[發明專利]一種基于靈敏度分析的多機系統調差系數優化方法

有效

• 申請號: 202011174735.8
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112332459B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 李海峰;胥國毅;金濤;畢天姝;王凡
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司;華北電力大學
• 主分類號: H02J3/46
• 分類號: H02J3/46;H02J3/24
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

1.一種基于靈敏度分析的多機系統調差系數優化方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟1、獲得調差系數R、慣性時間常數M和負荷阻尼系數D對電力系統頻率偏差的軌跡靈敏度，通過分析各參數的軌跡靈敏度對最大頻率偏差的影響，確定最大頻率偏差的主導參數為調差系數R；

在步驟1中，首先由典型的電力系統頻率響應模型得到系統的傳遞函數為：

其中，Δf是系統頻率偏差的標幺值；ΔP_L是功率不平衡量；R是調差系數；M是慣性時間常數；D是負荷阻尼系數；G(s)表示原動機的傳遞函數；

各參數的絕對靈敏度為頻率軌跡對該參數的偏導數，則調差系數R、慣性時間常數M和負荷阻尼系數D的軌跡靈敏度表示為：

由于各參數調節范圍不同，需要對比其相對靈敏度確定主導參數，則各參數對頻率偏差的相對靈敏度分別用S_R、S_M、S_D表示：

進一步繪制各參數的軌跡靈敏度曲線，設電力系統最大頻率偏差出現時刻為T_nadir，對比該時刻的軌跡靈敏度，由此確定最大頻率偏差的主導參數為調差系數R；

步驟2、建立調差系數R優化的數學模型，并采用靈敏度分析法將所建立數學模型的非線性優化問題轉化為線性規劃問題；

步驟3、根據電力系統各機組的調差系數靈敏度大小對各機組進行優化排序，并依次對各機組調差系數進行優化。

2.根據權利要求1所述基于靈敏度分析的多機系統調差系數優化方法，其特征在于，在步驟2中，所建立的調差系數R優化的數學模型以優化后的實際偏差與目標偏差的差值最小為目標函數，并考慮調差系數R的調節范圍，其數學模型表示為：

由于調差系數靈敏度是相對靈敏度，即調差系數在原值基礎上變化的百分比，目標函數中的F_obj表示最大頻率偏差的相對變化量，定義如下：

式中，F_obj表示最大頻率偏差的目標值Δf_maxobj在初始最大頻率偏差Δf_max0的基礎上變化的百分比；

目標函數中的F表示最大頻率偏差的實際變化的百分比；ε表示二者的差值；

約束條件中的R₀為調差系數初始值；ΔR表示調整量；優化后的調差系數R₀+ΔR應在規定的可調范圍[R_min,R_max]內變動。

3.根據權利要求1所述基于靈敏度分析的多機系統調差系數優化方法，其特征在于，在步驟2中，采用靈敏度分析法將所建立數學模型的非線性優化問題轉化為線性規劃問題的具體過程為：

電力系統發生功率為ΔP_L的擾動后，系統的頻率響應為：

式中，

考慮到擾動為階躍擾動ΔP_L(t)＝ΔP_Lu(t)，ΔP_L為擾動幅值，u(t)為單位階躍函數，經拉普拉斯變換后代入上式，并轉變為時域，得到系統的頻率響應時域表達式為：

式中，

最大頻率偏差出現時刻T_nadir＝-φ/ω_s，因此系統最大頻率偏差表示為：

進一步繪制調差系數與最大頻率偏差的函數關系，并將兩者關系擬合為一階線性函數表示為：

Δf_max＝K·R+h

式中，K為調差系數對最大頻率偏差的絕對靈敏度；

調差系數對最大頻率偏差的相對靈敏度表示為：

通過計算不同調差系數下的靈敏度，以相對誤差來衡量線性化的靈敏度是否在可接受范圍內，相對誤差δ_i的表達式為：

式中，y_i為解析方法計算的靈敏度；為線性化的靈敏度；

若相對誤差δ_i較小，則認為調差系數與最大頻率偏差的關系可近似線性化，從而將所建立數學模型的非線性優化問題轉化為線性規劃問題。

4.根據權利要求1所述基于靈敏度分析的多機系統調差系數優化方法，其特征在于，所述步驟3的過程具體為：

設電力系統中共有n個頻率觀測節點，m個可調參數的機組，節點j機組的調差系數靈敏度S_Rij定義為：

式中，i＝1,2,…,n；j＝1,2,…,m；表示頻率觀測點i的最大頻率偏差；ΔR_j表示節點j的調差系數攝動量；S_Rij為節點j調整單位調差系數所引起頻率觀測點i的最大偏差的變化，最終形成n×m階的靈敏度矩陣A，表示電力系統各機組參數調整對各頻率觀測點最大頻率偏差的影響；

m個機組調差系數變化引起的頻率觀測點i的最大頻率偏差變化為：

將上式用矩陣形式表示，以頻率觀測點i的最大頻率偏差作為優化目標，電力系統各機組調差系數的調整量計算表達式為：

A_i·ΔR≥F_maxobj

式中，A_i是靈敏度矩陣中的第i行，表示各機組調差系數對頻率觀測點i的最大頻率偏差的作用；ΔR＝[ΔR₁，ΔR₂，......，ΔR_m]^T為電力系統各機組調差系數的調整量；

則各機組調差系數優化的具體過程為：

首先計算電力系統各機組的調差系數靈敏度，根據電力系統各機組的調差系數靈敏度大小對各機組進行優化排序，得到調差數靈敏度矩陣A；

然后根據最大頻率偏差的預期目標，按照排序優先調節靈敏度大的機組，計算各機組調差系數的調整量ΔR；

再按照R₀+ΔR設置電力系統各機組的調差系數；其中，R₀是調差系數初始值。