CN103219746B - 一种基于混沌优化的pss参数动态协调方法及其装置 - Google Patents
一种基于混沌优化的pss参数动态协调方法及其装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及基于混沌优化的多机PSS参数动态协调方法及装置，方法包括如下步骤：（1）读取能量管理系统中的数据；（2）对系统中各个发电机中的电力系统稳定器按权重分为n层；（3）构造多目标分层优化方程式；（4）建立混沌变量Tk与优化变量xk的映射关系；（5）对xk进行迭代搜索，解分层优化方程式得到Fk（xk）的最优值以及与所述最优值相对应的xk；（6）在每层次中构建子目标函数方程式，解得Yk以及Fk（yk）的最优值；（7）对于优化目标方程中根据条件首先判断PSS的类型。其有益效果为：所述方法能有效的动态调整各个发电机PSS参数，进而抑制系统的低频振荡，提高电网的稳定运行；基于所述方法的装置模块划分清晰、结构简单，易于实行。
Description
技术领域
本发明专利属于智能电网自动化领域，具体涉及一种基于混沌优化算法的多机电力系统稳定器参数动态协调控制方法及其装置。
背景技术
随着大容量的发电机组、快速励磁系统、高电压、远距离输电系统和大型的电力互联系统的出现，电力系统的稳定性成为评价系统性能的关键指标。对于远距离输电系统来说，保持其稳定性意味着处于系统输送端的发电机组在发出较大的功率的情况下，系统遭受小干扰作用后，发电机组和受端系统之间不致失去同步;或者因系统故障而遭受较大的干扰作用冲击后，输送端的发电机组也不至从同步运行状态过渡到异步运行的状态。为保证系统的稳定性，电力系统稳定器PowerSystemStabilizer，PSS被广泛应用于发电机的励磁控制和调速上，而合理选择PSS参数是其能够提供适当的补偿角度和补偿幅值的基础。
目前实际采用的PSS参数整定方法大多是以单机无穷大模型所获得的机组相频特性为基础来选取参数的,然而,研究工作和实际运行情况都表明:在多机系统中,机电模式间相互影响,PSS一般同时影响多个机电振荡模式,且对某些模式客观存在负阻尼作用。因此,在多机系统中PSS参数必须协调设计,方能取得最好的效果。
目前PSS参数的整定是基于特定运行方式的离线整定，在机组发生低频震荡时，事先整定好的PSS参数对于阻尼效果不甚理想，采用一套参数来适应不同运行方式下的各种振荡模式是不可能的。随着电网的日益复杂，研究能应对电网不同运行方式，不同振荡模式的动态协调控制系统，对提高电力系统稳定性有重要意义。
发明内容
本发明目的在于克服以上现有技术之不足，提供一种基于混沌优化算法的多机PSS参数动态协调控制方法及其装置，具体有以下技术方案实现：
所述基于混沌优化的多机PSS参数动态协调方法，包括如下步骤：
（1）读取能量管理系统中的数据，包括：系统的运行方式，潮流数据，发电机模型参数、发电机的转速差Δω、电磁功率偏差ΔP以及频率偏差；
（2）将系统中各个发电机中的PSS分为n层；
（3）构造多目标分层优化方程式：Fmax(x)＝(F1(x),F2(x),......Fn(x))，其中n为步骤（2）中所设定的层次数；
（4）建立混沌变量Tk与优化变量xk的映射关系，k为迭代次数；
（5）对Tk、xk进行迭代搜索，解分层优化方程式得到Fk（xk）的最优值以及与所述最优值相对应的xk；
（6）在设置的每个层次中构造子目标优化方程Fmax(Y)＝(F1(y),F2(y),......Fm(y))，其中m为每个子层次中所要优化的发电机PSS参数的数量；
（7）建立混沌变量Tk与优化变量yj的映射关系，j为迭代次数；
（8）对Tk、yj进行内层迭代搜索，解分层优化方程式得到Fk（yj）的最优值以及与所述最优值相对应的yj；
（9）系统根据采集到的数据对PSS类型进行判断，以确定输入量的数目以及需要整定的参数数目。
