一種發(fā)電廠機(jī)組動(dòng)力系統(tǒng)模型校核方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種發(fā)電廠機(jī)組動(dòng)力系統(tǒng)模型校核方法，包括以下步驟：A:找出關(guān)鍵發(fā)電機(jī)；B:利用PMU裝置通過(guò)采集關(guān)鍵發(fā)電機(jī)的電壓幅值、電壓相角、有功功率和無(wú)功功率、AVR/PSS的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)；C:對(duì)PMU裝置采集到的時(shí)序數(shù)列進(jìn)行預(yù)處理；D:對(duì)PMU裝置采集到的時(shí)序數(shù)列波動(dòng)量進(jìn)行分析；E:使用基于移相變壓器法的混合動(dòng)態(tài)仿真算法分別計(jì)算每一組模型參數(shù)所對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵發(fā)電機(jī)功率仿真時(shí)序數(shù)組；F:進(jìn)行誤差計(jì)算，得到多組誤差指標(biāo)；G:最小的誤差指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵發(fā)電機(jī)模型參數(shù)庫(kù)中的模型參數(shù)即為最優(yōu)發(fā)電機(jī)模型參數(shù)。本發(fā)明能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真程序中的發(fā)電機(jī)模型進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估，維護(hù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
【專利說(shuō)明】—種發(fā)電廠機(jī)組動(dòng)力系統(tǒng)模型校核方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模型校核方法，尤其涉及一種發(fā)電廠機(jī)組動(dòng)力系統(tǒng)模型校核方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，仿真技術(shù)在電力系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行中扮演著重要的角色，動(dòng)態(tài)仿真的計(jì)算結(jié)果不僅常常被用于指導(dǎo)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，還被用于設(shè)定各種控制設(shè)備參數(shù)。使用不可信的仿真結(jié)果來(lái)指導(dǎo)安排電網(wǎng)運(yùn)行，將給系統(tǒng)安全埋下隱患。
[0003]1996年8月，美國(guó)西部電力系統(tǒng)發(fā)生大停電事故，美國(guó)邦納維爾電管局(BPA)用當(dāng)時(shí)WSCC指導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫(kù)重現(xiàn)停電過(guò)程時(shí)發(fā)現(xiàn)，仿真結(jié)果是為一個(gè)平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)，根本無(wú)法再現(xiàn)系統(tǒng)振蕩失穩(wěn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，引起了電力從業(yè)人員對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真的擔(dān)憂。2004年3月，東北電網(wǎng)組織進(jìn)行人工三相短路試驗(yàn)與電網(wǎng)仿真對(duì)比校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)確有必要將仿真結(jié)果與實(shí)際系統(tǒng)真實(shí)狀況進(jìn)行對(duì)比研究，分析仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和可信度。因此，如何提高仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性已成為目前研究的熱點(diǎn)。
