CN113241805A - 一种电网二次调频方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及电网领域，提供一种电网二次调频方法及装置，建立协同控制模型，获取一次调频后的区域控制偏差，根据协同控制模型以及区域控制偏差生成实时总调节功率，通过实时总调节功率获得2M组调频机组分配方案，并获得对应的2M个适应度数值，根据最小的适应度数值对应的调频机组分配方案，将实时总调节功率分配给每个调频机组，并再次生成实时总调节功率，重新获取2M组调频机组分配方案，以及对应的2M个适应度数值，重复二次调频直到2M个适应度数值全部相等，通过2M个适应度数值中任一适应度数值对应的调频机组分配方案，将实时总调节功率分配给每个调频机组，实现了对二次调频的实时进行，并能够获得全局最优调节功率分配方案。

Description

一种电网二次调频方法及装置
技术领域
本申请涉及电网领域，尤其涉及一种电网二次调频方法及装置。
背景技术
频率稳定是电网系统安全稳定运行的重要要求，在对电网系统进行调频的过程中，首先需要对电网系统进行一次调频，一次调频是指当电网系统负荷变动时，各发电机组自身匹配的调速器工作，发电机组增发功率，补偿部分负荷所需功率，但在维持频率不变情况下，一次调频不能提供负荷所需的全部功率，因此，会产生实时频率偏差，故需要对电网系统进行二次调频，使输出功率符合负荷变动的需要，并使频率维持稳定，实时频率偏差是指电网系统在正常运行条件下，电网系统频率的实际值与标称值之差。
二次调频主要通过控制器将总调节功率分配给各调频机组，调频机组又称为发电机组，调频机组可以提供足够的可调整容量以及一定的调节速率，以维持频率的稳定，目前，随着风光水储系统并入电网系统，由于风光水储系统的输出功率受环境的影响较大，如风力强度、太阳光强度和水流速度等，会产生实时联络线功率偏差，即联络线实际功率与计划功率的偏差，因此，对二次调频提出了更高的要求，如：二次调频能够实时进行，以及能够获得全局最优调节功率分配方案。
传统意义上二次调频的优化方法收敛速度快，但全局寻优能力差，容易陷入局部最优解。例如遗传算法模型、蚁群优化算法模型等智能算法模型，这些模型结构简单，搜索能力强，但会过早收敛于局部最优解，并且无法实现在大规模区域电网系统中在线实时调频。
发明内容
本申请提供了一种电网二次调频方法及装置，以提供一种可以对二次调频实时进行，并能够获得全局最优调节功率分配方案的电网二次调频方法及装置。
本申请第一方面提供了一种电网二次调频方法，包括：
根据风光水储系统和电网系统的互联电网框架，建立协同控制模型，所述协同控制模型用于控制风光水储系统参与电网系统的二次调频；
获取一次调频后全部调频机组的实时频率偏差以及实时联络线功率偏差；
将实时频率偏差和实时联络线功率偏差转化为区域控制偏差，根据协同控制模型以及区域控制偏差，生成对风光水储系统的实时总调节功率；
将所述实时总调节功率输入预先建立的蜉蝣算法模型，获得2M组调频机组分配方案，将所述2M组调频机组分配方案输入预先建立的适应度函数模型，获得对应的2M个适应度数值；
将所述2M个适应度数值进行升序排列，获得所述2M个适应度数值中最小的适应度数值，根据所述最小的适应度数值对应的调频机组分配方案，将所述实时总调节功率分配给每个调频机组，获得每个调频机组的实时调节功率，获取全部调频机组的频率偏差和联络线功率偏差，将实时频率偏差和实时联络线功率偏差转化为区域控制偏差，根据协同控制模型以及区域控制偏差，生成对风光水储系统的实时总调节功率，将所述实时总调节功率输入所述蜉蝣算法模型，重新获取2M组调频机组分配方案，将所述2M组调频机组分配方案输入所述适应度函数模型，获得对应的2M个适应度数值，重复执行本步骤直到所述2M个适应度数值全部相等；
随机选取所述2M个适应度数值中任一适应度数值，获得所述适应度数值对应的调频机组分配方案，通过所述对应的调频机组分配方案，将实时总调节功率分配给每个调频机组。
可选的，所述根据风光水储系统和电网系统的互联电网框架，建立协同控制模型包括以下步骤：
