CN112502883A - 考虑频率稳定特性的水轮机调速器参数整定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑频率稳定特性的水轮机调速器参数整定方法，属于电力自动化技术领域。本发明根据水电机组对超低频振荡贡献度对待调整的水轮机调速器进行排序，综合考虑了弱惯量系统受到大扰动后的频率调节指标需求，包括暂态频率最大偏移可接受范围及时间，以及水轮机调速器参数对系统超低频振荡阻尼比的改善效果，提出了兼顾超低频振荡抑制和系统频率调节特性的水轮机调速器参数调整方法，保障弱惯量系统频率安全稳定。

Description

考虑频率稳定特性的水轮机调速器参数整定方法及装置

技术领域

本发明涉及一种考虑频率稳定特性的水轮机调速器参数整定方法，属于电力自动化技术领域。

背景技术

随着我国对清洁可再生能源需求的快速提升，西南地区水电资源得到大规模开发，网内水电机组占比不断增高，并通过大容量、多回特高压直流线路送往负荷中心地区，一旦直流发生故障闭锁，送端将转为孤岛或孤网运行，形成弱惯量小网系统，系统频率安全稳定受到严重威胁。近年来西南地区电网已发生多次超低频振荡事件，严重威胁地区电力的安全稳定送出。

电力系统一次调频作为保障电网频率安全的重要手段，通过发电机和负荷的频率调节效应自动完成频率的有差调节。而在弱惯量系统中高占比的水电机组参与一次调频的过程中，由于水轮机固有的水锤效应，大量的水轮机调速器在一次调频过程中提供了负阻尼转矩，抵消了系统原有的正阻尼，并且水电基地通过直流送出大量电力，等效减小了负荷的频率调节效应，造成西南地区发生多次超低频振荡事件，孤网内所有机组共同参与超低频频率振荡，危害水电能源的安全稳定送出，制约着水电资源的进一步开发。

目前一般采用调整水轮机调速器参数的方法来抑制超低频振荡现象，该方法通过优化孤网模式下PID参数，降低了水轮机调速器的负阻尼效应，使超低频振荡能够快速衰减。然而，该方法在增加超低频振荡阻尼比的同时，往往也降低了系统频率调节效果，比如增加了频率调节的时间，进一步降低了系统扰动后的频率最大跌落值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有弱惯量系统下水轮机调速器参数调整过程对频率稳定特性考虑的不足之处，提供一种弱惯量系统频率调节特性指标的水轮机调速器参数调整方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种考虑频率稳定特性的水轮机调速器参数整定方法，包括如下步骤：

步骤1：根据参数待调整系统的潮流文件和稳定文件，利用机电暂态仿真软件对其进行预想事故N的暂态仿真计算，得到系统初始参数下的频率调节特性指标S₁以及超低频振荡抑制指标S₂；

将频率调节特性指标S₁以及超低频振荡抑制指标S₂与预先设定的电力系统频率偏移安全裕度S₀和超低频振荡最小阻尼比ξ₀两个指标需求比较，若满足预设条件则判定对系统水轮机调速器进行参数调整；

步骤2：若判定对系统水轮机调速器进行参数调整，则基于暂态仿真计算的仿真曲线，根据每台机组的机械功率与转速的相位关系，确定每台机组对超低频振荡的贡献度

并对其进行排序根据贡献度

的顺序确定待调整参数的水轮机调速器顺序；

步骤3：按照步骤2确定的顺序，以电网安全裕度综合指标g为优化的目标函数，通过优化算法对排序首位水轮机的进行优化调整，使电网安全裕度综合指标g最大；

步骤4：若调整参数后系统满足预设条件，则完成水轮机调速器参数调整；若不满足，且未完成一轮所有水轮机调速器参数调整，则返回步骤3并按照步骤2确定的顺序继续下一台水轮机调速器参数的调整过程；

步骤5：若所有水轮机调速器参数调整完毕后，系统指标仍不满足预设条件，则返回步骤3，修改频率调节特性指标的权重和超低频振荡抑制指标的权重，进行下一轮参数调整；

步骤6：直至S₁、S₂满足预设条件，完成该系统水轮机调速器参数调整。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤1)中的指标S₁、S₂的计算公式为：

