(biāo)準(zhǔn)（control performance standard，CPS）中的CPS1 指標(biāo)。目前，電網(wǎng)側(cè)新型儲(chǔ)能已經(jīng)可以提供可靠的調(diào)節(jié)服務(wù)，未來(lái)也將由商業(yè)化初期步入規(guī)?；l(fā)展階段。2022年初，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局在《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》中指出“合理布局電網(wǎng)側(cè)新型儲(chǔ)能，著力提升電力安全保障水平和系統(tǒng)綜合效率”的要求［84］，為面向新型電力系統(tǒng)的電網(wǎng)側(cè)新型儲(chǔ)能建設(shè)提供政策支撐，未來(lái)將在電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行中發(fā)揮更大作用。

2.2.4 DER

DER 一般分布在配電網(wǎng)中，數(shù)量眾多且分散，需要聚合成為DER 集群參與電網(wǎng)調(diào)控。歐美國(guó)家開(kāi)展相關(guān)研究較早，近年來(lái)已進(jìn)入應(yīng)用階段。美國(guó)CAISO 在2016 年啟動(dòng)了DER 集群參與電能量和輔助服務(wù)市場(chǎng)的試點(diǎn)項(xiàng)目［85］，也是美國(guó)首個(gè)開(kāi)展DER集群參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的ISO，但當(dāng)時(shí)還不具備規(guī)模化應(yīng)用條件。為了更好地促進(jìn)DER 參與到電網(wǎng)調(diào)控中，2020 年聯(lián)邦能源管理委員會(huì)（Federal Energy Regulatory Commission，F(xiàn)ERC）在發(fā)布的第2222 號(hào)法案［86］中，要求RTO 和ISO 允許DER 聚合商參與電力市場(chǎng)，并且允許參與市場(chǎng)的DER 聚合商最低準(zhǔn)入容量設(shè)置為0.1 MW，為DER 能參與到電力市場(chǎng)中掃清了很多障礙。隨后，NERC 也成立了DER 對(duì)系統(tǒng)規(guī)劃影響工作組（System Planning Impacts from DERs Working Group），專(zhuān) 門(mén) 針 對(duì)DER 集群并網(wǎng)后對(duì)大電網(wǎng)的規(guī)劃、運(yùn)行、設(shè)計(jì)以及穩(wěn)定性的影響［87］，推進(jìn)大規(guī)模DER 參與電網(wǎng)實(shí)際調(diào)控。目前，PJM 電網(wǎng)居民及工商業(yè)側(cè)DER 參與電力市場(chǎng)的規(guī)模已經(jīng)超過(guò)7 000 MW，提高了PJM 電網(wǎng)運(yùn)行靈活性［88］。歐洲國(guó)家同樣關(guān)注DER 參與市場(chǎng)的變化和挑戰(zhàn)，意大利、英國(guó)、德國(guó)、丹麥等都開(kāi)展了DER 聚合后參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的實(shí)踐，如丹麥將最低投標(biāo)規(guī)模降低至0.3 MW，其他國(guó)家降低至1 MW；在下一階段，意大利試圖將最小投標(biāo)規(guī)模降低至0.2 MW，以吸引電動(dòng)汽車(chē)參與輔助服務(wù)市場(chǎng)［89］。2021 年，國(guó)家能源局在發(fā)布的《光儲(chǔ)荷互動(dòng)控制運(yùn)行技術(shù)導(dǎo)則》［90］中，針對(duì)35 kV 及以下并網(wǎng)的DER 參與AGC 提出了技術(shù)條件和要求，如容量應(yīng)超過(guò)2 MW、每分鐘調(diào)節(jié)速率應(yīng)高于10%可調(diào)容量等。

DER 參與AGC 的首要技術(shù)難題是如何對(duì)其進(jìn)行合理聚合，形成一定規(guī)模的DER 集群。目前，國(guó)內(nèi)外研究對(duì)DER 集群的典型方式，主要包括基于地理位置（或電氣邊界）、基于商業(yè)代理關(guān)系和基于云端管控平臺(tái)等，具體來(lái)說(shuō)：

1）基于地理位置自然形成DER 集群主要是指主動(dòng)配電網(wǎng)（系統(tǒng)）、微電網(wǎng)等聚合方式，可以裝設(shè)EMS 進(jìn)行自主控制。其中，微電網(wǎng)不僅可以向大電網(wǎng)提供調(diào)頻服務(wù)，在異常情況下也可以獨(dú)立運(yùn)行，孤網(wǎng)方式下的頻率控制問(wèn)題也是研究熱點(diǎn)［91］。

2）基于商業(yè)代理關(guān)系形成DER 集群主要是指利用VPP 來(lái)調(diào)度DER 進(jìn)行發(fā)電、儲(chǔ)能或釋放靈活的電力需求，使得DER 參與電力市場(chǎng)交易并向電網(wǎng)提供靈活性服務(wù)。對(duì)此，冀北電網(wǎng)做了很多代表性的工作［92］。德國(guó)Next Kraftwerke 公司是世界上最大的VPP 運(yùn)營(yíng)商之一，截至2022 年第四季度已經(jīng)管理了15 346 個(gè)DER 單元，總體規(guī)模達(dá)到12 294 MW，應(yīng)用范圍覆蓋至歐洲的7 個(gè)TSO［93］。VPP 將成為新型電力系統(tǒng)中調(diào)頻資源的重要組成部分［94］。

3）基于云端聚類(lèi)算法形成DER 集群主要是基于云端聚類(lèi)算法形成DER 集群，強(qiáng)調(diào)動(dòng)態(tài)分層分區(qū)聚合，通過(guò)“云端管控平臺(tái)”將DER 進(jìn)行動(dòng)態(tài)分群聚類(lèi)形成，云端管控平臺(tái)既可以位于VPP 決策層［95］，也可以位于配電網(wǎng)EMS［96］或者輸電網(wǎng)調(diào)度控制中心［97］，主要為一種適配“云邊協(xié)同”信息架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方式。

DER 形成集群以后，如何參與AGC 是另一個(gè)技術(shù)難題，目前的研究中主要有2 類(lèi)實(shí)現(xiàn)方式。

1）以集群方式直接參與AGC

DER 集群以負(fù)荷聚合商、VPP 等形式直接接入AGC 系統(tǒng)中，進(jìn)行控制對(duì)象建模以參與統(tǒng)一的調(diào)節(jié)量分配。中國(guó)電網(wǎng)對(duì)負(fù)荷側(cè)DER 集群參與電網(wǎng)調(diào)控方面的研究較多，取得了一些應(yīng)用成果［98］。華北電網(wǎng)率先實(shí)現(xiàn)了可調(diào)節(jié)負(fù)荷參與電網(wǎng)AGC 系統(tǒng)閉環(huán)控制和調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)的應(yīng)用實(shí)踐［99］，創(chuàng)新構(gòu)建了適應(yīng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同的自動(dòng)功率控制（automatic power control，APC）架構(gòu)［100］，APC 將偏重發(fā)電側(cè)的AGC 功能向負(fù)荷側(cè)進(jìn)一步深化拓展，其控制對(duì)象涵蓋了可調(diào)節(jié)負(fù)荷、儲(chǔ)能等新型調(diào)頻資源，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電、負(fù)荷側(cè)資源的綜合協(xié)調(diào)控制。同時(shí)，西南電網(wǎng)也開(kāi)展了源網(wǎng)荷儲(chǔ)多級(jí)協(xié)同調(diào)控示范工程建設(shè)，依托“直采直控”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)調(diào)對(duì)可調(diào)節(jié)負(fù)荷（位于重慶的電動(dòng)汽車(chē)充電站）的秒級(jí)快速控制［101］。2022 年6月，國(guó)家能源局正式發(fā)布了《可調(diào)節(jié)負(fù)荷并網(wǎng)運(yùn)行與控制技術(shù)規(guī)范》系列13 項(xiàng)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［102］，為未來(lái)可調(diào)節(jié)負(fù)荷的發(fā)展提供了指導(dǎo)。

在DER 集群如何與常規(guī)電源協(xié)調(diào)的策略研究方面，目前一些結(jié)合實(shí)際電網(wǎng)AGC 系統(tǒng)中控制邏輯的研究，主要認(rèn)為DER 集群調(diào)節(jié)速率較快，如變頻空調(diào)集群［103］、微電網(wǎng)［104］等可以響應(yīng)RegD 的調(diào)節(jié)需求，從而與常規(guī)電源跟蹤的RegA 共同控制ACE。也有一些學(xué)者提出了新的控制方法，如文獻(xiàn)［105］提出了基于分布式一致性算法的DER 集群和常規(guī)電源的協(xié)調(diào)控制策略，在擾動(dòng)發(fā)生初期通過(guò)算法發(fā)揮DER 集群的快速調(diào)節(jié)能力縮小ACE，在ACE 恢復(fù)到一定階段時(shí)，讓所有常規(guī)電源逐步置換DER 集群的調(diào)節(jié)空間，以應(yīng)對(duì)下一次擾動(dòng)。然而，DER 集群是否可以像電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能一樣作為快速調(diào)頻資源，還需要綜合考慮DER 集群的規(guī)模和持續(xù)調(diào)節(jié)能力，在發(fā)展初期，其綜合調(diào)頻性能并不一定優(yōu)于常規(guī)電源，需要分階段制定控制策略。