获取总功率调节指令，所述总功率调节指令为预定输出的总调节功率；
建立目标函数模型，所述目标函数模型包括第一目标函数和第二目标函数，所述第一目标函数为：
Figure BDA0003112463850000021
所述第二目标函数为：
Figure BDA0003112463850000022
其中，H1表示总功率偏差的最小值；H2表示总调频里程费用的最小值；ΔPorder(t)是第t个控制间段风光水储系统参与电网调频的功率调节指令；di(t)为第t个控制间段的第i台机组的调频里程补偿费用；△Pi out(t)表示为第i台调频机组在t个控制间段的实际输出调节功率；λ为调频里程价格；
Figure BDA0003112463850000023
为第i个调频机组的调频性能指标；N表示调频期间控制间段的数量；n表示全部调频机组的数量；
根据全部控制间段风光水储系统参与电网系统二次调频的功率调节指令数值，以及全部调频机组在全部控制间段的调节功率指令输入数值的总和，获得功率平衡约束；
根据任一控制间段，任一调频机组的调节功率指令输入数值与风光水储系统参与电网调频的功率调节指令数值乘积，获得调频方向约束；
根据任一调频机组的调节功率上限与调节功率下限，获得所述调频机组的调节容量约束；
根据任一调频机组的最大爬坡速率，获得爬坡约束，所述最大爬坡速率为所述调频机组在相邻两个控制间段的实际输出调节功率的最大变化值；
根据功率平衡约束、调频方向约束、调节容量约束和爬坡约束，建立约束模型；
所述风光水储系统和电网系统的互联电网框架包括总功率调节指令、目标函数模型和约束模型，根据总功率调节指令、目标函数模型和约束模型，建立协同控制模型。
可选的，所述将所述实时总调节功率输入预先建立的蜉蝣算法模型，获得2M组调频机组分配方案包括以下步骤：
S301：根据所述实时总调节功率，以及全部调频机组中任一调频机组的调节功率上限与调节功率下限，获取任意2M组调节功率分配方案，其中任一组调节功率分配方案包括全部调频机组中任一调频机组分配的调节功率；
S302：选取所述2M组调节功率分配方案中任意M组调节功率分配方案，作为第一方案集，并将余下M组调节功率分配方案，作为第二方案集；获取第一方案集中任一组调节功率分配方案中全部调频机组当前的调节功率变化值，作为第一调节功率变化集，获取第二方案集中任一组调节功率分配方案中全部调频机组的调节功率变化值，作为第二调节功率变化集；
S303：通过预先建立的第一调节功率变化模型，对所述第一调节功率变化集中全部调频机组的调节功率变化值进行更新，获得第三调节功率变化集，通过所述第三调节功率变化集，更新第一方案集中全部调节功率分配方案；
通过预先建立的第二调节功率变化模型，对所述第二调节功率变化集中全部调节功率变化值进行更新，获得第四调节功率变化集，通过所述第四调节功率变化集，更新第二方案集中全部调节功率分配方案；
S304：通过预先建立的目标函数以及预先建立的罚函数，获得适应度函数模型，通过适应度函数模型获得所述第一方案集中任一调节功率分配方案的适应度数值，将所述第一方案集中全部调节功率分配方案的适应度数值按照升序排列，通过适应度函数模型获得所述第二方案集中任一调节功率分配方案的适应度数值，将所述第二方案集中全部调节功率分配方案的适应度数值按照升序排列；
S305：根据第一方案集与第二方案集中适应度数值的排序数值，获得具有相同排序数值的调节功率分配方案，将所述具有相同排序数值的调节功率分配方案通过预先建立的更新模型更新，获得两组调节功率分配方案，获得2M组调节功率分配方案；
S306：按照预设执行次数，重复执行S302至S305，并输出所述2M组调节功率分配方案。
可选的，所述预先建立的第一调节功率变化模型为：
Figure BDA0003112463850000031
其中，Γ表示第一方案集中适应度数值最小的调节功率分配方案；Λ表示第一方案集中去除适应度数值最小的调节功率分配方案的全部调节功率分配方案；
Figure BDA0003112463850000032