其中，f_min为扰动后频率跌落最低值，(f_cr,T_cr)是用来描述暂态频率偏移可接受性的一组二元表，两个元素分别代表频率跌落门槛值和容许的频率异常持续时间，k为换算因子，用来改善裕度与参数关系曲线的线性度和光滑性，可根据实际系统曲线拟合来估计，ξ是系统超低频振荡的阻尼比。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤2)中所述的机组对超低频振荡的贡献度

的计算方法为：

1)根据仿真得到的故障后机组转速和机械功率的时域曲线，通过快速傅里叶分析辨识得到机械功率曲线的相位

和振幅ΔP_m，以及转速曲线的相位

2)按照公式

计算每台机组对超低频振荡的贡献度。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤3)中的安全裕度指标g的计算公式为：

其中，λ₁和λ₂表示频率调节特性和超低频振荡抑制指标的权重，取值范围为0到1之间。

上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤5)中的修改权重系数的方法为：比较当前参数下S₁、S₂的实际数值，若S₁偏离指标要求更多则增大λ₁，若S₂偏离指标要求更多则增大λ₂。

上述技术方案的进一步特征在于，通过遗传算法对排序首位水轮机的初始参数进行优化调整，使电网安全裕度综合指标g最大，具体方法如下：

6-1)待调整的水轮机初始参数进行二进制编码得到初始基因，将初始基因进行变异得到M个初代个体基因，分别对M个基因对应参数下的电力系统进行仿真得到M组S₁和S₂；

6-2)以g＝λ₁S₁/S₁₀+λ₂S₂/S₂₀作为适应度函数对基因的变异效果进行选择，选择M个基因中g值从高到低排列的前P个基因，其中P＜M；

6-3)在选择的P个基因序列中，通过基因间的交叉，继续变异过程生成M个子代，并重复6-2)；

6-4)当变异达到预先设定的第X代后，停止变异，选取第X代中g值最大的基因，解码得到对应的水轮机参数，得到该参数下的频率调节特性指标S₁以及超低频振荡抑制指标S₂。

上述技术方案的进一步特征在于，所述预设条件为将频率调节特性指标S₁大于预先设定的电力系统频率偏移安全裕度S₀并且超低频振荡抑制指标S₂大于预先设定的超低频振荡最小阻尼比ξ₀。

上述技术方案的进一步特征在于，所述初始参数包括调速器环节频率放大倍数K_w、PID参数K_p1、K_I1、K_D1和调差系数b_p以及伺服系统的PID参数K_p2、PID参数K_I2和PID参数K_D2。

上述技术方案的进一步特征在于，按照每台机组对超低频振荡的贡献度

从大到小的顺序进行排序。

在另一方面，本发明提供了一种考虑频率稳定特性的水轮机调速器参数整定装置，其特征在于，包括：参数确定模块、参数调整判断模块以及参数优化调整模块；

参数确定模块，用于根据参数待调整系统的潮流文件和稳定文件，利用机电暂态仿真软件对其进行预想事故N的暂态仿真计算，得到系统初始参数下的频率调节特性指标S₁以及超低频振荡抑制指标S₂；

参数调整判断模块，用于将参数确定模块获得的频率调节特性指标S₁以及超低频振荡抑制指标S₂与预先设定的电力系统频率偏移安全裕度S₀和超低频振荡最小阻尼比ξ₀两个指标需求比较，若满足预设条件则判定对系统水轮机调速器进行参数调整；

参数优化调整模块，用于若参数调整判断模块判定对系统水轮机调速器进行参数调整，则基于暂态仿真计算的仿真曲线，根据每台机组的机械功率与转速的相位关系，确定每台机组对超低频振荡的贡献度

