一种考虑需求响应信息的电力信息物理耦合建模方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑需求响应信息的电力信息物理耦合建模方法，属于电力信息物理系统分析技术领域。本发明专利技术针对电力信息物理耦合系统中的频率稳定控制问题，提出利用需求响应资源参与系统频率控制过程，在传统频率响应模型中加入需求响应反馈控制环，该反馈环考虑需求响应参与系统调频的能力以及信息系统通信延时等特性，建立电力信息物理耦合模型。本发明专利技术实现了电力信息物理耦合系统中信息侧与物理侧的紧密联系，大大提高了电力系统的频率稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑需求响应信息的电力信息物理耦合建模方法
本专利技术属于电力信息物理系统分析
，具体地说本专利技术涉及一种考虑需求响应信息的电力信息物理耦合建模方法。
技术介绍
信息物理系统(CPS，Cyber-PhysicalSystems)，又称信息物理融合系统、信息物理耦合系统，是指通过3C技术将计算系统、通信网络和物理环境融为一体，形成实时感知、动态控制与信息服务融合的多维异构复杂系统。随着计算技术、通信技术和智能控制技术的迅速发展，信息物理耦合系统一经提出便引起学术界及产业界的广泛重视并保持快速发展。近年来，随着智能电网建设的不断发展，电网传感器数量、信息网络规模和决策单元数量都迅速增加，电力系统的自动化程度大大提高。信息系统的强大功能为电网运行提供了技术保障，也使得需求响应技术参与系统频率调节成为可能。因此，如何考虑电力信息物理交互动特性、挖掘电力信息物理耦合系统中大量数据的有效信息，研究一种考虑需求响应信息的电力信息物理耦合建模方法，成为亟待研究的问题。但是，目前对于这方面的研究，还未见成熟方案的提出。
技术实现思路
本专利技术目的是：针对现有技术在电力信息物理耦合建模时不考虑需求响应信息的不足，提出一种考虑需求响应信息的电力信息物理耦合建模方法，为信息物理耦合系统频率稳定控制提供新思路。具体地说，本专利技术是采用以下技术方案实现的：将需求响应信息纳入电力系统物理模型中，建立电力信息物理耦合模型如下式所示：ΔPT(s)-ΔPL(s)+ΔPDR(s)＝2H·s·Δf(s)+D·Δf(s)该式中，ΔPT(s)表示火电机组功率增量；ΔPL(s)表示负荷功率增量；ΔPDR(s)表示需求响应资源功率增量；H、D分别表示系统惯性时间常数和阻尼系数；Δf(s)表示系统频率增量；s表示拉普拉斯运算符；考虑到需求响应资源参与电力信息物理耦合系统频率控制的功率变化是瞬时完成的，因此将ΔPDR(s)表征为一个比例控制加延时环节的传递函数形式，具体公式如下：该式中，KP表示需求响应功率与频率变化量的调节关系；表示延时环节；Td表示需求响应资源响应延时时间常数。上述技术方案的进一步特征在于，采用帕德近似(Padéapproximation)对需求响应延时环节进行线性化，如下式所述：其中，G(s)表示环节线性化后的传递函数。本专利技术的有益效果如下：本专利技术在传统频率响应模型中加入需求响应反馈控制环，该反馈环考虑需求响应参与系统调频的能力以及信息系统通信延时等特性，建立电力信息物理耦合模型，实现了电力信息物理耦合系统中信息侧与物理侧的紧密联系，大大提高了电力系统的频率稳定性。附图说明图1为本专利技术的考虑需求响应信息的电力信息物理耦合模型框图；图2为实施例的仿真模型图。图3为实施例的仿真结果图。具体实施方式下面结合实施例并参照附图对本专利技术作进一步详细描述。实施例1：本专利技术的一个实施例，描述了一种考虑需求响应信息的电力信息物理耦合建模方法，具体而言，该建模方法的主要过程是，将需求响应信息纳入电力系统物理模型中，建立电力信息物理耦合模型如下式所示。ΔPT(s)-ΔPL(s)+ΔPDR(s)＝2H·s·Δω(s)+D·Δω(s)其中，ΔPT(s)表示火电机组功率增量；ΔPL(s)表示负荷功率增量；ΔPDR(s)表示需求响应资源功率增量；H、D分别表示系统惯性时间常数和阻尼系数；Δω(s)表示系统频率增量；s表示拉普拉斯运算符。考虑到需求响应资源参与电力信息物理耦合系统频率控制的功率变化是瞬时完成的，因此将ΔPDR(s)表征为一个比例控制加延时环节的传递函数形式，具体公式如下。