一種應(yīng)用于動態(tài)等值中等值機控制器的參數(shù)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于動態(tài)等值中等值機控制器的參數(shù)優(yōu)化方法，屬于電力系統(tǒng) 動態(tài)等值技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 應(yīng)用同調(diào)等值法進行大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)的動態(tài)等值過程中，等值發(fā)電機控制 器的類型及參數(shù)聚合是影響等值效果的最重要部分?，F(xiàn)有的參數(shù)聚合方法有以下兩種：
[0003] 1)對同調(diào)機組各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)進行動態(tài)聚合及參數(shù)尋優(yōu)求取等值機控制器 的方法，該方法得到的等值機控制器模型不是已有的控制器模型，需要重新搭建該控制器 模型，如果暫態(tài)穩(wěn)定程序不支持自定義建模，則暫態(tài)穩(wěn)定程序無法識別這些控制器模型。
[0004] 2)基于主導(dǎo)模式的主導(dǎo)發(fā)電機參數(shù)聚合方法，該方法是選擇同調(diào)機組內(nèi)起主導(dǎo)作 用的發(fā)電機控制器作為等值機控制器，得到的控制器模型都是已有的控制器模型，并且具 有實際的物理意義，便于后續(xù)進行參數(shù)擬合和優(yōu)化。
[0005] 針對對以上兩種方法的分析，本發(fā)明是在基于主導(dǎo)模式的主導(dǎo)發(fā)電機參數(shù)聚合方 法的基礎(chǔ)上，提出一種等值機控制器的參數(shù)擬合和優(yōu)化方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提出一種應(yīng)用于動態(tài)等值中等值機控制器的參數(shù)優(yōu)化方法。針 對基于主導(dǎo)模式的主導(dǎo)發(fā)電機控制器參數(shù)優(yōu)化方法的特點，提出一種等值機控制器的參數(shù) 擬合和優(yōu)化的方法，保證等值系統(tǒng)與原系統(tǒng)的動態(tài)性能基本一致。
[0007] 本發(fā)明的一種應(yīng)用于動態(tài)等值中等值機控制器的參數(shù)優(yōu)化方法，包括如下步驟：
[0008] 1)按照主導(dǎo)模式法初步確定等值發(fā)電機的控制器類型及參數(shù)；
[0009] 2)篩選出含有不合理控制器的等值發(fā)電機，嘗試用同調(diào)機組內(nèi)其他發(fā)電機的控制 器替換等值發(fā)電機控制器；
[0010] 3)制定曲線偏差程度e指標(biāo)，該指標(biāo)用于反映等值前后兩條曲線的擬合程度；
[0011] 4)為了排除其他因素的影響，對每臺等值機分別搭建單機無窮大的待優(yōu)化系統(tǒng)， 與之校驗的系統(tǒng)是對應(yīng)的同調(diào)機組通過等值母線連接到無窮大母線的目標(biāo)系統(tǒng)；
[0012] 5)確定需要優(yōu)化的控制器參數(shù)及數(shù)值范圍，利用粒子群優(yōu)化算法，結(jié)合曲線偏差 程度e指標(biāo)，對每臺等值機的控制器進行參數(shù)優(yōu)化。
[0013] 在于上述步驟1)，在基于同調(diào)等值法的動態(tài)等值中，確定等值機控制器類型及參 數(shù)的主導(dǎo)模式法，是指選擇同調(diào)機組中起主導(dǎo)作用的控制器模型作為等值機的控制器，調(diào) 整與發(fā)電機基準(zhǔn)容量相關(guān)的參數(shù)。相比于對同調(diào)機組各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)進行動態(tài)聚合 及參數(shù)尋優(yōu)求取等值機控制器的方法，該方法得到的等值機控制器模型為已有的控制器模 型，無需搭建新的控制器模型，控制器具有實際的物理意義，便于后續(xù)進行參數(shù)擬合和優(yōu) 化。
[0014] 在于上述步驟2)，應(yīng)用主導(dǎo)模式法確定的初始等值系統(tǒng)，一般情況下，其動態(tài)性能 與原始系統(tǒng)是不一致的。其中，可能有部分發(fā)電機的控制器是不合理的，篩選出不合理控制 器的方法為：在不設(shè)置故障時，對初始等值系統(tǒng)進行暫態(tài)穩(wěn)定計算，若最低母線頻率及最低 母線電壓存在明顯的持續(xù)震蕩，則說明某臺或某幾臺等值發(fā)電機控制器選擇不合理，利用 分別注釋各臺等值發(fā)電機勵磁環(huán)節(jié)的方法尋找這些等值機，若注釋掉某臺等值機后震蕩消 失或者振幅變小則說明該等值機控制器選擇不合理，此時用同調(diào)機組內(nèi)其他發(fā)電機的控制 器替換等值機的控制器。
