更新时间:2022-08-25 14:05
区域控制指根据相关要素分区,并进行控制的一种方法。区域控制原则是在工作中打破传统的按照行政区域控制的模式,实行与相关要素关联的区域进行集中统一控制的原则,划分控制区域的标准,不是传统的行政区域,而是根据要素本身相关的差异性,按照要素的属性差异划分控制区域。
2009 年11 月10 日巴西电网大停电事故再次为互联电网频率控制敲响了警钟。随着华东电网外受电电力的不断增加,大受端电网特征越发明显, 仍然采用手动修改调度计划的方法显然不能满足外来大功率缺失情况下华东电网频率的快速恢复。为了提高华东电网抵御大功率失却后的恢复能力, 更有效地发挥全网备用共享的潜能, 在采用引进北美电力可靠性委员会(NE RC)的频率考核办法后, 华东电网根据自身特点和需求, 提出了动态区域控制误差(ACE)。
华东电网动态ACE 实施的目的是:当华东电网大功率区外来电失去或大功率机组跳闸时, 以备用共享为原则, 使各省市能合理地分担备用义务, 有依据地调集备用支援电网的频率恢复。
华东电网于2001 年10 月推行控制性能标准(CPS,包括CPS1和CPS2)考核指标对省市联络线进行考核。近年来随着电力供需矛盾趋缓, 于2009 年1 月推行扰动控制标准(DCS)考核指标,客观评价和考核华东电网各省市运行备用的预留、调用和恢复情况, 确保功率缺失扰动的快速准确处理。自2009 年8 月1 日起实施动态ACE ,进一步完善了频率控制考核体系。但是, 虽然动态ACE可以较好地解决全网备用共享、频率快速恢复等问题, 但仍然存在需要改进之处。本文阐述了动态ACE 的内容及特点,并基于动态ACE分析了其有待进一步研究和完善的问题。
1997 年起,为更加客观地评价各控制区的控制行为对互联电网的作用, NERC提出了控制性能标准CPS1 和CPS2 来替代Al 和A 2 标准,以DCS 替代B1和B2标准。1998 年后,NERC 提出各控制区要满足CPS1 大于100 %和CPS2 大于90 %的要求。NERC 颁布的DCS 主要是确保控制区能利用事故备用来平衡区域的电源损失, 使互联区域的频率控制在规定的范围内。CPS 和DCS 考核都是基于ACE 的互联电网控制考核标准, 实行这些标准的目的是为完善电网频率控制考核机制, 促进各控制区域提高频率控制水平,提高互联电网的频率质量和抵御频率事故的能力。但是, 随着500 kV龙政直流(3 000 M W)、宜华直流(3 000 MW)的相继投产,高峰时段华东互联电网从外区受入的电力高达7 200 MW ,达到华东电网2009 年夏季高峰负荷的5 %,任一外区直流故障或相继故障必将引发华东电网频率的大幅下降。当互联电网发生大的频率扰动初期(2 min内), 系统频率的恢复完全依靠系统频率一、二次调节,互联电网内所有机组的自动发电控制(AGC)均根据本控制区域的ACE 情况动作。
假设互联电网外受电通道 1 发生故障(通道 1 的功率均分给 5 个控制区域),损失功率 P , 该通道的落点位于控制区 A 。那么在扰动发生后及调度员手动修改各控制区 P0 之前 ,互联电网内所有未达到退出阈值的 AGC 将根据基于未修改的 P0 计算出的 ACE 脏数据动作 ,结果是控制区 A 内的机组承担了 ACE 中除-10B(ft -f 0 )部分外的所有功率损失 , 而不是各控制区按受电比例均分的功率损失 ,从而造成了控制区 A 内的机组 AGC 过调甚至达到阈值退出 , 其他控制区的 AGC 欠调甚至反调 。因 ACE 是计算CPS 和 DCS 考核数据的基础, 此时 CPS 和 DCS 的考核结果偏离控制区实际恢复能力 ,对互联电网的频率恢复是有害的。
综上所述, 依靠手动修改计划对互联电网的频率恢复将会造成以下几方面的不利影响:电网频率恢复缓慢 没有发挥全网备用共享的作用 电网承受连续频率扰动能力下降, 频率越限可能性上升 ;在脏数据时段 CPS 和 DCS 无法合理考核各控制区域频率调节能力;CPS 和 DCS 考核促进各控制区提高频率调节能力的效用被削弱。
当省市调度管辖的大机组跳闸导致功率损失Ps,达到给定的阈值 Ps-int(即 P s≥ΔPs-int),频率f 及频率变化率f /Δt 满足给定条件,且事故省市通过自动化系统提出申请并通过网调审核时,程序自动将扣除事故省市自身应留旋转备用后的功率缺Ps′按一定比例分摊至其他省市,直接叠加到ACE 公式的P 中式中:L事故省市为事故省市规定旋转备用容量由日事故省市旋转备用承担比例;K 其他省市′为经过换算的非事故省市剩余缺额功率分摊比例;ΔPs″为各省市分摊到的剩余功率缺额。当发生多重故障时 ,依据上述描述的省市分摊方式进行计算 ,当某个省市分摊的功率大于当前该省市剩余的旋转备用, 则将该省市的差额在其他省市再进行比例分摊。定义第 i 个省市此次分摊的功率为 Ps″(i), 假设第 j 个省市的分摊功率大于其备用,即 Ps″(j)>L省市 (j), 则将其备用扣除后继续在有备用的省市进行分摊Ps (i)=(ΔP s″(j)-L 省市(j))K″(i)
