一种基于XGBoost的ASFR模型中动态阻尼因子、多维频率指标的预测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于XGBoost的ASFR模型中动态阻尼因子、多维频率指标的预测方法及系统，多维频率指标预测方法包括：构建聚合多机系统频率响应模型(ASFR)；获取动态阻尼因子数据集；利用动态阻尼因子数据集训练XGBoost模型，并通过贝叶斯优化确定其最佳超参数，得到动态阻尼因子预测模型；将故障清除时刻的系统运行数据输入至动态阻尼因子预测模型获取动态阻尼因子，再利用获取的动态阻尼因子传递至ASFR模型预测极值频率和/或准稳态频率。本发明专利技术通过XGBoost模型实现对ASFR模型中动态阻尼因子的实时校正，使得ASFR模型能准确预测扰动事故后的多维频率指标，为后续电力系统频率稳定评估与控制决策提供依据。定评估与控制决策提供依据。定评估与控制决策提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于XGBoost的ASFR模型中动态阻尼因子、多维频率指标的预测方法及系统


[0001]本专利技术属于电力系统
，具体涉及一种基于XGBoost的ASFR模型中动态阻尼因子、多维频率指标的预测方法及系统。

技术介绍

[0002]频率衡量了有功出力和负荷平衡程度，是反映电能质量和系统安全稳定运行的重要指标。若扰动事故后系统频率无法维持在电网容许范围，将触发低频减载、高周切机等装置动作，使得系统面临大范围切机、切负荷风险，严重时甚至会引起频率崩溃，造成巨大社会和经济损失。
[0003]系统频率响应(system frequency response，SFR)模型是目前频率稳定分析的主要方法之一，在忽略高阶非线性环节以及限幅环节的基础上，将全网发电机/负荷模型等值成单机带集中负荷模型，与全模型时域仿真法相比，极大减轻了计算量，模型求解速度快。然而，当前研究往往分析将同类型机组聚合成一台机组，而实际电力系统由多种不同类型机组组成，如水电机组和火电机组，两者并不完全匹配。为构建适用于实际电网的频率响应模型，仍需研究将电网中多台不同类型机组分别高精度地聚合为单台同类型机组的聚合多机系统频率响应模型(ASFR)。
[0004]同时，为准确预测扰动事故后的频率指标，需要精确ASFR模型的参数。然而，对于阻尼系数，由于其影响因素复杂多样，且阻尼系数随频率偏差变化而变化，精确设置ASFR模型中的阻尼系数较为困难。为简化起见，通常仅考虑负载频率特性对阻尼因子的影响，并基于人工经验将其设定为恒定值，例如D＝1～2pu。但是，在电力系统中，除了负荷阻尼因子之外，电力系统的阻尼还包括其它元素，例如，由于涡轮发电机转速特性而引起的阻尼，由于励磁系统而引起的阻尼以及由于调速系统而引起的阻尼。忽略电力系统运行状态、励磁系统及调速系统对动态阻尼因子的影响，采用固定的阻尼因子，导致了利用ASFR模型计算电力系统受扰后的频率指标时出现相当大的误差，尤其是应用于实际大电网。
[0005]因此，构建精确的ASFR模型并实时校正ASFR模型的动态阻尼因子是实现ASFR模型计算精度与效率的提高的关键性因素，也是亟待研究的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于XGBoost的ASFR模型中动态阻尼因子、多维频率指标的预测方法及系统，所述预测方法能够准确获得ASFR模型的动态阻尼因子，使得ASFR模型能准确预测扰动事故后的多维频率指标。。
[0007]一方面，本专利技术提供一种基于XGBoost的ASFR模型中动态阻尼因子预测方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1：计算多机系统的等效参数，进而构建聚合多机系统频率响应模型ASFR；
[0009]步骤2：基于海量预想故障场景的模拟结果获取动态阻尼因子数据集，所述动态阻
尼因子数据集包括系统运行数据及动态阻尼因子数据；
[0010]步骤3：利用所述动态阻尼因子数据集对XGBoost模型进行迭代训练建立系统运行数据与动态阻尼因子之间的非线性映射关系，进而得到动态阻尼因子预测模型；
[0011]其中，所述动态阻尼因子预测模型的输入特征变量为系统运行数据，输出特征量为动态阻尼因子；
[0012]步骤4：获取故障消除时刻的系统运行数据，并输入至步骤3确定的所述动态阻尼因子预测模型，预测所述故障对应的动态阻尼因子。
[0013]本专利技术利用XGBoost建立动态阻尼因子预测模型，进而实现对ASFR模型中的动态阻尼因子的实时校正，为ASFR模型能准确预测扰动事故后的多维频率指标奠定了基础。其中，系统运行数据为：发电机电磁功率/无功功率、母线电压幅值/电压相角、系统有功负荷/无功负荷、线路有功功率、备用容量、扰动后功率缺额值。
[0014]第二方面，本专利技术提供一种融合ASFR和XGBoost的多维频率指标预测方法，包括如下步骤：
[0015]S1：获取前述基于XGBoost的ASFR模型中动态阻尼因子的预测方法所构建的ASFR模型及基于XGBoost的动态阻尼因子预测模型；
[0016]S2：获取故障消除时刻的系统运行数据，并输入至步骤S1确定的所述动态阻尼因子预测模型，得到所述故障对应的动态阻尼因子，并将所述动态阻尼因子输入步骤S1构建的ASFR模型；
[0017]S3：利用所述ASFR模型预测扰动故障后的极值频率和/或准稳态频率。