表示第t次迭代时第i组调节功率分配方案中第j个调频机组的调节功率变化值；
Figure BDA0003112463850000033
表示第t+1次迭代时第i组调节功率分配方案中第j个调频机组的调节功率变化值；ΔPij t表示第t次迭代时第i组调节功率分配方案中第j个调频机组的调节功率；pbestij表示在所述第一方案集中，在t+1次迭代前所有迭代中第i组调节功率分配方案自身适应度数值最小时，第j个调频机组的调节功率；gbestj表示第一方案集中全部调节功率分配方案中适应度数值最小的调节功率分配方案，所述调节功率分配方案中第j个调频机组的调节功率；a1与a2为吸引常数；β为可见度系数；d表示飞舞系数；r的取值范围为[-1,1]；
Figure BDA0003112463850000034
为笛卡尔距离；当γp代表笛卡尔距离时，Δpij为pbestij；当γg代表笛卡尔距离时，Δpij为gbestj。
可选的，所述预先建立的第二调节功率变化模型为：
Figure BDA0003112463850000035
其中，
Figure BDA0003112463850000036
表示第二方案集中第t次迭代时第u组调节功率分配方案中第j个调频机组的调节功率变化值；
Figure BDA0003112463850000037
表示第二方案集中第t+1次迭代时第u组调节功率分配方案中第j个调频机组的调节功率变化值；ΔPi t表示第一方案集中第t次迭代时第i组调节功率分配方案；
Figure BDA0003112463850000042
表示第一方案集中第t次迭代时第i组调节功率分配方案；ΔPi t和
Figure BDA0003112463850000044
的适应度数值分别在第一方案集和第二第二方案集中具有相同升序排序数值；a2是吸引常数；β为可见度系数；γmf表示第一方案集中调节功率分配方案ΔPi与第二方案集中调节功率分配方案ΔPu之间的笛卡尔距离；fl是随机游动系数；r表示飞舞的随机性，取值范围为[-1,1]；F(x)为预先建立的适应度函数模型。
可选的，所述通过预先建立的目标函数以及预先建立的罚函数，获得适应度函数模型的步骤包括：目标函数包括第一目标函数H1与第二目标函数H2，获取第一目标函数的权值函数w1，获取第二目标函数的权值函数w2，获取罚函数M，以及罚函数M的惩罚因子σ，适应度函数模型为F＝w1H1+w2H2+σM。
可选的，所述预先建立的更新模型为：
获取具有相同排序数值的两组调节功率分配方案，所述两组调节功率分配方案包括第一调节功率分配方案和第二调节功率分配方案；
第一调节功率分配方案的权重为第一权值，第二调节功率分配方案的权重为第二权值；
任一调频机组利用在第一调节功率分配方案中分配的调节功率乘以第一权值，加上所述调频机组在第二调节功率分配方案中分配的调节功率乘以第二权值，得到所述调频机组第一个新的调节功率；
任一调频机组利用在第一调节功率分配方案中分配的调节功率乘以第二权值，加上所述调频机组在第二调节功率分配方案中分配的调节功率乘以第一权值，得到所述调频机组第二个新的调节功率。
可选的，所述第一权值与第二权值的和为1。
本申请第二方面提供了一种电网二次调频装置，用于执行本申请第一方面提供的一种电网二次调频方法，包括：
协同控制模块，所述协同控制模块根据风光水储系统和电网系统的互联电网框架建立，用于控制风光水储系统参与电网系统的二次调频；
区域控制偏差获取模块，用于获取一次调频后全部调频机组的实时频率偏差以及实时联络线功率偏差，并将实时频率偏差和实时联络线功率偏差转化为区域控制偏差；
实时总调节功率获取模块，用于根据协同控制模块以及区域控制偏差，生成对风光水储系统的实时总调节功率；
蜉蝣算法模块，用于获取所述实时总调节功率，并将实时总调节功率转化为2M组调频机组分配方案；
适应度函数模块，用于获取所述2M组调频机组分配方案，并输出所述2M组调频机组分配方案对应的2M个适应度数值；