假定直流发生故障时刻为 t =t0 , 直流故障损失,动态 ACE 实施过程。功率为 Ps在故障后的 t0 ≤t ≤t0 +T2 期间,执行华东电网动态 ACE ,即采用式(6)得出各省市 ACE 值 。T1为事故发生时刻(t =t0 )到实时计划修改完成点的时间长度。华东网调调度员应在 t ≤t0 +T1时段内, 完成 t ≥t0 +T2 时刻后实时计划的修改 :※P0N +1′。设定为扰动发生后 1 个计划点以P0N +1上,即 15 min ≤T1 ≤30 min 。T 2 为事故发生时刻(t =t0 )到新实时计划开始点的时间长度。 T 2 设定为扰动发生后 2 个计划点以上 , 即 30 min。从 t =t0 +T1 开始 , 在 t0 +T2 ≥t ≥t0 +T 1 的15 min 期间 , 叠加的 P s 分量开始逐渐归零 , 斜率为 Ps 15 而实时计划也是从 t t0 T 1 时刻起逐渐向修改后的目标值靠拢。 从全网的 Ps 和P0 (直流故障损失功率的计划修改值)总量来看 ,二者正好相互抵消。但是 ,由于 Ps 是按旋转备用比例分摊省市, 而 P0 是按直流分配比例分摊省市,所以二者分摊到省市后不能完全抵消 。当 t ≥t0+T2 时, 省市的 P0 接手 Ps 体现直流的损失功率 ,ACE 值恢复采用标准计算公式 。若发生连锁故障, 导致省市备用全部调出, 也难以补足功率缺额时 , 则设有总的 Ps 上限值Ps-max ,给定 ∑ P s =ΔP s-max , 暂定为各省市按规定应预留的旋转备用容量, 此后不再叠加 。多重故障以日计划 96 点为分隔, 仅考虑同一个15 min 点内相继发生的故障, Ps 直接叠加 , 实时计划修改点不变, 动态 ACE 执行时段不变。
如上所述 ,动态 ACE 优化了备用共享 ,缓解了P 0 修改前 ACE 脏数据问题 。但是 ,因为动态 ACE是按照各控制区承担的旋转备用比例分摊 ,而修改后的 P0 按照外受电分配比例分摊, 尽管对于互联电网来说总量是相等的 , 对于单个控制区却是不等的 ,除非其旋转备用承担比例正好等于外受电分配比例。动态 ACE 动作条件不但检测外受直流电力 ,还检测华东网调直接调整调度计划机组。因这些机组单台容量较大且都为跨省市输电机组,个控制区都有一定的分配比例, 机组跳闸后也必须依靠调度员手动修改各控制区的 P0 , 所以当这些机组发生事故跳闸时, 同样存在频率大幅下降和 ACE脏数据问题。这些机组的容量相比单极直流容量有一定差距直流单极 1 500 MW 机组单机最大 756 M W ,以单机跳闸时对频率的扰动小于外受电直流跳闸,跳闸后缺失的功率小于省市规定的旋转备用容量,故可分以下 3 种情况: 无论频率变化率是否满足1 未达到频率阈值
给定条件
这种方式下为了完全消除 ACE 脏数据问题,机组跳闸后的功率缺额分配比例按照日计划分配比例实行。计算方法为:当华东网调调度的跨省市分配电力大机组跳闸导致功率损失 P s , 未达到给定的频率阈值 fint , 因无论频率变化率 f/ t 是否满足给定条件 ,程序自动按机组功率分配比例分摊至各控制区,直接叠加到 ACE 公式的 P s 中,
达到频率阈值,无论频率变化率是否满足给定条件
这种情况下往往发生了多重故障, 为了快速恢复频率,宜最大限度地发挥全网备用共享的作用, 所以执行旋转备用分配比例。需要注意的是, 因为动态ACE只检测功率缺失的情况, 故fint只设置了下限(49.95 H z), 并未考虑抽水蓄能机组抽水时跳闸造成频率越上限的情况,所以在动态ACE运用到跨省市送电大机组时,必须同时设置频率上限(建议为50.05 H z), 以保证抽水蓄能机组抽水时跳闸造成频率越上限情况下,全网负备用可以共享,尤其是在重大节日期间全网负备用紧张的情况。计算方法与现动态ACE 计算方式相同,增加频率阈值上限(50.05 H z),同时需闭锁频率变化率f/t 。
大机组甩负荷试验
机组进行计划甩负荷试验前, 网调必定已经留出响应的旋转备用, 填补机组甩负荷后的功率缺额, 所以正常情况下动态ACE 不应触发,在全网分摊机组功率缺额。但为了防止在机组甩负荷的同时发生其他机组或外受电失却引发的频率事故, 此时不宜将动态ACE 退出。所以,在这种情况下,应适当降低频率阈值f int(正常情况为49 .95 H z),将频率阈值调整至正常情况下单机甩负荷试验不会越过的频率49 .90 H z 。这样既可以使正常情况下动态ACE 不触发,也可以保障同时发生其他故障时动态ACE 可靠触发。
计算方法为:在机组进行甩负荷之前,调度员手动将f int(49 .95 H z)改为f in t′(49 .90 H z),甩负荷试验完毕频率恢复正常后, 调度员手动将fint′改回f in t。4Ps上限值条件随着800 kV 复奉特高压直流的建成运行,届时,极端情况下华东电网外受电比例将达到华东电网总负荷的近10 %。当发生多重故障时,Ps不断叠加直至P s-max。该值等于华东电网旋转备用容量,根据华东电网日负荷预计值,在日计划编制过程中予以明确。现阶段动态ACE 的Ps-max只计入了华东电网旋转备用容量,即只包括10 min内可调出的旋转备用,发生严重频率扰动事件后无法及时发挥10 min ~30 min 可调出备用的作用。所以在发生多重故障和严重频率扰动(频率低于49.80 H z)时,全网备用没有完全发挥作用。因此,在发生严重频率扰动事件时宜采用改变Ps-max的方式,充分发挥出全网备用的潜力, 减少频率恢复时间。分为以下2 种情况:
1)当∑P外i≤∑P备i+P网(其中∑P外i为外受电总容量;∑P备i为各控制区备用容量总和, 不包括网调调度机组备用;P网为网调调度机组备用)时, 实行Ps-max1, 即现阶段动态ACE规定计入的10 min 内可调旋转备用。
2)当∑P外i>∑P备i+P网时,外受电容量超过上述容量或频率低于49 .8 H z ,实行Ps-max2,计入当日所有30 min 内可调备用容量。
以上所有讨论都基于一个假设:实行动态ACE前后各控制区间的联络线均在稳定限额内,但实际情况往往并非如此。在正常运行状态下, 某些联络线的安全稳定裕量很小,仅能满足一定额度的功率增加。所以, 动态ACE触发可能会造成某条(些)联络线功率超过其安全稳定极限而跳闸, 而这会加剧该控制区域的功率缺额, 从而引发连锁跳闸, 造成系统崩溃。动态ACE 的目的是保证事故情况下频率的快速恢复,但频率恢复还必须考虑联络线的安全约束,使动态ACE具有联络线安全约束能力。
在上述过程中, 各控制区的AGC机组根据所在区域的ACE 自动进行调整,无法考虑联络线的安全约束问题。所以, 区域调度中心在确定本区域应调节的功率量后, 还须根据当前联络线负载状态计算出AGC 机组的功率调整能否造成联络线功率越限。如有越限情况发生,则要立即算出保证不越限时每台在线AGC 机组所做功率调整的最大额度,指示AGC机组调节。上述问题可利用最近一次系统安全校核所得到的发电机—联络线功率灵敏度系数实时进行。因华东电网内各省市之间的联络线主要为热稳定问题, 故基于技术条件,采用最近一次的灵敏度系数, 手动调整动态ACE, 可以有效控制联络线越限情况。当检测到任一联络线输送功率超稳定限额40 %且持续时间达到5 min ,或联络线输送功率超稳定限额20 %且持续时间达到10 min ,区域调度中心调度员在保持总调整功率不变的前提下在动态 ACE 值上叠加手动调整量,手动调整各控制区目标功率值,减轻联络线功率越限程度。计算方法如下:该手动调整量不宜随动态 ACE 自动调整量在第 1 个计划点后复归, 因为联络线越线情况在发生功率缺额未消除的情况下是始终存在的, 且手动调整部分与任何一种分配比例没有关系 , 如果在第1 个计划点后自动复归 ,将会无法充分发挥调度员人工干预的作用 ,作用时间过短,且会加剧在执行过程中 ACE 脏数据的情况 。所以动态 ACE 手动调整量宜自保持, 直到调度员手动取消为止 。
区域控制偏差areacontrolerrorACE不仅是有 功 功 率 平 衡 运 行 控 制 中 自 动 发 电 控 制automaticgenerationcontrolAGC的依据也是有功功率平衡运行控制性能评价的主要参量。
随着互联电网的日趋复杂和设备技术与系统运行管理的不断发展,对 ACE的内涵的认识一直在加深。ACE概念被提出之时,系统控制所采用的还是模拟信号,AGC控制水平相对较低,因此,所采用的是其概念的稳定内涵。尽管当时也对其动态内涵进行了探讨,但被广泛认可和采用的是相关稳定。关于 ACE,美 国 电 气 和 电 子 工 程 师 协 会(IEEE)在1991年所给出的定义是“一个反映控制区域功率供需盈亏的物理量”,而北美电力可靠性公司(NERC,其前身是北美电力可靠性委员会)在2014年的企业标准中给出的定义是“考虑了频率偏差系数效应和表计误差校正的平衡机构联络线功率实际值与计划值之间的偏差”,二者内涵有所不同。中国的国家电网公司企业标准的定义是“由控制区域当前的负荷、发电功率和频率等因素形成的偏差值,反映区域内发电与负荷的平衡情况”,与IEEE的定义内涵较为相近;而南方电网公司则直接给出 ACE的计算公式,与 NERC的内涵表述较为一致。
当前,中国特高压电网交直流混联、节能减排、电力市场化、电网精细化管理等对运行控制性能评价提出了新要求,需要与时俱进。
ACE是控制区域功率平衡的量度,可作为确定控制区域内功率平衡情况的依据,络线功率(流出为正)偏差,是联络线功率实际值与计划值的差;f为系统运行频率偏差,是实际频率与计划频率的差;Bi为区域i的频率偏差系数,是负值。
由分析可知,实际运行中,是将B系数设定为一个比系统自然频率特性系数β预期最大值要大式中:为区域i的自然频率特性系数,是负值。的前两项为控制区域i的功率供需间的实际盈余,而最后一项为Bi≠βi时的偏差量,B与 之间的偏差,即 B越大,则所计算出的|EACE,i|与控制区域的实际功率偏差绝对值的差距就越大。因此,考察一个控制区域被分配B系数的大小(绝对值),并不能完全说明调频责任分配的公平与合理,而关键是B与β之间的差距。二者间的差距越小,所计算出来的 ACE与被测算控制区域的功率控制偏差就越接近,则一方面,控制区域依据 ACE所作出的调节更为精准,控制效率就越高;另一方面,从“自扫门前雪”的角度看,频率调节责任的分配就更为公平合理。显然,B与 之间的差额大小既取决于人为确定的B系数,也与由设备性能所客观决定的β系数相关。
如前所述,B系数的确定与分配的规则,一般是由控制区域的上级部门组织各控制区域商议制定,一旦形成即按章行事。由于其是各控制区域间达成的共识,故应该成为大家共同遵守的基本规则。因此,尽管B系数是人为确定,但实际运行中,其应该被视为客观的结果。至于β系数的大小取决于发电与频敏负荷设备。实际运行中,频敏负荷设备的功频自然特性一般不会改变,发电机组的功频自然特性在其出厂后就已固定,故从这一角度看,系数应该是一个客观结果。