[0015] 在上述步驟3)中，進行控制器參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)是使等值系統(tǒng)與原始系統(tǒng)的動態(tài) 性能基本一致，也就是等值前后的功角、電壓及功率等變量的仿真曲線基本吻合，所以判斷 兩條曲線的擬合程度指標(biāo)e就非常重要。電力系統(tǒng)動態(tài)仿真曲線由一系列密集的數(shù)據(jù)點得 到，該數(shù)據(jù)信息全面，可以直接用來量化等值前后曲線的偏差程度。
[0016] 31)假設(shè)某變量等值前后的仿真曲線為A和B兩條曲線，曲線擬合程度指標(biāo)e定義 為：
[0017] e = a *e!+ β *e2，α + β = 1
[0018] 其中叫反映了曲線A和曲線B的縱向偏差；e2反映了曲線A和曲線B的形狀偏 差；α和β分別為縱向偏差^和形狀偏差^在整個偏差指標(biāo) e中所占的比重，根據(jù)一般 的經(jīng)驗值α和β分別取值為〇. 8和0. 2。
[0019] 32)縱向偏差指標(biāo)θι的定義：
[0021] 其中：m表示曲線A和曲線B的數(shù)據(jù)點個數(shù)兩和Id1分別表示曲線A和曲線B在i 步長上的數(shù)值；L表示曲線A和曲線B的最高點減去最低點的絕對值。
[0022] 33)曲線形狀偏差指標(biāo)e2的定義：
[0023] e2= e' +e"
[0024] 其中：e'是曲線A和曲線B的一階導(dǎo)數(shù)曲線偏差；e"是曲線A和曲線B的二階導(dǎo) 數(shù)曲線偏差。
[0025] 34)曲線偏差W的定義：
[0027] 其中：a' JPb' i分別為曲線A和曲線B的一階導(dǎo)數(shù)曲線在i步長上的值，h為 步長，a';和b';的定義為：
[0029] 35)曲線偏差e"的定義：
[0031] 其中：a" JPb" i分別為曲線A和曲線B的二階導(dǎo)數(shù)曲線在i步長上的值，h為 步長，a";和b";的定義為：
[0033] 在上述步驟4)中，對于一個交直流混聯(lián)的大系統(tǒng)，一般等值機有幾百臺，而每臺 等值機的控制器包括勵磁器、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS)、調(diào)速器及原動機，控制器的種類豐富， 參數(shù)繁多。若對等值系統(tǒng)的所有等值機控制器同時進行參數(shù)優(yōu)化，難度非常大。因此，可對 每臺等值機單獨進行參數(shù)優(yōu)化，為了排除其他因素的影響，可將等值機連接到無窮大母線 上，構(gòu)造單機無窮大的待優(yōu)化系統(tǒng)。同時，需要構(gòu)造參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的構(gòu)造如 下：將與等值機相對應(yīng)的同調(diào)機組的同調(diào)發(fā)電機母線進行合并化簡得到等值母線，然后將 等值母線連接到無窮大母線上。
[0034] 在于上述步驟5)中，構(gòu)造出每臺等值機的待優(yōu)化系統(tǒng)以及對應(yīng)的目標(biāo)系統(tǒng)后，對 控制器進行參數(shù)優(yōu)化的步驟如下：
[0035] 51)分析等值機的控制器結(jié)構(gòu)框圖，確定待優(yōu)化的參數(shù)及參數(shù)的變化范圍，一般包 括控制器的增益系數(shù)、時間常數(shù)等。
[0036] 52)以待優(yōu)化系統(tǒng)與目標(biāo)系統(tǒng)的動態(tài)特性基本一致作為目標(biāo)，制定目標(biāo)函數(shù)。在 待優(yōu)化系統(tǒng)和目標(biāo)系統(tǒng)中設(shè)置相同的故障，分別對待優(yōu)化系統(tǒng)和目標(biāo)系統(tǒng)進行暫態(tài)穩(wěn)定計 算，得到待優(yōu)化系統(tǒng)和目標(biāo)系統(tǒng)的各變量（包括發(fā)電機功角、發(fā)電機輸出功率、發(fā)電機頻率 以及母線電壓等）的動態(tài)曲線，分別計算待優(yōu)化系統(tǒng)和目標(biāo)系統(tǒng)輸出的各變量的仿真曲線 的擬合度e k，若有η個變量，則目標(biāo)函數(shù)為：
[0038] 其中：η為判斷曲線擬合程度的變量個數(shù)；ek為第k個變量的曲線偏差程度指標(biāo)； Tk為第k個變量的曲線偏差程度所占有的比重。
[0039] 53)在確定了目標(biāo)函數(shù)以及待優(yōu)化參數(shù)后，應(yīng)用粒子群優(yōu)化算法，對等值機控制器 進行參數(shù)優(yōu)化，直到所有的等值機控制器都完成了參數(shù)優(yōu)化。