适应度数值收敛模块，用于将所述2M个适应度数值进行升序排列，获得所述2M个适应度数值中最小的适应度数值，根据所述最小的适应度数值对应的调频机组分配方案，将所述实时总调节功率分配给每个调频机组，获得每个调频机组的实时调节功率，获取全部调频机组的频率偏差和联络线功率偏差，将实时频率偏差和实时联络线功率偏差转化为区域控制偏差，根据协同控制模型以及区域控制偏差，生成对风光水储系统的实时总调节功率，将所述实时总调节功率输入所述蜉蝣算法模型，重新获取2M组调频机组分配方案，将所述2M组调频机组分配方案输入所述适应度函数模型，获得对应的2M个适应度数值，重复运行本模块直到所述2M个适应度数值全部相等；
实时总调节功率分配模块，用于随机选取所述2M个适应度数值中任一适应度数值，获得所述适应度数值对应的调频机组分配方案，通过所述对应的调频机组分配方案，将实时总调节功率分配给每个调频机组。
可选的，所述蜉蝣算法模块还包括：
初始化单元，用于根据所述实时总调节功率，以及全部调频机组中任一调频机组的调节功率上限与调节功率下限，获取任意2M组调节功率分配方案，其中任一组调节功率分配方案包括全部调频机组中任一调频机组分配的调节功率；
调节功率变化集获取单元，用于选取所述2M组调节功率分配方案中任意M组调节功率分配方案，作为第一方案集，并将余下M组调节功率分配方案，作为第二方案集；获取第一方案集中任一组调节功率分配方案中全部调频机组当前的调节功率变化值，作为第一调节功率变化集，获取第二方案集中任一组调节功率分配方案中全部调频机组的调节功率变化值，作为第二调节功率变化集；
调节功率分配方案更新单元，用于通过预先建立的第一调节功率变化模块，对所述第一调节功率变化集中全部调频机组的调节功率变化值进行更新，获得第三调节功率变化集，通过所述第三调节功率变化集，更新第一方案集中全部调节功率分配方案；对所述第二调节功率变化集中全部调节功率变化值进行更新，获得第四调节功率变化集，通过所述第四调节功率变化集，更新第二方案集中全部调节功率分配方案；
适应度数值排序单元，用于通过预先建立的目标函数以及预先建立的罚函数，获得适应度函数模块，通过适应度函数模块获得所述第一方案集中任一调节功率分配方案的适应度数值，将所述第一方案集中全部调节功率分配方案的适应度数值按照升序排列，通过适应度函数模块获得所述第二方案集中任一调节功率分配方案的适应度数值，将所述第二方案集中全部调节功率分配方案的适应度数值按照升序排列；
调节功率分配方案获取单元，用于根据第一方案集与第二方案集中适应度数值的排序数值，获得具有相同排序数值的调节功率分配方案，将所述具有相同排序数值的调节功率分配方案通过预先建立的更新模块更新，获得两组调节功率分配方案，获得2M组调节功率分配方案；
控制单元，用于按照预设执行次数，重复并依次运行调节功率变化集获取单元、调节功率分配方案更新单元、适应度数值排序单元和调节功率分配方案获取单元，并输出所述2M组调节功率分配方案。
本申请提供的一种电网二次调频方法及装置，建立协同控制模型，通过获取一次调频后全部调频机组的实时频率偏差以及实时联络线功率偏差，获得区域控制偏差，利用协同控制模型以及区域控制偏差，生成对风光水储系统的实时总调节功率，将所述实时总调节功率输入预先建立的蜉蝣算法模型，获得2M组调频机组分配方案，通过适应度函数模型获得2M组调频机组分配方案对应的2M个适应度数值，根据最小的适应度数值对应的调频机组分配方案，将实时总调节功率分配给每个调频机组，再一次获得区域控制偏差，重新根据协同控制模型以及区域控制偏差，生成对风光水储系统的实时总调节功率，将所述实时总调节功率输入所述蜉蝣算法模型，重新获取2M组调频机组分配方案，将所述2M组调频机组分配方案输入预先建立的适应度函数模型，获得对应的2M个适应度数值，直至2M个适应度数值相等，随机选取所述2M组调频机组分配方案中任一组调频机组分配方案，作为实时总调节功率的最优分配，将实时总调节功率分配给每个调频机组，实现了对二次调频的实时进行，以及能够获得全局最优调节功率分配方案。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请实施例提供的一种电网二次调频方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种电网二次调频装置的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例第一方面提供了一种电网二次调频方法，用于对风光水储系统和电网系统组成的互联电网进行二次调频，如图1所示，为本申请实施例提供的一种电网二次调频方法的流程示意图，所述一种电网二次调频方法包括步骤S101至步骤S106。