2）集群通過(guò)輸配協(xié)同方式參與AGC

由于微電網(wǎng)、主動(dòng)配電網(wǎng)等聚合形式接入范圍都在配電網(wǎng)，傳統(tǒng)的輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)的調(diào)控業(yè)務(wù)分離，不利于大規(guī)模DER 接入后的監(jiān)視和控制。中國(guó)電網(wǎng)已經(jīng)開(kāi)展了輸配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的2 種建設(shè)模式研究，實(shí)現(xiàn)了輸配協(xié)同的拓?fù)浞治龊统绷饔?jì)算的應(yīng)用實(shí)踐［106］；文獻(xiàn)［107］介紹了主動(dòng)配電網(wǎng)與輸電網(wǎng)協(xié)同交互的技術(shù)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了日前、日內(nèi)、實(shí)時(shí)計(jì)劃的聯(lián)合優(yōu)化。

目前，中國(guó)針對(duì)有功頻率控制方面的輸配協(xié)同機(jī)制研究和實(shí)踐仍然較少，而歐美國(guó)家相對(duì)開(kāi)展較多。例如，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（National Renewable Energy Laboratory）針對(duì)DER 參與AGC開(kāi)展了專(zhuān)項(xiàng)研究［108］，指出DER 聚合商參與電網(wǎng)調(diào)控的關(guān)鍵是解決輸-配電網(wǎng)交互的難題，其中，DER單元、DER 聚合商和調(diào)度控制中心通信環(huán)節(jié)的延遲性和穩(wěn)定性對(duì)調(diào)頻性能產(chǎn)生影響，在設(shè)計(jì)控制策略時(shí)需要充分考慮；文獻(xiàn)［109］介紹了瑞典電網(wǎng)TSO和配電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（distribution system operator，DSO）協(xié)同的基本架構(gòu)和責(zé)任分配機(jī)制，充分利用配電網(wǎng)側(cè)的資源提高電網(wǎng)整體的運(yùn)行靈活性。近年來(lái)，歐洲電網(wǎng)開(kāi)展了較多實(shí)踐，國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司（International Business Machines Corporation，IBM）與德國(guó)和荷蘭的TenneT、意大利的Terna、瑞士的Swissgrid、奧地利的APG（Austrian Power Grid）、德國(guó)的TransnetBW 共同打造了區(qū)塊鏈新能源平臺(tái)Equigy，協(xié)同TSO、DSO 和DER 聚合商實(shí)現(xiàn)了海量DER 與TSO 的 實(shí) 時(shí) 交 互。2023 年4 月，荷 蘭 的TenneT 通過(guò)Equigy 平臺(tái)使得DER 參與二次調(diào)頻市場(chǎng)，增強(qiáng)了荷蘭電網(wǎng)有功頻率控制能力［110］。

此外，也有一些學(xué)者針對(duì)DER 集群的調(diào)控需要，提出相比于傳統(tǒng)AGC 根據(jù)高電壓等級(jí)劃分控制區(qū)，可設(shè)置更低電壓等級(jí)、更小地理范圍的控制區(qū)實(shí)現(xiàn)局域電網(wǎng)有功功率平衡。例如，文獻(xiàn)［111］提出建立局域控制區(qū)（local control area，LCA）的概念，LCA 比傳統(tǒng)AGC 定義的控制區(qū)更?。ㄓ蓭讉€(gè)變電站構(gòu)成），LCA 通過(guò)控制DER 快速實(shí)現(xiàn)內(nèi)部擾動(dòng)后的有功平衡，上一級(jí)協(xié)調(diào)層可以實(shí)現(xiàn)不同LCA 之間的功率支援；文獻(xiàn)［112］進(jìn)一步考慮LCA 之間聯(lián)絡(luò)線(xiàn)潮流波動(dòng)情況設(shè)置“區(qū)域優(yōu)先”恢復(fù)策略，在提升電網(wǎng)整體調(diào)頻性能的前提下兼顧潮流安全分布；文獻(xiàn)［113］針對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能的運(yùn)行特點(diǎn)也提出了類(lèi)似的技術(shù)思路。

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)DER 參與AGC 的研究很多，但DER 參與AGC 仍存在較多問(wèn)題亟待解決。一方面，DER 容量小、數(shù)量多，主要以集群方式參與電網(wǎng)調(diào)控，如負(fù)荷聚合商、VPP 等，降低容量的準(zhǔn)入門(mén)檻有利于提高其參與電網(wǎng)調(diào)控的積極性，但也意味著DER 集群距離常規(guī)調(diào)頻資源的裝機(jī)容量和爬坡率的差距進(jìn)一步增大，電網(wǎng)側(cè)是否需要進(jìn)一步聚合、聚合到多大規(guī)模，以及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)體系仍然需要研究；另一方面，DER 具有異質(zhì)化、時(shí)變化的特點(diǎn)，聚合后的DER 集群外特性受到天氣、運(yùn)行狀態(tài)、內(nèi)部控制策略等影響，AGC 系統(tǒng)在建立控制模型時(shí)難以設(shè)定調(diào)節(jié)范圍、速率等關(guān)鍵參數(shù)，因而準(zhǔn)確刻畫(huà)外特性是亟待解決的難題。

2.2.5 考慮多類(lèi)型資源參與的調(diào)頻市場(chǎng)

完備的調(diào)頻市場(chǎng)機(jī)制是不同類(lèi)型調(diào)頻資源參與AGC 的基礎(chǔ)前提和激勵(lì)手段。調(diào)頻備用，也稱(chēng)為AGC 備用、負(fù)荷頻率控制、上調(diào)和下調(diào)備用等。一般來(lái)說(shuō)，由于調(diào)頻備用對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行也至關(guān)重要，因而在各類(lèi)備用中一般具有相對(duì)較高的出清價(jià)格。對(duì)其備用容量需求計(jì)算、調(diào)用策略以及激勵(lì)補(bǔ)償機(jī)制是調(diào)頻市場(chǎng)相關(guān)研究中的關(guān)鍵內(nèi)容。

1）調(diào)頻備用容量需求計(jì)算

調(diào)度控制中心作為“買(mǎi)方”，在調(diào)頻市場(chǎng)交易中需要關(guān)心的是購(gòu)買(mǎi)多少調(diào)頻容量才能滿(mǎn)足AGC 的調(diào)節(jié)需要。歐美的電力市場(chǎng)較為成熟，不同電網(wǎng)結(jié)合自身特點(diǎn)也采取了不盡相同的容量設(shè)定方法。美國(guó)電力市場(chǎng)的調(diào)頻備用主要是應(yīng)對(duì)正常運(yùn)行狀態(tài)下的調(diào)節(jié)需求，大部分RTO 或ISO 主要為了滿(mǎn)足CPS1、平 衡 監(jiān) 管 區(qū)ACE 限 制（balancing authority ACE limit，BAAL）考核指標(biāo)的控制要求，調(diào)頻備用容量一般取定值或每小時(shí)變化值，如PJM 在爬坡時(shí)段恒定為800 MW，非爬坡時(shí)段恒定為525 MW，但具體的爬坡和非爬坡時(shí)段在不同季節(jié)設(shè)定有差異［114］；其他的RTO 和ISO 沒(méi)有像PJM 一樣給出固定的需求，如紐約ISO（New York ISO，NYISO）根據(jù)不同時(shí)段和季節(jié)采用175～300 MW 的容量，CAISO 根據(jù)最大負(fù)荷的百分?jǐn)?shù)，MISO 根據(jù)調(diào)度人員經(jīng)驗(yàn)針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況采用300～500 MW 的容量，ERCOT 根據(jù)幾類(lèi)歷史數(shù)據(jù)的98.8%取最大值，ISO-NE 根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求采用每小時(shí)可變的備用容量［115］。歐洲采用完整調(diào)用時(shí)間（full activation time，F(xiàn)AT）來(lái)確定調(diào)頻備用容量的需求，各控制區(qū)的調(diào)頻備用一般不會(huì)大于控制區(qū)范圍內(nèi)最大單機(jī)跳閘缺額，故還需要調(diào)用人工調(diào)頻備用恢復(fù)頻率。