由于发电机组的调速系统已普遍采用电液控制系统,其控制死区可以随时改变,其控制功能亦可以随时闭锁。因此,控制区域的发电机组无论出于何种原因,均可以随时改变频率一次调节控制参数或闭锁该功能,从而导致整个控制区域的频率响应特性系数发生改变。从这一角度看,系数应该是一个主观控制的结果。
因此,B与 之间的差额的大小既取决于客观因素,又与控制区域的主观行为相关,对此,必须全面考虑。
|B|与|β|之间差额与一、二次调节的关系
由于一次调节为强制性的义务,系统不予补偿,出于经济性考虑,发电机组可能会改变频率一次调节控制参数甚至闭锁该功能,以降低运行成本。这将会导致系统整体一次调节能力的持续降低,即||β减小,B与 之间的差额加大。系统整体一次调节能力的降低,一方面,在系统出现较大规模功率失衡时,对频率的大幅度下降不能实施有效拦截,危及系统运行安全;另一方面,或由于增大动作死区造成对小幅频率波动没有响应,或由于功能闭锁导致频率恢复速率过缓,二者均会影响系统的运行频率质量。尽管|B|与||之间差额的加大会增加系统二次调节责任,但一方面,二次调节能力的增加仅会改善出现频率越限后频率恢复至计划值的速率,并不能减小频差(绝对值)的大小;另一方面,B与之间差额过大,亦会导致频率调节过度,引起频率振荡,反而会对频率安全不利。
因此,无论是出于系统运行安全考虑,还是为了提高系统运行频率质量,都应该努力提高系统频率响应性能。闭锁一次调节功能可为发电公司节省控制成本,而相关评价与考核规则的不健全会导致全网一次调节能力的持续降低。针对该问题,无论是中国还是北美电网均提出了相应的解决办法和建议,例如,中国提出了发电机组一次调节性能评价方法;北美研究者建议将频率响应作为单独的备用分类,并 设 计 相 应 的 控 制 性 能 评 价 标 准,2012年提出了频率响应控制性能评价标准。但由于所利用能量管理系统(EMS)中的秒级采样数据粒度过粗,不能考虑频率最低点,而是利用故障后的稳态频率作为评价的依据,这显然存在问题。
因此,在规划层面,需要提出相关理论以指导和督促电源建设,使得控制区域具有相称的频率一次调节能力;而在运行层面,需要研制更为完善的控制性能评价标准,以规范控制行为使得系统保持充足的一次调节性能。从有功功率平衡控制的目标来看,整个电网关注的是运行频率质量,可视为整体利益;而控制区域关注的是其运行控制性能评价的结果,可视为局部利益。作为表示系统整体利益的频率,其波动取决于所有控制区域的控制效果,故所有控制区域都对维护整体利益负有责任。无论出于主观还是客观原因,控制区域可能会采取措施,以尽量降低控制成本,从这一角度而言,整体利益与局部利益存在矛盾。由于一次调节能力决定β数值的大小,故区域被分配的二次调节责任的份额与其一次调节能力密切相关,即一次调节能力越小,B与 之间差额越大,则二次调节责任就越大,反之亦然;又由于β数值的大小随着系统运行状态的改变而实时变化,故即使控制区域被分配的B系数固定不变,其被分配的二次调节责任的份额亦是随着系统运行状态而实时变化。
B 与 之间差额在控制区域间的分布
从控制区域个体间|B|与|β|差额大小分布的角度看,可分为各控制区域|B|与|β|差额与相应的比值均相等和不相等这两种情况来讨论。|B|若各控制区域 与|B| |β|值均相等,则该情形又可分为两种情况。一种是各控制区域机组均按照发电机组申报的运行参数运行。该种情况属于正常情形,所有控制区域的频率响应特性的表现中规中矩,系统整体利益得到保证,控制区域亦应获得好的控制性能评价结果,整体与局部间和谐共赢。另一种是各控制区域均采取措施降低了自身的频率响应特性,且幅度相当,这时,整体利益受损;而所有控制区域采取一些措施,如提高二次调节性能,则可能会取得良好的控制性能评价结果,局部利益得以保证。无论是第1 种还是第2种情形,都应该制定适宜的评价标准和考核办法,奖优罚劣,达到整体利益与局部利益的和谐共赢。若各控制区域 与|B| |β|值不相等,则该情形亦可分为各控制区域机组均按照和不按照发电机组申报的运行参数运行等两种情况。对于与差额与相应|B| |β|控制区域,无论是不是主观行为,均说明其频率响应特性未达到指定水平,在某种意义上都会造成整体利益受损,而相关控制区域可采取措施取得良好的控制性能评价结果,局部利益得以保证。若为客观结果,则控制区域应采取措施提高自身的频率响应能力,属于规划层面;若为主观行为,则应制定相应的控制性能评价标准,在调度层面督促相关主体改善频率响应控制性能,从而提高系统整体抵御频率失稳的能力。
动态自然频率特性系数
根据频敏元件静态自然频率特性系数的定义,其数值决定于:一是频率偏差的稳定A值,二是频敏设备针对该频率偏差稳定值充分响应稳定后的输出功率变化值。当出现功率失衡时,频率的下降速率取决于系统的惯性,即系统的转动惯量;而频敏设备稳定响应至输出功率值的动态过程取决于:一是响应功率调节的死区,二是功率输出响应的延迟,三是从开始响应到满额响应的时间过程。一般而言,频率的下降速率较快,而频敏元件的功率调节速率较慢。可见,若出现一个频率波动,在148频差出现瞬间,由于频敏元件还未响应,则系统 “感受”到的自然频率响应特性是零。而随着频敏设备的启动并进行输出功率调整,则感受到的是元件频敏特性从零到稳态值的一个动态变化过程。因此,在扰动发生后, 的数值经历了一个变化过程。这一特性可用“动态自然频率特性系数”予以描述。所谓频敏设备的动态自然频率特性系数,是指频敏设备在频率波动过程中,任意时刻其输出功率变化与该时刻频率频差的比值。由于早先的设备、采样装备性能和有功功率平衡控制管理水平等不高,采用静态参数即可满足运行控制要求,故静态频率特性系数被使用并沿用至今;随着设备和采样装备性能的不断完善,电网运行精细化管理的不断深化,静态系数已逐渐不能满足要求,需要利用动态参数予以描述。由于静态参数是稳态参数,故利用一个数值即可较为全面地描述其特性;而动态参数所反映的是功频特性的响应过程,因此,需要一个顺序的数值序列才能对其特性予以全面描述,即动态自然频率响应特性的表述应该是一个时间序列。
