CN102542076A - 一种电网频率动态过程仿真轨迹的校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电网频率动态过程仿真轨迹的校正方法。其步骤包括获取电网功率脱落事件的频率实测轨迹；在电力系统仿真软件中建立目标电网的仿真模型和录入参数，得到频率仿真轨迹；建立仿真轨迹和实测轨迹相近度的数学评价体系；确定要调整的调速器参数及其可调范围；基于禁忌搜索算法，调整参数，使频率仿真轨迹和实测轨迹具有较好的接近度。本发明采用的方法，能够使电网频率仿真轨迹逼近系统的实测频率轨迹，为电力系统的频率控制和低频减载方案提供依据，提高电力系统运行的稳定性和可靠性。

Description

一种电网频率动态过程仿真轨迹的校正方法

技术领域

本发明涉及一种电网频率动态过程仿真轨迹的校正方法，特别涉及一种基于禁忌搜索的电网频率动态过程仿真轨迹校正方法。

背景技术

电网频率是电力系统的重要参数，也是衡量电能质量的主要指标之一。当电力系统受到大机组跳闸、联络线跳线或者大容量负荷投切等扰动时，由于系统有功功率平衡遭到破坏，引起系统频率发生变化继而发生频率动态过程。当系统频率变化较大时，将会给电力系统带来明显的不利影响，甚至导致频率稳定破坏事故的发生。尽管互联系统的容量越来越大，发生全局性频率崩溃的概率越来越小，但一旦发生后果将更加严重。因此深入研究电力系统功率频率特性、分析影响系统功率频率特性的因素，对电力系统的规划、运行及控制具有重要的理论和现实意义。

对电力系统频率动态过程的研究主要有以下几种方法：

(1).频域的方法，通常经过线性化处理后采用频域变换的方法分析频率动态过程。这种方法适用分析频率过程的初始和稳态值，但难以对中间的动态过程进行分析，同时采用线性化方法适用小扰动情况，不能计及系统非线性特性。

(2).等值的方法，如非均匀线等值，实质也是一种频域的方法，用于分析扰动后系统各地区频率动态过程的空间分布现象及特点。基于频率同调的动态等值方法可以简化系统分析规模，但这种等值是在仿真之后根据轨迹特征而进行的等值。通常等值后会丢失系统部分信息，降低分析结果的准确性。

(3).数值仿真方法，根据电力系统的物理特点建立数学模型，利用数值仿真分析系统的动态行为是被广泛采用的一种有效方法。模型的正确选择以及参数的准确性将直接关系分析结果的正确性。

目前，对实际电网频率的分析和计算，主要采用数值仿真的方法。通常在电力系统仿真软件中建立起电网及各电气元件的仿真模型，根据电网的运行方式和故障形式，进行电力系统动态仿真，得到电网频率的动态特性轨迹。系统运行人员在这些仿真曲线基础上，进一步来分析电力系统功率频率特性、研究系统运行方式、整定低频减载方案和评价各种调频调压措施等工作。因而，保证频率仿真轨迹的准确性和与实际系统的一致性至关重要。

数值仿真结果的准确性取决于系统模型和参数，然而系统规模庞大，对每个元件模型和参数的准确性都进行校验是不可能的，在量测手段不充分的条件下也是不现实的。由于仿真方法本身的局限性，频率仿真轨迹与实测轨迹往往存在较明显的偏差，在某些情况下，仿真轨迹和实际的频率动态特性甚至出现严重不符。这使人们反思所建立仿真系统的真实性，以及用这样的工具研究系统频率动态过程的可靠性。为了使仿真轨迹和实际频率动态轨迹相一致，一些电力工作者利用系统功率脱落事件下的真实频率轨迹为依据，对影响系统频率特性的参数进行调整，使得频率仿真轨迹逼近真实的频率轨迹。已有的研究工作表明，系统发电机的惯性时间常数、调速器参数、负荷的相关参数等对频率特性曲线均具有一定的敏感性和调整作用，通过对这些参数的调整，可以起到对仿真轨迹的校正作用。然而，这种方法在实际电力应用中遇到很多困难。首先对仿真轨迹和实测轨迹的接近程度，仅依靠经验和对曲线形状的简单判断，缺乏依据；同时对某些参数的调整范围已经脱离实际的物理意义，不符合电力系统运行的实际情况；最后调整的过程无规律，依靠经验和参数对频率轨迹灵敏度的简单判断。上述缺点使得这种频率仿真轨迹调整方法在实际电力系统应用中遇到很大的困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电网频率动态过程仿真轨迹的校正方法。本发明在电网模型和参数准确条件下，以事故下系统真实的频率轨迹作为参照依据，对调速器参数在其可行的范围内进行调整，使得仿真轨迹逼近真实的频率轨迹；建立误差评价模型，通过轨迹误差评价函数，来评价频率轨迹的逼近程度；通过禁忌搜索，来调整相关参数，从而实现对频率仿真轨迹的有效校正。

