一种基于量子衍生算法的惯量评估方法技术

本发明专利技术属于电网运行与控制技术领域，尤其涉及一种基于量子衍生算法的惯量评估方法。包括：步骤1.获取各台发电机运行参数；步骤2.获取电力系统的有功功率偏差；步骤3.建立基于发电机摇摆方程与各台发电机的惯性时间常数的目标函数；步骤4.输入惯性时间常数维数，生成初始种群；步骤5.输入惯性时间常数约束；步骤6.设定ARQEA算法参数；步骤7.计算惯量评估目标；步骤8.输出最优惯性时间常数。本发明专利技术利用量子衍生算法，更有效和可靠的评估电力系统管理时间常数，提升了对整个系统等效惯量评估的精确度，易于实施,还具有种群多样性好、收敛速度快的优点，具有较为可观的商业开发前景。具有较为可观的商业开发前景。具有较为可观的商业开发前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于量子衍生算法的惯量评估方法


[0001]本专利技术属于电网运行与控制
，尤其涉及一种基于量子衍生算法的惯量评估方法。

技术介绍

[0002]近年来，面对能源危机、金融危机以及人类对气候危机越来越清晰地认识，全球范围内新能源出现超常规发展的态势。各国对新能源的投资大幅度增长，新能源产能也急剧扩大。可再生能源发电是新能源发展的核心，风电是在技术和成本上最具竞争力的新能源形式。尽管短期内新能源还无法替代传统化石能源，但世界范围内资源的供需紧张以及全球为应对气候变化而对温室气体排放所做的限制为新能源发展铺就了宽广的道路。新能源技术的发展和市场的扩大超乎想象，许多可再生能源资源将逐渐变成商业项目。可以预见，不同能源形式的逐渐替代将改变世界经济版图以及人类的生存和生活方式。
[0003]与此同时，新能源技术发展的弊端也日益凸显。在电力系统中，发出和消耗的有功功率时常呈现不平衡状态，导致系统频率不断变化。频率维持在特定的范围内，系统才能安全稳定运行，如果频率偏离了正常值可能会导致系统频率失稳，甚至进一步造成频率崩溃现象。随着大规模新能源并入大电网，系统的抗扰动能力逐渐下降，频率稳定性逐渐减弱。缘由之一是电力电子器件解耦了系统发电侧和电网侧，因此发电侧的惯量无法传递到电网中。而存在于同步发电机和涡轮机旋转机构中的惯量是电力系统稳定运行的重要参数。研究发现，惯量越低的系统受扰动影响越大,频率跌落越快，电网稳定性更差，因此对整个系统的惯量进行评估是很有必要的。
[0004]在实际中，一些因素会影响惯量评估的精度，比如，采样频率计算频率变化率(rate of change of frequency，ROCOF)，确定扰动发生的时间等。现如今可利用同步相量测量单元(phasor measurement units，PMUs)采集频率计算扰动发生时刻的ROCOF以评估系统等效惯量。然而，这种方法计算出的ROCOF值包含振荡分量，导致惯量评估的精度受到影响。因此有一种多项式拟合频率评估惯量的方法。该方法有效降低了ROCOF的振荡分量，但是惯量评估的精度受扰动发生时间以及多项式阶数设定的影响较大。为解决该问题，可对频率曲线进行了分段拟合，仅有惯量响应的频率曲线部分采用了线性拟合，其余部分沿用了之前的多项式拟合方式。该方法需要获取系统一次调频的介入时间，实现较为困难。当前有学者采用了去趋势波动分析法(detrended fluctuation analysis，DFA)，根据电压的相角和幅值，可以诊断故障发生的时间。但是，该方法需要广域相量测量系统(wide area monitoring system，WAMS)。
[0005]有学者发现扰动期间不同节点的频率不一致导致惯量评估的误差增大，即电力系统的频率分布特性会影响惯量评估的精度，通过观测各发电机出口断路器状态提出了在线评估惯量的方法。该方法并不适用于新能源电力系统。系统平均频率的概念，通过本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述问题，通过考虑有源配电网能量存储单元的功率控制，基于等效面积法，构建有源配电网负荷模型，实现配电负荷参与电网调峰。本专利技术采用的方
法，能够更有效和可靠的进行有源配电网负荷的调控，为有源配电网与大电网的协调运行和控制提供技术依据和实用化方法。
[0006]因此，传统惯量评估方法忽略了惯量评估的位置对惯量评估精确程度的影响，导致评估精确难以保证的问题，就成为本领域技术人员不断研发的新课题。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术中存在的不足之处，本专利技术提供了一种基于量子衍生算法的惯量评估方法。其目的是为了采用量子衍生算法，考虑惯性评估的位置对惯量评估精确度的影响，更有效和可靠的评估电力系统管理时间常数，为提升整个系统的等效惯量评估提供技术依据和实用方法的专利技术目的。