[0018]本专利技术利用XGBoost建立动态阻尼因子预测模型，进而实现对ASFR模型中的动态阻尼因子的实时校正，最终使得ASFR模型能准确预测扰动事故后的多维频率指标。
[0019]可选地，所述ASFR模型的构建过程为：
[0020]通过加权动态等值法计算多机系统和机组的等效参数；
[0021]基于所述等效参数将多机系统中每个类型的多台机组分别等值为单台同类型机组；再组合为所述聚合多机系统频率响应模型(ASFR)；
[0022]可选地，若多机系统中机组的类型包括火电机组和水电机组，分别将多台火电机组和多台水电机组等值为一台火电机组和一台水电机组，再构建ASFR模型，对应的所述等效参数包括：等效惯性时间常数、等效调差系数、机组标准化增益、水电机组原动机
‑
调速器的等效参数以及火电机组原动机
‑
调速器的等效参数；
[0023]其中，多机系统的等效惯性时间常数H
sys
的计算如下：
[0024][0025]式中，H
i,sys
为第i台机组的等效惯性时间常数，H
i
表示第i台机组的惯性时间常数；n为机组的总数；S
i
表示第i台机组的额定功率；S
sys
表示系统的额定功率；
[0026]多机系统的等效调差系数R的计算如下：
[0027][0028]式中，R
i
为第i台机组的等效调差系数，K
mi
为第i台机组的增益，k
i
为第i台机组的等效增益；
[0029]所述机组标准化增益的计算如下：
[0030][0031]式中：k
′
i
为机组i的标准化增益；
[0032]所述火电机组原动机
‑
调速器的等效参数的计算如下：
[0033][0034]式中，X
′
1,j
为火电机组中第j个参数对应的等效参数，表示第i个火电机组的第j个参数，n1为火电机组的机组个数，n3为火电机组的参数个数；
[0035]所述水电机组原动机
‑
调速器的等效参数的计算如下：
[0036][0037]式中，X
′
2,j
为水电机组中第j个参数对应的等效参数，表示第i个水电机组的第j个参数，n2为水电机组的机组个数，n4为水电机组的参数个数。
[0038]现有技术中往往是将多台火电机组聚合成一台火电机组，而实际电力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于XGBoost的ASFR模型中动态阻尼因子预测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：计算多机系统的等效参数，进而构建聚合多机系统频率响应模型ASFR；步骤2：基于海量预想故障场景的模拟结果获取动态阻尼因子数据集，所述动态阻尼因子数据集包括系统运行数据及动态阻尼因子数据；步骤3：利用所述动态阻尼因子数据集对XGBoost模型进行迭代训练建立系统运行数据与动态阻尼因子之间的非线性映射关系，进而得到动态阻尼因子预测模型；其中，所述动态阻尼因子预测模型的输入特征变量为系统运行数据，输出特征量为动态阻尼因子；步骤4：获取故障消除时刻的系统运行数据，并输入至步骤3确定的所述动态阻尼因子预测模型，预测所述故障对应的动态阻尼因子。2.一种融合ASFR和XGBoost的多维频率指标预测方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：获取权利要求1所构建的聚合多机系统频率响应模型ASFR及基于XGBoost的动态阻尼因子预测模型；S2：获取故障消除时刻的系统运行数据，并输入至步骤S1确定的所述动态阻尼因子预测模型，得到所述故障对应的动态阻尼因子，并将所述动态阻尼因子输入步骤S1构建的ASFR模型；S3：利用所述ASFR模型预测扰动故障后的极值频率和/或准稳态频率。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述ASFR模型的构建过程为：通过加权动态等值法计算多机系统和机组的等效参数；基于所述等效参数将多机系统中每个类型的多台机组分别等值为单台同类型机组；再组合为所述ASFR模型。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：若多机系统中机组的类型包括火电机组和水电机组，分别将多台火电机组和多台水电机组等值为一台火电机组和一台水电机组，再构建ASFR模型，对应的所述等效参数包括：等效惯性时间常数、等效调差系数、机组标准化增益、水电机组原动机
‑
调速器的等效参数以及火电机组原动机
‑
调速器的等效参数；其中，多机系统的等效惯性时间常数H
sys
的计算如下：式中，H
i,sys
为第i台机组的等效惯性时间常数，H
i
表示第i台机组的惯性时间常数；n为机组的总数；S
i
表示第i台机组的额定功率；S
sys
表示多机系统的额定功率；多机系统的等效调差系数R的计算如下：式中，R
i
为第i台机组的等效调差系数，K
mi
为第i台机组的增益，κ
i
为第i台机组的等效增益；所述机组标准化增益的计算如下：
式中：κ
′
i
为机组i的标准化增益；所述火电机组原动机
‑
调速器的等效参数的计算如下：式中，X
′
1，j
为火电机组中第j个参数对应的等效参数，表示第i个火电机组的第j个参数，n1为火电机组的机组个数，n3为火电机组的参数个数...

【专利技术属性】
技术研发人员：文云峰，黄明增，赵荣臻，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：