[0004]發(fā)電機(jī)組包含發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)、原動(dòng)機(jī)及調(diào)速器，是決定電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為特征的關(guān)鍵設(shè)備，其數(shù)學(xué)模型及參數(shù)的有效性將直接影響系電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果。因此，對(duì)發(fā)電機(jī)組仿真模型的有效性評(píng)估顯得尤為重要。目前，電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真程序中的發(fā)電機(jī)模型大都采用典型數(shù)學(xué)模型，參數(shù)采用廠家數(shù)據(jù)、典型數(shù)據(jù)或者現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，無(wú)論以何種方式構(gòu)建的發(fā)電機(jī)仿真模型，其動(dòng)態(tài)特性的有效性都有待進(jìn)一步評(píng)估。長(zhǎng)期以來(lái)，為了驗(yàn)證并得到較準(zhǔn)確的發(fā)電機(jī)模型，人們普遍采用設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的方法來(lái)獲得其特性參數(shù)。WSCC規(guī)定，IOMW以上機(jī)組的參數(shù)必須經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)才能入網(wǎng)，中國(guó)也早在1990年的電網(wǎng)工作會(huì)議上就建議對(duì)發(fā)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行實(shí)測(cè)。在西部電力協(xié)調(diào)委員會(huì)(Western ElectricityCoordinating Council 一 WECC)系統(tǒng)中，大約有80%的發(fā)電設(shè)備經(jīng)過(guò)了測(cè)試；而北美電力可靠性委員會(huì)(North American Electricity Reliability Council 一 NERC)的政策文件規(guī)定，發(fā)電機(jī)每五年要進(jìn)行一次測(cè)試。但這種定期重復(fù)進(jìn)行參數(shù)測(cè)試的方法，將大大增加電廠的工作量和費(fèi)用負(fù)擔(dān)，并影響發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行，且現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的參數(shù)也會(huì)因?yàn)楦鞣N誤差原因而不盡準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)電廠機(jī)組動(dòng)力系統(tǒng)模型校核方法，能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真程序中的發(fā)電機(jī)模型進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估，保證仿真數(shù)據(jù)的可行度，維護(hù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0006]本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0007]一種發(fā)電廠機(jī)組動(dòng)力系統(tǒng)模型校核方法，包括以下步驟:
[0008]A:對(duì)電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行容量、調(diào)頻性能分析，找出對(duì)頻率影響最大的關(guān)鍵發(fā)電機(jī)作為研究對(duì)象；[0009]B:將關(guān)鍵發(fā)電機(jī)的高壓母線或出線設(shè)置為邊界母線，在邊界母線處安裝PMU裝置，利用PMU裝置通過(guò)采集邊界母線的電壓向量值和電流向量值獲得關(guān)鍵發(fā)電機(jī)的電壓幅值、電壓相角、有功功率和無(wú)功功率，并利用PMU裝置采集關(guān)鍵發(fā)電機(jī)AVR/PSS的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)；
[0010]C:對(duì)PMU裝置采集到的時(shí)序數(shù)列進(jìn)行預(yù)處理；
[0011]D:對(duì)PMU裝置采集到的時(shí)序數(shù)列波動(dòng)量進(jìn)行分析；若時(shí)序數(shù)列的波動(dòng)量小于誤差范圍時(shí)，則忽略該時(shí)序數(shù)列，返回到步驟A ;若時(shí)序數(shù)列的波動(dòng)量大于誤差范圍時(shí)，則進(jìn)入步驟E ;
[0012]E:依次讀取關(guān)鍵發(fā)電機(jī)模型參數(shù)庫(kù)中的每一組模型參數(shù)，使用基于移相變壓器法的混合動(dòng)態(tài)仿真算法，分別得到每一組模型參數(shù)所對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵發(fā)電機(jī)功率仿真時(shí)序數(shù)組；
