本發明專利技術公開了一種基于多變量擬合的發電機調速系統參數優化建模方法。該方法首先采用多變量擬合方法，擬合發電機一次調頻三個性能指標超調量、上升時間、調節時間與調速系統四個控制參數單位調節功率、油動機時間常數、汽輪機蒸汽時間常數和發電機慣性時間常數之間的關系，然后將得到的一次調頻的多變量擬合式作為等式約束，將控制參數取值范圍及其他條件作為不等式約束，將精細化調速系統達到最優一次調頻性能作為最終目標，采用多目標多約束非線性優化方法尋得使一次調頻性能最優的調速系統參數，建立優化后的發電機調速系統模型。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電力系統分析與控制
，具體設及一種基于多變量擬合的發電 機調速系統參數優化建模方法。
技術介紹
-次調頻性能的研究重點在于控制系統的瞬態性能指標，其應達到超調量盡可能 小，上升時間和調節時間盡可能快，控制系統穩、準、快的要求。一次調頻性能指標受調節系 統參數的影響，但目前并沒有一次調頻性能指標與控制參數之間的定量關系。傳統調節系 統參數的選擇通常根據經驗，缺乏具體的理論計算依據，往往得不到最優控制參數。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種基于多變量擬合的發電機 調速系統參數優化建模方法。 本專利技術的目的通過W下技術方案實現。 ，包括W下步驟： (1)系統超調量由四個線性控制參數，單位調節功率、油動機時間常數、汽輪機蒸 汽時間常數和發電機慣性時間常數共同決定，上升時間只與發電機慣性時間常數有關，調 節時間與汽輪機蒸汽時間常數和發電機慣性時間常數有關，故將系統超調量01%、系統第 二個周波超調量〇2 %及調節時間ts進行多變量擬合，對上升時間tr進行單變量擬合。 多變量擬合的表達式形式需根據單變量擬合的結果來確定，故首先假設：目標因 變量T因單變量X變化時的多項式擬合形式為式(1)如下：[000引式中，T為超調量、上升時間或調節時間；X為單位調節功率K、油動機時間常數Ts、 汽輪機蒸汽時間常數Tch或發電機慣性時間常數化。根據單變量擬合的結果，假設T與K、Ts、Tch、Th擬合出的多項式的次數分別為i，j， k, 1，指數變化范圍分別為m = 0, i ;n = 0, j ;p = 0，k;q = 0,1則多變量擬合因變量Τ如（2)所 示：將上述方法運用到調速系統性能指標的多變量擬合中去，于是對于系統超調量 01%的擬合過程就有:首先進行單變量擬合，得其隨1(、了3、1'。4、1'4均成線性關系變化，根據此 結果，可知式(2)中i = j = k=l = l，于是可得如式(3)所示的〇1%的多變量擬合式；同理可得系統第二個周波超調量02%、調節時間ts、上升時間tr的擬合表達式如式 (4) -(6)，其中，02%隨1(、了3、1'。4、化均成線性關系變化，*3隨了3成線性關系變化，隨化成平方 關系變化，tr隨調速系統線性參數化變化。 其中，K為單位調節功率，Ts為油動機時間常數，Tc功汽輪機蒸汽時間常數，Th為發 電機慣性時間常數，aia = l，2,...，n)為每一項的系數，通過仿真獲得大量離散數據，將運 些數據帶入各擬合表達式中，將所得到的方程聯立，就可W求得ai的值；； (2)調速系統穩定運行時，給定調速系統控制參數取值范圍及其他約束條件，建立 調節系統參數的不等式約束方程：[002引其中，8<01/02。