CN110661259B - 一种抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化方法及系统,属于电力系统分析与控制技术领域。该方法包括:获取待优化电力系统在低频振荡模式下的最小阻尼比,以用于建立基于低频振荡模式阻尼比的目标函数;根据频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件、电力系统稳定器的决策变量和所述目标函数建立优化模型,以得到电力系统稳定器的参数优化调节方案;根据所述参数优化调节方案,对所述待优化电力系统的电力系统稳定器的参数进行调节,以对频率振荡进行抑制。本发明通过对电力系统稳定器的参数进行优化,以使得参数优化后的电力系统稳定器能在有效抑制传统低频振荡的同时,显著提高频率振荡的阻尼比,从而抑制频率振荡。
Description
技术领域
本发明属于电力系统分析与控制技术领域,具体涉及一种抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化方法及系统。
背景技术
传统低频振荡是指由于阻尼不足引起发电机转子间的持续相对摇摆,振荡频率一般在0.1~2.5Hz之间。近年来,在实际电网中发生了多起振荡频率低于传统低频振荡频率的振荡事件,经过大量研究得知,该振荡是一种与低频振荡机理不同的振荡,并非发电机转子间的相对振荡,该振荡为一次调频过程中出现的电力系统小扰动稳定问题,并且为全系统频率整体同调振荡,称为频率振荡,也可称其为超低频频率振荡。
目前对频率振荡的研究还不够深入,没有一种有效的方法对频率振荡问题进行处理。因此,现在亟需一种抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化方法及系统来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足,提供一种抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化方法及系统,采用该方法对电力系统稳定器的参数进行优化,以使得参数优化后的电力系统稳定器能在有效抑制传统低频振荡的同时,显著提高频率振荡的阻尼比,从而抑制频率振荡。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
第一方面,本发明实施例提供了一种抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化方法,包括:
获取待优化电力系统在低频振荡模式下的最小阻尼比,以用于建立基于低频振荡模式阻尼比的目标函数;
根据频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件、电力系统稳定器的决策变量和所述目标函数建立优化模型,以得到电力系统稳定器的参数优化调节方案;
根据所述参数优化调节方案,对所述待优化电力系统的电力系统稳定器的参数进行调节,以对频率振荡进行抑制。
进一步地,所述决策变量包括电力系统稳定器增益、隔直环节时间常数和超前滞后环节时间常数。
进一步地,所述目标函数为:
J=min{ξi,j,i∈S,j=1,...,n};
其中,ξi,j表示第j种电力系统运行方式下第i个低频振荡模式的阻尼比,S表示所有低频振荡模式的集合,n表示有n种电力系统运行方式。
进一步地,所述频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件为:
进一步地,所述优化模型为:
其中,KSTAB,k表示第k个待优化发电机的电力系统稳定器增益,TW,k表示第k个待优化发电机的隔直环节时间常数,Tm,k表示第k个待优化发电机中第m个超前滞后环节时间常数;Kmax和Kmin为KSTAB的最大值和最小值;TWmax和TWmin为TW的最大值和最小值;Tmmax和Tmmin为Tm的最大值和最小值。
进一步地,所述根据频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件、电力系统稳定器的决策变量和所述目标函数建立优化模型,以得到电力系统稳定器的参数优化调节方案,包括:
根据频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件、电力系统稳定器的决策变量和所述目标函数建立优化模型;
根据粒子群算法,对所述优化模型进行求解,获取最优阻尼比对应的最优电力系统稳定器增益、最优隔直环节时间常数和最优超前滞后环节时间常数;
根据所述最优电力系统稳定器增益、所述最优隔直环节时间常数和所述最优超前滞后环节时间常数,获取电力系统稳定器的参数优化调节方案。