所述多机PSS参数动态协调方法的进一步设计在于，所述步骤（4）中在（0,1）区间内取n个不同的tk值（tk≠0.25、0.5、0.75)，分别为t1,t2,...tn，由Logistic映射tk+1＝λtk(1-tk)得到一组n个不同轨迹的混沌变量，设为T，T1，T2...Tn，将混沌变量T映射到优化变量xk的取值空间，得到xk＝(b-a)Tk+a，其中xk∈(a,b)，λ=4，a，b是向量x的第i个分量的上限和下限。
所述多机PSS参数动态协调方法的进一步设计在于，所述步骤（5）中，设置k=1，搜索迭代方程式为：其中J是目标函数，ωi为待求量，解得J与ωi分别作为分层优化方程的最优值Fk（xk）以及所述最优值相对应的xk，如果当前Fk（xk）的最大值小于已有的最优值，保留已有的Fk（xk）以及xk值，否则设置k=k+1继续迭代搜索最优值，直到|f(xk+1)-f(xk)|＜ε1或者达到设定的最大迭代次数为止,ε1为常数。
所述多机PSS参数动态协调方法的进一步设计在于，所述步骤（7）中在（0,1）区间内取n个不同的tj值（tj≠0.25、0.5、0.75)，由Logistic映射tj+1＝λtj(1-tj)得到一组不同轨迹的混沌变量，将此混沌变量映射到优化变量Yj的的取值空间，得到yj＝(b-a)Tj+a其中yj∈(a,b)。
所述多机PSS参数动态协调方法的进一步设计在于，所述步骤（8）中，设置j=1，搜索迭代方程式为：其中J是目标函数，ωi为待求量，解得J与ωi分别作为分层优化方程的最优值Fk（yj）以及所述最优值相对应的yj，如果当前Fj（yj）的最大值小于已有的最优值，保留已有的Fj（yj）以及yj值，否则设置j=j+1继续迭代搜索最优值，直到|f(yj+1)-f(yj)|＜ε2或者满足设定的最大迭代次数为止,ε2为常数。
根据所述的多机PSS参数动态协调方法，提供一种多机PSS参数动态协调的装置，所述装置构建于电力系统调度平台之上，包括控制主站、扩展接口模块以及监控装置，所述扩展接口模块、监控装置分别与控制主站通信连接。
所述多机PSS参数动态协调的装置的进一步设计在于，所述控制主站包括数据交换管理模块：实现控制主站与各个监控控制系统间的数据传递以及和电力调度平台之间的数据交换；
历史数据存储模块：保存整系统中需要长期保存的信息；
顺序控制模块：对PSS进行分层，对PSS各种控制模式和运行方式进行切换；
数据采集模块：实时采集调度平台中所有运行的发电机的数据，如模拟量、状态量以及脉冲量；
系统监视与报警模块:对控制主站中数据的监视与报警；
PSS类型辨识模块：根据数据采集模块采集的模拟量、状态量以及脉冲量来判断PSS的类型；
PSS数据处理模块：基于混沌优化算法分层计算出系统中各个PSS的优化参数。PSS控制模块：根据计算出的优化PSS参数，向PSS参数监控装置发出执行命令，调节PSS的参数。
所述多机PSS参数动态协调的装置的进一步设计在于，所述监控装置包括：CPU插件、电源、液晶面板插件、网络接口、I/O接口以及交流量输入模块，所述电源、液晶面板插件、网络接口、I/O接口以及交流量输入模块分别与CPU插件通信连接。
所述多机PSS参数动态协调的装置的进一步设计在于，网络接口模块主要完成同主站数据通讯，主要包括以太网接口，两个232接口以及两个485接口。
所述多机PSS参数动态协调的装置的进一步设计在于，交流量输入模块采集交流量如电流、电压等模拟量数据，包括AD转换器、电流互感器以及电压互感器，所述电流互感器、电压互感器分别与AD转换器通信连接，所述AD转换器与所述CPU插件通信连接。
本发明的优点如下：
基于混沌优化算法的多机PSS参数动态协调控制方法能有效的动态调整各个发电机PSS参数，进而抑制系统的低频振荡，提高电网的稳定运行；所述装置模块划分清晰、结构简单，易于实行。
附图说明
图1为基于混沌优化算法的多机PSS参数动态协调控制装置的机构示意图。