并对其进行排序根据贡献度

的顺序确定待调整参数的水轮机调速器顺序；

按照确定的水轮机调速器顺序，以电网安全裕度综合指标g为优化的目标函数，通过优化算法对排序首位水轮机的进行优化调整，使电网安全裕度综合指标g最大；

若调整参数后系统满足预设条件，则完成水轮机调速器参数调整；若不满足，且未完成一轮所有水轮机调速器参数调整，则返回步骤3并按照步骤2确定的顺序继续下一台水轮机调速器参数的调整过程；

若所有水轮机调速器参数调整完毕后，系统指标仍不满足预设条件，则返回对排序首位水轮机，修改频率调节特性指标的权重和超低频振荡抑制指标的权重，进行下一轮参数调整；直至S₁、S₂满足预设条件，完成该系统水轮机调速器参数调整。

本发明所达到的有益效果是：

本发明采用兼顾超低频振荡抑制和频率调节特性的综合指标作为系统频率调节的评估指标，按照水电机组对超低频振荡的贡献程度大小依次对水轮机调速器参数进行调整优化，可有效减小水轮机调速器参数调整量，并在抑制水电高占比系统超低频振荡现象的同时保证一次调频过程的频率调节特性，提高水电能源基地安全稳定运行水平；

本发明根据水电机组对超低频振荡的贡献度大小依次进行参数调整，可以减少水电调速器的调整数量，提高调整效率；采用综合考虑频率调节特性指标S₁以及超低频振荡抑制指标S₂的目标函数g，在抑制系统超低频振荡现象的同时保证一次调频过程的频率调节特性；在目标函数g中对S₁和S₂指标进行加权计算，通过适时调整频率调节特性和超低频振荡抑制两方面指标权重，保证整个参数调整最终能够达到预期要求；

在目标函数g的寻优过程中采用遗传算法，避免了对寻优方向的复杂计算而专注于最优值的求解。

附图说明

图1是本发明具体实施例方法总体方案流程图；

图2是频率评价指标的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种考虑频率稳定特性的水轮机调速器参数整定方法，采用兼顾超低频振荡抑制和频率调节特性的综合指标作为系统频率调节的评估指标，按照水电机组对超低频振荡的贡献度依次对水轮机调速器参数进行调整优化，可有效减小需要调整的水轮机调速器数量，并在抑制水电高占比系统超低频振荡现象的同时保证一次调频过程的频率调节特性满足预期要求，提高水电能源基地安全稳定运行水平。

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明方法的基本原理是：通过发电机的机械功率和转速曲线的相位关系可以分析得到该调速器是否为频率调节提供负阻尼，从而筛选出对超低频振荡贡献度高的水电机组；而后通过设定频率综合评价指标，兼顾系统频率调节特性要求和超低频振荡抑制要求，按照贡献度依次对水轮机调速器参数进行调整并校核，最终完成水轮机调速器的参数调整并达到预期的频率调节综合指标要求。其具体实施步骤如图1所示。

实施例1

一种考虑频率稳定特性的水轮机调速器参数整定方法，包括以下步骤：

步骤1：根据待调整参数系统的潮流文件和稳定文件，利用机电暂态仿真软件对其进行预想事故N的暂态仿真计算，计算得到实际系统的频率调节特性指标S₁以及超低频振荡抑制指标S₂，并将初始参数下的S₁和S₂作为初始指标S₁₀和S₂₀。同时给定电力系统频率偏移安全裕度S₀、超低频振荡最小阻尼比ξ₀两个指标需求，若满足S₁＞S₀且S₂＞ξ₀，则无需对系统水轮机调速器进行参数调整，否则，继续步骤2；

步骤2：根据步骤1的仿真曲线，根据每台机组的机械功率与转速的相位关系，确定每台机组对超低频振荡的贡献度

按从大到小对机组进行排序，确定待调整参数的水轮机调速器顺序；

步骤3：按照步骤2确定的顺序，以电网安全裕度综合指标g为优化的目标函数，通过优化算法对排序首位水轮机的初始参数包括调速器环节频率放大倍数K_w、PID参数K_p1、K_I1、K_D1和调差系数b_p以及伺服系统的PID参数K_p2、K_I2、K_D2进行优化调整，使电网安全裕度综合指标g最大，得到调整后的频率调节特性指标S₁和超低频振荡抑制指标S₂，所述电网安全裕度综合指标g根据频率调节特性指标S₁、超低频振荡抑制指标S₂、初始频率调节特性指标S₁₀、初始超低频振荡抑制指标S₂₀以及频率调节特性指标的权重和超低频振荡抑制指标的权重确定；