相比于歐美國(guó)家，中國(guó)現(xiàn)階段對(duì)調(diào)頻市場(chǎng)的定義不太明確，由于以往各省網(wǎng)AGC 系統(tǒng)不僅需要滿(mǎn)足隨機(jī)負(fù)荷波動(dòng)，還需要在新能源大幅功率波動(dòng)、發(fā)電設(shè)備故障等大規(guī)模功率變化情況下支撐ACE 及頻率快速恢復(fù)。實(shí)際應(yīng)用中，一般通過(guò)控制模式自適應(yīng)切換、網(wǎng)省協(xié)調(diào)（如動(dòng)態(tài)ACE）等充分利用各區(qū)域的調(diào)頻資源，因而在各調(diào)頻市場(chǎng)試點(diǎn)工程的建設(shè)過(guò)程中，根據(jù)調(diào)頻市場(chǎng)出清結(jié)果直接用于AGC 系統(tǒng)閉環(huán)執(zhí)行存在較多不適應(yīng)，如為了保證控制有效性，給AGC 機(jī)組設(shè)置的“計(jì)劃帶寬”在ACE 較大時(shí)是允許臨時(shí)放開(kāi)的［25］。

綜上所述，目前國(guó)內(nèi)外實(shí)際電網(wǎng)大多采用系統(tǒng)負(fù)荷、開(kāi)機(jī)容量的固定百分?jǐn)?shù)或者根據(jù)歷史波動(dòng)數(shù)據(jù)采用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算，已經(jīng)難以適應(yīng)高比例新能源電力系統(tǒng)的靈活性調(diào)節(jié)需求，尋找更為精細(xì)化的調(diào)頻備用動(dòng)態(tài)配置方法是兼顧電網(wǎng)安全性和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵［116］。同時(shí)，當(dāng)多類(lèi)型資源參與調(diào)頻市場(chǎng)后，對(duì)于備用容量計(jì)算和不同類(lèi)型資源配置要求將發(fā)生變化，并與采取的AGC 策略密切相關(guān)［117］。

2）調(diào)頻單元的調(diào)用策略

調(diào)頻市場(chǎng)的主要目的是確定哪些調(diào)節(jié)資源可以作為AGC 機(jī)組承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)。在AGC 系統(tǒng)閉環(huán)控制中，一方面，可以采用優(yōu)先級(jí)、比例分擔(dān)等傳統(tǒng)分配策略，以保證控制過(guò)程的有效性；另一方面，調(diào)頻市場(chǎng)出清結(jié)果也給出了調(diào)用不同機(jī)組的價(jià)格。為了減少實(shí)際的調(diào)節(jié)成本，可以參考機(jī)組報(bào)價(jià)進(jìn)行調(diào)用以提升控制過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性，如PJM 采用基于調(diào)節(jié)成本的經(jīng)濟(jì)性排序策略，主要包括實(shí)時(shí)的機(jī)會(huì)成本和調(diào)頻里程價(jià)格，雖然PJM 的調(diào)用策略主要是從經(jīng)濟(jì)性考慮，但為了保證電網(wǎng)控制的可靠性，參與調(diào)頻市場(chǎng)的發(fā)電單元的調(diào)頻性能需要滿(mǎn)足要求。

近年來(lái)，歐洲雖然建立了統(tǒng)一的電力市場(chǎng)，但大多數(shù)控制區(qū)的AGC 系統(tǒng)仍然保留了原有的比例分擔(dān)分配策略，而奧地利、德國(guó)、荷蘭、波蘭等國(guó)家的AGC 為了提高經(jīng)濟(jì)性，按照各自平衡市場(chǎng)形成的報(bào)價(jià)列表（merit order list）依次調(diào)用，同時(shí)提出了一些增加整體響應(yīng)速度的方法以降低按照調(diào)頻市場(chǎng)出清序列的調(diào)用策略帶來(lái)的控制能力下降。例如，通過(guò)減少FAT 增加調(diào)用資源的數(shù)量、增大反饋控制環(huán)節(jié)中比例和積分增益系數(shù)來(lái)提高單次調(diào)用的調(diào)節(jié)量、增加已下發(fā)調(diào)節(jié)量反饋減少積分分量過(guò)大帶來(lái)的超調(diào)等改進(jìn)方法［26］。

美國(guó)電力市場(chǎng)中允許屬于某個(gè)BAA 的調(diào)頻單元為其他BAA 提供調(diào)頻輔助服務(wù)，這些調(diào)頻單元在調(diào)節(jié)過(guò)程中通過(guò)動(dòng)態(tài)傳輸（dynamic transfer，DT）技術(shù)［118］避免影響到本區(qū)域的ACE。在實(shí)際應(yīng)用中，各ISO 和RTO 將遙測(cè)信號(hào)直接作用到各BAA 的ACE 計(jì)算中，在聯(lián)絡(luò)線(xiàn)實(shí)際或計(jì)劃功率分量中考慮提供輔助服務(wù)的市場(chǎng)主體（發(fā)電機(jī)或負(fù)荷）的實(shí)際功率，DT 實(shí)現(xiàn)了ACE 中聯(lián)絡(luò)線(xiàn)計(jì)劃功率分量的實(shí)時(shí)調(diào)整［119］。DT 考慮負(fù)荷/發(fā)電所在地理范圍與調(diào)管（責(zé)任）權(quán)是否一致，分為動(dòng)態(tài)計(jì)劃（dynamic schedule，DS）和偽聯(lián)絡(luò)線(xiàn)（pseudo-tie，PT）2 種實(shí)施方式：a）DS 主要針對(duì)特定DS 機(jī)組修正聯(lián)絡(luò)線(xiàn)計(jì)劃功率分量，為控制區(qū)之間共享調(diào)頻備用的主要方式；b）PT 主要針對(duì)特定PT 機(jī)組修正聯(lián)絡(luò)線(xiàn)實(shí)際功率分量，類(lèi)似于中國(guó)省網(wǎng)控制區(qū)在構(gòu)建ACE 封閉區(qū)時(shí)，將上級(jí)調(diào)度管轄電廠(chǎng)出線(xiàn)作為廣義聯(lián)絡(luò)線(xiàn)，將其實(shí)際發(fā)電功率作為ACE 的聯(lián)絡(luò)線(xiàn)實(shí)際交換（相當(dāng)于區(qū)外受入）。

3）基于調(diào)頻性能評(píng)估的補(bǔ)償機(jī)制

對(duì)參與調(diào)頻市場(chǎng)的調(diào)節(jié)資源給予合理補(bǔ)償，不僅是促進(jìn)傳統(tǒng)調(diào)節(jié)資源提升調(diào)頻性能的有效手段（如激勵(lì)火電機(jī)組加裝儲(chǔ)能），也是促進(jìn)集中式新能源、電網(wǎng)側(cè)新型儲(chǔ)能、DER 集群等非傳統(tǒng)調(diào)節(jié)資源參與電網(wǎng)有功頻率控制的必要保障和激勵(lì)方式。為了更加公平地量化各類(lèi)調(diào)節(jié)資源對(duì)電網(wǎng)調(diào)頻過(guò)程的實(shí)際貢獻(xiàn)，促進(jìn)非傳統(tǒng)調(diào)節(jié)資源參與電網(wǎng)有功頻率控制以提高調(diào)節(jié)品質(zhì)，國(guó)內(nèi)外均從技術(shù)管理手段、市場(chǎng)機(jī)制方面進(jìn)行了較多的研究和實(shí)踐。

美國(guó)為了促進(jìn)非傳統(tǒng)調(diào)節(jié)資源參與電力現(xiàn)貨及輔助服務(wù)市場(chǎng)，F(xiàn)ERC 先后發(fā)布了多項(xiàng)方案。例如，2011 年發(fā)布的755 號(hào)法案提出調(diào)頻市場(chǎng)的補(bǔ)償由容量補(bǔ)償和基于調(diào)節(jié)里程（regulation mileage）的補(bǔ)償2 部分構(gòu)成［120］，區(qū)別于傳統(tǒng)的單一容量補(bǔ)償方式，增加的基于調(diào)頻性能的補(bǔ)償可以通過(guò)經(jīng)濟(jì)手段促進(jìn)擁有更快調(diào)節(jié)速率、更高精度的儲(chǔ)能和新能源等新型調(diào)頻資源參與調(diào)頻市場(chǎng)的積極性；2013 年發(fā)布的784 號(hào)法案強(qiáng)調(diào)輔助服務(wù)市場(chǎng)中選擇調(diào)節(jié)資源種類(lèi)時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注其速率和精度［121］；2018 年發(fā)布的842 號(hào)法案規(guī)定所有并網(wǎng)發(fā)電設(shè)備需要具備一次調(diào)頻能力［122］，也為具備AGC 能力打下了基礎(chǔ)。伴隨著這些法案的發(fā)布，美國(guó)各ISO 和RTO 都設(shè)計(jì)了各自的規(guī) 則，如ISO-NE、PJM、CAISO、MISO 等各RTO 和ISO 提出了不同的調(diào)頻性能指標(biāo)計(jì)算方法［123］。文獻(xiàn)［124］結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)研究了CAISO 和MISO 的準(zhǔn)確性指標(biāo)計(jì)算方法。分析結(jié)果表明，針對(duì)2 種資源的調(diào)節(jié)表現(xiàn)情況，2 個(gè)ISO 的性能指標(biāo)評(píng)價(jià)在某些跟蹤響應(yīng)場(chǎng)景下呈現(xiàn)出了截然不同的結(jié)論，也反映了各自對(duì)機(jī)組調(diào)頻性能的個(gè)性化要求。