为实现上述目的本发明采用的的技术方案为：一种电网频率动态过程仿真轨迹的校正方法，包括以下步骤：

步骤1)通过故障录波器获取多个电网功率脱落事件的频率实测轨迹；

步骤2)在电力系统仿真软件中建立仿真模型和输入参数，获得电网动态过程频率仿真轨迹；

步骤3)根据步骤1)和步骤2)建立频率仿真轨迹和实测轨迹相近度的数学评价体系；所述数学评价体系概括为如下内容：

①定义频率动态过程仿真轨迹和实测轨迹接近度的特征指标，包括初始频降差值，频降斜率差值，回升频率差值，频率轨迹最大差值，频率轨迹平均差值；

②依据上述特征指标，建立频率仿真轨迹和实测轨迹误差评价函数；

③对多个电网功率脱落事件的实测轨迹和频率仿真轨迹进行上述误差计算，取最大值作为该仿真条件下误差值；

步骤4)确定要调整的调速器参数及其可调范围，形成参数变量集合；

步骤5)基于禁忌搜索算法，调整参数，通过如下步骤使频率仿真轨迹逼近频率实测轨迹；

第一步对调速器参数变量集合进行编码；

第二步产生初始解；

第三步将单个移动和交换移动分别作用于初始解，得到一组可行的试验解；

第四步对上述可行的试验解分别进行频率仿真计算和误差评价计算，从中保留误差最小的试验解；

第五步更新禁忌搜索表；

第六步更新初始解；

第七步判断终止条件：若连续几次迭代目标函数值没有改进或达到最大允许迭代次数，则停止计算，输出结果；

第八步若没有达到终止条件，重复第三步；

步骤6)输出结果，得到调整后的调速器仿真参数，用于频率控制或频率恢复策略。

所述获得电网动态过程频率仿真轨迹的过程如下：

a.在电力系统仿真软件中建立目标网架；

b.根据电网实际情况，选取和建立电气元件模型和录入相关参数；

c.在仿真软件中设置运行方式；

d.在仿真软件中设置故障；

e.运行电力系统仿真软件，得到频率仿真轨迹。

所述的数学评价体系为：

a.将各特征指标定义如下：

初始频降差值：为发生故障后频率初始下降到最低点，频率实测轨迹和仿真轨迹的频率差值；

为保证频率实测轨迹频降最低点高于仿真轨迹频率，定义差值函数为f：

频降斜率：频降斜率指频率开始下降到最低点的曲线斜率，这个值由初始频降与初始频降时间计算得到；

频降斜率差值：为仿真轨迹频降斜率和实测轨迹频率斜率差值的绝对值；

回升频率：回升频率指频率下降到最低点后频率回升所达到的最大值；

回升频率差值：为频率仿真轨迹和实测轨迹回升频率差值的绝对值；

频率轨迹最大差值：为频率仿真轨迹和实测轨迹在时间轴上的最大差值的绝对值；

频率轨迹平均差值：为频率曲线所有时间点上频率仿真轨迹和实测轨迹频率差值的均方差；

上述特征量通过存储在计算机中的频率曲线数据，进行计算得到；

b.某一故障条件下的频率实测轨迹和仿真轨迹的误差评价函数定义如下：

f_e＝∑(λ₁T₁+λ₂T₂+…λ_nT_n)        式一

其中：f_e为误差评价函数；T代表某个特征指标；λ表征相应特征指标在误差评价函数中的权重系数；n为所考虑的特征指标的个数；

c.在具有多个实际电力系统功率脱落事件下的实测频率轨迹的条件下，需要分别对多个功率脱落事件的实测轨迹和仿真轨迹进行上述误差计算，取数值最大者作为仿真轨迹和实测轨迹的误差值；

该误差值具体计算公式如下：

F_e＝max(f_e1，f_e2，...f_em)          式二

其中：F_e为在一组确定的调速器参数条件下，仿真轨迹和实测轨迹的误差；m为考虑的系统功率脱落事件下的实测频率轨迹个数。

所述的调速器仿真参数的调整，是指在电网模型和参数准确的前提下，对调速器相关参数进行小范围调整，改变频率仿真曲线的特性和形状，得到与实际电力系统情况相符的仿真轨迹。