第二方面,本发明实施例提供了一种抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化系统,包括:
第一处理模块,用于获取待优化电力系统在低频振荡模式下的最小阻尼比,以用于建立基于低频振荡模式阻尼比的目标函数;
第二处理模块,用于根据频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件、电力系统稳定器的决策变量和所述目标函数建立优化模型,以得到电力系统稳定器的参数优化调节方案;
参数优化调节模块,用于根据所述参数优化调节方案,对所述待优化电力系统的电力系统稳定器的参数进行调节,以对频率振荡进行抑制。
第三方面,本发明实施例提供一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所提供的方法的步骤。
第四方面,本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所提供的方法的步骤。
本发明与现有技术相比,其有益效果为:
本发明提供了一种抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化方法及系统,对电力系统稳定器的参数进行优化,以使得参数优化后的电力系统稳定器能在有效抑制传统低频振荡的同时,显著提高频率振荡的阻尼比,从而抑制频率振荡。
已有抑制超低频频率振荡的手段也多集中于对调速器参数的优化。但调速器为机械部件,实际应用时其灵敏程度受到限制,频繁动作也可能带来磨损等问题,另一方面,为了提高频率振荡模式的阻尼而调整调速器参数,可能会恶化机组的一次调频响应。相较于调速器,PSS更易控制,可为抑制频率振荡提供一个新的手段。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化方法的流程示意图;
图2为本发明实施例提供的新英格兰10机39节点系统的网络拓扑图;
图3为本发明实施例提供的不同优化参数下电力系统受到扰动后的前30秒发电机G9转速时域仿真曲线示意图;
图4为本发明实施例提供的不同优化参数下电力系统受到扰动后的后30秒的发电机G9转速时域仿真曲线示意图;
图5为本发明实施例提供的抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化系统结构示意图;
图6为本发明实施例提供的电子设备结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者,均为可以通过购买获得的常规产品。
由于负荷电压调节效应使得无功电压控制和有功频率控制产生耦合,因此,传统用于抑制低频振荡的电力系统稳定器(Power System Stabilizer,简称PSS)也可用于抑制频率振荡;然而,超低频频率振荡与低频振荡的频段不同,在使用电力系统稳定器提高超低频频率振荡的阻尼时,也有可能恶化低频振荡的阻尼。在本发明实施例中,通过优化调整电力系统稳定器的参数,能提高频率振荡的阻尼,从而抑制频率振荡,相较于调速器,电力系统稳定器更易控制。
图1为本发明实施例提供的抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化方法的流程示意图,如图1所示,本发明实施例提供了一种抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化方法,包括:
步骤101,获取待优化电力系统在低频振荡模式下的最小阻尼比,以用于建立基于低频振荡模式阻尼比的目标函数。
在本发明实施例中,将待优化电力系统在低频振荡模式下的最小阻尼比作为目标函数。
步骤102,根据频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件、电力系统稳定器的决策变量和所述目标函数建立优化模型,以得到电力系统稳定器的参数优化调节方案。
在本发明实施例中,根据低频振荡模式最小阻尼比建立的目标函数,并通过加入频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件,以及待优化电力系统的PSS决策变量,构建兼顾抑制频率振荡的PSS参数优化模型,即得到基于阻尼比的优化模型,并根据对该优化模型进行求解,得到PSS的最优参数,从而制定相应的参数优化调节方案。
步骤103,根据所述参数优化调节方案,对所述待优化电力系统的电力系统稳定器的参数进行调节,以对频率振荡进行抑制。
在本发明实施例中,通过对待优化电力系统的PSS的相关参数进行调节,能够提高频率振荡的阻尼,从而起到抑制频率振荡的效果。
在上述实施例的基础上,所述决策变量包括电力系统稳定器增益、隔直环节时间常数和超前滞后环节时间常数。
