CN112821440B - 一种直流输电系统仿真模型的参数测辨方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力系统安全稳定分析与控制技术领域，尤其是一种直流输电系统仿真模型的参数测辨方法，现提出如下方案，其包括如下步骤：(1)基于时域轨迹灵敏度确定影响仿真模型准确性的主导参数；(2)采用进化策略算法，以综合评估指标作为目标函数，对所述主导参数进行寻优，用步骤(1)中确定的主导参数组成待测参数，将待测参数作为决策变量，以待测参数作为个体基因，以响应的综合评估指标作为个体适应度，在待测参数取值范围内随机生成若干基因组构成不同个体形成种群，通过种群中个体基因的交叉、变异和选择进行参数优化从而确定最优参数组。本发明以在线运行状态作为目标响应，有效地提升直流输电系统仿真模型的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统安全稳定分析与控制领域，尤其是一种直流输电系统仿真模型的参数测辨方法。
背景技术
我国能源中心和负荷重心在地理上呈现逆向分布的特点，为有效解决能源的跨区域传输问题，基于电网换相换流器型的高压直流输电系统因其在大容量远距离传输上的优势得到了广泛的应用，换相失败是直流输电系统最常见的故障之一，单次换相失败将及连续换相失败对直流线路功率传输、无功电压稳定、暂态稳定等方面造成了不利影响，能否实现换相失败的分析方法和应对策略在实际交直流混联电网中的验证和应用，取决于直流输电系统的仿真模型能否准确模拟其故障后的暂态过程和变化特性。
原则上仿真分析中需要搭建与实际工程相一致的仿真模型,然而对于电磁暂态仿真，由于技术保密等因素需要有选择地对相关部分进行自定义补充或修改；对于大电网机电暂态仿真，由于以准稳态方程模拟直流一次系统，难以复制实际工程中的全部控制保护逻辑，由此可见，无论电磁暂态还是机电暂态仿真，均需要在一定程度上对直流系统进行等效建模，由于进行了简化和等效，直流系统的某些设计参数必须转化为相应的等效参数，从而保证二者响应输出的一致性，这依赖于等效模型的参数测辨，为此，本发明提出了一种直流输电系统仿真模型的参数测辨方法。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提出了一种直流输电系统仿真模型的参数测辨方法。
在本发明的示例中，以在线运行状态作为目标响应，基于时域轨迹灵敏度确定影响仿真模型准确性的主导参数，缩小测辨空间；然后对于识别出的主导参数集，采用进化算法进行测辨，以综合评估指标取代单一变量的响应误差作为目标函数进行参数寻优，确定最优参数组。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种直流输电系统仿真模型的参数测辨方法，包括如下步骤：
(1)基于时域轨迹灵敏度确定影响仿真模型准确性的主导参数；
(2)采用进化策略算法，以综合评估指标作为目标函数，对所述主导参数进行寻优，确定最优参数组。
进一步地，在确定主导参数时，需要进行参数时域轨迹灵敏度的计算，灵敏度是指随着模型参数的变化，其输入-输出特性变化的程度，而时域轨迹灵敏度是指系统中参数发生微小变化时，系统动态轨迹的变化程度，能够反映出系统轨迹与参数间的相互关系。
时域轨迹灵敏度直接针对非线性系统模型，是模型仿真响应轨迹关于模型参数的导数，通常轨迹灵敏度随着响应轨迹的变化而变化，其本身也是时变的曲线。
所述步骤(1)的过程包括计算时域轨迹灵敏度、时域轨迹灵敏度的相对值和时域轨迹灵敏度的绝对值的平均值；
根据时域轨迹灵敏度的绝对值的平均值来比较各参数的灵敏度的大小，确定主导参数。
进一步地，电力系统轨迹灵敏度的计算方法有多种，对于大规模电力系统来说，由于系统复杂、方程阶次高，常采用数值差分方法计算时域轨迹灵敏度，时域轨迹灵敏度的表达式包括：
其中，yi为系统中第i个变量的轨迹，θj为系统中第j个参数，m为参数总数，k为时间采样点。
进一步地，为了提高数值计算精度，采用中值法计算时域轨迹灵敏度的相对值，时域轨迹灵敏度的相对值为：
其中，θj0为参数θj的给定值，yi0为θj0对应的稳态值；
为了比较各参数的灵敏度的大小，计算时域轨迹灵敏度的绝对值的平均值，时域轨迹灵敏度的绝对值的平均值为：
式中，K为轨迹灵敏度的总点数，即时间长度除以时间步长，时域轨迹灵敏度计算的时间长度根据系统实际情况确定，对于小规模系统一般在5s左右，对于大规模系统一般在10s左右。
如果轨迹yi对参数θj比较灵敏，即相应的轨迹灵敏度比较大，θj对响应轨迹yi的影响较大，θj认为是主导参数，同时根据yi就比较容易辨识主导参数θj；与之相反，如果参数θj对测量的所有响应轨迹几乎没有影响，则该参数为辅助参数，且不容易被辨识。
进一步地，为了区分主导参数和辅助参数，可以通过规定对照值A，然后用Aij与A比较进行判断；
若Aij≥A，则θj为主导参数；
若Aij＜A，则θj为辅助参数；
通过以上步骤来确定影响仿真模型准确性的主导参数。
进一步地，直流系统在电网中的整体外特性主要包括电压、电流和传输功率，不同响应量对不同参数的灵敏度不同，基于单一响应只能辨识出与其灵敏度较高的部分参数，故有必要综合考虑多响应量，以定义的综合评估指标取代单一变量的响应误差作为目标函数进行参数寻优；