所述的对参数变量集合进行编码，包括：

a.对某一可调参数，根据参数的可调节范围，把该参数间隔的进行离散化，形成该参数的待选集和；

b.对该参数待选集和中的每个元素，进行二进制编码；若某参数T的二进制编码对应的十进制数为d，则有：

$T=T_{\min }+d.\frac{T_{\max }-T_{\min }}{2^n}$ 式三

其中：T_max和T_min为该参数的最大和最小取值；n为二进制编码位数；

c.对所有参数进行上述编码工作；

d.把所有参数集合的二进制编码串联，形成一个(0-1)码串。

所述的产生初始解，包括：

a.对可调参数变量集合，赋予初值；

b.把该参数集合在电力系统动态仿真软件中进行修正；

c.针对不同的运行方式和故障条件，进行计算，得到不同功率脱落事件下的频率仿真轨迹；

d.计算在该参数值下，频率仿真轨迹和实测轨迹的误差函数值；

e.把参数的初值向量写成二进制编码。

所述的将单个移动和交换移动分别作用于初始解，包括：

a.单个移动：随机选取码串的某一位进行取反操作；

b.交换移动：随机选取码串的某两位进行取反操作；

c.将两种移动分别作用于当前解，从而得到一组调速器参数向量的试验解。

所述的可行试验解，包括：

a.该试验解不在禁忌搜索表中；

b.该试验解虽然在禁忌表中，但已满足释放准则。

对上述可行的试验解分别进行频率仿真计算和误差评价计算，从中保留误差最小的试验解；包括：

a.取某一个可行的试验解，通过其二进制编码，计算参数数值；

b.在电力系统仿真程序的调速器模型参数中，按上述数值进行修改；

c.在仿真程序中设置和功率脱落事件对应的运行方式和故障，进行仿真计算，得到相应的频率仿真轨迹；

d.计算误差评价函数；

e.与原有的评价函数值作比较，保留函数值最小者和相对应的参数值；

f.重复至a，直到所有试验解都计算完毕。

所述的更新禁忌搜索表，包括：

a.将实现了的移动的反方向移动记录到禁忌表中；

b.禁忌表采用先进先出的管理方式。

本发明的优点为：

1.本发明在电网模型和参数准确的条件下，以事故下系统真实的频率轨迹作为参照依据，对调速器参数在其可行的范围内进行调整，使得仿真轨迹逼近真实的频率轨迹。这种方法符合电力系统运行的实际情况。

2.本发明建立了频率仿真轨迹和实测轨迹误差的数学评价体系。与简单的通过轨迹形状进行二者接近度进行判断相比，这种评价方法更为科学和有效。

3.本发明采用禁忌搜索的方法来对参数进行调整，可以有效的实现频率仿真轨迹逼近实测轨迹。

4.本发明能够使电网频率仿真轨迹真实的体现系统的频率动态特性，为电力系统的频率控制和低频减载方案提供依据，提高电力系统运行的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是通过参数调整使频率仿真轨迹接近实测轨迹的总体流程图；

图2是仿真轨迹和实测轨迹特征指标示意图；

图3是采用禁忌搜索进行参数调整流程图；

图4是实施过程中应用程序和数据调用关系示意图；

图5-1是实际电网实施调整后频率轨迹对比图之一；

图5-2是实际电网实施调整后频率轨迹对比图之二。

具体实施方式

如图1、2、3、4、5-1、5-2所示，一种电网频率动态过程仿真轨迹的校正方法，包括以下步骤：

步骤1)通过故障录波器(市购产品)获取多个电网功率脱落事件的频率实测轨迹；

步骤2)在电力系统仿真软件(即电力系统分析综合程序(Power SystemAnalysis Software Package)简称PSASP)中建立仿真模型和输入参数，获得电网动态过程频率仿真轨迹；