步骤S101：根据风光水储系统和电网系统的互联电网框架，建立协同控制模型，所述协同控制模型用于控制风光水储系统参与电网系统的二次调频。
步骤S102：获取一次调频后全部调频机组的实时频率偏差以及实时联络线功率偏差。
步骤S103：将实时频率偏差和实时联络线功率偏差转化为区域控制偏差，根据协同控制模型以及区域控制偏差，生成对风光水储系统的实时总调节功率。
例如，区域控制偏差EACE＝ΔP-10BΔf，EACE为区域控制偏差，ΔP为实时联络线功率偏差，B为实时频率偏差系数，Δf为实时频率偏差。
步骤S104：将所述实时总调节功率输入预先建立的蜉蝣算法模型，获得2M组调频机组分配方案，将所述2M组调频机组分配方案输入预先建立的适应度函数模型，获得对应的2M个适应度数值。
步骤S105：将所述2M个适应度数值进行升序排列，获得所述2M个适应度数值中最小的适应度数值，根据所述最小的适应度数值对应的调频机组分配方案，将所述实时总调节功率分配给每个调频机组，获得每个调频机组的实时调节功率，获取全部调频机组的频率偏差和联络线功率偏差，将实时频率偏差和实时联络线功率偏差转化为区域控制偏差，根据协同控制模型以及区域控制偏差，生成对风光水储系统的实时总调节功率，将所述实时总调节功率输入所述蜉蝣算法模型，重新获取2M组调频机组分配方案，将所述2M组调频机组分配方案输入所述适应度函数模型，获得对应的2M个适应度数值，重复执行本步骤直到所述2M个适应度数值全部相等。
步骤S106：随机选取所述2M个适应度数值中任一适应度数值，获得所述适应度数值对应的调频机组分配方案，通过所述对应的调频机组分配方案，将实时总调节功率分配给每个调频机组。
进一步的，所述根据风光水储系统和电网系统的互联电网框架，建立协同控制模型包括以下步骤：
获取总功率调节指令，所述总功率调节指令为预定输出的总调节功率。
建立目标函数模型，所述目标函数模型包括第一目标函数和第二目标函数，所述第一目标函数为：
Figure BDA0003112463850000071
所述第二目标函数为：
Figure BDA0003112463850000072
其中，H1表示总功率偏差的最小值；H2表示总调频里程费用的最小值；ΔPorder(t)是第t个控制间段风光水储系统参与电网调频的功率调节指令；控制间段是指每一次进行调频的时间段；di(t)为第t个控制间段的第i台机组的调频里程补偿费用；△Pi out(t)表示为第i台调频机组在t个控制间段的实际输出调节功率；λ为调频里程价格；
Figure BDA0003112463850000073
为第i个调频机组的调频性能指标；N表示调频期间控制间段的数量；n表示全部调频机组的数量。
根据全部控制间段风光水储系统参与电网系统二次调频的功率调节指令数值，以及全部调频机组在全部控制间段的调节功率指令输入数值的总和，获得功率平衡约束。
根据任一控制间段，任一调频机组的调节功率指令输入数值与风光水储系统参与电网调频的功率调节指令数值乘积，获得调频方向约束。
根据任一调频机组的调节功率上限与调节功率下限，获得所述调频机组的调节容量约束。
根据任一调频机组的最大爬坡速率，获得爬坡约束，所述最大爬坡速率为所述调频机组在相邻两个控制间段的实际输出调节功率的最大变化值。
例如，功率平衡约束：
Figure BDA0003112463850000074
调频方向约束：ΔPi in(t)×ΔPorder(t)≥0，i＝1，2，...n，t＝1，2，...，N。
调节容量约束：ΔPi min≤ΔPin(t)≤ΔPi max，i＝1，2，...n，t＝1，2，...，N。
