CN109768575B - 一种火电机组自动发电控制性能参数确定方法、系统及应用 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种火电机组自动发电控制性能参数确定方法、系统及应用，通过查找自动发电控制指令中的类似阶跃数据段，将查找到的类似阶跃数据段和其对应的实发功率数据段分别作为输入与输出信号，根据输入与输出信号，建立发电机组的单输入单输出动态模型，以所建立模型的阶跃响应为基础，计算自动发电控制性能指标参数。本公开可有效克服当前普遍采用的AGC性能参数计算方法受噪声影响大、可用性不高的突出问题，对提高AGC性能指标计算质量，提高电网AGC考核水平具有重要意义。

Description

一种火电机组自动发电控制性能参数确定方法、系统及应用

技术领域

本公开涉及一种火电机组自动发电控制性能参数确定方法、系统及应用。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着社会经济的高快速发展，电力供应结构与需求特点也发生了巨大改变，一方面，我国的电力供应结构已经由原来的单纯依靠火电、水电二元供电为主，发展到今天的火电、水电、风电、光伏、核电和生物能等多元供电模式，另一方面，由于电网负荷具有年负荷特性、日负荷特性等特征，随着电网负荷不断增加，当前电网负荷呈现峰-谷差距不断扩大的态势。另外，由于风电、光伏等新能源发电具有间歇性、波动性等固有特点，其大规模并网后为电网平稳运行也将带来巨大压力。

鉴于涉网火电机组可通过自动发电控制(Automatic Generation Control：AGC)跟踪电网负荷调节指令(AGC指令)达到电网调峰的目的，因此电网要求涉网火电机组具备良好的自动发电控制性能，且随着我国电力供应中新能源发电比重不断提升，电力需求峰-谷差距不断扩大，涉网火电机组的AGC性能已经越来越受到电网的重视，目前，各大电网公司均建立了相应的AGC考核机制，力求通过火电机组AGC性能为电网稳定运行提供有力支撑。

目前广泛采用的火电机组AGC性能指标包括响应时间K₁、调节速率K₂和调节精度K₃。典型的AGC响应过程如附图1所示，图中u(n)表示机组接收到的AGC指令，其初始值为P₀，y(n)表示机组实发功率，其初始值为P′₀(一般情况下P′₀与P₀近似相等)。在t₁时刻，AGC指令u(n)由P₀变化到P₁后，机组需要从实发功率y(n)需要从P′₀涨出力P₁，增长幅度为Δ_p。机组经过一段延迟时间后做出响应，并在t₂时刻实发功率y(n)可靠跨出Δ_p×10％，在t₃时刻实发功率y(n)首次到达Δ_p×90％，实发功率y(n)的稳态值y_ss与P₁之间存在的误差记为Δ_S。因此，响应时间K₁、调节速率K₂和调节精度K₃计算公式如下：

K₁＝t₂-t₁， (1)

但是，据发明人了解，目前广泛采用的机组AGC性能指标计算方法，在应用过程中存在以下两点不足：1)易受实发功率波动影响，由于机组实发功率始终存在波动(可认为此种波动是噪声)，因此t₁、t₂、t₃及y_ss的确定过程容易受到此波动的影响，最终导致计算结果出现较大偏差；2)可用性不高，不能适用于短时间内的连续AGC调节过程，尤其是对于机组在尚未完成某次AGC指令响应的情况下，又有新的AGC指令需要进行响应，导致当前的AGC性能指标计算时t₃及稳态值y_ss无法确定，进而导致调节速率K₂和调节精度K₃无法计算。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种火电机组自动发电控制性能参数确定方法、系统及应用，本公开以类似阶跃的AGC指令数据段为基础，提取其对应的机组实发功率数据段，通过系统辨识方法建立机组类似阶跃的AGC指令与实发功率之间的动态系统模型，利用所建立模型的阶跃响应实现机组AGC性能的评价，克服了当前AGC性能指标计算方法中存在的不足。所公开方法对于提高AGC性能指标计算精度与可用性，提高火电机组AGC考核质量具有重要意义。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种火电机组自动发电控制性能参数确定方法，包括以下步骤：

查找自动发电控制指令中的类似阶跃数据段，将查找到的类似阶跃数据段和其对应的实发功率数据段分别作为输入与输出信号，根据输入与输出信号，建立发电机组的单输入单输出动态模型，以所建立模型的阶跃响应为基础，计算自动发电控制性能指标参数。