在本发明实施例中,将PSS的电力系统稳定器增益、隔直环节时间常数和超前滞后环节时间常数,作为决策变量,从而构建阻尼比优化模型。需要说明的是,在本发明实施例中,由于超期滞后环节时间常数包含有多个,在构建阻尼比优化模型时,可根据PSS的结构和可调节的参数,选择不同的超前滞后环节时间常数作为决策变量。
在上述实施例的,所述目标函数为:
J=min{ξi,j,i∈S,j=1,...,n};
其中,ξi,j表示第j种电力系统运行方式下第i个低频振荡模式的阻尼比,S表示所有低频振荡模式的集合,n表示有n种电力系统运行方式。
在上述实施例的基础上,所述频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件为:
在上述实施例的基础上,所述优化模型为:
其中,KSTAB,k表示第k个待优化发电机的电力系统稳定器增益,TW,k表示第k个待优化发电机的隔直环节时间常数,Tm,k表示第k个待优化发电机中第m个超前滞后环节时间常数。
图2为本发明实施例提供的新英格兰10机39节点系统的网络拓扑图,可参考图2所示,在本发明实施例中,每台发电机的PSS传递函数为:
其中,KSTAB表示PSS增益,TW表示隔直环节时间常数,T1表示超前环节时间常数,T2表示滞后环节时间常数,s表示积分算子。
其对应的负荷模型为:
其中,PL0表示负荷有功功率初值,U表示负荷电压,U0表示负荷电压初值,Kz 表示负荷电压调节系数,KL表示负荷频率效应系数,Δf表示负荷频
率偏差,Kz=0.4,KL=1。
进一步地,参考图2所示,选取G2和G9的PSS作为待优化的PSS进行说明,从而建立兼顾频率振荡抑制的PSS参数优化模型,即阻尼比优化模型:
其中,KSTAB,k的取值范围为[0.1,100],TW,k的取值范围为[0.01,20],T1,k的取值范围为[0.01,1],fl=0.01Hz,fu=0.1Hz,φmin=-45°,φmax=45°。
在上述实施例的基础上,所述根据频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件、电力系统稳定器的决策变量和所述目标函数建立优化模型,以得到电力系统稳定器的参数优化调节方案,包括:
根据频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件、电力系统稳定器的决策变量和所述目标函数建立优化模型;
根据粒子群算法,对所述优化模型进行求解,获取最优阻尼比对应的最优电力系统稳定器增益、最优隔直环节时间常数和最优超前滞后环节时间常数;
根据所述最优电力系统稳定器增益、所述最优隔直环节时间常数和所述最优超前滞后环节时间常数,获取电力系统稳定器的参数优化调节方案。
进一步地,在本发明实施例中,可通过粒子群算法对上述实施例中的PSS参数优化模型进行求解,具体步骤为:
步骤S1,首先进行种群初始化处理,设置粒子群中的粒子数量为50个,每个粒子都随机产生六维的位置和速度;
步骤S2,对粒子群中每个粒子进行评价,计算每个粒子的目标函数值;
步骤S3,将每个粒子的目标函数值和个体最优值进行比较,若优于个体最优值,则将历史最佳位置更为当前位置,从而更新个体最优值;
步骤S4,将每个粒子的目标函数值和群体最优值进行比较,若优于群体最优值,则将整个粒子群中搜索到的最优位置更新为当前位置,从而更新群体最优值;
步骤S5,根据粒子速度更新公式:
以及粒子位置更新公式:
对第i个粒子下一时刻k+1的速度和位置进行更新,其中,pi表示历史最佳位置,g表示整个粒子群中搜索到的最优位置,rand()表示取值为[0,1]的随机函数,每个粒子的飞行速度限制在[-0.8,0.8]之间,ω=0.8,c1=0.6,c2=0.6。
步骤S6,若预设收敛条件或者最大迭代次数,则停止迭代,并得到阻尼比优化模型的求解结果,否则返回步骤S2。
通过粒子群算法,对阻尼比优化模型进行求解,从而得到兼顾频率振荡PSS优化参数。参考图2所示,在本发明实施例中,选取G2和G9的PSS作为待优化的PSS进行仿真说明,为了更直观的比较本申请实施例的效果,作为对比,将未考虑频率振荡抑制的优化模型也进行了求解计算(即不考虑优化模型中的相位约束的一般PSS参数优化),从而对原始参数、兼顾频率振荡PSS参数优化和一般PSS参数优化的优化结果进行了比较,可参考表1:
表1
根据表1中参数,分别计算原始参数、兼顾频率振荡电力系统稳定器优化参数和一般电力系统稳定器优化参数的系统频率振荡阻尼比和低频振荡模式最小阻尼,可参考表2:
表2
相较于原始参数,兼顾频率振荡PSS优化参数和一般PSS优化参数的系统频率振荡阻尼比和低频振荡最小阻尼比都有明显的提升。并且,相较于一般PSS优化,兼顾频率振荡PSS优化参数的系统频率振荡阻尼比有明显提升,其低频振荡最小阻尼比略微降低。由此可说明,本申请实施例可保证PSS在有效抑制低频振荡的同时,还能极大提高频率振荡的阻尼,从而抑制频率振荡。