特別地，對(duì)于新能源而言，考慮到新能源發(fā)電的不穩(wěn)定性、發(fā)電的邊際成本低以及降額發(fā)電影響消納等因素，需要通過(guò)市場(chǎng)手段才能更好地促進(jìn)新能源參與AGC，而目前世界范圍內(nèi)鮮有新能源參與調(diào)頻市場(chǎng)的案例。一方面，需要加強(qiáng)性能考核和補(bǔ)償，通過(guò)經(jīng)濟(jì)手段引導(dǎo)各新能源市場(chǎng)主體提高發(fā)電穩(wěn)定性，補(bǔ)償因降額發(fā)電帶來(lái)的機(jī)會(huì)成本。例如，文獻(xiàn)［125］介紹了風(fēng)電場(chǎng)跟蹤AGC 系統(tǒng)下發(fā)調(diào)節(jié)指令的試驗(yàn)情況，并利用PJM 現(xiàn)有的調(diào)頻市場(chǎng)規(guī)則進(jìn)行了分析，認(rèn)為基于性能的補(bǔ)償機(jī)制有助于風(fēng)電場(chǎng)在調(diào)頻市場(chǎng)中獲得收益，也會(huì)促進(jìn)風(fēng)電場(chǎng)提高自身調(diào)節(jié)能力以獲得更大收益；文獻(xiàn)［126］結(jié)合美國(guó)各ISO 和RTO 調(diào)頻市場(chǎng)的現(xiàn)狀，研究了新能源參與調(diào)頻市場(chǎng)服務(wù)的可行性，給出了規(guī)避新能源不確定性可能導(dǎo)致調(diào)頻性能降低的市場(chǎng)規(guī)則。另一方面，需要設(shè)計(jì)更接近實(shí)時(shí)的“方向性”調(diào)頻市場(chǎng)，分離向上、向下調(diào)節(jié)服務(wù)，短期內(nèi)新能源先參與向下調(diào)節(jié)服務(wù)，長(zhǎng)期結(jié)合新能源發(fā)電預(yù)測(cè)精度提升、電網(wǎng)控制需求變化等因素可提供完整的雙向調(diào)節(jié)服務(wù)。

2.3 ED 與AGC 的協(xié)調(diào)配合

三次調(diào)頻作為調(diào)頻手段的一種，普遍認(rèn)為是發(fā)電計(jì)劃編制環(huán)節(jié)的一部分，與實(shí)時(shí)控制環(huán)節(jié)相互耦合。因此，需要關(guān)注AGC 與三次調(diào)頻的協(xié)調(diào)配合問(wèn)題。三次調(diào)頻也稱(chēng)為ED 或者安全約束ED，可以根據(jù)系統(tǒng)可調(diào)容量需求置換調(diào)頻備用，形成未來(lái)發(fā)電計(jì)劃曲線(xiàn)作為AGC 機(jī)組的基點(diǎn)功率，這也是傳統(tǒng)概念上三次調(diào)頻的定位。與此同時(shí)，ED 又是一種“前瞻預(yù)控”，準(zhǔn)確的ED 結(jié)果可以降低甚至消除下一階段AGC 的調(diào)節(jié)壓力，如歐洲國(guó)家為了更好地應(yīng)對(duì)DER 大規(guī)模接入平衡問(wèn)題，廣泛采用平衡基團(tuán)（balancing group，BG）作為BRP，參與現(xiàn)貨市場(chǎng)的BG 需要承擔(dān)一段時(shí)間（如15 min）的不平衡成本，增強(qiáng)了電力電量平衡能力，降低了AGC 的調(diào)節(jié)壓力，出現(xiàn)德國(guó)購(gòu)買(mǎi)的調(diào)頻輔助服務(wù)成本逐年下降、荷蘭的ACE 大部分時(shí)刻接近于0 不需要AGC 維持有功平衡［26］等現(xiàn)象。因此，ED 環(huán)節(jié)對(duì)有功頻率控制也起到了重要作用。近期研究中，ED 更加關(guān)注到實(shí)時(shí)安全性問(wèn)題［127］，一個(gè)由AGC 和ED 構(gòu)成的分層協(xié)調(diào)機(jī)制可以在有功頻率控制過(guò)程中兼顧安全性和經(jīng)濟(jì)性，也是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

一方面，ED 基于各類(lèi)預(yù)測(cè)信息實(shí)現(xiàn)“前瞻預(yù)控”，但實(shí)時(shí)性不足，尤其是如何考慮AGC 的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)需求仍然是亟待突破的技術(shù)難題。文獻(xiàn)［128］針對(duì)傳統(tǒng)ED 的實(shí)時(shí)性不足，提出融合了ED 和AGC的“交互控制”的概念，在ED 模型中綜合考慮ACE和預(yù)測(cè)誤差對(duì)功率平衡等式的影響；文獻(xiàn)［129］考慮需求響應(yīng)參與動(dòng)態(tài)市場(chǎng)機(jī)制；文獻(xiàn)［130］為了更好地刻畫(huà)AGC 的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程，在ED 模型中將功率平衡等式改進(jìn)為導(dǎo)數(shù)形式，考慮傳統(tǒng)功率平衡等式和各發(fā)電機(jī)對(duì)ACE 的調(diào)節(jié)作用；后續(xù)又考慮需求側(cè)響應(yīng)參與調(diào)頻市場(chǎng)［131］。文獻(xiàn)［115］在ED 中考慮AGC 動(dòng)態(tài)狀態(tài)變量模型，并通過(guò)將系統(tǒng)分解為快、慢不同模式實(shí)現(xiàn)高維模型的降階，提高計(jì)算效率；文獻(xiàn)［132］在此模型基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮系統(tǒng)靈活性，通過(guò)在魯棒優(yōu)化模型中考慮7 類(lèi)靈活性指標(biāo)提高實(shí)時(shí)靈活調(diào)節(jié)能力；文獻(xiàn)［133］指出，較多ED 研究中考慮分鐘級(jí)的功率波動(dòng)與AGC 的秒級(jí)調(diào)節(jié)無(wú)法匹配，且有功功率不平衡量與AGC 系統(tǒng)下發(fā)的調(diào)節(jié)指令并不完全相同，因此，需要利用調(diào)節(jié)指令的變化規(guī)律和分布特征，在ED 中更好地考慮AGC 調(diào)節(jié)成本；文獻(xiàn)［134］為了實(shí)現(xiàn)ED 和AGC 的協(xié)調(diào)優(yōu)化，在ED 中采用簡(jiǎn)化的連續(xù)時(shí)間模型刻畫(huà)調(diào)節(jié)資源的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特性，以制定兼顧電力電量平衡和AGC 調(diào)節(jié)需求的調(diào)度決策。目前的研究都試圖在ED 模型中更好地考慮和模擬未來(lái)的AGC 調(diào)節(jié)行為，相比以往在優(yōu)化模型中僅考慮固定備用容量更為貼合實(shí)際運(yùn)行。

另一方面，AGC 根據(jù)ACE 進(jìn)行反饋控制，并按照預(yù)設(shè)分配策略調(diào)用AGC 機(jī)組維持有功功率平衡，但經(jīng)濟(jì)性不足，因此，如何在AGC 環(huán)節(jié)中考慮ED結(jié)果也引起了很多關(guān)注。早期的AGC 系統(tǒng)為了使得各機(jī)組與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)偏差盡量小，通常采用機(jī)組實(shí)際與計(jì)劃功率偏差“由大到小”的優(yōu)先級(jí)分配策略，但這種“逐次逼近”方式較為粗放，實(shí)際調(diào)用機(jī)組過(guò)程中其偏離發(fā)電計(jì)劃（ED 結(jié)果）的程度受到ACE正負(fù)性、機(jī)組不同方向調(diào)頻性能差異性的影響。文獻(xiàn)［135］通過(guò)“逆向”將ED 動(dòng)態(tài)地集成到AGC 中，以提升AGC 調(diào)節(jié)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性；文獻(xiàn)［136］綜合考慮了常規(guī)電源、新能源等調(diào)頻資源的特性，在現(xiàn)有結(jié)合ED 的AGC 策略上進(jìn)一步提供更好的調(diào)頻性能。然而，在AGC 中考慮優(yōu)化求解過(guò)程，計(jì)算耗時(shí)仍是短期內(nèi)難以解決的問(wèn)題，需要在算法的效率上有較大突破。文獻(xiàn)［137］提出的AGC 經(jīng)濟(jì)性調(diào)用思路與很多研究工作不同，并沒(méi)有將研究重點(diǎn)放在優(yōu)化算法或者控制理論，而是揭示了如何設(shè)定AGC 機(jī)組的參與因子以達(dá)到類(lèi)似于ED 中的KKT（Karush-Kuhn-Tucker）最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)，該方法值得在AGC 分配策略設(shè)計(jì)中借鑒。