步骤4：若调整后系统满足S₁＞S₀且S₂＞ξ₀，则完成水轮机调速器参数调整；若不满足，且未完成一轮所有水轮机调速器参数调整，则返回步骤3并按照步骤2确定的顺序继续下一台水轮机调速器参数的调整过程；

步骤5：若所有水轮机调速器参数调整完毕后，系统指标仍不满足S₁＞S₀、S₂＞ξ₀，则返回步骤3，修改频率调节特性指标的权重和超低频振荡抑制指标的权重，进行下一轮参数调整；

步骤6：直至S₁、S₂满足预期要求，完成该系统水轮机调速器参数调整。

在以上实施例的基础上，具体实施例中，指标S₁、S₂与频率仿真曲线的联系如图2描述，计算公式为：

其中，f_min为预想事故N扰动后频率跌落最低值，(f_cr,T_cr)是用来描述暂态频率偏移可接受性的一组二元表，两个元素分别代表频率跌落门槛值和容许的频率异常持续时间，k为换算因子，用来改善裕度与参数关系曲线的线性度和光滑性，可根据实际系统曲线拟合来估计，ξ是系统超低频振荡的阻尼比。二元表是预先设定的值，相当于预期的要求。S₁意为表示实际的仿真曲线中频率跌落与预期的相差多少的一个量化公式。本发明根据水电机组对超低频振荡的贡献度大小依次进行参数调整，可以减少水电调速器的调整数量，提高调整效率。

在以上实施例的基础上，贡献度

的计算方法为：先根据仿真得到的故障后机组转速和机械功率的时域曲线，通过快速傅里叶分析辨识得到机械功率曲线的相位

和振幅ΔP_m，以及转速曲线的相位

然后按照公式

计算每台机组对超低频振荡的贡献度。

在以上实施例的基础上，安全裕度指标g的计算公式为：

λ₁和λ₂分别表示频率调节特性和超低频振荡抑制指标的权重，取值范围为0到1之间。一组确定的系统参数构成的水电调速器对应一个确定的电力系统，也就对应一个确定的频率时域仿真曲线，从这个曲线中可以通过图2示意得到S₁和S₂两个指标，最终对应一个确定的g值。本发明采用综合考虑频率调节特性指标S₁以及超低频振荡抑制指标S₂的目标函数g，在抑制系统超低频振荡现象的同时保证一次调频过程的频率调节特性；在目标函数g中对S₁和S₂指标进行加权计算，可以适时调整频率调节特性和超低频振荡抑制两方面指标权重，保证整个参数调整最终能够达到预期要求。

在以上实施例的基础上，在步骤3中本领域技术人员可采用现有技术中的优化算法对排序首位水轮机的初始参数进行优化调整，使电网安全裕度综合指标g最大。

如在具体实施例中，采用单纯形法，水轮机参数优化调整的具体过程为：

3-1)以当前待调整的8个水轮机参数构成的参数组作为输入1，以H指代参数组中的某个具体参数为调整对象，首先将调速器环节频率放大倍数Kw作为调整的对象H。

3-2)改变输入1中的H使其分别等于参数范围的上限与下限值，得到另两组参数组作为输入2和输入3，分别对三组参数组下的电力系统进行仿真，根据仿真曲线计算目标函数得到分别对应于输入1、2、3的三个输出g₁、g₂和g₃。

3-3)比较三个输出的大小，将较大的两个输出对应的输入重新取为输入1和输入2，并调整输入1和输入2参数组中的H对象，取H₃＝0.5(H₁+H₂)作为新的输入3，返回3-2)。

