中小水电集群的动态等值方法技术

本发明专利技术公开了一种中小水电集群的动态等值方法，包括获取目标中小水电集群的运行量测信息；建立目标中小水电集群的动态等值模型；采用自适应控制参数改进差分进化算法辨识水电集群动态等值模型参数；将模型参数带入动态等值模型，完成目标中小水电集群的动态等值模型。本发明专利技术选择等值模型为三阶发电机并联静态ZIP负荷模型，选择中小水电集群送电联络线相量量测数据的有功功率、无功功率、电压、频率作为输入数据为输入，采用自适应控制参数改进差分进化算法来辨识等值模型参数；本发明专利技术具有较高的动态响应精度，所用的参数辨识算法具有较好的稳定性，可用于中小型水力发电机集群的等值参数辨识计算，具有较好的工程应用价值。

Dynamic equivalent method of small and medium hydropower stations

The invention discloses a method for dynamic equivalence of small and medium-sized hydropower cluster, including the amount of running target clusters of small and medium-sized hydropower survey information; dynamic equivalent model established small and medium-sized hydropower cluster; using the adaptive control parameters of the improved differential evolution algorithm parameter identification of hydropower cluster dynamic equivalent model; dynamic equivalent model parameters into the model, dynamic equivalence the target model of small and medium-sized hydropower cluster. The present invention is three order equivalent model of generator parallel static ZIP load model, the choice of small and medium-sized hydropower cluster transmission tie line phasor measurement data of the active power, reactive power, voltage and frequency as input data as input, using the adaptive control parameters of the improved differential evolution algorithm to identify equivalent model parameters; the invention has high the dynamic response of the precision of parameter identification algorithm used has good stability and can be used for equivalent parameter identification of small hydro generator cluster computing, and has good engineering application value.