[0008]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0009]一种基于量子衍生算法的惯量评估方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1.获取各台发电机运行参数；
[0011]步骤2.获取电力系统的有功功率偏差；
[0012]步骤3.建立基于发电机摇摆方程与各台发电机的惯性时间常数的目标函数；
[0013]步骤4.输入惯性时间常数维数，生成初始种群；
[0014]步骤5.输入惯性时间常数约束；
[0015]步骤6.设定ARQEA算法参数；
[0016]步骤7.计算惯量评估目标；
[0017]步骤8.输出最优惯性时间常数。
[0018]更进一步的，所述发电机运行参数包括：发电机的额定容量和发电机出口频率；所述有功功率偏差指整个系统的有功功率缺额。
[0019]更进一步的，步骤3所述建立基于发电机摇摆方程与各台发电机的惯性时间常数的目标函数，如下式所示：
[0020][0021]其中，F为目标函数,i为第i台发电机，H
i
为各发电机惯性时间常数，S
i
为发电机的额定容量，f
i
为发电机出口频率，f
n
是电力系统的额定频率，G为发电机集合,d为求导符号，t表示频率所对应的时间。
[0022]更进一步的，步骤4所述输入惯性时间常数维数，生成初始种群；包括以下步骤：
[0023]步骤(1)把单台发电机惯性时间常数作为目标函数；
[0024]步骤(2)把发电机额定容量，出口频率作为输入量；
[0025]步骤(3)根据发电机的摇摆方程计算单台发电机惯性时间常数。
[0026]更进一步的，步骤4所述输入惯性时间常数维数，生成初始种群，包括以下步骤：
[0027]步骤(1)获取第i台发电机出口处频率f
i
，第I台发电机的额定容量S
i
，电力系统的额定频率f
n
，P
mi
和P
ei
分别是第i台发电机的机械功率和电磁功率；
[0028]步骤(2)则第i台发电机的惯性时间常数H
i
，作为目标函数表达式为：
[0029][0030]步骤(3)初始种群即为各发电机惯性时间常数。
[0031]更进一步的，步骤5所述输入惯性时间常数约束为通常各发电厂惯性时间常数范围：3s～6s。
[0032]更进一步的，步骤6所述设定ARQEA算法参数为进化算法中通用参数，包括：种群数、迭代次数和控制效果参数K。
[0033]更进一步的，步骤7所述计算惯量评估目标；包括以下步骤：
[0034]步骤(1)将整个系统的等效惯性时间常数作为目标函数；
[0035]步骤(2)将整个系统的发电机总容量、有功缺额和惯量中心频率作为输入量；
[0036]步骤(3)目标函数是否达到步骤5中收敛条件，是否需要混合进化策略；
[0037]步骤(4)对较差的发电机惯性时间函数采用尺度收缩的局部搜索；
[0038]步骤(5)对较优的发电机惯性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于量子衍生算法的惯量评估方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1.获取各台发电机运行参数；步骤2.获取电力系统的有功功率偏差；步骤3.建立基于发电机摇摆方程与各台发电机的惯性时间常数的目标函数；步骤4.输入惯性时间常数维数，生成初始种群；步骤5.输入惯性时间常数约束；步骤6.设定ARQEA算法参数；步骤7.计算惯量评估目标；步骤8.输出最优惯性时间常数。2.根据权利要求1所述的一种基于量子衍生算法的惯量评估方法，其特征是：所述发电机运行参数包括：发电机的额定容量和发电机出口频率；所述有功功率偏差指整个系统的有功功率缺额。3.根据权利要求1所述的一种基于量子衍生算法的惯量评估方法，其特征是：步骤3所述建立基于发电机摇摆方程与各台发电机的惯性时间常数的目标函数，如下式所示：其中，F为目标函数,i为第i台发电机，H
i
为各发电机惯性时间常数，S
i
为发电机的额定容量，f
i
为发电机出口频率，f
n
是电力系统的额定频率，G为发电机集合,d为求导符号，t表示频率所对应的时间。4.根据权利要求1所述的一种基于量子衍生算法的惯量评估方法，其特征是：步骤4所述输入惯性时间常数维数，生成初始种群；包括以下步骤：步骤(1)把单台发电机惯性时间常数作为目标函数；步骤(2)把发电机额定容量，出口频率作为输入量；步骤(3)根据发电机的摇摆方程计算单台发电机惯性时间常数。5.根据权利要求1所述的一种基于量子衍生算法的惯量评估方法，其特征是：步骤4所述输入惯性时间常数维数，生成初始种群，包括以下步骤：步骤(1)获取第i台发电机出口处频率f
i
，第I台发电机的额定容量S
i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，王超，李欣蔚，钱小毅，叶鹏，赵毅，曾辉，袁鹏，贾祺，
申请(专利权)人：国家电网有限公司沈阳工程学院，
类型：发明
国别省市：