爬坡约束：
Figure BDA0003112463850000077
其中，
Figure BDA0003112463850000078
为第t个控制间段第i台调频机组的调节功率指令输入；ΔPorder(t)表示第t个控制间段风光水储系统参与电网调频的调节功率指令；△Pi max表示为第i个调频机组的调节功率上限；△Pi min表示为第i个调频机组的调节功率下限；△Pi max rate表示第i个调频机组的最大爬坡速率；N表示调频期间控制间段的数量；n表示全部调频机组的数量。
根据功率平衡约束、调频方向约束、调节容量约束和爬坡约束，建立约束模型。
所述风光水储系统和电网系统的互联电网框架包括总功率调节指令、目标函数模型和约束模型，根据总功率调节指令、目标函数模型和约束模型，建立协同控制模型。
进一步的，所述将所述实时总调节功率输入预先建立的蜉蝣算法模型，获得2M组调频机组分配方案包括以下步骤：
S301：根据所述实时总调节功率，以及全部调频机组中任一调频机组的调节功率上限与调节功率下限，获取任意2M组调节功率分配方案，其中任一组调节功率分配方案包括全部调频机组中任一调频机组分配的调节功率。
例如，任一组调节功率分配方案为{△P1(t)，△P2(t)，...，△Pn(t)}，其中△Pn(t)为第n个调频机组的在第t个控制间段的指令调节功率。
S302：选取所述2M组调节功率分配方案中任意M组调节功率分配方案，作为第一方案集，并将余下M组调节功率分配方案，作为第二方案集。获取第一方案集中任一组调节功率分配方案中全部调频机组当前的调节功率变化值，作为第一调节功率变化集，获取第二方案集中任一组调节功率分配方案中全部调频机组的调节功率变化值，作为第二调节功率变化集。
例如，任一组调节功率分配方案中全部调频机组当前的调节功率变化值为
Figure BDA0003112463850000081
其中
Figure BDA0003112463850000082
第n个调频机组的在第t个控制间段的调节功率变化值。
S303：通过预先建立的第一调节功率变化模型，对所述第一调节功率变化集中全部调频机组的调节功率变化值进行更新，获得第三调节功率变化集，通过所述第三调节功率变化集，更新第一方案集中全部调节功率分配方案。
例如，第一调节功率变化集
Figure BDA0003112463850000083
更新后为第三调节功率变化集
Figure BDA0003112463850000084
其中
Figure BDA0003112463850000085
第n个调频机组的在第t+1个控制间段的调节功率变化值，更新后的任一调节功率分配方案为
Figure BDA0003112463850000086
通过预先建立的第二调节功率变化模型，对所述第二调节功率变化集中全部调节功率变化值进行更新，获得第四调节功率变化集，通过所述第四调节功率变化集，更新第二方案集中全部调节功率分配方案。
S304：通过预先建立的目标函数以及预先建立的罚函数，获得适应度函数模型，通过适应度函数模型获得所述第一方案集中任一调节功率分配方案的适应度数值，将所述第一方案集中全部调节功率分配方案的适应度数值按照升序排列，通过适应度函数模型获得所述第二方案集中任一调节功率分配方案的适应度数值，将所述第二方案集中全部调节功率分配方案的适应度数值按照升序排列。
S305：根据第一方案集与第二方案集中适应度数值的排序数值，获得具有相同排序数值的调节功率分配方案，将所述具有相同排序数值的调节功率分配方案通过预先建立的更新模型更新，获得两组调节功率分配方案，获得2M组调节功率分配方案。
S306：按照预设执行次数，重复执行S302至S305，并输出所述2M组调节功率分配方案。
进一步的，所述预先建立的第一调节功率变化模型为。
Figure BDA0003112463850000087
其中，Γ表示第一方案集中适应度数值最小的调节功率分配方案；Λ表示第一方案集中去除适应度数值最小的调节功率分配方案的全部调节功率分配方案；