【技术实现步骤摘要】
中小水电集群的动态等值方法
本专利技术具体涉及一种中小水电集群的动态等值方法。
技术介绍
由于中小水电灵活、方便且环境友好，近年来水电丰富地区中小水电站发展较为迅速。这些机组单机容量较小，每台机对电网的影响可以忽略，但随着其并网规模的逐渐增加，整个中小水电群对电力系统稳定与安全运行的影响将难以被忽视。由于每台机组和线路的参数均难以获得，因此建立包含所有水电机组在内的中小水电集群的详细模型非常困难；而且，由于详细模型阶数较高，即使建立了详细模型，在电力系统稳定计算中也可能会带来维数灾。现今在我国对于中小型水力电力系统的研究中，通常的方法是将水电机组等值成负负荷模型，然而负负荷模型下水电机组的动态响应以及暂态稳定性并不能与详细模型的机组响应保持一致。目前，关于电力系统的等值研究有三种基本的方法：同调等值法，模态等值法以及估计等值法。其中模态等值法只能用于小干扰稳定性而非暂态稳定性的研究；同调等值法不适用于研究发电机组和网络的参数未知的情况，而由于中小型水电机组的参数通常都是未知的，因此同调等值法对于中小水电集群等值问题而言是不适用的；但是，估计等值法却适用于发电机和网络参数未知的情况，因此在中小水电集群等值研究方面有较大的优势。当前，相量量测技术已广泛应用于电力系统动态监测，估计等值法正可以应用连接待等值水电群和电力系统联络线的相量量测数据。在基于估计等值法的中小水电集群等值研究中，目前已取得了一些研究成果。基于降阶的人工神经网络等人工智能方法来辨识被等值系统的动态响应已取得一定成果，并且成果在一个16机测试系统上实现；但是该方法以人工智能模型的方式进行等值，等值模型并没有实际物理意义。在基于物理模型的基础上的估计等值法也有一定的成果，该方法多基于量测数据对物理模型的参数进行辨识。有文献(BoweiHu,JingtaoSun,LijieDing,XinyuLiu,XiaoruWang,“DynamicEquivalentModelingforSmallandMediumHydropowerGeneratorGroupBasedonMeasurements,”Energy,vol.9.no.5,pp.1-14,May2016.)将中小水电机群等值为发电机并联负荷模型，并基于量测数据、利用动态多群粒子群(DMS-PSO)算法来辨识得到模型参数，但是其等值模型的动态响应特性在第二摆以后误差较大，而且其参数辨识方法并不稳定。粒子群算法广泛应用于参数辨识领域，然而基于粒子群算法的参数辨识算法在某些场景下并不准确。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于实际量测量，快速准确对中小水电集群进行动态等值的中小水电集群的动态等值方法。本专利技术提供的这种中小水电集群的动态等值方法，包括如下步骤：S1.获取目标中小水电集群的运行量测信息；S2.建立目标中小水电集群的动态等值模型；S3.采用自适应控制参数改进差分进化算法辨识水电集群动态等值模型参数；S4.将步骤S3得到的模型参数带入步骤S2的动态等值模型，完成目标中小水电集群的动态等值模型。步骤S1所述的运行量测信息，包括联络线靠近目标中小水电集群侧的有功功率、联络线靠近目标中小水电集群侧的无功功率、目标中小水电集群送出母线的电压和目标中小水电集群送出母线的频率。步骤S2所述的建立目标中小水电集群的动态等值模型，具体包括如下步骤：Ⅰ.建立等值发电机模型；Ⅱ.建立等值负荷模型；Ⅲ.得到等值模型的有功功率输出算式和无功功率输出算式。步骤Ⅰ所述的建立等值发电机模型的具体表达式如下所示：式中t是时间；ω是等值发电机转速；δ’是等值发电机功角与机端母线电压相角差；E’是等值发电机x’d后面的电动势，即q轴暂态电动势；V是等值发电机机端电压；ωf是等值发电机机端母线电压的频率；Pm是等值发电机机械功率；Pe是等值发电机电磁功率；Qe是等值发电机无功功率；Tj是等值发电机惯性时间常数；D是等值发电机阻尼系数；xd是等值发电机d轴同步电抗；x’d是等值发电机d轴暂态电抗，等于q轴同步电抗xq；T’d0是等值发电机d轴开路暂态时间常数；KV是等值发电机励磁电压反馈系数；Ef0是等值发电机初始励磁电压；V0是等值发电机初始机端电压。步骤Ⅱ所述的建立等值负荷模型为静态ZIP负荷模型，具体如下式所示：式中Ps0是并联等值静态ZIP负荷初始有功功率；Qs0是并联等值静态ZIP负荷初始无功功率；Ap、Bp,、Aq、Bq分别是并联等值静态ZIP负荷中恒阻抗、恒电流分量的比例系数；下标p和q分别表示有功功率和无功功率。步骤Ⅲ所述的等值模型的有功功率输出算式和无功功率输出算式具体如下式所示：式中P为等值模型输出有功功率；Q为等值模型输出无功功率；Pe是发电机有功功率；Qe是发电机无功功率；Ps是并联静态ZIP负荷有功功率；Qs是并联静态ZIP负荷无功功率。步骤S3所述的采用自适应控制参数改进差分进化算法辨识水电集群动态等值模型参数，具体包括如下步骤：A.初始化：需辨识的参数有Tj、T’d0、xd、x’d、D、KV、Ps0、Qs0、Ap、Aq、Bp,、Bq，共M＝12个，组成M维向量X＝[TjT′d0xdxd′DKvPs0Qs0ApAqBpBq]，记为X＝(x1x2...xM)，根据参数向量的上下限Xmax＝(xmax1xmax2...xmaxM)和Xmin＝(xmin1xmin2...xminM)，在范围之内随机生成N个第g＝0代参数向量作为种群搜索空间；B.选择第g代个体参数向量下等值模型输出响应值，其中g为非负整数：令输入变量V和ωf为目标中小水电集群送出母线的量测电压Vl(t),t＝1,2,…,T和目标中小水电集群送出母线的量测频率ωfl(t),t＝1,2,…,T，等值模型的待辨识参数向量分别为第i个个体参数向量利用四阶龙格库塔算法求解目标中小水电集群的动态等值模型共N次，分别得到第i个个体参数向量对应的等值模型的输出响应值有功功率PXi(t),t＝1,2,...,T和无功功率QXi(t),t＝1,2,...,T，其中i＝1,2,…,N；C.选择第g代最优个体参数向量：采用如下算式计算所有个体对应的适应度其中，Pl(t),t＝1,2,…,T为联络线靠近目标中小水电集群侧的量测有功功率，Ql(t),t＝1,2,…,T为联络线靠近目标中小水电集群侧的量测无功功率；选择适应度最优的个体作为最优个体，即适应度中最小值对应的个体参数向量其中，的值为求取达到最小值时对应的值；D.判断第g代最优个体参数向量是否满足收敛要求：如果g＝gmax或则表明参数的精度已经满足要求，输出最终的待辨识参数向量算法停止；否则，则继续执行剩余的计算步骤；其中，gmax为最大代数，ε为事先设定的精度要求，为第g代参数的最优适应度；E.变异，即求第g代变异参数向量：变异得到参数向量计算公式如下：其中，和为从当前种群搜索空间中随机选择的三个不同个体向量，即i_r1,i_r2和i_r3为随机选取、满足i_r1,i_r2,i_r3∈{1,2,...,N}且i_r1≠i_r2≠i_r3≠i的个体向量下标，对于每个个体向量的每次更新均随机选取三个不同个体向量，即针对不同i，i_r1,i_r2和i_r3均随机生成，由于每次迭代需要更新N个个体向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中小水电集群的动态等值方法，包括如下步骤：S1.获取目标中小水电集群的运行量测信息；S2.建立目标中小水电集群的动态等值模型；S3.采用自适应控制参数改进差分进化算法辨识水电集群动态等值模型参数；S4.将步骤S3得到的模型参数带入步骤S2的动态等值模型，完成目标中小水电集群的动态等值模型。