图2为基于混沌优化算法的多机PSS参数动态协调控制装置的模块示意图。
图3为PSS参数监控装置软件和硬件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明方案进行详细说明。
基于混沌优化的多机PSS参数动态协调方法，包括如下步骤：
（1）读取能量管理系统中的数据，包括：系统的运行方式，潮流数据，发电机模型参数、发电机的转速差Δω、电磁功率偏差ΔP以及频率偏差；
（2）将系统中各个发电机中的PSS分为n层；
具体可：①根据发电机出力区间设定层次n；②根据地区设定层次n；③用户灵活根据实际运行状况自定义n个层次；
（3）构造多目标分层优化方程式：Fmax(x)＝(F1(x),F2(x),......Fn(x))，其中n为步骤（2）中所设定的层次数；
（4）建立混沌变量Tk与优化变量xk的映射关系，k为迭代次数；
（5）对Tk、xk进行迭代搜索，解分层优化方程式得到Fk（xk）的最优值以及与最优值相对应的xk；
（6）在设置的每个层次中构造子目标优化方程Fmax(Y)＝(F1(y),F2(y),......Fm(y))，其中m为每个子层次中所要优化的发电机PSS参数的数量；
（7）建立混沌变量Tk与优化变量yj的映射关系，j为迭代次数；
（8）对Tk、yj进行内层迭代搜索，解分层优化方程式得到Fk（yj）的最优值以及与最优值相对应的yj；
（9）系统根据采集到的数据对PSS类型进行判断，以确定输入量的数目以及需要整定的参数数目。
步骤（4）中在（0,1）区间内取n个不同的tk值（tk≠0.25、0.5、0.75)，分别为t1,t2,...tn，由Logistic映射tk+1＝λtk(1-tk)得到一组n个不同轨迹的混沌变量，设为T，T1，T2...Tn，将混沌变量T映射到优化变量xk的取值空间，得到xk＝(b-a)Tk+a，其中xk∈(a,b)，λ=4，a，b是向量x的第i个分量的上限和下限。
步骤（5）中，设置k=1，搜索迭代方程式为：其中J是目标函数，ωi为待求量，解得J与ωi分别作为分层优化方程的最优值Fk（xk）以及最优值相对应的xk，如果当前Fk（xk）的最大值小于已有的最优值，保留已有的Fk（xk）以及xk值，否则设置k=k+1继续迭代搜索最优值，直到|f(xk+1)-f(xk)|＜ε1或者达到设定的最大迭代次数为止,ε1为常数。
步骤（7）中，在（0,1）区间内取n个不同的tj值（tj≠0.25、0.5、0.75)，由Logistic映射tj+1＝λtj(1-tj)得到一组不同轨迹的混沌变量，将此混沌变量映射到优化变量Yj的的取值空间，得到yj＝(b-a)Tj+a其中yj∈(a,b)。
步骤（8）中，设置j=1，搜索迭代方程式为：其中J是目标函数，ωi为待求量，解得J与ωi分别作为分层优化方程的最优值Fk（yj）以及最优值相对应的yj，如果当前Fj（yj）的最大值小于已有的最优值，保留已有的Fj（yj）以及yj值，否则设置j=j+1继续迭代搜索最优值，直到|f(yj+1)-f(yj)|＜ε2或者满足设定的最大迭代次数为止,ε2为常数。
根据的多机PSS参数动态协调方法，提供一种多机PSS参数动态协调的装置，装置构建于电力系统调度平台之上，包括:控制主站、扩展接口模块以及监控装置，扩展接口模块、监控装置分别与控制主站通信连接。
多机PSS参数动态协调控制主站结构图如图2所示，包括PSS类型辨识模块、PSS数据处理模块、PSS控制模块、数据交换管理模块、历史数据存储模块、顺序控制模块、数据采集模块、系统监视与报警模块，各个模块的功能如下：
1）数据交换管理模块：实现控制主站与各个监控控制系统间的数据传递，以及和电力调度平台之间的数据交换；
2）历史数据存储模块：保存整系统中需要长期保存的信息；
3）顺序控制模块：对PSS进行分层，对PSS各种控制模式和运行方式进行切换；
4）数据采集模块：实时采集调度平台中所有运行的发电机的数据，如模拟量、状态量以及脉冲量；