Figure BDA0003112463850000091
表示第t次迭代时第i组调节功率分配方案中第j个调频机组的调节功率变化值；
Figure BDA0003112463850000092
表示第t+1次迭代时第i组调节功率分配方案中第j个调频机组的调节功率变化值；ΔPij t表示第t次迭代时第i组调节功率分配方案中第j个调频机组的调节功率；pbestij表示在所述第一方案集中，在t+1次迭代前所有迭代中第i组调节功率分配方案自身适应度数值最小时，第j个调频机组的调节功率；gbestj表示第一方案集中全部调节功率分配方案中适应度数值最小的调节功率分配方案，所述调节功率分配方案中第j个调频机组的调节功率；a1与a2为吸引常数；β为可见度系数；d表示飞舞系数；r的取值范围为[-1,1]；
Figure BDA0003112463850000093
为笛卡尔距离；当γp代表笛卡尔距离时，Δpij为pbestij；当γg代表笛卡尔距离时，Δpij为gbestj。
进一步的，所述预先建立的第二调节功率变化模型为：
Figure BDA0003112463850000094
其中，
Figure BDA0003112463850000095
表示第二方案集中第t次迭代时第u组调节功率分配方案中第j个调频机组的调节功率变化值；
Figure BDA0003112463850000096
表示第二方案集中第t+1次迭代时第u组调节功率分配方案中第j个调频机组的调节功率变化值；ΔPi t表示第一方案集中第t次迭代时第i组调节功率分配方案；
Figure BDA0003112463850000098
表示第一方案集中第t次迭代时第i组调节功率分配方案；ΔPi t和
Figure BDA00031124638500000910
的适应度数值分别在第一方案集和第二第二方案集中具有相同升序排序数值；a2是吸引常数；β为可见度系数；γmf表示第一方案集中调节功率分配方案ΔPi与第二方案集中调节功率分配方案ΔPu之间的笛卡尔距离；fl是随机游动系数；r表示飞舞的随机性，取值范围为[-1,1]；F(x)为预先建立的适应度函数模型。
进一步的，所述通过预先建立的目标函数以及预先建立的罚函数，获得适应度函数模型的步骤包括：目标函数包括第一目标函数H1与第二目标函数H2，获取第一目标函数的权值函数w1，获取第二目标函数的权值函数w2，获取罚函数M，以及罚函数M的惩罚因子σ，适应度函数模型为F＝w1H1+w2H2+σM。
例如，适应度函数模型为F＝w1H1+w2H2+σM，函数H1与函数H2表示同一调节功率分配方案的第一目标函数和第二目标函数，函数
Figure BDA00031124638500000911
函数
Figure BDA00031124638500000912
函数
Figure BDA00031124638500000913
函数
Figure BDA00031124638500000914
σ为惩罚因子，
函数e1(z(t))＝max(0,|h1(t)|-ε)，函数e2(z(t))＝max(0,g1(t))，函数e3(z(t))＝max(0,|g2(t)|-ε)，e4(z(t))＝max(0,|g3(t)|-ε)，函数e5(z(t))＝max(0,|g4(t)|-ε)，函数g1(t)＝ΔPi in(t)×ΔPorder(t)≤0函数g2(t)＝ΔPi min-ΔPin(t)≤0函数g3(t)＝ΔPin(t)-ΔPi max(t)≤0函数g4(t)＝|△Pin(t+1)-△Pin(t)|-△Pi max rate≤0，函数
Figure BDA00031124638500000918
其中，ΔPorder(t)是第t个控制间段风光水储系统参与电网调频的功率调节指令；di(t)为第t个控制间段的第i台机组的调频里程补偿费用,△Pi out(t)表示第i台调频机组在t个控制间段的实际输出调节功率；z(t)代表调节功率分配方案；λ为调频里程价格；
Figure BDA00031124638500000919
