一種應用于動態等值中等值機控制器的參數優化方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種應用于動態等值中等值機控制器的參數優化方法，屬于電力系統 動態等值技術應用的創新技術。
【背景技術】
[0002] 應用同調等值法進行大規模交直流電力系統的動態等值過程中，等值發電機控制 器的類型及參數聚合是影響等值效果的最重要部分。現有的參數聚合方法有以下兩種：
[0003] 1)對同調機組各個環節的傳遞函數進行動態聚合及參數尋優求取等值機控制器 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，如果暫態穩定程序不支持自定義建模，則暫態穩定程序無法識別這些控制器模型。
[0004] 2)基于主導模式的主導發電機參數聚合方法，該方法是選擇同調機組內起主導作 用的發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，便于后續進行參數擬合和優化。
[0005] 針對對以上兩種方法的分析，本發明是在基于主導模式的主導發電機參數聚合方 法的基礎上，提出一種等值機控制器的參數擬合和優化方法。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于提出一種應用于動態等值中等值機控制器的參數優化方法。針 對基于主導模式的主導發電機控制器參數優化方法的特點，提出一種等值機控制器的參數 擬合和優化的方法，保證等值系統與原系統的動態性能基本一致。
[0007] 本發明的一種應用于動態等值中等值機控制器的參數優化方法，包括如下步驟：
[0008] 1)按照主導模式法初步確定等值發電機的控制器類型及參數；
[0009] 2)篩選出含有不合理控制器的等值發電機，嘗試用同調機組內其他發電機的控制 器替換等值發電機控制器；
[0010] 3)制定曲線偏差程度e指標，該指標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化系統， 與之校驗的系統是對應的同調機組通過等值母線連接到無窮大母線的目標系統；
[0012] 5)確定需要優化的控制器參數及數值范圍，利用粒子群優化算法，結合曲線偏差 程度e指標，對每臺等值機的控制器進行參數優化。
[0013] 在于上述步驟1)，在基于同調等值法的動態等值中，確定等值機控制器類型及參 數的主導模式法，是指選擇同調機組中起主導作用的控制器模型作為等值機的控制器，調 整與發電機基準容量相關的參數。相比于對同調機組各個環節的傳遞函數進行動態聚合 及參數尋優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，便于后續進行參數擬合和優 化。
[0014] 在于上述步驟2)，應用主導模式法確定的初始等值系統，一般情況下，其動態性能 與原始系統是不一致的。其中，可能有部分發電機的控制器是不合理的，篩選出不合理控制 器的方法為：在不設置故障時，對初始等值系統進行暫態穩定計算，若最低母線頻率及最低 母線電壓存在明顯的持續震蕩，則說明某臺或某幾臺等值發電機控制器選擇不合理，利用 分別注釋各臺等值發電機勵磁環節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，此時用同調機組內其他發電機的控制 器替換等值機的控制器。
[0015] 在上述步驟3)中，進行控制器參數優化的目標是使等值系統與原始系統的動態 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e就非常重要。電力系統動態仿真曲線由一系列密集的數據點得 到，該數據信息全面，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 e中所占的比重，根據一般 的經驗值α和β分別取值為〇. 8和0. 2。
[0019] 32)縱向偏差指標θι的定義：
[0021] 其中：m表示曲線A和曲線B的數據點個數兩和Id1分別表示曲線A和曲線B在i 步長上的數值；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e2的定義：
[0023] e2= e' +e"
[0024] 其中：e'是曲線A和曲線B的一階導數曲線偏差；e"是曲線A和曲線B的二階導 數曲線偏差。