[0013]F:利用步驟E中得到的每一組模型參數(shù)所對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵發(fā)電機(jī)功率仿真時(shí)序數(shù)組，分別計(jì)算每一組模型參數(shù)所對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵發(fā)電機(jī)仿真有功功率和仿真無(wú)功功率，并將計(jì)算得出的各組關(guān)鍵發(fā)電機(jī)仿真有功功率和仿真無(wú)功功率與PMU測(cè)得的關(guān)鍵發(fā)電機(jī)有功功率和無(wú)功功率進(jìn)行誤差計(jì)算，得到多組誤差指標(biāo)；
[0014]G:在步驟F中得到的多組誤差指標(biāo)中選取最小的誤差指標(biāo)，此誤差指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵發(fā)電機(jī)模型參數(shù)庫(kù)中的模型參數(shù)即為最優(yōu)發(fā)電機(jī)模型參數(shù)。
[0015]所述步驟C中對(duì)PMU裝置采集到的時(shí)序數(shù)列進(jìn)行預(yù)處理的方法為:利用差分方法對(duì)PMU裝置采集到的數(shù)據(jù)缺失點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)齊；然后利用平均值的方法得到平滑曲線，去除數(shù)據(jù)中的毛刺以及突變；最后根據(jù)仿真的步長(zhǎng)重新生成優(yōu)化后的時(shí)序數(shù)列。
[0016]所述的步驟E中，基于移相變壓器法的混合動(dòng)態(tài)仿真算法包括以下步驟:
[0017]a:讀入PMU裝置采集到的時(shí)序數(shù)列波動(dòng)量；
[0018]b:構(gòu)建關(guān)鍵發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的網(wǎng)架，增加一組移相變壓器和無(wú)窮大發(fā)電機(jī)；
[0019]c:利用邊界點(diǎn)電壓幅值和相角的初始值，初始化無(wú)窮大發(fā)電機(jī)母線電壓的初始值，進(jìn)行潮流計(jì)算，獲得關(guān)鍵發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的初始狀態(tài)；
[0020]d:分別讀取關(guān)鍵發(fā)電機(jī)模型參數(shù)庫(kù)中的每一組模型參數(shù)，進(jìn)行參數(shù)合理性檢查；
[0021]e:形成導(dǎo)納矩陣和雅可比矩陣，聯(lián)立求解微分方程和代數(shù)方程，判別初始條件的合理性；
[0022]f:開(kāi)始仿真并設(shè)置仿真初始時(shí)間；
[0023]g:根據(jù)時(shí)序數(shù)列的時(shí)間差值設(shè)置混合動(dòng)態(tài)仿真的仿真步長(zhǎng)，得到下一個(gè)仿真時(shí)刻和電壓幅值和相角值，修改移相變壓器的移向角和變比，利用梯形積分法進(jìn)行計(jì)算；梯形積分法的步長(zhǎng)根據(jù)PMU數(shù)據(jù)的步長(zhǎng)和收斂性進(jìn)行變化，當(dāng)PMU時(shí)間間隔變化時(shí)，自動(dòng)改變計(jì)算步長(zhǎng)；當(dāng)計(jì)算不收斂時(shí)，自動(dòng)減小步長(zhǎng)為原步長(zhǎng)的一半，直到收斂；
[0024]h:重復(fù)步驟g，直至PMU所采集到經(jīng)預(yù)處理后的時(shí)序數(shù)列中所有的數(shù)據(jù)全部仿真完畢。
[0025]所述步驟b中，增加的發(fā)電機(jī)和移相變壓器的初始狀態(tài)如下:
[0026]( I)發(fā)電機(jī)模型采用經(jīng)典模型；
[0027](2)發(fā)電機(jī)的內(nèi)電抗采用最小值；
[0028](3)發(fā)電機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)采用最大值；
[0029](4)發(fā)電機(jī)的電壓設(shè)定為lp.u.;[0030](5)移相變壓器的阻抗為O ;
[0031](6)發(fā)電機(jī)的初始有功值采用PMU裝置采集到的有功功率初始值；
[0032](7)移相變壓器的初始變比n采用PMU裝置采集到的電壓幅值初始值；
[0033](8)移相變壓器的的初始移向角α采用PMU裝置采集到的電壓相角初始值。
[0034]所述步驟g中，在修改移相變壓器的移向角和變比后，利用注入電流法進(jìn)行仿真，使網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣變?yōu)槎ㄖ?，不必跟隨移相變壓器的步長(zhǎng)和變比進(jìn)行修改的對(duì)稱矩陣。