动态 ACE 时间序列
从静态角度看,是指当系统中一次调节响ACE应充分且平稳后所反映出的控制偏差,因此,其数值仅与系统的二次调节相关,且当 Bi=βi 时, 的ACE数值与控制区域功率控制不平衡的数量相等,即ACE可反映区域真实的控制偏差。而若从动态角度看,由于频差不断在变化,系统的一次频率调节随之不断响应(系统的一次频率调节的动态过程约为10s ),故所表现出的β 数值始终处于动态变化中,其数值组成一个依频率波动而随动的时间序列。准确估计系统的自然频率特性系数在技术上存在困难,因此,无论采用何种B系数设置方式,在实际运行中,难以 (实际上也无必要)使 准确等于 。结合式()可知,ACE数值不仅与功率不平衡的数值(取决于系统的二次调节)相关,也会随着系统自然特性系数(取决于一次调节性能)的动态变化而不断改变。二次调节改变控制区域内的功率供需偏差,会导致式()中等号右边前两项的数值改变,故 ACE2数值的变化量与二次调节功率量相等。二次调节从收到调节指令到调节功率至指定数值需要数分钟。在此动态过程中,发电输出功率处于动态变化状态,ACE的数值会随发电输出功率的变化而改变。在顺序时间节点上的 ACE数值所构成的 ACE时间序列,被称之为动态 ACE时间序列,其蕴含着较为丰富的频率调节手段,包括一次和二次频率调节的综合调节信息。因此,从动态意义上讲,ACE不能被认为是控制区域真正的有功功率平衡偏差,而是可以反映控制效果的一个物理量。
基于动态参量的有功功率平衡控制性能精细化评价
精细化评价从被评价主体方面,包含频敏控制元件和有功平衡控制区域;从评价功能方面,可分为一次性能和二次性能评价。故精细化评价可依据两种维度来进行组合。作为预防电网频率失稳的第一道主动控制屏障 若调节速度相对较快的一次频率调节能力持续,降低 不仅会导致频率质量大幅度降低 严重时会造成电网解列甚至崩溃 带来巨大损失 。 因此 有必要对一次调节控制性能单独做出准确的评价 以保证系统运行的安全与稳定。关于频敏元件控制性能评价的研究,发电机组的一次调节性能16-17 和二次调节性能的实时调节效能评价 [ 已被实际应用。而对于控制区域控制性能评价的研究,与元件的控制性能评价相比更为复杂。这是因为,一方面频敏设备一次调节所依据的频差是所在地点的频差采样值,而系统频差的测定,一般是指定系统中的一个点作为频率采样的地点,将该点频率作为系统的频率,由于系统运行频率的空间分布特性 ,二者并不相同。对于单个频敏元件,可通过其出口表计采样;针对控制区域整体的频率特性,由于对所辖所有频敏设备输出功率变化逐个进行采样较为繁琐,且频差具有时空分布特性,故采用集中采集联络线功率,且按照时间顺序,以固定的时间间隔进行采样,故系统 “感受到”的是不同类型和不同地点所有频敏设备功率响应的综合。中国和北美采用的评价标准指标设计中,均是以 f 和 ACE等物理量为依据。而以这些各种频率调节手段共同作用结果为依据的评价标准,只能实现这些调节手段控制性能总和的评价。因此,现有标准无法准确地单独评价控制区域的一次与二次频率调节控制性能。与发电机组评价所依据的是本地频率不同,控制区域评价所依据的是整个系统的运行频率。由于一次控制性能的好坏可影响系统秒级尺度运行品质,故评价时间尺度应是秒至分钟级,需计入频率变化的动态过程,即应考虑故障的位置和严重程度、频敏元件的动作死区设定等因素。另一方面,由于系统频差取决于全网所有频率控制手段的综合调节效果,而控制区域动态 ACE的数值又与频差相关,因此,动态 ACE 时间序列数值亦与其他控制区域的控制行为相关。因此,控制区域的频率一次调节性能评价涉及因素众多,且难以解析,故该问题十分复杂,其标准设计难度极高。在中国电网中主要节点(如联络线和大部分电厂端 口 等 地 点)的 同 步 相 量 测 量 单 元 (phasor)布点已基本完成,基于该measurementunitPMU装置 的 广 域 测 量 系 统 (wide-areameasurement, )所得到数据采样密度可达 ,system WAMS20ms这为频率一次调节性能评价标准的设计与实施提供了数据保障。
由于二次调节控制性能评价时间尺度较长,为分钟至数十分钟级,故不用考虑频率变化的动态过程,因此其控制性能评价标准的设计也相对简单。从控制所依据的信号来看,一次调频所依据的是频差,二次调频依据的是控制指令,两种手段也不同。尽管 ACE时间序列中蕴含着较为丰富的一次和二次频率控制信息,但由于一次和二次调节功率混合交织在一起,若依据 ACE时间序列进行一、二次控制性能的单独评价,还需更为深入的研究工作。由于有功功率平衡控制的目的是,通过各种控制手段间的配合来平抑不同时间尺度的功率不平衡波动,故亦可以采用考察不同时间尺度控制效果的评价方式,即短期控制性能评价和中长期控制性能评价 具体如秒至分钟级控制性能评价 分钟至十几分钟级控制性能评价等。