除了技術(shù)層面的耦合，近年來(lái)ED 中也引入了新型輔助服務(wù)產(chǎn)品來(lái)降低調(diào)頻輔助服務(wù)的壓力。美國(guó)和歐洲的一些國(guó)家認(rèn)為，新能源發(fā)電波動(dòng)等不確定因素帶來(lái)電力系統(tǒng)有功功率不平衡量的短時(shí)大幅變化，不應(yīng)當(dāng)完全由調(diào)頻輔助服務(wù)承擔(dān)。因此，近期美國(guó)的MISO、CAISO、SPP，以及英國(guó)、德國(guó)等國(guó)外電力市場(chǎng)提出了靈活備用的新輔助服務(wù)產(chǎn)品，也可稱(chēng)為爬坡容量、負(fù)荷跟蹤、靈活爬坡等，主要目的是應(yīng)對(duì)新能源不確定性帶來(lái)的分鐘級(jí)功率波動(dòng)［138］，定位在正常運(yùn)行而不是故障發(fā)生時(shí)段，爬坡輔助服務(wù)是通過(guò)ED 實(shí)現(xiàn)調(diào)用的。中國(guó)國(guó)家能源局在2021 年發(fā)布的《電力輔助服務(wù)管理辦法》［139］中，也明確提出爬坡輔助服務(wù)的定位是應(yīng)對(duì)可再生能源發(fā)電波動(dòng)等不確定因素帶來(lái)的系統(tǒng)凈負(fù)荷短時(shí)大幅變化，但如何在中國(guó)電力市場(chǎng)中開(kāi)展應(yīng)用實(shí)踐還需要進(jìn)一步研究和探索。

從已有研究來(lái)看，在技術(shù)、市場(chǎng)層面如何實(shí)現(xiàn)ED 和AGC 的協(xié)調(diào)配合已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，但由于技術(shù)上的差異性，大多數(shù)研究還是將ED和AGC 作為兩個(gè)獨(dú)立課題開(kāi)展研究，站在自身角度考慮對(duì)方的特點(diǎn)。ED 和AGC 之間是否有必要建立一個(gè)整體協(xié)作機(jī)制［140］，或者利用先進(jìn)控制算法實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)優(yōu)化”［141-142］，將傳統(tǒng)的計(jì)劃和控制業(yè)務(wù)進(jìn)行有效融合，這種做法是否有利于提高有功頻率控制水平，值得進(jìn)一步研究和思考。

2.4 安全事件檢測(cè)與防御

各類(lèi)安全事件威脅到AGC 系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，如何有效實(shí)施檢測(cè)與防御是技術(shù)難題。一方面，來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部的故障，如發(fā)生關(guān)鍵量測(cè)失效、采集數(shù)據(jù)異常等，可能引發(fā)AGC 系統(tǒng)誤控或者失效；另一方面，世界范圍內(nèi)電力系統(tǒng)遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊事件頻發(fā)，AGC 系統(tǒng)作為EMS 的重要功能，也存在被攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。有效地抵御偶然事故、設(shè)備故障以及蓄意的物理或網(wǎng)絡(luò)攻擊的檢測(cè)和防御技術(shù)，不僅可以提升電網(wǎng)彈性［143］，也是保障電力市場(chǎng)環(huán)境下收益公平、透明的關(guān)鍵［144］。

2.4.1 EMS 故障國(guó)外EMS 出現(xiàn)故障情況較多，導(dǎo)致AGC 系統(tǒng)部分或全部失效的案例時(shí)有發(fā)生，引起了相關(guān)機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)關(guān)注。自2017 年起，NERC 專(zhuān)門(mén)成立了EMS 工作組，每隔2 年左右會(huì)發(fā)布針對(duì)EMS 功能失效情況的研究報(bào)告。在2022 年9 月發(fā)布的第3 版報(bào)告中［145］，工作組分析了2017 至2021 年EMS 故障的數(shù)量統(tǒng)計(jì)、主要原因以及風(fēng)險(xiǎn)防御策略，指出軟件和通信故障是EMS 功能失效的主要原因，約占所有故障事件的68%。如表1 所示，2017 至2021 年期間共發(fā)生了371 起EMS 故障事件，這些事件雖然沒(méi)有直接導(dǎo)致發(fā)電、輸電線(xiàn)路或者負(fù)荷損失，但大多數(shù)事件都影響到AGC 系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對(duì)維持有功功率實(shí)時(shí)平衡造成了很大影響。

表1 2017 至2021 年報(bào)告給NERC 的EMS 失效事件Table 1 EMS failure events reported to NERC between 2017 and 2021

伴隨著EMS 功能失效事件的頻繁發(fā)生，如何提高EMS 主要功能的運(yùn)行穩(wěn)定性受到電網(wǎng)運(yùn)行人員的高度重視，尤其是如何保證EMS 中AGC 系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。近期，美國(guó)ISO-NE 首席技術(shù)專(zhuān)家Eugene Litvinov 院士的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了一些實(shí)用化研究，其中，文獻(xiàn)［146］提出了將向量量測(cè)單元（phase measurement unit，PMU）作為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（supervisory control and data acquisition，SCADA）/EMS 故障的后備手段。由于北美電網(wǎng)的PMU 與中國(guó)電網(wǎng)有明顯區(qū)別，其PMU 系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行于EMS 的內(nèi)部控制中心協(xié)議（inter control center protocol，ICCP）網(wǎng) 絡(luò) 之 外，因 而PMU 不 會(huì) 受 到SCADA/EMS 故障的影響，日常運(yùn)行只需要采集聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率、少量關(guān)鍵母線(xiàn)和機(jī)組量測(cè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合超短期預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)克服系統(tǒng)之間的交互延時(shí)，實(shí)時(shí)閉環(huán)仿真表明其可以滿(mǎn)足CPS1 和BAAL 的有功平衡控制要求。然而，PMU 只能解決數(shù)據(jù)來(lái)源的問(wèn)題，在SCADA/EMS 故障的緊急發(fā)電調(diào)度流程下，調(diào)度員與電廠(chǎng)、其他控制區(qū)的溝通仍然需要一個(gè)可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，如在“新冠”疫情期間需要遠(yuǎn)程調(diào)度。為此，文獻(xiàn)［147］進(jìn)一步提出了基于函數(shù)即服務(wù)（function as a service，F(xiàn)aaS）的云計(jì)算模型架構(gòu)，提出了一套完整的電網(wǎng)緊急發(fā)電調(diào)度解決方案。FaaS 是基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（infrastructure as a service，IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（platform as a service，PaaS）、軟件即服務(wù)（software as a service，SaaS）的進(jìn)一步拓展，以大型公共云服務(wù)器（亞馬遜、微軟和谷歌等）為基礎(chǔ)，通過(guò)一系列技術(shù)手段，調(diào)度側(cè)和發(fā)電側(cè)都可以在同一個(gè)云平臺(tái)上看到相關(guān)量測(cè)數(shù)據(jù)，不局限于地點(diǎn)，可以共同完成緊急發(fā)電調(diào)度的任務(wù)。

2.4.2 網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)和防御

除了防范和應(yīng)對(duì)SCADA/EMS 自身故障導(dǎo)致的AGC 系統(tǒng)誤控或失效，伴隨著數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)攻擊在現(xiàn)實(shí)世界中不斷涌現(xiàn)，AGC 系統(tǒng)如何有效地防御網(wǎng)絡(luò)攻擊已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外研究主要集中在攻擊設(shè)計(jì)、攻擊檢測(cè)和攻擊防御等方面。