其中，H₁、H₂、H₃用以区分表示输入1、2、3中的H对象值。

3-4)若3-2)中，较大的两个输出对应的g值之差大于预先给定的精度要求ε，则重复3-2)和3-3)，

若较大的两个输出的g值之差小于预先给定的精度要求ε，则保留输出最大g值对应的输入参数组作为新的输入1。

3-5)返回3-2)，按照K_w、K_p1、K_I1、K_D1、b_p、K_p2、K_I2、K_D2的次序，转变调整对象H，将8个参数依次作为H对象，执行3-2)至3-4)的步骤，直至完成一轮8个参数的调整。

3-6)当水轮机8个待调参数调整完毕，选取当前参数组作为使g最大的一组参数，仿真并计算该组参数下的S₁和S₂。

系统的初始参数包括8个参数，所述的一组参数指的就是8个具体参数组成的，每修改了其中一个或多个参数，即认为这一组参数被调整至另一组参数。本实施例中，是按顺序从Kw开始，每次只调整一个参数，此处调整可采用随机调整，目的是得到三组不同的参数组，此处的“输入”也是广义的输入，并不是指作为某个函数的输入。此处是按照参数描述的先后次序依次作为对象H，实际上可随意更改次序，不影响调整的步骤和结果，每个参数调整都经历相同的步骤，共重复8次这些步骤完成调整。

在另一个实施例中，步骤3中采用遗传算法对排序首位水轮机的初始参数进行优化调整，使电网安全裕度综合指标g最大，不同于前一个实施例中优化算法的单纯形法，是依次将参数组里的8个参数逐个调整，本实施例中遗传算法将参数组编码，参数组中8个参数同时一起调整，具体方法包括：

1)根据待调整参数系统的潮流文件和稳定文件，利用机电暂态仿真软件对其进行预想事故N的暂态仿真计算，计算得到实际系统的频率调节特性指标S₁以及超低频振荡抑制指标S₂，并将初始参数下的S₁和S₂作为初始指标S₁₀和S₂₀。同时给定电力系统频率偏移安全裕度S₀、超低频振荡最小阻尼比ξ₀两个指标需求，若满足S₁＞S₀且S₂＞ξ₀，则无需对系统水轮机调速器进行参数调整，否则，继续步骤2)。

其中，初始参数是指调整前的水轮机的调速器环节频率放大倍数K_w、PID参数K_p1、K_I1、K_D1和调差系数b_p，以及伺服系统的PID参数K_p2、K_I2、K_D2参数。S₁、S₂的计算公式与实施例1相同。

2)根据步骤1)的仿真曲线，观察每台机组的机械功率与转速的相位关系，确定每台机组对超低频振荡的贡献度

按从大到小对机组进行排序，确定待调整参数的水轮机调速器顺序。贡献度

的计算公式与以上实施例相同。

3)按照步骤2)确定的顺序，对水轮机的调速器环节频率放大倍数K_w、PID参数K_p1、K_I1、K_D1和调差系数b_p，以及伺服系统的PID参数K_p2、K_I2、K_D2共8个参数进行优化调整，采用遗传算法，调整的具体过程为：

3-1)待调整的水轮机初始参数进行二进制编码得到初始基因，将初始基因进行变异得到M个初代个体基因，分别对M个基因对应参数下的电力系统进行仿真得到M组S₁和S₂。本实施例中M、P、X都是遗传算法中可以预先设定的。

3-2)以g＝λ₁S₁/S₁₀+λ₂S₂/S₂₀作为适应度函数对基因的变异效果进行选择，留下M个基因中g值中按从大到小选择g值高的的P个基因(即P组参数组)，注意P＜M。M个基因对应M组待调整参数组(每组都包括前述的8个具体参数)，通过仿真就有M条频率曲线，得到M组S₁、S₂。继而得到M个目标函数g值。