0為對調速系統中衰減率的限制；50| ΔΡ(1+0ι%化I <0.2為對 系統中頻率最大波動值50 ± 0.2Ηζ的限制條件； (3)在步驟（1)和(2)的基礎上，建立W系統一次調頻的性能指標最為優化的目標 函數，即式(8)，W下兩式表示要使超調量、上升時間和調節時間取到最小的值，使系統的頻 率響應更為優化， (4)基于W上條件，應用目標多約束非線性優化方法進行尋優求解過程： 1)取初始懲罰因子'^>〇，允許誤差6>〇; 2)選取迭代初值，取值如式(9)所示； x=(〇i,tr,ts,K,Ts,Tch,Th) = (0.25,20,23,0.11,0.2,7,0.05) (9) 3)構造懲罰函數如式（10)所示， 其中，rW是正數序列，逐個遞減，稱懲罰因子：産罰因子的取值為: =1.0,0.1，0.01，0.001，1(^(°)>'(1)>'口)>1>盧)>盧")>1>0，邑。口)為式(7)中的不等 式約束條件，各懲罰函數為并列關系； 4)從點出發用無約束優化方法求解懲罰函數的的極值點 5)設定相對誤差默認值為10-6作為檢查迭代是否終止的準則，若誤差在默認值范 圍內，則停止迭代計算，并為原目標函數f(X)的約束最優解，否則迭代次數加1， 轉入步驟3)，繼續求解。 進一步，上述步驟建立了一次調頻性能指標與控制參數的數量關系，在此基礎上 W調頻性能指標最優為優化目標，并滿足相應的不等式約束條件，通過多目標多約束非線 性優化方法，將一次調頻指標與控制參數之間關系量化，將調節系統參數優化問題轉化為 求解式(8)最小值問題，即可得到最優的調速系統參數。 上述數學模型是一個非線性規劃模型，通過多目標多約束非線性優化方法可求得 其最優解，既滿足有約束的條件，又能使目標函數取得最小值。 與現有技術相比，本專利技術具有W下優點和有益效果： 本專利技術所述方法W超調量、上升時間、調節時間作為一次調頻的性能評價指標，考 慮調速系統四個線性參數(單位調節功率、油動機時間常數、汽輪機蒸汽時間常數或發電機 慣性時間常數)對指標的影響，采用多變量擬合的方法，利用仿真數據擬合控制參數和性能 評價指標之間的定量關系，得出它們之間的表達式。在此基礎上，通過插值擬合建立一次調 頻指標與控制參數之間的定量關系，將調節系統參數的優化問題轉化為求解非線性規劃的 最優解問題，改善了傳統靠經驗確定控制參數不理想的問題。通過本申請方法可得到一次 調頻性能最優的一組調速系統控制參數，提高調速器一次調頻性能，使超調量盡可能小，上 升時間和調節時間盡可能快，達到控制系統穩、準、快的要求。【附圖說明】 圖1是某地區大規模電力外送系統結構圖。 圖2是超調量指標的單變量擬合圖。 圖3是系統第二個周波超調量02%的單變量擬合圖。 圖4是上升時間指標的單變量擬合圖。 圖5是調節時間的單變量擬合圖。 圖6是系統發生單相接地后的發電機轉速偏差曲線圖； 圖7是系統發生兩相短路后的發電機轉速偏差曲線圖； 圖8是系統切除國能一臺機后的其他發電機轉速偏差曲線圖。【具體實施方式】 下面結合附圖對本專利技術進一步詳細說明。本專利技術提出的基于多變量擬合的發電機 調速系統參數優化建模方法說明如下： 某地區大規模電力外送系統結構如圖1所示。±800kV特高壓直流配套火電電源共 6600MW，其中神華國能電廠4X660MW、國投電廠、國電電廠和瑞虹哈密電廠均為2X660MW。 10臺火電機組通過500kV線路接入新哈換500kV交流變電站，新哈換500kV交流母線連接± 800kV特高壓直流整流側換流變壓器，連接750/500kV聯絡變壓器，通過750/500kV聯絡變壓 器將500kV送端電網接入750kV地區主網。系統的運行方式為直流孤島運行方式，即切除該 地區送端交流網絡，僅投直流配套電源。 (1)依據電廠試驗報告所提供的參數和多變量擬合方法得到擬合出的系統超調 量、系統第二個周波超調量、調節時間和上升時間的多變量擬合式。 系統超調量σι%隨調速當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...