所述综合评估指标为：
式中，P、U、I分别表示直流功率、电压和电流，下标0和N表示目标响应和基准值，a1、a2、a3分别表示权重系数，n为采样点数。
进一步地，所述步骤(2)中的过程包括用步骤(1)中确定的主导参数组成待测参数，将待测参数作为决策变量，以待测参数作为个体基因，以响应的综合评估指标作为个体适应度，在待测参数取值范围内随机生成若干基因组构成不同个体形成种群，通过种群中个体基因的交叉、变异和选择进行参数优化从而确定最优参数组。
一些基于本方法的一些产品，例如，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法。
一种参数测辨装置，包括上述的存储介质。
本发明的有益效果：
本发明以在线运行状态作为目标响应，有效地提升直流输电系统仿真模型的准确性，避免了内部各环节间传递量的误差及其交互影响，从而更加准确地模拟直流系统在交直流混联电网中的运行特性。
附图说明
图1为本方法的流程图；
图2为直流输电系统仿真模模型控制逻辑；
图3为实际响应与目标响应的对比曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-3，为验证本发明所提出的直流输电系统仿真参数测辨方法的有效性，例如，可以在PSASP仿真平台中的EPRI-36节点交直流混联系统对上述参数测辨方法进行了仿真验证。
该系统共包含8台同步发电机总容量2600MW，分为220kV与500kV两个不同电压等级的交流电网；
在220kV交流电网中接入了额定电压250kV、额定功率150MW的直流输电系统，其内部控制逻辑如图1所示；
于直流输电系统逆变侧附近的某一母线处设置三相接地短路故障，故障持续时间10ms，减小短路接地电阻至0.005p.u以激发更多的控制环节；
在该场景下对直流输电系统控制系统关键环节中参数进行灵敏度分析，识别出直流输电系统控制器主导参数13个：VDCOL电压上升滤波时间常数、VDCOL电压下降滤波时间常数、定电流控制比例增益、定电流控制积分时间常数、换相失败预测增益、换相失败预测启动电压阈值、最大触发角控制增益和最大触发角控制时间常数；
进一步对识别出的主导参数进行测辨，以定义的综合评估指标取代单一变量的响应误差作为目标函数，采用进化策略算法进行参数寻优，确定最优参数组，如图2所示，采用测辨后最优参数组的直流系统电流、功率等运行特性仿真曲线与目标响应基本吻合，且与依据单一变量相比，采用综合评估指标从全局整体校核模型参数，直流系统的整体响应输出与目标响应吻合程度较高，进而使得本方法以在线运行状态作为目标响应，起到了有效地提升直流输电系统仿真模型的准确性，且与现有方法相比，避免了内部各环节间传递量的误差及其交互影响，从而更加准确地模拟直流系统在交直流混联电网中的运行特性的作用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种直流输电系统仿真模型的参数测辨方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)基于时域轨迹灵敏度确定影响仿真模型准确性的主导参数；
(2)采用进化策略算法，以综合评估指标作为目标函数，对所述主导参数进行寻优，确定最优参数组；
所述步骤(1)的过程包括计算时域轨迹灵敏度、时域轨迹灵敏度的相对值和时域轨迹灵敏度的绝对值的平均值；
根据时域轨迹灵敏度的绝对值的平均值来比较各参数的灵敏度的大小，确定主导参数；
采用数值差分方法计算时域轨迹灵敏度，时域轨迹灵敏度的表达式包括：
其中，yi为系统中第i个变量的轨迹，θj为系统中第j个参数，m为参数总数，k为时间采样点；
采用中值法计算时域轨迹灵敏度的相对值，时域轨迹灵敏度的相对值为：
其中，θj0为参数θj的给定值，yi0为θj0对应的稳态值；
时域轨迹灵敏度的绝对值的平均值为：
式中，K为轨迹灵敏度的总点数，即时间长度除以时间步长；
规定对照值A：
若Aij≥A，则θj为主导参数；
若Aij＜A，则θj为辅助参数；
所述综合评估指标为：
式中，P、U、I分别表示直流功率、电压和电流，下标0和N表示目标响应和基准值，a1、a2、a3分别表示权重系数，n为采样点数。
2.根据权利要求1所述的一种直流输电系统仿真模型的参数测辨方法，其特征在于：
所述步骤(2)中的过程包括用步骤(1)中确定的主导参数组成待测参数，将待测参数作为决策变量，以待测参数作为个体基因，以响应的综合评估指标作为个体适应度，在待测参数取值范围内随机生成若干基因组构成不同个体形成种群，通过种群中个体基因的交叉、变异和选择进行参数优化从而确定最优参数组。
3.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于：执行所述计算机程序时实现如权利要求1～2任意一项所述的方法。
4.一种参数测辨装置，其特征在于：包括如权利要求3所述的存储介质。
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