3-3)在3-2)留下的P个基因序列中，通过基因间的交叉，继续变异过程生成M个子代，并重复3-2)。

3-4)当变异达到预先设定的第X代后，停止变异，选取第X代中g值最大的基因，解码得到对应的水轮机参数，并计算该参数下的S₁和S₂。

在该实施例中，在目标函数g的寻优过程中采用遗传算法，避免了对寻优方向的复杂计算而专注于最优值的求解。

在以上实施例的基础上，其中，修改权重系数的方法为：比较当前参数下S₁、S₂的实际数值，若S₁偏离指标要求更多则增大λ₁，若S₂偏离指标要求更多则增大λ₂。

另一个实施例：一种考虑频率稳定特性的水轮机调速器参数整定装置，包括：参数确定模块、参数调整判断模块以及参数优化调整模块；

参数确定模块，用于根据参数待调整系统的潮流文件和稳定文件，利用机电暂态仿真软件对其进行预想事故N的暂态仿真计算，得到系统初始参数下的频率调节特性指标S₁以及超低频振荡抑制指标S₂；

参数调整判断模块，用于将参数确定模块获得的频率调节特性指标S₁以及超低频振荡抑制指标S₂与预先设定的电力系统频率偏移安全裕度S₀和超低频振荡最小阻尼比ξ₀两个指标需求比较，若满足预设条件则判定对系统水轮机调速器进行参数调整；

参数优化调整模块，用于若参数调整判断模块判定对系统水轮机调速器进行参数调整，则基于暂态仿真计算的仿真曲线，根据每台机组的机械功率与转速的相位关系，确定每台机组对超低频振荡的贡献度

并对其进行排序根据贡献度

的顺序确定待调整参数的水轮机调速器顺序；

按照确定的水轮机调速器顺序，以电网安全裕度综合指标g为优化的目标函数，通过优化算法对排序首位水轮机的进行优化调整，使电网安全裕度综合指标g最大；

若调整参数后系统满足预设条件，则完成水轮机调速器参数调整；若不满足，且未完成一轮所有水轮机调速器参数调整，则返回步骤3并按照步骤2确定的顺序继续下一台水轮机调速器参数的调整过程；

若所有水轮机调速器参数调整完毕后，系统指标仍不满足预设条件，则返回对排序首位水轮机，修改频率调节特性指标的权重和超低频振荡抑制指标的权重，进行下一轮参数调整；直至S₁、S₂满足预设条件，完成该系统水轮机调速器参数调整。

在该实施例中，所述参数确定模块包括参数计算模块，所述参数计算模块计算频率调节特性指标S₁以及超低频振荡抑制指标S₂，公式为：

其中，f_min为扰动后频率跌落最低值，(f_cr,T_cr)是用来描述暂态频率偏移阈值的一组二元表，两个元素分别代表频率跌落门槛值和容许的频率异常持续时间，k为换算因子，用来改善裕度与参数关系曲线的线性度和光滑性，ξ是系统超低频振荡的阻尼比。

在该实施例中，所述参数调整判断模块包括机组对超低频振荡的贡献度

的计算和排序模块，计算方法为：

1)根据仿真得到的故障后机组转速和机械功率的时域曲线，通过快速傅里叶分析辨识得到机械功率曲线的相位

和振幅ΔP_m，以及转速曲线的相位

2)按照公式

计算每台机组对超低频振荡的贡献度。

具体实施例中，按照每台机组对超低频振荡的贡献度

从大到小的顺序进行排序。

所述参数调整判断模块包括安全裕度指标g计算模块，计算公式为：

其中，λ₁和λ₂表示频率调节特性指标S₁的权重和超低频振荡抑制指标S₂的权重，取值范围为0到1之间。

在该实施例中，所述参数调整判断模块修改权重系数的方法为：比较当前参数下S₁、S₂的实际数值，若S₁偏离指标要求更多则增大λ₁，若S₂偏离指标要求更多则增大λ₂。

在该实施例中，所述参数调整判断模块通过遗传算法对排序首位水轮机的初始参数进行优化调整，使电网安全裕度综合指标g最大，具体方法如下：

6-1)待调整的水轮机初始参数进行二进制编码得到初始基因，将初始基因进行变异得到M个初代个体基因，分别对M个基因对应参数下的电力系统进行仿真得到M组S₁和S₂；

6-2)以g＝λ₁S₁/S₁₀+λ₂S₂/S₂₀作为适应度函数对基因的变异效果进行选择，选择M个基因中g值从高到低排列的前P个基因，其中P＜M；

6-3)在选择的P个基因序列中，通过基因间的交叉，继续变异过程生成M个子代，并重复6-2)；

6-4)当变异达到预先设定的第X代后，停止变异，选取第X代中g值最大的基因，解码得到对应的水轮机参数，得到该参数下的频率调节特性指标S₁以及超低频振荡抑制指标S₂。