在攻擊設(shè)計(jì)方面，針對(duì)AGC 系統(tǒng)的主要網(wǎng)絡(luò)攻擊形式有虛假數(shù)據(jù)注入（false data injection，F(xiàn)DI）、拒絕服務(wù)（denial of service，DoS）和時(shí)間延遲（timedelay，TD）［148］。其中，F(xiàn)DI 攻擊靈活性較高、導(dǎo)向性較強(qiáng)，是AGC 系統(tǒng)面臨的主要威脅之一［149］，F(xiàn)DI 是一種破壞AGC 系統(tǒng)使用的頻率和功率等量測(cè)數(shù)據(jù)完整性的攻擊方式，如果攻擊成功則對(duì)AGC 系統(tǒng)造成的不良影響較大；DoS 和TD 攻擊主要側(cè)重于在通信通道中實(shí)施攻擊，導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺失、指令丟包等，攻擊的目的性不強(qiáng)，如果ACE 處于較小波動(dòng)的運(yùn)行期間，對(duì)AGC 系統(tǒng)造成的影響較小。從目前的研究來(lái)看，大多認(rèn)為攻擊者的目的是破壞AGC 系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從電力市場(chǎng)中獲取經(jīng)濟(jì)利益的研究較少。文獻(xiàn)［28］進(jìn)行了一些探索，以風(fēng)電場(chǎng)作為攻擊者的角度，研究了其篡改其他風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量的FDI 攻擊方法，以在電力市場(chǎng)中獲得更多收益。與直接攻擊AGC 系統(tǒng)破壞電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的思路不同，獲取經(jīng)濟(jì)利益也可以通過(guò)攻擊競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在攻擊檢測(cè)方面，目前的研究主要集中在ACE的異常檢測(cè)和AGC 系統(tǒng)狀態(tài)觀(guān)測(cè)方法［148］方面。其中，對(duì)ACE 的異常檢測(cè)主要根據(jù)波動(dòng)范圍、異常性變化趨勢(shì)（如跳變）、基于ACE 預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)等。文獻(xiàn)［150］提出了基于多次感知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)器算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)正常和多種攻擊場(chǎng)景的分類(lèi)與識(shí)別。這些檢測(cè)方法與現(xiàn)有AGC 系統(tǒng)針對(duì)異常量測(cè)數(shù)據(jù)（不刷新、質(zhì)量碼異常、跳變等）的檢測(cè)方式相似，相關(guān)方法也可為AGC 系統(tǒng)本身的異常數(shù)據(jù)識(shí)別功能完善提供參考。但現(xiàn)有的檢測(cè)方法大多基于統(tǒng)計(jì)分析并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置一些判別門(mén)檻值，未能考慮數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)特征，是網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測(cè)和現(xiàn)有AGC 系統(tǒng)對(duì)異常量測(cè)數(shù)據(jù)檢測(cè)研究中存在的共性問(wèn)題。

在攻擊防御方面，目前針對(duì)FDI、DoS 和TD 等主要攻擊類(lèi)型都有相關(guān)防御策略的研究，目的在于緩解攻擊帶來(lái)的危害，主要研究思路集中在攻擊檢測(cè)階段識(shí)別出異常數(shù)據(jù)后，如何利用備用量測(cè)數(shù)據(jù)、預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)或者通過(guò)平均化處理等方式修補(bǔ)異常數(shù)據(jù)，但現(xiàn)有研究的防御策略響應(yīng)速度慢，不符合AGC 系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。

2.5 智能化與新技術(shù)

人工智能、數(shù)字孿生等新技術(shù)在較多行業(yè)得到了應(yīng)用，現(xiàn)有的電網(wǎng)調(diào)控業(yè)務(wù)以經(jīng)驗(yàn)和人工分析為主，如何將這些新技術(shù)引入電網(wǎng)調(diào)控業(yè)務(wù)中也引發(fā)了討論和關(guān)注。一方面，電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境的深刻變化，使得當(dāng)前基于模型驅(qū)動(dòng)的AGC 策略已經(jīng)難以適應(yīng)實(shí)際有功頻率控制需要；另一方面，長(zhǎng)期以來(lái)AGC缺乏高精度的仿真分析手段，依靠實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行效果驗(yàn)證難以滿(mǎn)足未來(lái)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。因此，需要重點(diǎn)關(guān)注各類(lèi)新技術(shù)在控制策略、仿真技術(shù)等方面的潛在應(yīng)用價(jià)值。

2.5.1 人工智能技術(shù)

大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)已經(jīng)在多個(gè)行業(yè)得到了成功應(yīng)用，為滿(mǎn)足未來(lái)新型電力系統(tǒng)的復(fù)雜運(yùn)行控制需求提供了有力工具。中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)有限公司近年來(lái)提出了人工智能技術(shù)框架［151］，組織研發(fā)了適應(yīng)人工智能技術(shù)應(yīng)用的支撐平臺(tái)和關(guān)鍵技術(shù)［152-153］，旨在探索人工智能技術(shù)在電網(wǎng)調(diào)控業(yè)務(wù)中的應(yīng)用前景。現(xiàn)代電力系統(tǒng)的不確定性、非線(xiàn)性和復(fù)雜性日益增強(qiáng)，在傳統(tǒng)AGC 系統(tǒng)基于模型驅(qū)動(dòng)方法的基礎(chǔ)上，如何利用深度學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)提升AGC 調(diào)節(jié)品質(zhì)已有較多研究［154-155］。深度學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)作為新一代人工智能的代表，分別具有強(qiáng)大的特征挖掘能力和自主學(xué)習(xí)決策能力，將兩者結(jié)合得到深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)可以兼顧兩者的優(yōu)點(diǎn)。文獻(xiàn)［156］提出一種基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的AGC 連續(xù)動(dòng)作搜索的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法，實(shí)現(xiàn)了離線(xiàn)優(yōu)化、連續(xù)動(dòng)作搜索和在線(xiàn)控制，后續(xù)在文獻(xiàn)［157］中進(jìn)一步考慮了多區(qū)域AGC 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)協(xié)作方法。文獻(xiàn)［158］針對(duì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)在探索和自學(xué)習(xí)過(guò)程中可能導(dǎo)致的不安全控制行為，在反饋優(yōu)化中增加了激勵(lì)完善機(jī)制，試圖降低對(duì)電網(wǎng)的不良影響。

新型電力系統(tǒng)的形態(tài)正在向著分層集群體系架構(gòu)過(guò)渡［159］，群體智能作為新一代人工智能的關(guān)鍵共性技術(shù)之一，其協(xié)同、共享、控制等理念為分層集群的新型電力系統(tǒng)運(yùn)行控制提供了有效的解決方案［160］。文獻(xiàn)［161］受野生狼群之間的博弈啟發(fā)，提出一種基于虛擬狼群策略的分層分布式控制方法，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域最優(yōu)AGC 協(xié)同控制；文獻(xiàn)［162］提出一種面向分布式多區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)的多智能體協(xié)同控制算法，通過(guò)增加的權(quán)重雙Q-延時(shí)更新算法來(lái)限制累積偏差，解決動(dòng)作值高估或低估的問(wèn)題；文獻(xiàn)［163］針對(duì)海量柔性資源的有功調(diào)控，提出了終端、用戶(hù)、子群、群體的4 層組織結(jié)構(gòu)，將群體、子群、用戶(hù)每層看作是不同的智能體，進(jìn)而采用基于多智能體的分布式集群控制架構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)海量DER 集群的協(xié)同控制提供了新的思路。

2.5.2 建模與仿真技術(shù)

對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真是認(rèn)識(shí)電力系統(tǒng)物理規(guī)律的主要方式，長(zhǎng)期以來(lái)偏重于對(duì)電磁暫態(tài)、機(jī)電暫態(tài)等過(guò)程的仿真技術(shù)研究，涉及AGC 的電力系統(tǒng)中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)過(guò)程也迫切需要高精度的仿真環(huán)境來(lái)開(kāi)展模擬和研究［164］。從最初的基本AGC 仿真模塊［165］，發(fā)展到考慮復(fù)雜區(qū)域-集控站-水電機(jī)組交互影響的離散性仿真模型和算法實(shí)現(xiàn)［166］，高精度仿真結(jié)果已經(jīng)可以為實(shí)際AGC 系統(tǒng)的參數(shù)整定提供參考［167］。目前，對(duì)常規(guī)發(fā)電機(jī)（蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、聯(lián)合循環(huán)汽輪機(jī)、核電站等）、可再生能源發(fā)電機(jī)組（水電、風(fēng)能、光伏等）和電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能等主要調(diào)節(jié)電源的建模已經(jīng)開(kāi)展了大量研究工作［168］。例如，結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行準(zhǔn)則的變化構(gòu)建更加精準(zhǔn)的新能源電站模型［169］，結(jié)合實(shí)際儲(chǔ)能電站運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行適應(yīng)多場(chǎng)景的儲(chǔ)能電站建模研究［170］，高比例新能源特高壓交直流電網(wǎng)頻率問(wèn)題典型算例系統(tǒng)構(gòu)建研究［171］。為了適應(yīng)DER 參與電網(wǎng)調(diào)控的輸配電網(wǎng)交互仿真技術(shù)深化研究［172］，都為掌握新型電力系統(tǒng)的有功頻率控制機(jī)理和規(guī)律提供了較好的研究基礎(chǔ)和驗(yàn)證手段。除離線(xiàn)仿真工具以外，EMS 中包含的調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)（dispatcher training system，DTS）功能，在實(shí)現(xiàn)多調(diào)控業(yè)務(wù)協(xié)同培訓(xùn)仿真方面取得了較多應(yīng)用成果［173］。與離線(xiàn)仿真工具相比，DTS 可以依托生產(chǎn)系統(tǒng)真實(shí)數(shù)據(jù)及實(shí)際軟件功能，更為逼真地模擬電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行控制的環(huán)境，多次為保電工作的反事故演習(xí)提供了技術(shù)支撐，后續(xù)還需在仿真精度和模塊功能上進(jìn)一步提升。文獻(xiàn)［174］介紹了源網(wǎng)荷互動(dòng)運(yùn)行仿真平臺(tái)的技術(shù)架構(gòu)，其整合了DTS 的動(dòng)態(tài)潮流計(jì)算平臺(tái)和BPA 的調(diào)速器模型，開(kāi)發(fā)了負(fù)荷仿真模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)精準(zhǔn)切負(fù)荷和頻率響應(yīng)負(fù)荷控制軟件的仿真模擬。