作为进一步的限定，采用欧式距离相似系数表示样本数据段与设定的所构造的阶跃信号的相似度，将欧式距离相似系数在设定范围内的对应数据段选定为类似阶跃数据段。

作为更进一步的限定，欧式距离相似系数，其表达式如下：

式(4)中，m表示用以计算d(i)的实发功率数据段u[i]的长度，对于u(n)，n＝1,2,…,N，u[i]＝{u(i),u(i+1),…,u(i+m-1)}，i∈[1,N-m+1]；μ_u[i]为u[i]的样本均值，即σ_u[i]为u[i]的样本标准差，U_r为所构造的阶跃信号，其具体表达如下：

式(5)中，A₀为发生阶跃变化之前U_r的幅值，A₁为发生阶跃变化之后U_r的幅值，n₀表示阶跃发生时刻，表示阶跃变化幅度，N₀、N₁与m的关系为m＝N₁-N₀-1，表示U_r的均值， 表示U_r的标准差，

作为更进一步的限定，设定范围为其中，m表示用以计算欧式距离相似系数的实发功率数据段u[i]的长度，c_low＝ρ(1-ε％)，ρ为皮尔森相关系数，100(1-α)％置信水平下ρ的估计离差±ε％，ρ≥0.9，ε∈[0,3]。

作为进一步的限定，通过系统辨识方法建立以自动发电控制指令为输入信号，以机组实发功率为输出信号的单输入单输出动态模型。

作为更进一步的限定，根据确定的类似阶跃数据段及其对应的实发功率数据段建立自回归模型，确定类似阶跃数据段及其对应的实发功率数据段之间的自回归各态历经模型，求取模型结构参数和模型参数，利用模型结构参数和模型参数表达动态系统模型。

作为进一步的限定，根据动态系统模型，求取模型在所构造的阶跃信号输入下的系统输出及稳态值，同时，记录动态系统模型在该时的系统输出，利用系统输出和稳态值确定t₁、t₂和t₃值，进而计算响应时间K₁、调节速率K₂和调节精度K₃。

一种火电机组自动发电控制性能参数确定系统，执行上述的自动发电控制性能参数确定方法，并将计算结果发送给电网调度中心机组AGC性能考核系统。

一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的自动发电控制性能参数确定方法。

一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的自动发电控制性能参数确定方法。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开提供的火电机组自动发电控制性能参数计算过程，可有效克服当前普遍采用的AGC性能参数计算方法受噪声影响大、可用性不高的突出问题，对提高火电机组AGC性能指标计算质量，提高电网AGC考核水平具有重要意义。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是典型AGC指令及其响应过程；

图2是本实施例的AGC性质指标计算方法流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

针对背景技术中所提出的，现有采用的火电机组AGC性能指标响应时间K₁、调节速率K₂和调节精度K₃存在易受实发功率波动影响、可用性不高的问题，本实施例提供了以类似阶跃的AGC指令数据段为基础，提取其对应的机组实发功率数据段，通过系统辨识方法建立机组类似阶跃的AGC指令与实发功率之间的动态系统模型，利用所建立模型的阶跃响应实现机组AGC性能的评价，克服了当前AGC性能指标计算方法中存在的不足。对于提高AGC性能指标计算精度与可用性，提高火电机组AGC考核质量具有重要意义。

具体的，在本实施例中，一种基于类似阶跃数据段的AGC性能参数计算方法，其以机组AGC指令和实发功率历史数据为基础，首先采用z标准化欧式距离相似系数查找AGC指令中类似阶跃数据段，将查找到的类似阶跃数据段和其对应的实发功率数据段分别作为系统输入与输出信号；其次，以系统辨识方法建立AGC指令类似阶跃数据段与实发功率之间的动态模型；最后，以所建立模型的阶跃响应为基础，计算AGC性能指标。下面将机组所接收到的AGC指令时间序列标记为u(n)，机组实发功率时间序列标记为y(n)，n＝1,2,…,N，对本实施例中所提方法进行详细阐述，具体包括以下三个步骤：

S1.查找AGC指令数据中的类似阶跃数据段。本实施例中查找类似阶跃数据段采用一种z标准化欧式距离相似系数，其表达式如下：

式(4)中，m表示用以计算d(i)的实发功率数据段u[i]的长度，对于u(n)，n＝1,2,…,N，u[i]＝{u(i),u(i+1),…,u(i+m-1)}，i∈[1,N-m+1]；μ_u[i]为u[i]的样本均值，即σ_u[i]为u[i]的样本标准差，U_r为所构造的阶跃信号，其具体表达如下：

式(5)中，A₀为发生阶跃变化之前U_r的幅值，A₁为发生阶跃变化之后U_r的幅值，n₀表示阶跃发生时刻，表示阶跃变化幅度，N₀、N₁与m的关系为m＝N₁-N₀-1。表示U_r的均值， 表示U_r的标准差，