步骤3)根据步骤1)和步骤2)建立频率仿真轨迹和实测轨迹相近度的数学评价体系；所述数学评价体系概括为如下内容：

①定义频率动态过程仿真轨迹和实测轨迹接近度的特征指标，包括初始频降差值，频降斜率差值，回升频率差值，频率轨迹最大差值，频率轨迹平均差值；

②依据上述特征指标，建立频率仿真轨迹和实测轨迹误差评价函数；

③对多个电网功率脱落事件的实测轨迹和频率仿真轨迹进行上述误差计算，取最大值作为该仿真条件下误差值；

步骤4)确定要调整的调速器参数及其可调范围，形成参数变量集合；

步骤5)基于禁忌搜索算法，调整参数，通过如下步骤使频率仿真轨迹逼近频率实测轨迹；

第一步对调速器参数变量集合进行编码；

第二步产生初始解；

第三步将单个移动和交换移动分别作用于初始解，得到一组可行的试验解；

第四步对上述可行的试验解分别进行频率仿真计算和误差评价计算，从中保留误差最小的试验解；

第五步更新禁忌搜索表；

第六步更新初始解；

第七步判断终止条件：若连续几次迭代目标函数值没有改进或达到最大允许迭代次数，则停止计算，输出结果；

第八步若没有达到终止条件，重复第三步；

步骤6)输出结果，得到调整后的调速器仿真参数，用于频率控制或频率恢复策略。

所述获得电网动态过程频率仿真轨迹的过程如下：

a.在电力系统仿真软件中建立目标网架；

b.根据电网实际情况，选取和建立电气元件模型和录入相关参数；

c.在仿真软件中设置运行方式；

d.在仿真软件中设置故障；

e.运行电力系统仿真软件，得到频率仿真轨迹。

所述的数学评价体系为：

a.将各特征指标定义如下：

初始频降差值：为发生故障后频率初始下降到最低点，频率实测轨迹和仿真轨迹的频率差值；

为保证频率实测轨迹频降最低点高于仿真轨迹频率，定义差值函数为f：

频降斜率：频降斜率指频率开始下降到最低点的曲线斜率，这个值由初始频降与初始频降时间计算得到；

频降斜率差值：为仿真轨迹频降斜率和实测轨迹频率斜率差值的绝对值；

回升频率：回升频率指频率下降到最低点后频率回升所达到的最大值；

回升频率差值：为频率仿真轨迹和实测轨迹回升频率差值的绝对值；

频率轨迹最大差值：为频率仿真轨迹和实测轨迹在时间轴上的最大差值的绝对值；

频率轨迹平均差值：为频率曲线所有时间点上频率仿真轨迹和实测轨迹频率差值的均方差；

上述特征量通过存储在计算机中的频率曲线数据，进行计算得到；

b.某一故障条件下的频率实测轨迹和仿真轨迹的误差评价函数定义如下：

f_e＝∑(λ₁T₁+λ₂T₂+…λ_nT_n)       式一

式一中：f_e为误差评价函数；T代表某个特征指标；λ表征相应特征指标在误差评价函数中的权重系数；n为所考虑的特征指标的个数；

c.在具有多个实际电力系统功率脱落事件下的实测频率轨迹的条件下，需要分别对多个功率脱落事件的实测轨迹和仿真轨迹进行上述误差计算，取数值最大者作为仿真轨迹和实测轨迹的误差值；

该误差值具体计算公式如下：

F_e＝max(f_e1，f_e2，...f_em)         式二

式二中：F_e为在一组确定的调速器参数条件下，仿真轨迹和实测轨迹的误差；m为考虑的系统功率脱落事件下的实测频率轨迹个数。

所述的调速器仿真参数的调整，是指在电网模型和参数准确的前提下，对调速器相关参数进行小范围调整，改变频率仿真曲线的特性和形状，得到与实际电力系统情况相符的仿真轨迹。