化解产能过剩是中国各级政府在经济转型期面临的一项重要的政治任务,它不仅涉及经济结构的战略性调整,而且关乎社会的和谐与稳定。2001 年中国入世以后的全球化红利与 2003 年开始的房地产红利,使中国经济保持了长达十几年的高速增长, “中国奇迹”出现的同时,重化工业领域的产能过剩问题也愈演愈烈。中央政府早在 2006 年就注意到产能过剩对国民经济造成的负面影响。国务院在这一年发布了《关于加快推进产能过剩行业结构调整的通知》,要求地方政府调整经济结构。在此之后,国务院于2009 年、2010 年和 2013 年针对产能过剩问题制定了三份指导性意见,国家发改委和工信部等部门也制定了相应的配套政策,以激励地方政府积极采取措施,化解产能过剩。
然而,在中央政府的政治压力之下,产能过剩问题不仅没有得到解决,反而持续恶化。以钢铁行业为例, 2005 年中国钢铁产量达到 3.5 亿吨,中央政府从那时起开始限制钢铁产业的粗放型扩张,但在多轮次的政策调控之下,2013 年中国的钢铁产量已经突破 10 亿吨,且产业集中度越来越小,离散度越来越大,僵尸企业不断涌现。
在去产能的过程中,地方政府面临的多重制约,使其无法不折不扣地完成中央下达的政治任务。第一,在财税方面,现行的财税制度带有明显的生产型导向,僵尸企业不论是否亏损,只要维持生产,就可以给地方政府带来流转税收入,而停止生产则意味着地方财源的净损失。 第二,在人员安置方面,去产能改革将迫使约 1000 万职工下岗或转岗,仅煤炭系统就涉及约 130 万人的重新安置问题。 这将给地方政府带来极大的政策性负担。第三,银行系统向僵尸企业投放了大量的信贷,僵尸企业的破产将给银行系统带来大量的不良资产。在缺乏顶层设计的情况下,地方政府无法独立应对随之而来的金融风险。地方政府在去产能改革中的消极表现,是经济转型过程中地方政府与中央政府在利益和目标方面出现矛盾的一个缩影。在发展过程中,中央政府承担无限责任,而地方政府承担有限责任。 中央政府的无限责任表现为从国家的整体利益和长远利益出发,谋求经济发展方式的转变。地方政府的有限责任则表现为追求对所辖区域的有效控制。当经济转型的目标不符合地方政府谋求区域控制的行为导向时,地方政府就有足够的动力去消解中央的政策。
对去产能改革的研究,应该将地方政府的行为动机作为逻辑起点,即地方政府在经济转型中的利益与目标何在?在不同历史时期驱动地方政府采取不同行为策略的深层动因是什么?地方政府的行为动机是由其核心利益决定的,中央的政策只有符合地方政府的核心利益才能得到有效的执行。关于地方政府的核心利益问题,理论界存在两种研究范式。
(一)收入论
第一种范式可以称为收入论,认为地方政府的核心利益在于财政收入的最大化,并以此为起点分析中央与地方的关系及地方政府的经济行为。例如,戴慕珍发现,在财税体制改革过程中,基层政府与乡镇企业之间类似于总公司与分公司的关系,基层政府通过发展乡镇企业来追求财税利益。瓦尔德将中国的地方政府称为厂商,地方政府是市场化进程的主导性力量,在中央政府下放经济管理权力的制度背景下,地方政府可以直接参与经济活动以获得收益。马斯金等发现,在政治集权的体制下,财政激励在地方政府之间形成了一种标尺竞争,促使地方政府以其他地区为参照而追求更高的财政收入。从收入论的角度来看,中央或上级政府在推动改革的时候,应该充分考虑改革措施对地方财力的影响,尽量保证地方的财力不受削减,以此来维持地方政府参与改革的积极性。
(二)绩效论
第二种范式可以称为绩效论,认为地方政府的核心利益在于治理绩效的最大化,以谋求官员本人的政治晋升。例如,周黎安研究了中国地方官员的激励机制,认为地方官员的政治激励在于通过经济绩效来换取升迁机会。为了在激烈的区域竞争中脱颖而出,地方政府必然追求绩效的最大化。李宏斌和周黎安还通过实证研究表明,省级官员晋升的可能性与经济增长率高度相关。陈烨、李宏斌和周黎安还发现,中央政府对省级官员的任免是以前任的经济绩效为参照的。因此,省级官员必然会努力取得超越前任的绩效。绩效论主张,地方政府各种治理行为的根本动机在于追求可观测的绩效。根据这种理论,如果中央或上级政府的政策导向不能反映在政绩考核体系当中,那么该政策将在执行过程中大打折扣。
(三)评价与反思
按照收入论的逻辑,地方政府不愿意主动化解过剩产能的动机是怕影响财政收入。而现实的情况是,僵尸企业正在成为地方政府的负担,动辄上亿的补贴使地方政府无法实现财政收益最大化的目标。仅2012 年一年,当时的13 家上市钢企便获得政府补贴30.8 亿元。而按照绩效论的逻辑,地方政府不愿意主动化解过剩产能是担心影响治理绩效,进而影响地方官员的晋升。然而,国务院早在2013 年就将去产能的相关工作列入了政绩考核指标体系。此后,各省的配套性文件又重申并细化了这一点。因此,无论是收入论,还是绩效论,都无法准确地解释经济转型期地方政府经济行为的内在逻辑,也无法客观地描述地方政府在去产能改革中遇到的实际困难。
去产能政策的实施效果之所以不理想,是因为它不符合地方政府的切身利益。中央一直试图弥补地方的利益损失,以促进产业结构的优化,但是收效甚微。其根源也在于没有抓住地方政府的核心利益与重大关切。基于这种情况,本文围绕以下几个理论问题展开讨论:在放权改革的背景下,地方政府的核心利益是什么?在经济转型过程中,中央政府的激励政策为何失灵?针对化解产能过剩等转型问题,如何调动地方政府的积极性?