【技術保護點】
基于多變量擬合的發電機調速系統參數優化建模方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將系統超調量σ1％、系統第二個周波超調量σ2％及調節時間ts進行多變量擬合，對上升時間tr進行單變量擬合，建立一次調頻性能指標與控制參數之間的數量關系式(1)～(4)：σ1％＝f(K?Ts?Tch?Th)＝[a1K+(a2KTs+a3KTch+a4KTh)+(a5KTsTch+a6KTsTch+a7KTchTh)+a8KTsTchTh]+[a9Ts+(a10TsTch+a11TsTh)+a12TsTchTh]+(a13Tch+a14TchTh)+a15Th+a16????????(1)σ2％＝f(K?Ts?Tch?Th)＝[a1K+(a2KTs+a3KTch+a4KTh)+(a5KTsTch+a6KTsTch+a7KTchTh)+a8KTsTchTh]+[a9Ts+(a10TsTch+a11TsTh)+a12TsTchTh]+(a13Tch+a14TchTh)+a15Th+a16??????(2)tr＝f(Th)＝a1Th+a2???(3)ts＝f(Ts?Th)＝a1Ts+a2TsTh+a3TsTh2+a4Ts2+a5Th2+a6???(4)其中，K為單位調節功率，Ts為油動機時間常數，Tch為汽輪機蒸汽時間常數，Th為發電機慣性時間常數，ai(i＝1,2，...,n)為每一項的系數，通過大量離散實驗數插值擬合求得；(2)調速系統穩定運行時，給定調速系統控制參數取值范圍及其他約束條件，建立調節系統參數的不等式約束方程：19.3≤K≤33.60.1≤Ts≤20.1≤Tch≤0.32≤Th≤108≤σ1/σ2≤1050|ΔP(1+σ1%)K|≤0.2tr≥0ts≥0---(5)]]>其中，8≤σ1/σ2≤10為對調速系統中衰減率的限制；50|ΔP(1+σ1％)K|≤0.2為對系統中頻率最大波動值50±0.2Hz的限制條件；(3)在步驟(1)和(2)的基礎上，建立以系統一次調頻的性能指標最為優化的目標函數，即式(6)，min1f(x)=σ1KTsTchThmin2f(x)=tr(Th)+tsTsTh---(6)]]>(4)應用目標多約束非線性優化方法迭代求解函數最優解，具體算法如下：1)取初始懲罰因子r(0)＞0，允許誤差ε＞0；2)選取迭代初值，取值如式(7)所示：x＝(σ1,tr,ts,K,Ts,Tch,Th)＝(0.25,20,23,0.11,0.2,7,0.05)???(7)3)構造懲罰函數如式(8)所示，其中，r(k)是正數序列，逐個遞減，稱懲罰因子，懲罰因子的取值為：r(k)＝1.0,0.1,0.01,0.001,K，r(0)＞r(1)＞r(2)＞L＞r(k)＞r(k+1)＞L＞0，gu(X)為式(5)中的不等式約束條件，各懲罰函數為并列關系；4)從X(k?1)點出發用無約束優化方法求解懲罰函數的極值點X*(r(k))；5)設定相對誤差默認值為10?6作為檢查迭代是否終止的準則，若誤差在默認值范圍內，則停止迭代計算，并以X*(r(k))為原目標函數f(X)的約束最優解，否則迭代次數加1，轉入步驟3)，繼續求解。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：智勇，秦睿，梁福波，拜潤卿，鄭偉，陳仕彬，肖仕武，劉軍，
申請(專利權)人：國網甘肅省電力公司電力科學研究院，國網甘肅省電力公司，國家電網公司，華北電力大學，
類型：發明
國別省市：甘肅;62
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