所述的对参数变量集合进行编码，包括：

a.对某一可调参数，根据参数的可调节范围，把该参数间隔的进行离散化，形成该参数的待选集和；

b.对该参数待选集和中的每个元素，进行二进制编码；若某参数T的二进制编码对应的十进制数为d，则有：

$T=T_{\min }+d.\frac{T_{\max }-T_{\min }}{2^n}$ 式三

式三中：T_max和T_min为该参数的最大和最小取值；n为二进制编码位数；

c.对所有参数进行上述编码工作；

d.把所有参数集合的二进制编码串联，形成一个(0-1)码串。

所述的产生初始解，包括：

a.对可调参数变量集合，赋予初值；

b.把该参数集合在电力系统动态仿真软件中进行修正；

c.针对不同的运行方式和故障条件，进行计算，得到不同功率脱落事件下的频率仿真轨迹；

d.计算在该参数值下，频率仿真轨迹和实测轨迹的误差函数值；

e.把参数的初值向量写成二进制编码。

所述的将单个移动和交换移动分别作用于初始解，包括：

a.单个移动：随机选取码串的某一位进行取反操作；

b.交换移动：随机选取码串的某两位进行取反操作；

c.将两种移动分别作用于当前解，从而得到一组调速器参数向量的试验解。

8、根据权利要求1所述的一种电网频率动态过程仿真轨迹的校正方法，其特征在于：所述的可行试验解，包括：

a.该试验解不在禁忌搜索表中；

b.该试验解虽然在禁忌表中，但已满足释放准则。

对上述可行的试验解分别进行频率仿真计算和误差评价计算，从中保留误差最小的试验解；包括：

a.取某一个可行的试验解，通过其二进制编码，计算参数数值；

b.在电力系统仿真程序的调速器模型参数中，按上述数值进行修改；

c.在仿真程序中设置和功率脱落事件对应的运行方式和故障，进行仿真计算，得到相应的频率仿真轨迹；

d.计算误差评价函数；

e.与原有的评价函数值作比较，保留函数值最小者和相对应的参数值；

f.重复至a，直到所有试验解都计算完毕。

所述的更新禁忌搜索表，包括：

a.将实现了的移动的反方向移动记录到禁忌表中；

b.禁忌表采用先进先出的管理方式。

本发明采用禁忌搜索技术来对参数进行适当调整，达到对频率仿真轨迹校正的目的。禁忌搜索又称为TS法，是一种扩展邻域的启发式搜索方法，最早由Fred Glover于1977年提出，作为一个最优工具来求解非线性覆盖问题。它利用灵活记忆的特殊形式能在搜索过程中获得知识，来避免搜索陷入局部最优。已成功地应用于求解大规模的组合最优问题。TS方法的基本原理为：从初始解X(为n维向量)开始搜索。通过采用一组操作符“移动”，对当前解进行操作，随机产生一组当前解的邻域N(X)试验解X₁，X₂，...，X_K。在产生的这些邻域试验解中，选择其中最能改善评价函数的那个解X＊作为当前局部最优解，即令X＝X*，重复迭代，直到所有的‘移动’均不能改善评价函数，表明当前的解为局部最优解。为了避免陷入局部最优解，TS法中采用了一种灵活的“记忆技术”。另外，为了尽可能不错过产生最优解的“移动”，TS方法还采用“释放准则”策略。

采用禁忌搜索进行计算的一般步骤如下：

(1)读入原始变量集合进行编码。

(2)产生初始解：在控制变量约束范围内随机产生一个初始解X，求得目标函数值f(X)，置最好解向量X_opt＝f(X)

(3)产生一组试验解：将单个移动和交换移动分别作用于X，得到一组可行的试验解X₁，X₂，...，X_K，并求得相应的f(X₁)，f(X₂)，...，f(X_K)。

(4)搜索邻域：从上述试验解中寻优，得到一个最好的试验解X*，如果X*不在禁忌表中，或者虽在禁忌表中但已满足释放准则，则用X*更新X，即令X＝X*；如果该解在禁忌表中，同时又没有满足释放准则，则寻找次好的解，并重复此过程。

(5)更新禁忌表：将实现了的移动的反方向移动记录到禁忌表中，如果禁忌表已满，则首先排除最先记录的移动。

(6)更新X_opt：若f(X*)＜f(X_opt)，则用X*更新X_opt，否则X_opt保持不变。

(7)判断终止条件：若连续几次迭代目标函数值没有改进或达到最大允许迭代次数，则停止优化，输出结果；否则，转到步骤(3)继续迭代。

与其它搜索算法相比，禁忌搜索法具有较强的跳出局部最优解的能力，因而收敛特性好、解的质量高，已经被成功应用于大规模的电力系统参数优化或调整的问题中。本发明采用禁忌搜索技术对影响频率动态特性的相关参数进行适当调整，来达到对频率仿真轨迹校正的目的。由于本方法的目的是实现对频率仿真轨迹的有效调整，使之逼近实测轨迹，更真实地体现电力系统的频率动态特性，因此搜索过程中，不必一定到达最优点，一定的迭代次数后，也能有效的改进频率仿真轨迹。

本发明在电网模型和参数基本准确条件下，以事故下系统真实的频率轨迹作为参照依据，对调速器参数在其可行的范围内进行微调，使得仿真轨迹逼近真实的频率轨迹；建立误差评价模型，通过轨迹误差评价函数，来评价频率轨迹的逼近程度；通过禁忌搜索，来调整相关参数，从而实现对频率仿真轨迹的有效校正。本发明采用的方法，可以避免电力系统中频率动态过程研究和控制无据可依，大量凭借经验的现状，为电网频率轨迹的校正提供了有效而切实的途径。本发明采用的方法通过对频率仿真轨迹进行有效校正，使电网频率仿真轨迹真实的体现系统的频率动态特性，为电力系统的频率控制和低频减载方案提供依据，提高电力系统运行的稳定性和可靠性。