(一)地方政府的核心利益是区域控制
纵观中国30 多年的改革历程,权力的收与放是决定改革方向并影响改革效果的深层逻辑。无论是经济管理权力在中央与地方之间的适度调整,还是政府向市场的简政放权,都对特定时期的社会利益结构与分配格局产生了重大影响。收入论者和绩效论者都承认,中国经济的高速发展得益于中央主导的权力下放以及随之而来的地方自主性的增强。
从央地关系的角度来看,地方政府的核心利益在于维持并扩大自主性。地方政府希望在经济管理、财政、行政等方面获得更大的自主性,以相对独立的身份处理地方领域的公共事务。在何显明看来,地方政府实际权限的伸缩性以及地方政府选择空间的弹性化,是理解地方政府行为的关键变量。地方政府在某些领域的超常发挥或肆意妄为,都是其施展自主性、扩大行动空间的结果。
从政府与市场的关系来看,地方政府的核心利益在于区域控制,即对自己所辖区域的经济社会发展进程的控制。在市场经济基本规则的约束下,地方政府谋求区域控制的最大化,形成了一种独特的区域控制导向,这种导向诱使地方政府做出具体的行为选择。基于这种导向做出的行为有可能符合中央的要求,也有可能违背中央的意图。地方政府通过对区域发展实施控制,可以在辖区内产生共容利益。而共容利益反过来约束了地方政府的独断行为,客观上激励着辖区内的市场主体扩大生产。
地方自主性与区域控制导向是同一事物的两个方面。从纵向来看,地方政府希望中央支持或默许其扩大行动范围。从横向来看,地方政府在扩大了行动范围以后,必然追求对辖区发展的有效控制。一方面,地方政府希望对中央保持一定的独立性。另一方面,它也希望对变幻莫测的区域市场保持一定的独立性。正如曹正汉所言,地方政府应对市场化改革的基本策略是抓住经济发展的主动权。对于地方政府而言,最好的结果便是既能推动区域经济的高速发展,又能牢牢地掌握经济发展的领导权和主动权。在实践中,地方政府结合上述两个基本目标的策略是“以控制促发展”。无论是土地财政、招商引资等现象,还是政府推动的城市更新项目,都体现了这种治理策略。
曹正汉等人认为,如果地方政府有能力控制土地要素,那么它将放弃对企业的直接控制。这个论断的理论意义在于,如果外部的制约因素发生了变化,那么地方政府实施区域控制的具体形式也将发生相应的变化。地方政府获得对土地要素的控制,发生在上世纪90 年代后期,源于中央推动的土地制度改革。正是土地制度这个制约因素的变化,诱使地方政府改变了区域控制的路径与方法。然而,无论具体形式如何变化,区域控制导向的本身是非常稳定的。既然中央将经济发展与地方政府的积极性联系起来,它就不会轻易破坏二者背后的重要因果机制。
(二)地方政府对僵尸企业的调控行为
在经济转型过程中,地方政府对连年亏损的僵尸企业采取以补贴和担保为主的调控措施,体现了它追求区域控制的基本行为倾向。僵尸企业大多处于重化工业领域,往往是本地区的龙头企业,具有资金密集、人员密集的特征,在区域经济中占有重要的地位。对于地方政府而言,僵尸企业的破产意味着区域经济社会发展的失控,这将触及地方政府的根本利益。因此,地方政府只能采取调控手段,帮助那些缺乏效率的大型企业暂渡难关,以此来维持对区域发展的有效控制。
产能过剩之所以是一个复杂的问题,原因在于出现产能过剩的市场主体非常复杂。总体而言,深受产能过剩困扰的企业分为三类,一是地方国企,二是特权民企,三是央企分支机构。其中,地方国企是制造产能过剩的主力军,因为它们与地方政府的联系最为密切,可以成为地方政府控制区域发展的最有力工具。对于地方政府的发展战略,地方国企往往能够坚决执行,因此它们最容易得到地方政府的救助。广东省在其发布的去产能方案中提出,要在2016 年内出清省级以下政府所属的2000 多家僵尸企业,由省财政对企业人员安置工作提供专项补贴。从某种意义上讲,去产能改革是一次地方政府的自我革命,其本质是区域控制能力的减弱。
特权民企是指与地方政府联系密切、对区域经济产生重要影响、享受地方政府特殊优待的大型民营企业。地方政府往往对存在产能过剩问题的特权民企采取力度较大的调控措施。例如,新余市将江西赛维LDK 公司的资金缺口纳入了市政府的财政预算,江西省财政厅还专门设立了“赛维LDK 稳定发展基金”,以帮助该公司偿还信托债务。可见,特权民企的生存对于地方政府而言非常重要,地方政府在设计政策的时候会采取“一企一策”的办法。
央企分支机构是指隶属于央企总部、办公地点及主要经营活动都处于地方政府辖区的央企下属公司。一些央企为了投标项目而注册了很多空壳企业,在项目完成之后,这些企业剩下很多员工和债务,沦为低效率的僵尸企业。以中国铁建为例,该公司下属的700 多个子公司中,有多达200 多个空壳企业。央企分支机构在其发展的过程中,往往与所在地政府结成事实层面的利益同盟,它们的企业发展战略与地方政府的区域控制导向在多数情况下是相容的。