5）系统监视与报警模块:对控制主站中数据的监视与报警；
6）PSS类型辨识模块：根据数据采集模块采集的模拟量、状态量以及脉冲量来判断PSS的类型；
7）PSS数据处理模块：基于混沌优化算法分层计算出系统中各个PSS的优化参数。
8）PSS控制模块：根据计算出的优化PSS参数，向PSS参数监控装置发出执行命令，调节PSS的参数。
监控装置如图3所示，包括：CPU插件、电源、液晶面板插件、网络接口、I/O接口以及交流量输入模块。电源、液晶面板插件、网络接口、I/O接口以及交流量输入模块分别与CPU插件通信连接。本实施例采用的CPU插件包括飞思卡尔的MPC8313CVRFFB、ADI公司的ADSP-BF536BBCZ型DSP芯片、AT25256AW型EEPROM芯片、HY57V161610FTP型DRAM芯片以及SSTY9VF040型FLASH芯片。
网络接口模块主要完成同主站数据通讯，主要包括10/100Base-TX以太网接口，两个232接口以及两个485接口。
交流量输入模块采集交流量如电流、电压等模拟量数据，包括AD转换器、电流互感器以及电压互感器，电流互感器、电压互感器分别与AD转换器通信连接，AD转换器与CPU插件通信连接。
液晶面板插件完成运行参数的设置、通讯测试以及维护装置，主要包括240x128的液晶屏、键盘按键以运行指示灯，液晶屏、运行指示灯分别与键盘按键通信连接。
I/O模块完成开关量的输入输出，包括光电耦合器，光电耦合器型号为HCNR201。
交流量输入模块包括AD7606BSTZ型AD转换器、SCT254FK型电流互感器以及SPT205B型电压互感器，用来采集交流量如电流、电压等模拟量数据。
监控装置的软件模块包括：数据采集和处理模块、预告警模块、数据通讯模块、参数校核模块、装置系统管理模块等。
数据采集和处理模块：实时采集PSS设备的运行参数，并进行数据的历史存储，实时数据通过网络模块上送远端主站，也为装置液晶面板提供动态数据显示。
预告警模块：根据主站系统远程整定的参数或者本装置的手动设置的参数，与实时采集的PPS参数进行，越限预告警，并上送给站系统。
数据通讯模块：接受主站PPS参数和控制命令，同事上送PSS设备实时运行数据和预告。
参数校核模块：在装置运行过程中对实时的PSS运行参数与主站整定的运行参数进行校核，校核结果上送给主站，同时作为主站控制系统执行控制的判据。装置系统管理模块：主要归装置的硬件和软件进行管理，主要包括：通讯管理、GPS对时、系统参数、实时数据、历史数据、调试功能、版本信息等等。
Claims (10)
1.一种基于混沌优化的多机PSS参数动态协调方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)读取能量管理系统中的数据，包括：系统的运行方式，潮流数据，发电机模型参数、发电机的转速差Δω、电磁功率偏差ΔP以及频率偏差；
(2)将系统中各个发电机中的PSS分为n层；
(3)构造多目标分层优化方程式：Fmax(x)＝(F1(x),F2(x),......Fn(x))，其中n为步骤(2)中所设定的层次数；
(4)建立混沌变量Tk与优化变量xk的映射关系，k为迭代次数；
(5)对Tk、xk进行迭代搜索，解分层优化方程式得到Fk(xk)的最优值以及与所述最优值相对应的xk；
(6)在设置的每个层次中构造子目标优化方程Fmax(Y)＝(F1(y),F2(y),......Fm(y))，其中m为每个子层次中所要优化的发电机PSS参数的数量；
(7)建立混沌变量Tk与优化变量yj的映射关系，j为迭代次数；
(8)对Tk、yj进行内层迭代搜索，解分层优化方程式得到Fk(yj)的最优值以及与所述最优值相对应的yj；
(9)系统根据采集到的数据对PSS类型进行判断，以确定输入量的数目以及需要整定的参数数目。