图1是通过参数调整使频率仿真轨迹接近实测轨迹的总体流程图。其中，实际系统指的是要研究的某个电网，对应着实际的物理网络；仿真系统，是指在电力系统仿真程序中建立的与实际系统对应的数字模拟系统。无论是频率实测曲线，还是频率仿真曲线，都是在系统中产生功率脱落事件的条件下得到的。

①、频率量测。通过现代电网的能量管理系统和装设在变电站内的故障录波器，在系统发生功率脱落事件时，可以得到频率实测轨迹的数据。每次发生功率脱落事件的情况都不尽相同，可以选择对当前电网最有参考价值的若干个事件，作为后期频率仿真轨迹调整的依据。在记录频率实测轨迹的同时，也要通过能量管理系统，记录发生功率脱落事件时，所对应的系统运行方式、控制方式等，以便在仿真计算时，与其相对应。

②、功率电压稳态量量测。通过能量管理系统的数据采集与监控系统，获取发生功率脱落时刻，实际电网的运行状态

③、潮流调整、扰动设置。在仿真系统中对系统稳态运行方式进行调整，使其与发生功率脱落事件时刻系统的运行状态相对应；根据功率脱落情况，在仿真软件中进行扰动设置，例如切机、切负荷和故障等；对于选定的多个功率脱落事件，应分别进行相应的潮流调整和扰动设置，逐个进行计算，进而得到多个功率脱落事件下的频率仿真轨迹。

④、轨迹接近度评价计算。用于确定仿真轨迹和实测轨迹的接近程度。首先定义了一些反映轨迹接近程度的特征指标，这些指标可以通过对轨迹曲线的简单计算而得到；通过综合考虑这些特征指标，来衡量频率仿真轨迹和实测轨迹的接近程度(具体定义和计算方式见说明部分)；在计算时，各特征量的权重系数的取值可以根据调整的要求而定。一般而言，前三个特征量：初始频降差值、频降斜率差值和回升频率差值决定了轨迹的主要形状，应赋予较大的比重；其他的特征量所占比重略小。

⑤、禁忌搜索、调整参数。如果频率仿真轨迹和实测轨迹吻合度不好，误差较大，则需要对相关参数进行调整，重新仿真计算，再次校核。这里在电网模型和参数基本准确条件下，对调速器参数在其可行的范围内进行调整，来改进仿真轨迹。根据确定要调整的调速器参数及其可调范围，形成参数变量集合，作为禁忌搜索的变量集合；然后依据禁忌搜索的计算规律，不断进行仿真计算，进而得到调整后的调速参数。更具体的步骤将在下面结合图3做进一部的说明。

⑥、确定参数。通过搜索计算，最后可以得到一组比较满意的调速参数；在这组参数下进行仿真计算，得到的频率仿真轨迹与实测频率轨迹具有较好的吻合度。基于仿真系统调整后的系统模型和参数，就可以在此基础上来研究系统的一些预想的频率事件和频率动态特性，为电力系统的频率控制奠定基础。正是由于对仿真系统中的相关参数进行了有效校正，提高了仿真轨迹的准确度，才使基于频率仿真的研究工作更加可信和可靠。

如图2所示，仿真轨迹和实测轨迹特征指标示意图。

其中的实线曲线是某大区电网实测的频率轨迹，图中的虚线曲线是实测轨迹相对应的运行状态和扰动下，频率仿真曲线。图中的黑色圆圈点是轨迹的初始频降点；图中的直线表征轨迹的频降斜率；图中的白色圆圈点是轨迹的回升频率。通过这些特征指标，可以有效的表述轨迹的接近程度。