2006 年以后逐渐出现的产能过剩现象,主要集中在重化工业领域。从区域经济的角度来看,一个地区的重化工业往往集中于少数几个大型企业,这种企业被地方政府形象地称为龙头企业。地方政府希望通过引进或培育龙头企业,提高辖区内的产业聚集度,进而打造完整的产业链条。有学者研究发现,地方政府对区域经济的干预政策,造成了大企业的投资增幅明显高于中小企业。也就是说,地方政府在招商引资中采取的各种优惠政策对大企业更加有利。随着大企业逐渐发展成区域内的龙头企业,它们控制的资金和人员越来越多,制造的产值和利税也越来越多。在这种情况下,地方政府控制区域发展的最有效途径便是直接控制龙头企业,针对龙头企业的发展需求制定个性化的调控政策,而这种调控政策在多数情况下是与去产能改革相悖的。
(一)去产能改革中的中央调控
2015年的中央经济工作会议提出了化解过剩产能的基本方针和主要任务,并出台了财税、金融、职工安置及监督考核等方面的配套政策。这些中央层面的调控政策大多是基于收入论和绩效论而制定的,着眼于加强地方政府的财力和对地方政府形成绩效压力。例如,财政部针对僵尸企业的职工安置问题,建立了规模高达 1000 亿元的工业企业结构调整专项基金。建立这项基金的目的是使地方政府在安置下岗、转岗职工时拥有充足的财力,以提高地方政府落实去产能政策的积极性。而在政绩考核方面,中央经济工作会议重申了在去产能方面加强考核与问责的原则,并要求地方政府全面清理面向僵尸企业制定的保护性措施。
中央的调控政策在短期内是有效的,地方政府在高强度的政治压力下,会采取果断的措施压缩辖区内的落后产能项目。但是,这种调控政策无法形成制约落后产能再生的长效机制,而且容易诱发地方政府的政策变通行为。在面临中央及上级政府委托的多重任务时,地方政府作为代理人往往最关注那些容易被察觉、容易显示绩效的工作。在实践中,地方政府最关注的任务是落后产能数据的下降,而不是产能质量的实际提高。只要能够完成中央或上级分配下来的硬指标,地方政府不会考虑自己采取的措施是否真正有助于经济转型。因为对于地方政府而言,比经济转型更现实的目标是防止区域发展形势的失控。
(二)在新经济领域加强地方政府的控制能力
在去产能改革乃至整个经济转型的过程中,中央与地方之间存在着利益与目标的分野,这种分野的实质是内嵌于中国政治经济体制中的结构性矛盾。只不过在投资与要素驱动的发展模式下,这种结构性矛盾并没有显现出来,因为中央的政策目标恰好与地方政府追逐与维护利益的路径构成了竞合。而在追求创新驱动的经济转型期,中央追求产业结构转型升级的愿望与地方政府维护区域控制能力的矛盾逐渐明晰起来。
如果想让地方政府真心实意地执行去产能政策,中央就应该考虑地方政府的利益和目标,在化解过剩产能时保证地方政府的区域控制能力不受损害。因此,应该采取“破旧立新”的行为策略,在重化工业领域推行去产能政策的同时,支持地方政府在新经济领域加强区域控制能力,以弥补去产能过程中的利益损失。从新兴产业发展的经验来看,由于中央政府无法准确把握新兴产业的技术路线与市场前景,因此在制定产业政策时,往往有意留给地方政府一定的自由裁量空间,以激励地方政府进行自主探索。中央赋予地方政府在新经济领域展开自主探索的权力,正是地方政府重新建立区域控制能力的关键所在。当地方政府能够在风云变幻的新经济领域实施游刃有余的掌控时,它就可以放下包袱,不再担心因地方龙头企业的停产而导致的局面失控,从而可以放心大胆地落实中央的决策,完成去产能的各项任务。
具体而言,中央应该从政策和资金两个方面帮助地方政府在新经济领域扩大控制能力。在政策方面,采取差异化精准调控。可以针对产能过剩地区制定指导性意见,支持这些地区的地方政府在新经济领域有所作为。正如管理学家德鲁克所言,创新者只有在机会窗口开启的时间里进入该产业才能获得快速发展。对于产能过剩地区而言,旧的经济发展方式已经难以为继。只要地方政府敢于在新经济领域采取激励措施,对于市场主体而言,机会窗口便得到了开启。因此,中央应该以指导性意见的方式,赋予产能过剩地区的地方政府更大的自主性,促进其主动开启创新驱动的机会之窗。
在资金方面,成立产能过剩地区创新发展专项基金。通过专项基金来支持产能过剩地区的产业转型升级。充分发挥中央财政的杠杆作用,引导和撬动更多的社会资本进入新经济领域。资金支持是促使地方政府“破旧立新”的重要手段,通过对产能过剩地区的创新发展进行转移支付,可以引导地方政府调整财政支出结构,落实地方配套资金及设立地方层面的专项基金,以支持新产业、新模式、新业态、新技术的发展。
此外,还应该创新政策工具,以提高对产能过剩地区主动转型的激励强度。具体而言,有三种政策工具可以引入该领域:第一,专项建设基金。国家发改委掌握的专项建设基金完全可以支持产能过剩地区的战略性新兴产业。从现在的使用情况来看,该基金对基础设施项目的过度投入使这类项目同样存在过剩的危险,将该基金引入战略性新兴产业有助于提高它的使用效率。第二,地方债。全国人大和国务院可以考虑适当增加产能过剩地区的地方债额度,通过适度扩大财政赤字的方式,将筹集到的资金投入到“互联网+”和智能制造等领域,引领产能过剩地区的经济转型。第三,公私合作模式 (PPP)。在新经济领域的发展缺乏内生动力的情况下,地方政府可以采取公私合作模式,吸引社会资本加入由政府谋划的科技项目。待时机成熟以后,地方政府可以逐渐撤出投资,将发展的主动权还给市场。