在该实施例中，所述参数确定模块、参数调整判断模块以及参数优化调整模块用到的所述预设条件为将频率调节特性指标S₁大于预先设定的电力系统频率偏移安全裕度S₀并且超低频振荡抑制指标S₂大于预先设定的超低频振荡最小阻尼比ξ₀。

参数确定模块中所述初始参数包括调速器环节频率放大倍数K_w、PID参数K_p1、K_I1、K_D1和调差系数b_p以及伺服系统的PID参数K_p2、PID参数K_I2和PID参数K_D2。

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。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种考虑频率稳定特性的水轮机调速器参数整定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据参数待调整系统的潮流文件和稳定文件，利用机电暂态仿真软件对其进行预想事故N的暂态仿真计算，得到系统初始参数下的频率调节特性指标S₁以及超低频振荡抑制指标S₂；

将频率调节特性指标S₁以及超低频振荡抑制指标S₂与预先设定的电力系统频率偏移安全裕度S₀和超低频振荡最小阻尼比ξ₀两个指标需求比较，若满足预设条件则判定对系统水轮机调速器进行参数调整；

步骤2：若判定对系统水轮机调速器进行参数调整，则基于暂态仿真计算的仿真曲线，根据每台机组的机械功率与转速的相位关系，确定每台机组对超低频振荡的贡献度

并对其进行排序根据贡献度

的顺序确定待调整参数的水轮机调速器顺序；

步骤3：按照步骤2确定的顺序，以电网安全裕度综合指标g为优化的目标函数，通过优化算法对排序首位水轮机的进行优化调整，使电网安全裕度综合指标g最大；

步骤4：若调整参数后系统满足预设条件，则完成水轮机调速器参数调整；若不满足，且未完成一轮所有水轮机调速器参数调整，则返回步骤3并按照步骤2确定的顺序继续下一台水轮机调速器参数的调整过程；

步骤5：若所有水轮机调速器参数调整完毕后，系统指标仍不满足预设条件，则返回步骤3，修改频率调节特性指标的权重和超低频振荡抑制指标的权重，进行下一轮参数调整；

步骤6：直至S₁、S₂满足预设条件，完成该系统水轮机调速器参数调整。

2.根据权利要求1所述的一种考虑频率稳定特性的水轮机调速器参数整定方法，其特征在于，步骤1中的频率调节特性指标S₁以及超低频振荡抑制指标S₂计算公式为：

其中，f_min为扰动后频率跌落最低值，(f_cr,T_cr)是用来描述暂态频率偏移阈值的一组二元表，两个元素分别代表频率跌落门槛值和容许的频率异常持续时间，k为换算因子，用来改善裕度与参数关系曲线的线性度和光滑性，ξ是系统超低频振荡的阻尼比。

3.根据权利要求1所述的一种考虑频率稳定特性的水轮机调速器参数整定方法，其特征在于，步骤2中所述的机组对超低频振荡的贡献度

的计算方法为：

1)根据仿真得到的故障后机组转速和机械功率的时域曲线，通过快速傅里叶分析辨识得到机械功率曲线的相位

和振幅ΔP_m，以及转速曲线的相位

2)按照公式

计算每台机组对超低频振荡的贡献度。

4.根据权利要求1所述的一种考虑频率稳定特性的水轮机调速器参数整定方法，其特征在于，步骤3中的安全裕度指标g的计算公式为：

其中，λ₁和λ₂表示频率调节特性指标S₁的权重和超低频振荡抑制指标S₂的权重，取值范围为0到1之间。

5.根据权利要求1所述的一种考虑频率稳定特性的水轮机调速器参数整定方法，其特征在于，步骤5中的修改权重系数的方法为：比较当前参数下S₁、S₂的实际数值，若S₁偏离指标要求更多则增大λ₁，若S₂偏离指标要求更多则增大λ₂。