近期，電力系統(tǒng)建模和仿真技術(shù)已經(jīng)取得了豐碩成果，但基于物理對(duì)象進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)仿真技術(shù)也面臨著挑戰(zhàn)和革新。依據(jù)典型方式的仿真結(jié)果并不能滿(mǎn)足復(fù)雜的電網(wǎng)仿真分析與決策需要，有效融入人工智能方法是一種潛在的提升方式，其需要充分利用歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)或量測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型，但在知識(shí)建模、數(shù)據(jù)需求、特征選擇、遷移能力等方面仍需攻克較多難題［175］。與此同時(shí)，“數(shù)字孿生”“元宇宙”等理念的提出，進(jìn)一步引發(fā)了國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者對(duì)未來(lái)仿真業(yè)務(wù)的定位和思考［176］，未來(lái)的電力系統(tǒng)仿真需要借助新一代信息技術(shù)，進(jìn)一步融合數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)模型，能夠依據(jù)電網(wǎng)物理實(shí)體的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不斷修正數(shù)字孿生體（仿真模型）的自身結(jié)構(gòu)和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)其物理與數(shù)字同步、虛實(shí)互動(dòng)等核心理念，更好地服務(wù)于新型電力系統(tǒng)有功頻率控制。

3 研究展望

3.1 互聯(lián)電網(wǎng)多控制主體有功頻率控制

“保供應(yīng)”“保安全”“促消納”是新型電力系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程的核心任務(wù)，有功頻率控制將面臨更加復(fù)雜的矛盾和挑戰(zhàn)。目前，針對(duì)多控制主體協(xié)同控制的研究主要在區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部，且應(yīng)用場(chǎng)景單一，未來(lái)仍需要進(jìn)一步發(fā)揮特高壓交直流互聯(lián)電網(wǎng)在保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、促進(jìn)新能源消納方面的重要作用。以下新場(chǎng)景和新變化需要重點(diǎn)關(guān)注：

1）加強(qiáng)全網(wǎng)統(tǒng)一平衡協(xié)調(diào)是保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的必然要求［9］，伴隨跨區(qū)直流輸電規(guī)模不斷擴(kuò)大，不同區(qū)域電網(wǎng)之間功率交換和資源互濟(jì)的能力逐漸增強(qiáng)，需要考慮直流作為調(diào)頻資源與兩端區(qū)域電網(wǎng)及其內(nèi)部多個(gè)省級(jí)電網(wǎng)AGC 系統(tǒng)的協(xié)同控制方法，利用直流備用實(shí)現(xiàn)互聯(lián)電網(wǎng)更大范圍內(nèi)多控制主體的有功平衡統(tǒng)一控制。面對(duì)這個(gè)全新的研究課題，需要重點(diǎn)分析直流線(xiàn)路的功率變化對(duì)送、受兩端電網(wǎng)頻率變化的影響，結(jié)合不同類(lèi)型電網(wǎng)頻率控制要求，在保證直流設(shè)備安全可靠的前提下，重點(diǎn)考慮直流備用共享與直流功率/頻率調(diào)制、緊急功率支援等策略的協(xié)調(diào)配合方式。

2）為了促進(jìn)新能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)消納，在中國(guó)內(nèi)蒙古、青海、甘肅等地區(qū)將陸續(xù)形成一批“沙戈荒”風(fēng)光能源基地［84］。針對(duì)未來(lái)形成的多風(fēng)光能源基地與多省網(wǎng)控制區(qū)交織的復(fù)雜電網(wǎng)形態(tài)，以及特高壓直流功率實(shí)時(shí)調(diào)整、輸電斷面安全約束和風(fēng)光能源基地自平衡等多場(chǎng)景，研究考慮區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部以及送、受端統(tǒng)一優(yōu)化調(diào)度及控制方法，攻克多級(jí)控制主體、多調(diào)節(jié)資源協(xié)同優(yōu)化互補(bǔ)控制技術(shù)，支撐大型風(fēng)光能源基地安全穩(wěn)定運(yùn)行、高效送出和消納。

3）新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建和發(fā)展逐步呈現(xiàn)“自平衡”“自相似”和“自組織”的特點(diǎn)［177］，電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)度將由各級(jí)調(diào)度協(xié)同模式向集中協(xié)調(diào)、分散自治模式發(fā)展，有功頻率控制也將逐步轉(zhuǎn)向“集中+分散”的協(xié)調(diào)控制模式。一方面，從歐美國(guó)家的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，當(dāng)互聯(lián)電網(wǎng)的網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)且聯(lián)系緊密、區(qū)域性電力市場(chǎng)較為成熟時(shí)，持續(xù)擴(kuò)大電力平衡范圍是提升電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、促進(jìn)廣域新能源消納的有效措施，需要持續(xù)開(kāi)展適應(yīng)跨層級(jí)多控制主體的有功集中控制架構(gòu)及協(xié)調(diào)配合機(jī)制研究；另一方面，DER 的快速發(fā)展使得局域電網(wǎng)具備“自平衡”的基礎(chǔ)，局域電網(wǎng)通過(guò)“自組織”能夠利用靈活性資源滿(mǎn)足就地功率平衡要求，因而適量的大電網(wǎng)有功功率平衡功能將延伸至低壓配電網(wǎng)、微電網(wǎng)等局域電網(wǎng)，需要逐步建立大電網(wǎng)與配電網(wǎng)、微電網(wǎng)多級(jí)EMS 及其協(xié)調(diào)控制體系，攻克局域電網(wǎng)分散自治及其與大電網(wǎng)的集中協(xié)調(diào)控制難題。

針對(duì)上述場(chǎng)景，無(wú)論各控制主體將采用何種控制模式、多個(gè)控制主體之間又將如何協(xié)同配合，都是為了更高效地將頻率偏差控制在允許范圍內(nèi)，滿(mǎn)足頻率控制標(biāo)準(zhǔn)要求。然而，在新型電力系統(tǒng)的背景下，維持現(xiàn)有頻率控制標(biāo)準(zhǔn)可能需要付出高昂的調(diào)控成本，且不利于促進(jìn)新能源消納。為此，在電力系統(tǒng)不同發(fā)展階段，需要綜合考慮典型用戶(hù)對(duì)頻率偏差的要求、系統(tǒng)運(yùn)行成本、電網(wǎng)形態(tài)以及資源利用程度，在確保電網(wǎng)安全的前提下研判頻率允許偏差適度放寬的可行性，制訂適應(yīng)于新型電力系統(tǒng)的頻率控制新標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 海量泛在可調(diào)節(jié)資源的實(shí)時(shí)協(xié)同控制

在電力市場(chǎng)的推動(dòng)下，未來(lái)將有更多的DER 集群參與到電網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行中。目前，國(guó)內(nèi)外已有了較多研究，但離實(shí)用化還有一定距離，未來(lái)相關(guān)的學(xué)術(shù)及應(yīng)用研究需要關(guān)注以下方面：

1）在分層分區(qū)動(dòng)態(tài)聚合方面，海量泛在可調(diào)節(jié)資源如何在物理特性上聚合為虛擬機(jī)組是參與AGC 的基礎(chǔ)。由于各類(lèi)DER 的運(yùn)行特性差異大，外部受到電網(wǎng)拓?fù)洹⒓竟?jié)氣候等復(fù)雜條件影響，內(nèi)部受到調(diào)頻、備用、爬坡等不同調(diào)控業(yè)務(wù)場(chǎng)景下的響應(yīng)要求，因此，DER 的聚合策略需要?jiǎng)討B(tài)變化，并設(shè)計(jì)相應(yīng)指標(biāo)對(duì)集群的聚合效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2）在集群外特性刻畫(huà)方面，當(dāng)集群成為AGC 的受控對(duì)象后，需要掌握其基本的外特性參數(shù)，如調(diào)節(jié)范圍、不可運(yùn)行區(qū)間、爬坡率、調(diào)節(jié)死區(qū)、響應(yīng)延遲等。由于DER 集群的外特性表征和響應(yīng)能力量化分析取決于不同類(lèi)型DER 的行為模式和運(yùn)行特性，傳統(tǒng)模型驅(qū)動(dòng)的方法難以準(zhǔn)確刻畫(huà)其外特性參數(shù)，需要結(jié)合數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式，攻克集群外部動(dòng)態(tài)特性的在線(xiàn)辨識(shí)和參數(shù)化表征技術(shù)。