图3为本发明实施例提供的不同优化参数下电力系统受到扰动后的前30秒发电机G9转速时域仿真曲线示意图,图4为本发明实施例提供的不同优化参数下电力系统受到扰动后的后30秒的发电机G9转速时域仿真曲线示意图,可参考图3和图4所示,电力系统在受到扰动之后,转速时域仿真曲线的前30s为低频振荡模式的体现,30s后主要体现频率振荡模式。由图3可知,相较于原始参数,系统低频振荡在两种优化参数下的衰减速度显著提升。由图4可知,相较于原始参数,系统频率振荡在两种优化参数下的衰减速度显著提升,且在兼顾频率振荡优化参数下的衰减速度更快。其仿真结果与表2中的数据结果一致,说明兼顾频率振荡的PSS优化方法可使PSS在有效抑制低频振荡的同时,也能有效抑制频率振荡。
图5为本发明实施例提供的抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化系统结构示意图,如图5所示,本发明实施例提供了一种抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化系统,包括第一处理模块501、第二处理模块502和参数优化调节模块503,其中,第一处理模块501用于获取待优化电力系统在低频振荡模式下的最小阻尼比,以用于建立基于低频振荡模式阻尼比的目标函数,;第二处理模块502用于根据频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件、电力系统稳定器的决策变量和所述目标函数建立优化模型,以得到电力系统稳定器的参数优化调节方案;参数优化调节模块503用于根据所述参数优化调节方案,对所述待优化电力系统的电力系统稳定器的参数进行调节,以对频率振荡进行抑制。
在本发明实施例中,第一处理模块501将待优化电力系统在低频振荡模式下的最小阻尼比作为目标函数。然后,第二处理模块502根据低频振荡模式最小阻尼比建立的目标函数,并通过加入频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件,以及待优化电力系统的PSS决策变量,构建兼顾抑制频率振荡的PSS参数优化模型,即得到基于阻尼比的优化模型,并根据对该优化模型进行求解,得到PSS的最优参数,从而制定相应的参数优化调节方案。最后,参数优化调节模块503通过对待优化电力系统的PSS的相关参数进行调节,能够提高频率振荡的阻尼,从而起到抑制频率振荡的效果。
本发明实施例提供的一种抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化系统,对电力系统稳定器的参数进行优化,以使得参数优化后的电力系统稳定器能在有效抑制传统低频振荡的同时,显著提高频率振荡的阻尼比,从而抑制频率振荡。
本发明实施例提供的系统是用于执行上述各方法实施例的,具体流程和详细内容请参照上述实施例,此处不再赘述。
图6为本发明实施例提供的电子设备结构示意图,参照图6,该电子设备可以包括:处理器(processor)601、通信接口(Communications Interface)602、存储器(memory)603和通信总线604,其中,处理器601,通信接口602,存储器603通过通信总线604完成相互间的通信。处理器601可以调用存储器603中的逻辑指令,以执行如下方法:获取待优化电力系统在低频振荡模式下的最小阻尼比,以用于建立基于低频振荡模式阻尼比的目标函数;根据频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件、电力系统稳定器的决策变量和所述目标函数建立优化模型,以得到电力系统稳定器的参数优化调节方案;根据所述参数优化调节方案,对所述待优化电力系统的电力系统稳定器的参数进行调节,以对频率振荡进行抑制。
此外,上述的存储器603中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面,本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化方法,例如包括:获取待优化电力系统在低频振荡模式下的最小阻尼比,以用于建立基于低频振荡模式阻尼比的目标函数,;根据频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件、电力系统稳定器的决策变量和所述目标函数建立优化模型,以得到电力系统稳定器的参数优化调节方案;根据所述参数优化调节方案,对所述待优化电力系统的电力系统稳定器的参数进行调节,以对频率振荡进行抑制。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下,即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。基于这样的理解,上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化方法,其特征在于,包括:
获取待优化电力系统在低频振荡模式下的最小阻尼比,以用于建立基于低频振荡模式阻尼比的目标函数;
根据频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件、电力系统稳定器的决策变量和所述目标函数建立优化模型,以得到电力系统稳定器的参数优化调节方案;
根据所述参数优化调节方案,对所述待优化电力系统的电力系统稳定器的参数进行调节,以对频率振荡进行抑制;
所述决策变量包括电力系统稳定器增益、隔直环节时间常数和超前滞后环节时间常数;
所述目标函数为:
J=min{ξi,j,i∈S,j=1,...,n};
其中,ξi,j表示第j种电力系统运行方式下第i个低频振荡模式的阻尼比,S表示所有低频振荡模式的集合,n表示有n种电力系统运行方式;
所述频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件为:
所述优化模型为:
其中,KSTAB,k表示第k个待优化发电机的电力系统稳定器增益,TW,k表示第k个待优化发电机的隔直环节时间常数,Tm,k表示第k个待优化发电机中第m个超前滞后环节时间常数;Kmax和Kmin为KSTAB的最大值和最小值;TWmax和TWmin为TW的最大值和最小值;Tmmax和Tmmin为Tm的最大值和最小值。
2.根据权利要求1所述的抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化方法,其特征在于,所述根据频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件、电力系统稳定器的决策变量和所述目标函数建立优化模型,以得到电力系统稳定器的参数优化调节方案,包括:
根据频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件、电力系统稳定器的决策变量和所述目标函数建立优化模型;
根据粒子群算法,对所述优化模型进行求解,获取最优阻尼比对应的最优电力系统稳定器增益、最优隔直环节时间常数和最优超前滞后环节时间常数;
根据所述最优电力系统稳定器增益、所述最优隔直环节时间常数和所述最优超前滞后环节时间常数,获取电力系统稳定器的参数优化调节方案。
3.一种抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化系统,其特征在于,包括:
第一处理模块,用于获取待优化电力系统在低频振荡模式下的最小阻尼比,以用于建立基于低频振荡模式阻尼比的目标函数;
第二处理模块,用于根据频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件、电力系统稳定器的决策变量和所述目标函数建立优化模型,以得到电力系统稳定器的参数优化调节方案;
参数优化调节模块,用于根据所述参数优化调节方案,对所述待优化电力系统的电力系统稳定器的参数进行调节,以对频率振荡进行抑制;
所述决策变量包括电力系统稳定器增益、隔直环节时间常数和超前滞后环节时间常数;
所述目标函数为:
J=min{ξi,j,i∈S,j=1,...,n};
其中,ξi,j表示第j种电力系统运行方式下第i个低频振荡模式的阻尼比,S表示所有低频振荡模式的集合,n表示有n种电力系统运行方式;
所述频率振荡对应频段发电机励磁系统相位约束条件为:
所述优化模型为:
其中,KSTAB,k表示第k个待优化发电机的电力系统稳定器增益,TW,k表示第k个待优化发电机的隔直环节时间常数,Tm,k表示第k个待优化发电机中第m个超前滞后环节时间常数;Kmax和Kmin为KSTAB的最大值和最小值;TWmax和TWmin为TW的最大值和最小值;Tmmax和Tmmin为Tm的最大值和最小值。
4.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至2任一项所述抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化方法的步骤。
5.一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至2任一项所述抑制频率振荡的电力系统稳定器参数优化方法的步骤。
Priority Applications (1)
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