考虑到式(4)中，部分为U_r与u[i]间的近似皮尔森相关系数(Pearson Correlation Coefficient)，假设U_r∈X₁与u[i]∈X₂，X₁与X₂均为随机变量，则对于具体的U_r与u[i]可以视为X₁与X₂具体实现，X₁与X₂之间的皮尔森相关系数为ρ，则U_r与u[i]之间的相关系数为ρ的样本估计，如令则R可经过变换后服从正态分布V，如下：

对于任意给定的ρ，假设其100(1-α)％置信水平下ρ的估计离差±ε％，则由统计量V的样本均值估计可求得m需要满足如下等式：

式(7)中，c_up＝ρ(1+ε％)，c_low＝ρ(1-ε％)。根据对所选近似阶跃数据段的要求，一般情况下ρ≥0.9，ε∈[0,3]。

由式(4)可知，当U_r与u[i]相似度越高时，式(4)中的d(i)取值越小，因此d(i)的局部极小值对应的数据段为则可选定为类似阶跃数据段，其标记为u_s,_i[k]，表示选定的第k段类似阶跃数据段，其对应于原数据段中的第i段u[i]，其具体可表达如下：

式(8)中，为d(i)严格局部极小值集合，为选定u_s,i[k]时对应的阈值，通过下式确定：

式(9)中，(i+δ)-(i-δ)＝2δ为两个严格局部极小值之间的距离，根据当前电网中机组AGC验收标准，机组完成AGC响应时间不大于60秒，因此2δ一般取值为60/h，即δ＝30/h，h为采样周期。阈值根据c_lo_w可由式(10)确定，具体如下：

根据所选定的u_s,i[k]，确定其对应的实发功率数据段并将其标记为y_s,i[k]。

S2.建立发电机组的单输入单输出动态模型。利用S1中所确定的类似阶跃数据段u_s,i[k]及其对应的实发功率数据段y_s,i[k]建立自回归模型，不失一般性，设设u_s,i[k]与y_s,i[k]之间的ARX(AutoRegressiveeXogenous：自回归各态历经)模型可表达如下：

式(11)中，θ为模型结构参数，θ＝[n_a,n_b,k_b]^T，θ_k(θ)为模型参数，其中模型结构参数θ可按照如下方式进行估计确定：

式(12)中，为y_s,i[k]的样本均值，为y_s,i[k]在给定模型结构参数条件下y_s,i[k]的估计值。确定模型结构参数后，模型参数可通过最小二次估计求得，具体如下：

式(13)中：

当确定了式(11)中的模型结构参θ和模型参数θ_k(θ)后，则对于u_s,i[k]与y_s,i[k]之间的动态系统模型，可由已经确定的模型结构参数和模型参数表示如下：

S3.利用所建立模型的阶跃响应计算AGC性能指标。当建立了AGC指令u_s,i[k]与机组实发功率y_s,i[k]之间的动态模型G(q)后，可利用所构造的U_r和终值定理，求模型在U_r输入下的稳态值，如下：

同时，将动态模型G(q)在U_r输入下对应的输出标记为y_r(n)，进一步，由y_r(n)确定t₁、t₂和t₃值，如下：

t₁＝i+m-N₀-1, (16)

t₂＝i+m-1+min(n),n∈{n|y_r(n:N)≥0.1Δ_P} (17)

t₃＝i+m-1+min(n),n∈{n|y_r(n)≥0.9Δ_P} (18)

利用所获得的t₁、t₂和t₃值，结合式(1)(2)与(3)，响应时间K₁、调节速率K₂和调节精度K₃取值计算如下：

K₁＝t₂-t₁ (19)

在一些实施例中，还提供一种自动发电控制性能参数确定系统，执行上述自动发电控制性能参数确定方法，并将计算结果发送给电网机组AGC考核系统。

在一些实施例中，还提供一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的自动发电控制性能参数确定方法。

在一些实施例中，还提供一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的自动发电控制性能参数确定方法。

下面结合附图2对本实施例进行进一步描述，本实施例所述的一种基于类似阶跃数据段的AGC性能参数计算方法，包括如下具体应用步骤：

S1.根据电网AGC指令质量，确定相似系数ρ的取值，下面以ρ＝0.95为例说明，为了确保ρ的估计精度，取ε＝2；

S2.由ρ＝0.95和ε＝2，可得ρ的95％的估计置信区间为[0.931,0.969]，因此c_low＝0.931，c_up＝0.969；

S3.取采样周期h＝1秒，则可以由方程(7)确定m＝68，进而由方程(10)可以确定

S4.根据火电机组完成AGC响应时间不大于60秒的验收标准，取N₁＝60，则N₀＝68-N₁＝8，根据AGC指令的特点，的取值一般取机组额定功率的1％。在此以300WM机组为例，因此取构建阶跃信号U_r；