6.根据权利要求1所述的一种考虑频率稳定特性的水轮机调速器参数整定方法，其特征在于，

通过遗传算法对排序首位水轮机的初始参数进行优化调整，使电网安全裕度综合指标g最大，具体方法如下：

6-1)待调整的水轮机初始参数进行二进制编码得到初始基因，将初始基因进行变异得到M个初代个体基因，分别对M个基因对应参数下的电力系统进行仿真得到M组S₁和S₂；

6-2)以g＝λ₁S₁/S₁₀+λ₂S₂/S₂₀作为适应度函数对基因的变异效果进行选择，选择M个基因中g值从高到低排列的前P个基因，其中P＜M；

6-3)在选择的P个基因序列中，通过基因间的交叉，继续变异过程生成M个子代，并重复6-2)；

6-4)当变异达到预先设定的第X代后，停止变异，选取第X代中g值最大的基因，解码得到对应的水轮机参数，得到该参数下的频率调节特性指标S₁以及超低频振荡抑制指标S₂。

7.根据权利要求1所述的一种考虑频率稳定特性的水轮机调速器参数整定方法，其特征在于，

所述预设条件为将频率调节特性指标S₁大于预先设定的电力系统频率偏移安全裕度S₀并且超低频振荡抑制指标S₂大于预先设定的超低频振荡最小阻尼比ξ₀。

8.根据权利要求1所述的一种考虑频率稳定特性的水轮机调速器参数整定方法，其特征在于，所述初始参数包括调速器环节频率放大倍数K_w、PID参数K_p1、K_I1、K_D1和调差系数b_p以及伺服系统的PID参数K_p2、PID参数K_I2和PID参数K_D2。

9.根据权利要求1所述的一种考虑频率稳定特性的水轮机调速器参数整定方法，其特征在于，按照每台机组对超低频振荡的贡献度

从大到小的顺序进行排序。

10.一种考虑频率稳定特性的水轮机调速器参数整定装置，其特征在于，包括：参数确定模块、参数调整判断模块以及参数优化调整模块；

参数确定模块，用于根据参数待调整系统的潮流文件和稳定文件，利用机电暂态仿真软件对其进行预想事故N的暂态仿真计算，得到系统初始参数下的频率调节特性指标S₁以及超低频振荡抑制指标S₂；

参数调整判断模块，用于将参数确定模块获得的频率调节特性指标S₁以及超低频振荡抑制指标S₂与预先设定的电力系统频率偏移安全裕度S₀和超低频振荡最小阻尼比ξ₀两个指标需求比较，若满足预设条件则判定对系统水轮机调速器进行参数调整；

参数优化调整模块，用于若参数调整判断模块判定对系统水轮机调速器进行参数调整，则基于暂态仿真计算的仿真曲线，根据每台机组的机械功率与转速的相位关系，确定每台机组对超低频振荡的贡献度

并对其进行排序根据贡献度

的顺序确定待调整参数的水轮机调速器顺序；

按照确定的水轮机调速器顺序，以电网安全裕度综合指标g为优化的目标函数，通过优化算法对排序首位水轮机的进行优化调整，使电网安全裕度综合指标g最大；

若调整参数后系统满足预设条件，则完成水轮机调速器参数调整；若不满足，且未完成一轮所有水轮机调速器参数调整，则返回步骤3并按照步骤2确定的顺序继续下一台水轮机调速器参数的调整过程；

若所有水轮机调速器参数调整完毕后，系统指标仍不满足预设条件，则返回对排序首位水轮机，修改频率调节特性指标的权重和超低频振荡抑制指标的权重，进行下一轮参数调整；直至S₁、S₂满足预设条件，完成该系统水轮机调速器参数调整。

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