2.根据权利要求1所述的多机PSS参数动态协调方法，其特征在于，所述步骤(4)中在(0,1)区间内取n个不同的tk值，tk≠0.25、0.5、0.75，分别为t1,t2,...tn，由Logistic映射tk+1＝λtk(1-tk)得到一组n个不同轨迹的混沌变量，设为T，T1，T2...Tn，将混沌变量T映射到优化变量xk的取值空间，得到xk＝(b-a)Tk+a，其中xk∈(a,b)，其中λ＝4，a，b是向量x的第k个分量的上限和下限。
3.根据权利要求1所述的多机PSS参数动态协调方法，其特征在于，所述步骤(5)中，设置k＝1，搜索迭代方程式为：其中J是目标函数，ωi为待求量，解得J与ωi分别作为分层优化方程的最优值Fk(xk)以及所述最优值相对应的xk，如果当前Fk(xk)的最大值小于已有的最优值，保留已有的Fk(xk)以及xk值，否则设置k＝k+1继续迭代搜索最优值，直到|f(xk+1)-f(xk)|＜ε1或者达到设定的最大迭代次数为止,ε1为常数。
4.根据权利要求1所述的多机PSS参数动态协调方法，其特征在于，所述步骤(7)中在(0,1)区间内取n个不同的tj值，tj≠0.25、0.5、0.75，由Logistic映射tj+1＝λtj(1-tj)得到一组不同轨迹的混沌变量，将此混沌变量映射到优化变量yj的的取值空间，得到yj＝(b-a)Tj+a，其中yj∈(a,b)。
5.根据权利要求1所述的多机PSS参数动态协调方法，其特征在于，所述步骤(8)中，设置j＝1，搜索迭代方程式为：其中J是目标函数，ωi为待求量，解得J与ωi分别作为分层优化方程的最优值Fk(yj)以及所述最优值相对应的yj，如果当前Fj(yj)的最大值小于已有的最优值，保留已有的Fj(yj)以及yj值，否则设置j＝j+1继续迭代搜索最优值，直到|f(yj+1)-f(yj)|＜ε2或者满足设定的最大迭代次数为止,ε2为常数。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的PSS参数动态协调方法实现PSS参数动态协调的装置，所述装置构建于电力系统调度平台之上，其特征在于，包括:控制主站、扩展接口模块以及若干监控装置，所述扩展接口模块、监控装置分别与控制主站通信连接。
7.根据权利要求6所述的多机PSS参数动态协调的装置,所述控制主站包括数据交换管理模块：实现控制主站与各个监控控制系统间的数据传递以及和电力调度平台之间的数据交换；
历史数据存储模块：保存整系统中需要长期保存的信息；
顺序控制模块：对PSS进行分层，对PSS各种控制模式和运行方式进行切换；
数据采集模块：实时采集调度平台中所有运行的发电机的数据，包括模拟量、状态量以及脉冲量；
系统监视与报警模块:对控制主站中数据的监视与报警；
PSS类型辨识模块：根据数据采集模块采集的模拟量、状态量以及脉冲量来判断PSS的类型；
PSS数据处理模块：基于混沌优化算法分层计算出系统中各个PSS的优化参数；
PSS控制模块：根据计算出的优化PSS参数，向PSS参数监控装置发出执行命令，调节PSS的参数。
8.根据权利要求6所述的多机PSS参数动态协调的装置,其特征在于，所述监控装置包括：CPU插件、电源、液晶面板插件、网络接口、I/O接口以及交流量输入模块，所述电源、液晶面板插件、网络接口、I/O接口以及交流量输入模块分别与CPU插件通信连接。
9.根据权利要求8所述的多机PSS参数动态协调的装置,其特征在于，网络接口模块主要完成同主站数据通讯，主要包括以太网接口，两个232接口以及两个485接口。
10.根据权利要求8所述的多机PSS参数动态协调的装置,其特征在于，交流量输入模块采集交流量数据，所述交流量数据包括电流、电压模拟信号，所述电流互感器、电压互感器分别与AD转换器通信连接，所述AD转换器与所述CPU插件通信连接。
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