【技术特征摘要】
1.一种中小水电集群的动态等值方法，包括如下步骤：S1.获取目标中小水电集群的运行量测信息；S2.建立目标中小水电集群的动态等值模型；S3.采用自适应控制参数改进差分进化算法辨识水电集群动态等值模型参数；S4.将步骤S3得到的模型参数带入步骤S2的动态等值模型，完成目标中小水电集群的动态等值模型。2.根据权利要求1所述的中小水电集群的动态等值方法，其特征在于步骤S1所述的运行量测信息，包括联络线靠近目标中小水电集群侧的有功功率、联络线靠近目标中小水电集群侧的无功功率、目标中小水电集群送出母线的电压和目标中小水电集群送出母线的频率。3.根据权利要求1所述的中小水电集群的动态等值方法，其特征在于步骤S2所述的建立目标中小水电集群的动态等值模型，具体包括如下步骤：Ⅰ.建立等值发电机模型；Ⅱ.建立等值负荷模型；Ⅲ.得到等值模型的有功功率输出算式和无功功率输出算式。4.根据权利要求3所述的中小水电集群的动态等值方法，其特征在于步骤Ⅰ所述的建立等值发电机模型的具体表达式如下所示：式中t是时间；ω是等值发电机转速；δ’是等值发电机功角与机端母线电压相角差；E’是等值发电机x’d后面的电动势，即q轴暂态电动势；V是等值发电机机端电压；ωf是等值发电机机端母线电压的频率；Pm是等值发电机机械功率；Pe是等值发电机电磁功率；Qe是等值发电机无功功率；Tj是等值发电机惯性时间常数；D是等值发电机阻尼系数；xd是等值发电机d轴同步电抗；x’d是等值发电机d轴暂态电抗，等于q轴同步电抗xq；T’d0是等值发电机d轴开路暂态时间常数；KV是等值发电机励磁电压反馈系数；Ef0是等值发电机初始励磁电压；V0是等值发电机初始机端电压。5.根据权利要求3所述的中小水电集群的动态等值方法，其特征在于步骤Ⅱ所述的建立等值负荷模型为静态ZIP负荷模型，具体如下式所示：式中Ps0是并联等值静态ZIP负荷初始有功功率；Qs0是并联等值静态ZIP负荷初始无功功率；Ap、Bp,、Aq、Bq分别是并联等值静态ZIP负荷中恒阻抗、恒电流分量的比例系数；下标p和q分别表示有功功率和无功功率。6.根据权利要求3所述的中小水电集群的动态等值方法，其特征在于步骤Ⅲ所述的等值模型的有功功率输出算式和无功功率输出算式具体如下式所示：式中P为等值模型输出有功功率；Q为等值模型输出无功功率；Pe是发电机有功功率；Qe是发电机无功功率；Ps是并联静态ZIP负荷有功功率；Qs是并联静态ZIP负荷无功功率。7.根据权利要求1～6之一所述的中小水电集群的动态等值方法，其特征在于步骤S3所述的采用自适应控制参数改进差分进化算法辨识水电集群动态等值模型参数，具体包括如下步骤：A.初始化：需辨识的参数有Tj、T’d0、xd、x’d、D、KV、Ps0、Qs0、Ap、Aq、Bp,、Bq，共M＝12个，组成M维向量X＝[TjT′d0xdx′dDKvPs0Qs0ApAqBpBq]，并记为X＝(x1x2...xM)，根据参数向量的上下限Xmax＝(xmax1xmax2...xmaxM)和Xmin＝(xmin1xmin2...xminM)，在范围之内随机生成N个第g＝0代参数向量作为种群搜索空间；B.选择第g代个体参数向量下等值模型输出响应值，其中g为非负整数：令输入变量V和ωf为目标中小水电集群送出母线的量测电压Vl(t),t＝1,2,…,T和目标中小水电集群送出母线的量测频率ωfl(t),t＝1,2,…,T，等值模型的待辨识参数向量分别为第i个个体参数向量利用四阶龙格库塔算法求解目标中小水电集群的动态等值模型共N次，分别得到第i个个体参数向量对应的等值模型的输出响应值有功功率PXi(t),t＝1,2,...,T和无功功率QXi(t),t＝1,2,...,T，其中i＝1,2,…,N；C.选择第g代最优个体参数向量：采用如下算式计算所有个体对应的适应度其中，Pl(t),t＝1,2,…,T为联络线靠近目标中小水电...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖国栋，邵乔乐，肖帅，李龙源，李梦骄，王晓茹，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖南省电力公司，国网湖南省电力公司经济技术研究院，西南交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11