如图4所示，程序模块和数据调用关系图。

为实现本发明所述校正方法，采用电网动态仿真程序软件，误差评价计算和禁忌搜索；禁忌搜索程序对要调整的参数变量集合参数进行优化调整，在调整过程中，对某一组既定的参数进行评价的时候，就需要调用轨迹误差评价计算程序，来决定该组参数的取舍；而轨迹误差评价计算程序在计算的时候，需要知道测试频率轨迹和仿真频率轨迹的数据。其中频率实测轨迹数据可以事先得到，保存在存储介质上；仿真频率轨迹则需要根据相应的参数值，进行仿真计算得到。因此轨迹误差评价计算程序需要调用电力系统动态仿真程序，得到频率仿真轨迹数据。当前，电力系统仿真计算软件种类较多，在我国电力系统广泛应用的电力系统仿真计算软件主要有中国电力科学研究院开发的电力系统分系综合程序PSASP，邦纳维尔电力局开发的电力系统离线分析程序BPA(Bonneville Pow er A dm in ist rat ion)等。一般这类程序都提供了数据和调用的接口，因而上述整个过程可以通过程序来实现。

如图5-1、5-2所示，国内某区域电网实施参数调整前后频率轨迹对比图。

本发明所述方法已经成功应用于国内某个区域电网的频率仿真轨迹校正工作中。该电网总装机容量为6300万千瓦，500KV线路76条，220KV线路768条，500KV变电站30座，220KV变电站358座。对这个系统近一年半时间，收集了若干个功率脱落事件和相应的频率实测轨迹。通过频率实测轨迹和仿真轨迹的比对发现，二者之间存在较大的误差。这种频率仿真轨迹无法用于系统频率动态过程的研究和频率控制。采用本发明提出的方法，进行了计算分析。禁忌搜索部分和轨迹误差评价部分自行编制程序，电力系统仿真软件采用PSASP，整个计算在一台PC机上完成。禁忌搜索经过30次迭代后的计算结果(如图5-1、5-2所示)。

其中黑色虚线为实测频率轨迹曲线，黑色实线为经过调整计算后的频率仿真曲线。可见，本方法可以对频率仿真曲线进行有效的调整，更加逼近真实的频率轨迹。

Claims (10)

1.一种电网频率动态过程仿真轨迹的校正方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1)通过故障录波器获取多个电网功率脱落事件的频率实测轨迹；