其中，KP表示需求响应功率与频率变化量的调节关系；表示延时环节；Td表示需求响应资源响应延时时间常数。采用帕德近似(Padéapproximation)对需求响应延时环节进行线性化，过程如下。其中：是一个p阶多项式，是一个q阶多项式，p、q为多项式阶数，一般取5～10，在本实施例中均取5；k为非负整数。采用五阶化简，得到其中，G(s)表示环节线性化后的传递函数。通过以上建模过程，本实施例最终形成如附图1所示的完整模型框图。如图1所示，ΔPL(s)表示负荷功率增量；KP表示需求响应功率与频率变化量的调节关系；表示延时环节；Td表示需求响应资源响应延时时间常数；H、D分别表示系统惯性时间常数和阻尼系数；FHP表示再热系数；TRH表示再热发电机组时间常数；TG表示调速器时间常数；Tch表示汽轮机时间常数；Δω(s)表示系统频率增量；R表示一次调频调差系数；s表示拉普拉斯运算符。以下给出上述方案的实际运用。假设系统参数如下表所示。表1电力系统仿真参数TGTchTRHRFHP2HDTd△PL(s)Kp0.2s0.4s7s3.0Hz/p.u.0.30.1667pu.s0.015p.u./Hz0.1s0.01p.u.0.2其中，TG表示调速器时间常数；Tch表示汽轮机时间常数；TRH表示再热机组惯性时间常数；R表示一次调频调差系数；FHP表示再热系数；H、D分别表示系统惯性时间常数和阻尼系数；Td表示需求响应资源响应延时时间常数；ΔPL(s)表示负荷功率增量；KP表示需求响应功率与频率变化量的调节关系。将上表中的参数代入图1的完整模型框图中，并在Simulink/Matlab中搭建仿真模型，仿真模型结构见图2，从“频率变化量”模块输出一个频率变化信号表示电网频率跌落，经过电网自身的调频模块和加入需求响应后的“比例与延时”模块，输出频率恢复的曲线。仿真结果见图3。由仿真结果可知，考虑需求响应参与频率一次调频效果比不考虑的要好，不仅频率跌落最低点有所提高，频率最终恢复稳定值也比不考虑需求响应的稳定值高；考虑通信延时对需求响应参与一次调频效果，可以看出有通信延时的情况下，频率最低点会比没有考虑通信延时的时候要低，但最终频率恢复效果相似。虽然本专利技术已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本专利技术的。在不脱离本专利技术之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本专利技术之保护范围。因此本专利技术的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑需求响应信息的电力信息物理耦合建模方法，其特征在于，将需求响应信息纳入电力系统物理模型中，建立电力信息物理耦合模型如下式所示：ΔPT(s)‑ΔPL(s)+ΔPDR(s)＝2H·s·Δf(s)+D·Δf(s)该式中，ΔPT(s)表示火电机组功率增量；ΔPL(s)表示负荷功率增量；ΔPDR(s)表示需求响应资源功率增量；H、D分别表示系统惯性时间常数和阻尼系数；Δf(s)表示系统频率增量；s表示拉普拉斯运算符；其中，ΔPDR(s)表征为一个比例控制加延时环节的传递函数形式，具体公式如下：

【技术特征摘要】
1.一种考虑需求响应信息的电力信息物理耦合建模方法，其特征在于，将需求响应信息纳入电力系统物理模型中，建立电力信息物理耦合模型如下式所示：ΔPT(s)-ΔPL(s)+ΔPDR(s)＝2H·s·Δf(s)+D·Δf(s)该式中，ΔPT(s)表示火电机组功率增量；ΔPL(s)表示负荷功率增量；ΔPDR(s)表示需求响应资源功率增量；H、D分别表示系统惯性时间常数和阻尼系数；Δf(s)表示系统频率增量；s表示拉普拉斯运算符；其中，ΔPDR(s)表征为一个比例控制加延时环节的传递函数形式，具体公式如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：倪明，李满礼，周霞，赵丽莉，李悦岑，童和钦，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，国网江苏省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32