[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的一階導數曲線在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的二階導數曲線在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的大系統，一般等值機有幾百臺，而每臺 等值機的控制器包括勵磁器、電力系統穩定器（PSS)、調速器及原動機，控制器的種類豐富， 參數繁多。若對等值系統的所有等值機控制器同時進行參數優化，難度非常大。因此，可對 每臺等值機單獨進行參數優化，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，構造單機無窮大的待優化系統。同時，需要構造參數優化的目標系統，該系統的構造如 下：將與等值機相對應的同調機組的同調發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，構造出每臺等值機的待優化系統以及對應的目標系統后，對 控制器進行參數優化的步驟如下：
[0035] 51)分析等值機的控制器結構框圖，確定待優化的參數及參數的變化范圍，一般包 括控制器的增益系數、時間常數等。
[0036] 52)以待優化系統與目標系統的動態特性基本一致作為目標，制定目標函數。在 待優化系統和目標系統中設置相同的故障，分別對待優化系統和目標系統進行暫態穩定計 算，得到待優化系統和目標系統的各變量（包括發電機功角、發電機輸出功率、發電機頻率 以及母線電壓等）的動態曲線，分別計算待優化系統和目標系統輸出的各變量的仿真曲線 的擬合度e k，若有η個變量，則目標函數為：
[0038] 其中：η為判斷曲線擬合程度的變量個數；ek為第k個變量的曲線偏差程度指標； Tk為第k個變量的曲線偏差程度所占有的比重。
[0039] 53)在確定了目標函數以及待優化參數后，應用粒子群優化算法，對等值機控制器 進行參數優化，直到所有的等值機控制器都完成了參數優化。
[0040] 粒子群優化算法的流程圖如圖2，
[0041] 所述步驟53)中，所述粒子群優化算法包括：
[0042] 初始化程序，設置粒子維數、粒子個數、粒子坐標上限和下限、慣性權重、粒子加速 度系數、粒子初始位置、初始速度、最大迭代次數；
[0043] 計算各粒子的目標函數，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] 判斷是否達到最大迭代次數；如果尚未達到，則返回上一步驟；
[0045] 若是，則輸出最優值，計算程序結束。
[0046] 本發明提出了一種應用于動態等值中等值機控制器的參數優化方法，能適應大規 模交直流混聯電網的動態等值，可有效解決含有多種控制器類型且參數繁多的等值機控制 器參數優化問題。
【附圖說明】
[0047] 圖1是本發明一種應用于動態等值中等值機控制器的參數優化方法的實現流程 示意圖；
[0048] 圖2是本發明一種應用于動態等值中等值機控制器的參數優化方法的粒子群優 化算法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0049] 為了使本發明的發明目的、技術方案及其有益技術效果更加清晰，以下結合附圖 和【具體實施方式】，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解的是，本說明書中描述的具體實 施方式僅僅是為了解釋本發明，并非為了限定本發明。
[0050] 請參閱圖1和圖2,本發明的一種應用于動態等值中等值機控制器的參數優化方 法，包括如下步驟：
[0051] 1)按照主導模式法初步確定等值發電機的控制器類型及參數；
[0052] 2)篩選出含有不合理控制器的等值發電機，嘗試用同調機組內其他發電機的控制 器替換等值發電機控制器；
[0053] 3)制定曲線偏差程度e指標，該指標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化系統， 與之校驗的系統是對應的同調機組通過等值母線連接到無窮大母線的目標系統；
[0055] 5)確定需要優化的控制器參數及數值范圍，利用粒子群優化算法，結合曲線偏差 程度e指標，對每臺等值機的控制器進行參數優化。
[0056] 在于上述步驟1)，在基于同調等值法的動態等值中，確定等值機控制器類型及參 數的主導模式法，是指選擇同調機組中起主導作用的控制器模型作為等值機的控制器，調 整與發電機基準容量相關的參數。相比于對同調機組各個環節的傳遞函數進行動態聚合 及參數尋優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，便于后續進行參數擬合和優 化。
[0057] 在于上述步驟2)，應用主導模式法確定的初始等值系統，一般情況下，其動態性能 與原始系統是不一致的。其中，可能有部分發電機的控制器是不合理的，篩選出不合理控制 器的方法為：在不設置故障時，對初始等值系統進行暫態穩定計算，若最低母線頻率及最低 母線電壓存在明顯的持續震蕩，則說明某臺或某幾臺等值發電機控制器選擇不合理，利用 分別注釋各臺等值發電機勵磁環節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，此時用同調機組內其他發電機的控制 器替換等值機的控制器。
[0058] 在上述步驟3)中，進行控制器參數優化的目標是使等值系統與原始系統的動態 性能基本一致，也就是