[0035]所述步驟g中，使用變步長(zhǎng)算法，以數(shù)據(jù)時(shí)間點(diǎn)修改步長(zhǎng)，同時(shí)考慮算法的收斂性；當(dāng)PMU時(shí)間間隔變化時(shí)，自動(dòng)改變計(jì)算步長(zhǎng)；當(dāng)計(jì)算不收斂時(shí)，自動(dòng)減小步長(zhǎng)為原步長(zhǎng)的一半，直到收斂。
[0036]所述的步驟F中，誤差指標(biāo)的計(jì)算包含殘值計(jì)算和特征值計(jì)算；
[0037]殘值計(jì)算過(guò)程如下:
[0038](1)將變量的比較時(shí)間序列減去基準(zhǔn)時(shí)間序列，得到一組殘差時(shí)間序列；
[0039](2)對(duì)殘差時(shí)間序列建立合適的數(shù)學(xué)模型，并給出相應(yīng)的定量指標(biāo)；
[0040](3)利用公式
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)電廠機(jī)組動(dòng)力系統(tǒng)模型校核方法，其特征在于，包括以下步驟: A:對(duì)電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行容量、調(diào)頻性能分析，找出對(duì)頻率影響最大的關(guān)鍵發(fā)電機(jī)作為研究對(duì)象； B:將關(guān)鍵發(fā)電機(jī)的高壓母線或出線設(shè)置為邊界母線，在邊界母線處安裝PMU裝置，利用PMU裝置通過(guò)采集邊界母線的電壓向量值和電流向量值獲得關(guān)鍵發(fā)電機(jī)的電壓幅值、電壓相角、有功功率和無(wú)功功率，并利用PMU裝置采集關(guān)鍵發(fā)電機(jī)AVR/PSS的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)； C:對(duì)PMU裝置采集到的時(shí)序數(shù)列進(jìn)行預(yù)處理； D:對(duì)PMU裝置采集到的時(shí)序數(shù)列波動(dòng)量進(jìn)行分析；若時(shí)序數(shù)列的波動(dòng)量小于誤差范圍時(shí)，則忽略該時(shí)序數(shù)列，返回到步驟A ;若時(shí)序數(shù)列的波動(dòng)量大于誤差范圍時(shí)，則進(jìn)入步驟E ； E:依次讀取關(guān)鍵發(fā)電機(jī)模型參數(shù)庫(kù)中的每一組模型參數(shù)，使用基于移相變壓器法的混合動(dòng)態(tài)仿真算法，分別得到每一組模型參數(shù)所對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵發(fā)電機(jī)功率仿真時(shí)序數(shù)組； F:利用步驟E中得到的每一組模型參數(shù)所對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵發(fā)電機(jī)功率仿真時(shí)序數(shù)組，分別計(jì)算每一組模型參數(shù)所對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵發(fā)電機(jī)仿真有功功率和仿真無(wú)功功率，并將計(jì)算得出的各組關(guān)鍵發(fā)電機(jī)仿真有功功率和仿真無(wú)功功率與PMU測(cè)得的關(guān)鍵發(fā)電機(jī)有功功率和無(wú)功功率進(jìn)行誤差計(jì)算，得到多組誤差指標(biāo)； G:在步驟F中得到的多組誤差指標(biāo)中選取最小的誤差指標(biāo)，此誤差指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵發(fā)電機(jī)模型參數(shù)庫(kù)中的模型參數(shù)即為最優(yōu)發(fā)電機(jī)模型參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電廠機(jī)組動(dòng)力系統(tǒng)模型校核方法，其特征在于，所述步驟C中對(duì)PMU裝置采集到的時(shí)序數(shù)`列進(jìn)行預(yù)處理的方法為:利用差分方法對(duì)PMU裝置采集到的數(shù)據(jù)缺失點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)齊；然后利用平均值的方法得到平滑曲線，去除數(shù)據(jù)中的毛刺以及突變；最后根據(jù)仿真的步長(zhǎng)重新生成優(yōu)化后的時(shí)序數(shù)列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)電廠機(jī)組動(dòng)力系統(tǒng)模型校核方法，其特征在于，所述的步驟E中，基于移相變壓器法的混合動(dòng)態(tài)仿真算法包括以下步驟: a:讀入PMU裝置采集到的時(shí)序數(shù)列波動(dòng)量； b:構(gòu)建關(guān)鍵發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的網(wǎng)架，增加一組移相變壓器和無(wú)窮大發(fā)電機(jī)；c:利用邊界點(diǎn)電壓幅值和相角的初始值，初始化無(wú)窮大發(fā)電機(jī)母線電壓的初始值，進(jìn)行潮流計(jì)算，獲得關(guān)鍵發(fā)電機(jī)子系統(tǒng)的初始狀態(tài)； d:分別讀取關(guān)鍵發(fā)電機(jī)模型參數(shù)庫(kù)中的每一組模型參數(shù)，進(jìn)行參數(shù)合理性檢查； e:形成導(dǎo)納矩陣和雅可比矩陣，聯(lián)立求解微分方程和代數(shù)方程，判別初始條件的合理性； f:開(kāi)始仿真并設(shè)置仿真初始時(shí)間； g:根據(jù)時(shí)序數(shù)列的時(shí)間差值設(shè)置混合動(dòng)態(tài)仿真的仿真步長(zhǎng)，得到下一個(gè)仿真時(shí)刻和電壓幅值和相角值，修改移相變壓器的移向角和變比，利用梯形積分法進(jìn)行計(jì)算；梯形積分法的步長(zhǎng)根據(jù)PMU數(shù)據(jù)的步長(zhǎng)和收斂性進(jìn)行變化，當(dāng)PMU時(shí)間間隔變化時(shí)，自動(dòng)改變計(jì)算步長(zhǎng)；當(dāng)計(jì)算不收斂時(shí)，自動(dòng)減小步長(zhǎng)為原步長(zhǎng)的一半，直到收斂； h:重復(fù)步驟g，直至PMU所采集到經(jīng)預(yù)處理后的時(shí)序數(shù)列中所有的數(shù)據(jù)全部仿真完畢。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電廠機(jī)組動(dòng)力系統(tǒng)模型校核方法，其特征在于，所述步驟b中，增加的發(fā)電機(jī)和移相變壓器的初始狀態(tài)如下:(1)發(fā)電機(jī)模型采用經(jīng)典模型； (2)發(fā)電機(jī)的內(nèi)電抗采用最小值； (3)發(fā)電機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)采用最大值； (4)發(fā)電機(jī)的電壓設(shè)定為lp.u.； (5)移相變壓器的阻抗為O; (6)發(fā)電機(jī)的初始有功值采用PMU裝置采集到的有功功率初始值； (7)移相變壓器的初始變比η采用PMU裝置采集到的電壓幅值初始值； (8)移相變壓器的的初始移向角α采用PMU裝置采集到的電壓相角初始值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)電廠機(jī)組動(dòng)力系統(tǒng)模型校核方法，其特征在于，所述步驟g中，在修改移相變壓器的移向角和變比后，利用注入電流法進(jìn)行仿真，使網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣變?yōu)槎ㄖ?，不必跟隨移相變壓器的步長(zhǎng)和變比進(jìn)行修改的對(duì)稱矩陣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)電廠機(jī)組動(dòng)力系統(tǒng)模型校核方法，其特征在于，所述步驟g中，使用變步長(zhǎng)算法，以數(shù)據(jù)時(shí)間點(diǎn)修改步長(zhǎng)，同時(shí)考慮算法的收斂性；當(dāng)PMU時(shí)間間隔變化時(shí)，自動(dòng)改變計(jì)算步長(zhǎng)；當(dāng)計(jì)算不收斂時(shí)，自動(dòng)減小步長(zhǎng)為原步長(zhǎng)的一半，直到收斂。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)電廠機(jī)組動(dòng)力系統(tǒng)模型校核方法，其特征在于，所述的步驟F中，誤差指標(biāo)的計(jì)算包含殘值計(jì)算和特征值計(jì)算； 殘值計(jì)算過(guò)程如下: (1)將變量的比較時(shí)間序列減去基準(zhǔn)時(shí)間序列，得到一組殘差時(shí)間序列； (2)對(duì)殘差時(shí)間序列建立合適的數(shù)學(xué)模型，并給出相應(yīng)的定量指標(biāo)；


(3)利用公式
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103699723SQ201310664952
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】郭為民, 唐耀華, 葉小暉, 仲悟之, 宋新立, 崔猛, 魏強(qiáng), 劉濤, 吳國(guó)旸 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院, 中國(guó)電力科學(xué)研究院