S5.获取要进行AGC性能评价的火电机组实发功率历史数据及其AGC指令，利用方程(4)计算d(i)序列并确定其严格局部极小值进一步利用公式(8)确定所需要的类似阶跃数据段u_s,i[k]，同时提取u_s,i[k]对应的实发功率数据段y_s,i[k]；

S6.按照公式(12)与(13)确定u_s,i[k]与y_s,i[k]之间的ARX模型结构参数及模型参数，建立u_s,i[k]与y_s,i[k]之间如公式(14)的动态模型G(q)；

S7.求取动态模型G(q)在阶跃信号U_r输入下的输出y_r(n)；

S8.利用终值定理和G(q)与U_r，确定U_r输入下G(q)的稳态输出y_ss；同时，基于y_r(n)，利用公式(16)、(17)与(18)，确定t₁、t₂和t₃值。根据所确定的t₁、t₂和t₃值，根据公式(19)、(20)与(21)得到AGC性能指标K₁、K₂与K₃值。

获得新的历史数据后，步骤跳转至S5，进行后续计算即可得到新的K₁、K₂与K₃值。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种火电机组自动发电控制性能参数确定方法，其特征是：包括以下步骤：查找自动发电控制指令中的类似阶跃数据段，将查找到的类似阶跃数据段和其对应的实发功率数据段分别作为输入与输出信号，根据输入与输出信号，建立发电机组的单输入单输出动态系统模型，以所建立模型的阶跃响应为基础，计算自动发电控制性能指标参数；

采用欧式距离相似系数表示样本数据段与设定的所构造的阶跃信号的相似度，将欧式距离相似系数在设定范围内的对应数据段选定为类似阶跃数据段；欧式距离相似系数，其表达式如下：

式(4)中，m表示用以计算d(i)的实发功率数据段u[i]的长度，对于u(n)，n＝1,2,…,N，u[i]＝{u(i),u(i+1),…,u(i+m-1)}，i∈[1,N-m+1]；μ_u[i]为u[i]的样本均值，即σ_u[i]为u[i]的样本标准差，U_r为所构造的阶跃信号，其具体表达如下：

式(5)中，A₀为发生阶跃变化之前U_r的幅值，A₁为发生阶跃变化之后U_r的幅值，n₀表示阶跃发生时刻，表示阶跃变化幅度，N₀、N₁与m的关系为m＝N₁-N₀-1，表示U_r的均值， 表示U_r的标准差，

2.如权利要求1所述的一种火电机组自动发电控制性能参数确定方法，其特征是：设定范围为其中，m表示用以计算欧式距离相似系数的实发功率数据段u[i]的长度，c_low＝ρ(1-ε％)，ρ为皮尔森相关系数，100(1-α)％置信水平下ρ的估计离差±ε％，ρ≥0.9，ε∈[0,3]。

3.如权利要求1所述的一种火电机组自动发电控制性能参数确定方法，其特征是：通过系统辨识方法建立以自动发电控制指令为输入信号，以机组实发功率为输出信号的单输入单输出动态系统模型。

4.如权利要求3所述的一种火电机组自动发电控制性能参数确定方法，其特征是：建立类似阶跃数据段及其对应的实发功率数据段之间的自回归各态历经模型，确定模型结构参数和模型参数。

5.如权利要求1所述的一种火电机组自动发电控制性能参数确定方法，其特征是：根据动态系统模型，求取模型在所构造的阶跃信号输入下的稳态值，同时，记录动态系统模型在U_r输入下对应的输出，利用稳态值和输出信号确定输出对应的t₁、t₂和t₃值，进而计算响应时间K₁、调节速率K₂和调节精度K₃，

其中，t₁＝i+m-N₀-1,

t₂＝i+m-1+min(n),n∈{n|y_r(n:N)≥0.1Δ_P},

t₃＝i+m-1+min(n),n∈{n|y_r(n)≥0.9Δ_P}。

6.一种火电机组自动发电控制性能参数确定系统，其特征是：执行权利要求1-5中任一项所述的火电机组自动发电控制性能参数确定方法，并将计算结果发送给电网调度中心机组AGC性能考核系统。

7.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征是：所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-5中任一项所述的自动发电控制性能参数确定方法。

8.一种终端设备，其特征是：包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-5中任一项所述的自动发电控制性能参数确定方法。