3）在協(xié)同控制理論及方法方面，一方面，需要充分利用云-邊協(xié)同架構(gòu)，融合邊緣計(jì)算、人工智能以及先進(jìn)控制理論等各類(lèi)技術(shù)手段，攻克DER 集群的分布式協(xié)同控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海量泛在資源的在線(xiàn)閉環(huán)控制；另一方面，需要結(jié)合當(dāng)前電網(wǎng)分層調(diào)度管理模式，研究DER 集群與常規(guī)電源的協(xié)調(diào)控制理論及方法，通過(guò)構(gòu)建電網(wǎng)調(diào)頻需求分解模型，考慮調(diào)用時(shí)序優(yōu)化、市場(chǎng)出清結(jié)果等因素，將DER 集群納入現(xiàn)有的有功頻率控制體系中。

3.3 適應(yīng)輔助服務(wù)市場(chǎng)多品種、多主體的閉環(huán)控制

電力市場(chǎng)與電網(wǎng)調(diào)控業(yè)務(wù)緊密耦合，輔助服務(wù)市場(chǎng)品種和主體不斷增多。目前，僅將AGC 系統(tǒng)定位在調(diào)頻輔助服務(wù)執(zhí)行者，需要重新考慮其角色定位及作用，并關(guān)注省內(nèi)、省間輔助服務(wù)市場(chǎng)的建設(shè)情況，結(jié)合市場(chǎng)交易形成相應(yīng)的運(yùn)行機(jī)制。

1）省級(jí)市場(chǎng)方面，考慮到以往中國(guó)電網(wǎng)的AGC系統(tǒng)承擔(dān)著調(diào)頻、備用、爬坡等多個(gè)輔助服務(wù)交易品種的職責(zé)，后續(xù)需要研究適應(yīng)不同運(yùn)行工況下的多調(diào)節(jié)帶寬自適應(yīng)匹配策略，以及適應(yīng)市場(chǎng)環(huán)境下多場(chǎng)景的機(jī)組控制模式靈活轉(zhuǎn)換方法，支撐多交易品種出清結(jié)果的閉環(huán)控制。與此同時(shí)，還需要不斷通過(guò)市場(chǎng)化模式發(fā)掘更多的靈活性調(diào)節(jié)資源，研究適應(yīng)DER 聚合商、VPP、微電網(wǎng)等新興市場(chǎng)主體參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的商業(yè)模式和價(jià)格機(jī)制，探索輸配微協(xié)同市場(chǎng)機(jī)制和交易模式。

2）省間市場(chǎng)方面，目前歐美國(guó)家的多區(qū)域統(tǒng)一調(diào)頻、備用市場(chǎng)出清結(jié)果是聯(lián)絡(luò)線(xiàn)計(jì)劃功率的“附加分量”，為實(shí)現(xiàn)多區(qū)域協(xié)同控制提供了市場(chǎng)機(jī)制支撐。中國(guó)除了結(jié)合國(guó)情、網(wǎng)情開(kāi)展相關(guān)研究工作以外，還需要進(jìn)一步探索跨區(qū)直流參與調(diào)頻、備用輔助服務(wù)市場(chǎng)的技術(shù)路線(xiàn)及閉環(huán)控制方法。

3.4 應(yīng)對(duì)系統(tǒng)故障、網(wǎng)絡(luò)攻擊的檢測(cè)和防御方法

AGC 系統(tǒng)的可靠性和安全性已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注。針對(duì)EMS 故障以及網(wǎng)絡(luò)攻擊的檢測(cè)研究目前相對(duì)較多，其中，系統(tǒng)故障偏于應(yīng)用研究，而網(wǎng)絡(luò)攻擊偏于學(xué)術(shù)研究，研究工作相對(duì)孤立開(kāi)展。其實(shí)較多的系統(tǒng)故障和網(wǎng)絡(luò)攻擊都表現(xiàn)為數(shù)據(jù)異常、指令丟棄等現(xiàn)象，因此，兩者研究之間可以互相借鑒，共同提高研究成果的實(shí)用性和通用性。此外，還需要關(guān)注以下方面：

1）在遭遇異常情況時(shí)，采用何種防御技術(shù)和策略能夠保證AGC 系統(tǒng)維持正常運(yùn)行狀態(tài)鮮有關(guān)注。因此，未來(lái)需要針對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)的防御技術(shù)開(kāi)展研究，后續(xù)需要結(jié)合人工智能等新技術(shù)研究系統(tǒng)故障、網(wǎng)絡(luò)攻擊等多種安全威脅下AGC 系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行方法，提高AGC 系統(tǒng)的抗擾性和魯棒性。

2）隨著中國(guó)電力市場(chǎng)的快速建設(shè)，通過(guò)攻擊及擾亂AGC 系統(tǒng)獲取經(jīng)濟(jì)效益的可能性越來(lái)越大，但除了直接攻擊AGC 系統(tǒng)以外，還可能直接攻擊其他市場(chǎng)主體。通過(guò)干擾、偽造調(diào)節(jié)指令等變相增加自身發(fā)電量或調(diào)節(jié)里程獲益，未來(lái)針對(duì)市場(chǎng)主體側(cè)應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊的檢測(cè)及防御方法值得關(guān)注。

3.5 人工智能技術(shù)的深化應(yīng)用

隨著新一代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)計(jì)的突破進(jìn)展，人工智能技術(shù)的發(fā)展已進(jìn)入全新階段。與傳統(tǒng)方法相比，各類(lèi)人工智能方法應(yīng)用于AGC 的優(yōu)勢(shì)已逐步顯現(xiàn)，具備潛在應(yīng)用前景，但目前國(guó)內(nèi)外研究中對(duì)其如何適應(yīng)電網(wǎng)實(shí)用化的考慮仍然不足。后續(xù)應(yīng)用到AGC 或者其他閉環(huán)控制業(yè)務(wù)中，需要重點(diǎn)關(guān)注如下方面：

1）調(diào)度人員是否可以接受“黑箱化”的處理過(guò)程，短期內(nèi)人工智能方法的應(yīng)用只能作為探索，難以轉(zhuǎn)向依靠數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法來(lái)維持電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，采用混合增強(qiáng)智能方法是可行的方式［178］。未來(lái)需要考慮如何將人機(jī)混合增強(qiáng)方法引入有功頻率協(xié)同控制中，在使用人工智能方法的同時(shí)需要由調(diào)度人員評(píng)估其可用性和準(zhǔn)確性，盡快解決其可解釋性的問(wèn)題。

2）電網(wǎng)的運(yùn)行特性在不斷變化，依據(jù)大量歷史數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)類(lèi)方法如何能夠保證其模型的適應(yīng)性，目前還無(wú)法驗(yàn)證基于歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練和學(xué)習(xí)的結(jié)果是否可以有效作用于當(dāng)前及未來(lái)電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境。因此，相關(guān)的評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法亟待研究，尤其是涉及電網(wǎng)穩(wěn)定性評(píng)估和閉環(huán)控制等對(duì)執(zhí)行效果要求較高的調(diào)控業(yè)務(wù)，也是未來(lái)人工智能應(yīng)用于AGC 及其他在線(xiàn)閉環(huán)控制中亟待破解的難題。

4 結(jié)語(yǔ)

新型電力系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中，有功頻率控制面臨著運(yùn)行需求變化、技術(shù)革新等多方面的挑戰(zhàn)，需要深入研究和思考未來(lái)有功頻率控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。本文深入分析了高比例新能源電力系統(tǒng)面臨的形勢(shì)，從多控制區(qū)協(xié)同控制、多類(lèi)型資源有序調(diào)用、ED與AGC 的協(xié)調(diào)配合、安全事件檢測(cè)與防御、智能化與新技術(shù)等多個(gè)方面，總結(jié)和歸納了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有研究成果及不足，分析并展望了未來(lái)需要關(guān)注的研究方向。

新型電力系統(tǒng)演進(jìn)過(guò)程的復(fù)雜性決定了單一技術(shù)無(wú)法應(yīng)對(duì)面臨的新挑戰(zhàn)和新機(jī)遇，傳統(tǒng)的有功頻率控制也已經(jīng)演變?yōu)槎鄬W(xué)科、多專(zhuān)業(yè)交叉的新研究課題。因此，未來(lái)針對(duì)有功頻率控制技術(shù)的研究，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持業(yè)務(wù)需求和技術(shù)驅(qū)動(dòng)，不僅需要結(jié)合當(dāng)前及未來(lái)電網(wǎng)運(yùn)行方式及需求的變化，在相關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)上不斷提高進(jìn)步，而且面對(duì)不斷出現(xiàn)的新技術(shù)時(shí)也需要及時(shí)思考引入的必要性和可行性，進(jìn)一步提升實(shí)際系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化程度。希望本文闡述的研究現(xiàn)狀與觀(guān)點(diǎn)能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究人員提供參考和借鑒。