[0040] 粒子群優(yōu)化算法的流程圖如圖2，
[0041] 所述步驟53)中，所述粒子群優(yōu)化算法包括：
[0042] 初始化程序，設(shè)置粒子維數(shù)、粒子個數(shù)、粒子坐標(biāo)上限和下限、慣性權(quán)重、粒子加速 度系數(shù)、粒子初始位置、初始速度、最大迭代次數(shù)；
[0043] 計算各粒子的目標(biāo)函數(shù)，找出個體極值和全局極值；計算更新的速度和更新的位 置；
[0044] 判斷是否達(dá)到最大迭代次數(shù)；如果尚未達(dá)到，則返回上一步驟；
[0045] 若是，則輸出最優(yōu)值，計算程序結(jié)束。
[0046] 本發(fā)明提出了一種應(yīng)用于動態(tài)等值中等值機控制器的參數(shù)優(yōu)化方法，能適應(yīng)大規(guī) 模交直流混聯(lián)電網(wǎng)的動態(tài)等值，可有效解決含有多種控制器類型且參數(shù)繁多的等值機控制 器參數(shù)優(yōu)化問題。
【附圖說明】
[0047] 圖1是本發(fā)明一種應(yīng)用于動態(tài)等值中等值機控制器的參數(shù)優(yōu)化方法的實現(xiàn)流程 示意圖；
[0048] 圖2是本發(fā)明一種應(yīng)用于動態(tài)等值中等值機控制器的參數(shù)優(yōu)化方法的粒子群優(yōu) 化算法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0049] 為了使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)方案及其有益技術(shù)效果更加清晰，以下結(jié)合附圖 和【具體實施方式】，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書中描述的具體實 施方式僅僅是為了解釋本發(fā)明，并非為了限定本發(fā)明。
[0050] 請參閱圖1和圖2,本發(fā)明的一種應(yīng)用于動態(tài)等值中等值機控制器的參數(shù)優(yōu)化方 法，包括如下步驟：
[0051] 1)按照主導(dǎo)模式法初步確定等值發(fā)電機的控制器類型及參數(shù)；
[0052] 2)篩選出含有不合理控制器的等值發(fā)電機，嘗試用同調(diào)機組內(nèi)其他發(fā)電機的控制 器替換等值發(fā)電機控制器；
[0053] 3)制定曲線偏差程度e指標(biāo)，該指標(biāo)用于反映等值前后兩條曲線的擬合程度；
[0054] 4)為了排除其他因素的影響，對每臺等值機分別搭建單機無窮大的待優(yōu)化系統(tǒng)， 與之校驗的系統(tǒng)是對應(yīng)的同調(diào)機組通過等值母線連接到無窮大母線的目標(biāo)系統(tǒng)；
[0055] 5)確定需要優(yōu)化的控制器參數(shù)及數(shù)值范圍，利用粒子群優(yōu)化算法，結(jié)合曲線偏差 程度e指標(biāo)，對每臺等值機的控制器進行參數(shù)優(yōu)化。
[0056] 在于上述步驟1)，在基于同調(diào)等值法的動態(tài)等值中，確定等值機控制器類型及參 數(shù)的主導(dǎo)模式法，是指選擇同調(diào)機組中起主導(dǎo)作用的控制器模型作為等值機的控制器，調(diào) 整與發(fā)電機基準(zhǔn)容量相關(guān)的參數(shù)。相比于對同調(diào)機組各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)進行動態(tài)聚合 及參數(shù)尋優(yōu)求取等值機控制器的方法，該方法得到的等值機控制器模型為已有的控制器模 型，無需搭建新的控制器模型，控制器具有實際的物理意義，便于后續(xù)進行參數(shù)擬合和優(yōu) 化。
[0057] 在于上述步驟2)，應(yīng)用主導(dǎo)模式法確定的初始等值系統(tǒng)，一般情況下，其動態(tài)性能 與原始系統(tǒng)是不一致的。其中，可能有部分發(fā)電機的控制器是不合理的，篩選出不合理控制 器的方法為：在不設(shè)置故障時，對初始等值系統(tǒng)進行暫態(tài)穩(wěn)定計算，若最低母線頻率及最低 母線電壓存在明顯的持續(xù)震蕩，則說明某臺或某幾臺等值發(fā)電機控制器選擇不合理，利用 分別注釋各臺等值發(fā)電機勵磁環(huán)節(jié)的方法尋找這些等值機，若注釋掉某臺等值機后震蕩消 失或者振幅變小則說明該等值機控制器選擇不合理，此時用同調(diào)機組內(nèi)其他發(fā)電機的控制 器替換等值機的控制器。
[0058] 在上述步驟3)中，進行控制器參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)是使等值系統(tǒng)與原始系統(tǒng)的動態(tài) 性能基本一致，也就是