步骤2)在电力系统仿真软件中建立仿真模型和输入参数，获得电网频率动态过程仿真轨迹；

步骤3)根据步骤1)和步骤2)建立频率仿真轨迹和实测轨迹相近度的数学评价体系；所述数学评价体系概括为如下内容：

①定义频率动态过程仿真轨迹和实测轨迹接近度的特征指标，包括初始频降差值，频降斜率差值，回升频率差值，频率轨迹最大差值，频率轨迹平均差值；

②依据上述特征指标，建立频率仿真轨迹和实测轨迹误差评价函数；

③对多个电网功率脱落事件的实测轨迹和频率仿真轨迹进行上述误差计算，取最大值作为该仿真条件下误差值；

步骤4)确定要调整的调速器参数及其可调范围，形成参数变量集合；

步骤5)基于禁忌搜索算法，调整参数，通过如下步骤使频率仿真轨迹逼近频率实测轨迹；

第一步对调速器参数变量集合进行编码；

第二步产生初始解；

第三步将单个移动和交换移动分别作用于初始解，得到一组可行的试验解；

第四步对上述可行的试验解分别进行频率仿真计算和误差评价计算，从中保留误差最小的试验解；

第五步更新禁忌搜索表；

第六步更新初始解；

第七步判断终止条件：若连续几次迭代目标函数值没有改进或达到最大允许迭代次数，则停止计算，输出结果；

第八步若没有达到终止条件，重复第三步；

步骤6)输出结果，得到调整后的调速器仿真参数，用于频率控制或频率恢复策略。

2.根据权利要求1所述的一种电网频率动态过程仿真轨迹的校正方法，其特征在于：所述获得电网动态过程频率仿真轨迹的过程如下：

a.在电力系统仿真软件中建立目标网架；

b.根据电网实际情况，选取和建立电气元件模型和录入相关参数；

c.在仿真软件中设置运行方式；

d.在仿真软件中设置故障；

e.运行电力系统仿真软件，得到频率仿真轨迹。

3.根据权利要求1所述的一种电网频率动态过程仿真轨迹的校正方法，其特征在于：所述的数学评价体系为：

a.将各特征指标定义如下：

初始频降差值：为发生故障后频率初始下降到最低点，频率实测轨迹和仿真轨迹的频率差值；

为保证频率实测轨迹频降最低点高于仿真轨迹频率，定义差值函数为f：

频降斜率：频降斜率指频率开始下降到最低点的曲线斜率，这个值由初始频降与初始频降时间计算得到；

频降斜率差值：为仿真轨迹频降斜率和实测轨迹频率斜率差值的绝对值；

回升频率：回升频率指频率下降到最低点后频率回升所达到的最大值；

回升频率差值：为频率仿真轨迹和实测轨迹回升频率差值的绝对值；

频率轨迹最大差值：为频率仿真轨迹和实测轨迹在时间轴上的最大差值的绝对值；

频率轨迹平均差值：为频率曲线所有时间点上频率仿真轨迹和实测轨迹频率差值的均方差；

上述特征量通过存储在计算机中的频率曲线数据，进行计算得到；

b.某一故障条件下的频率实测轨迹和仿真轨迹的误差评价函数定义如下：

f_e＝∑(λ₁T₁+λ₂T₂+…λ_nT_n)        式一

式一中：f_e为误差评价函数；T代表某个特征指标；λ表征相应特征指标在误差评价函数中的权重系数；n为所考虑的特征指标的个数；

c.在具有多个实际电力系统功率脱落事件下的实测频率轨迹的条件下，需要分别对多个功率脱落事件的实测轨迹和仿真轨迹进行上述误差计算，取数值最大者作为仿真轨迹和实测轨迹的误差值；

该误差值具体计算公式如下：

F_e＝max(f_e1，f_e2，...f_em)          式二

式二中：F_e为在一组确定的调速器参数条件下，仿真轨迹和实测轨迹的误差；m为考虑的系统功率脱落事件下的实测频率轨迹个数。

4.根据权利要求1所述的一种电网频率动态过程仿真轨迹的校正方法，其特征在于：所述的调速器仿真参数的调整，是指在电网模型和参数准确的前提下，对调速器相关参数进行小范围调整，改变频率仿真曲线的特性和形状，得到与实际电力系统情况相符的仿真轨迹。

5.根据权利要求1所述的一种电网频率动态过程仿真轨迹的校正方法，其特征在于：所述的对参数变量集合进行编码，包括：

a.对某一可调参数，根据参数的可调节范围，把该参数间隔的进行离散化，形成该参数的待选集和；

b.对该参数待选集和中的每个元素，进行二进制编码；若某参数T的二进制编码对应的十进制数为d，则有：

$T=T_{\min }+d.\frac{T_{\max }-T_{\min }}{2^n}$ 式三

式三中：T_max和T_min为该参数的最大和最小取值；n为二进制编码位数；

c.对所有参数进行上述编码工作；

d.把所有参数集合的二进制编码串联，形成一个(0-1)码串。

6.根据权利要求1所述的一种电网频率动态过程仿真轨迹的校正方法，其特征在于：所述的产生初始解，包括：

a.对可调参数变量集合，赋予初值；

b.把该参数集合在电力系统动态仿真软件中进行修正；

c.针对不同的运行方式和故障条件，进行计算，得到不同功率脱落事件下的频率仿真轨迹；

d.计算在该参数值下，频率仿真轨迹和实测轨迹的误差函数值；

e.把参数的初值向量写成二进制编码。

7.根据权利要求1所述的一种电网频率动态过程仿真轨迹的校正方法，其特征在于：所述的将单个移动和交换移动分别作用于初始解，包括：

a.单个移动：随机选取码串的某一位进行取反操作；

b.交换移动：随机选取码串的某两位进行取反操作；

c.将两种移动分别作用于当前解，从而得到一组调速器参数向量的试验解。

8.根据权利要求1所述的一种电网频率动态过程仿真轨迹的校正方法，其特征在于：所述的可行试验解，包括：

a.该试验解不在禁忌搜索表中；

b.该试验解虽然在禁忌表中，但已满足释放准则。

9.根据权利要求1所述的一种电网频率动态过程仿真轨迹的校正方法，其特征在于：对上述可行的试验解分别进行频率仿真计算和误差评价计算，从中保留误差最小的试验解；包括：

a.取某一个可行的试验解，通过其二进制编码，计算参数数值；

b.在电力系统仿真程序的调速器模型参数中，按上述数值进行修改；

c.在仿真程序中设置和功率脱落事件对应的运行方式和故障，进行仿真计算，得到相应的频率仿真轨迹；

d.计算误差评价函数；

e.与原有的评价函数值作比较，保留函数值最小者和相对应的参数值；

f.重复至a，直到所有试验解都计算完毕。

10.根据权利要求1所述的一种电网频率动态过程仿真轨迹的校正方法，其特征在于：所述的更新禁忌搜索表，包括：

a.将实现了的移动的反方向移动记录到禁忌表中；

b.禁忌表采用先进先出的管理方式。

Images