为第i个调频机组的调频性能指标；N表示调频期间控制间段的数量；n表示全部调频机组的数量；
Figure BDA00031124638500000920
为第t个控制间隔第i台调频机组的调节功率指令输入；△Pi max表示第i个调频机组的调节功率上限；△Pi min表示第i个调频机组的调节功率下限；△Pi max rate表示第i个调频机组的最大爬坡速率；ε为等式约束的容忍度，通常设为较小正值。
进一步的，所述预先建立的更新模型为：
获取具有相同排序数值的两组调节功率分配方案，所述两组调节功率分配方案包括第一调节功率分配方案和第二调节功率分配方案。
第一调节功率分配方案的权重为第一权值，第二调节功率分配方案的权重为第二权值。
任一调频机组利用在第一调节功率分配方案中分配的调节功率乘以第一权值，加上所述调频机组在第二调节功率分配方案中分配的调节功率乘以第二权值，得到所述调频机组第一个新的调节功率。
任一调频机组利用在第一调节功率分配方案中分配的调节功率乘以第二权值，加上所述调频机组在第二调节功率分配方案中分配的调节功率乘以第一权值，得到所述调频机组第二个新的调节功率。
进一步的，所述第一权值与第二权值的和为1。
本申请第二方面提供了一种电网二次调频装置，用于执行本申请第一方面提供的一种电网二次调频方法，对于本申请第二方面提供的一种电网二次调频装置中未公开的细节，请参见本申请实施例第一方面提供一种电网二次调频方法。
如图2所示，为本申请实施例提供的一种电网二次调频装置的结构示意图。所述电网二次调频装置包括：协同控制模块、区域控制偏差获取模块、实时总调节功率获取模块、蜉蝣算法模块、适应度函数模块、适应度数值收敛模块和实时总调节功率分配模块。
协同控制模块，所述协同控制模块根据风光水储系统和电网系统的互联电网框架建立，用于控制风光水储系统参与电网系统的二次调频。
区域控制偏差获取模块，用于获取一次调频后全部调频机组的实时频率偏差以及实时联络线功率偏差，并将实时频率偏差和实时联络线功率偏差转化为区域控制偏差。
实时总调节功率获取模块，用于根据协同控制模块以及区域控制偏差，生成对风光水储系统的实时总调节功率。
蜉蝣算法模块，用于获取所述实时总调节功率，并将实时总调节功率转化为2M组调频机组分配方案。
适应度函数模块，用于获取所述2M组调频机组分配方案，并输出所述2M组调频机组分配方案对应的2M个适应度数值。
适应度数值收敛模块，用于将所述2M个适应度数值进行升序排列，获得所述2M个适应度数值中最小的适应度数值，根据所述最小的适应度数值对应的调频机组分配方案，将所述实时总调节功率分配给每个调频机组，获得每个调频机组的实时调节功率，获取全部调频机组的频率偏差和联络线功率偏差，将实时频率偏差和实时联络线功率偏差转化为区域控制偏差，根据协同控制模型以及区域控制偏差，生成对风光水储系统的实时总调节功率，将所述实时总调节功率输入所述蜉蝣算法模型，重新获取2M组调频机组分配方案，将所述2M组调频机组分配方案输入所述适应度函数模型，获得对应的2M个适应度数值，重复运行本模块直到所述2M个适应度数值全部相等。
实时总调节功率分配模块，用于随机选取所述2M个适应度数值中任一适应度数值，获得所述适应度数值对应的调频机组分配方案，通过所述对应的调频机组分配方案，将实时总调节功率分配给每个调频机组。
进一步的，所述蜉蝣算法模块还包括以下单元。
初始化单元，用于根据所述实时总调节功率，以及全部调频机组中任一调频机组的调节功率上限与调节功率下限，获取任意2M组调节功率分配方案，其中任一组调节功率分配方案包括全部调频机组中任一调频机组分配的调节功率。
调节功率变化集获取单元，用于选取所述2M组调节功率分配方案中任意M组调节功率分配方案，作为第一方案集，并将余下M组调节功率分配方案，作为第二方案集。获取第一方案集中任一组调节功率分配方案中全部调频机组当前的调节功率变化值，作为第一调节功率变化集，获取第二方案集中任一组调节功率分配方案中全部调频机组的调节功率变化值，作为第二调节功率变化集。
调节功率分配方案更新单元，用于通过预先建立的第一调节功率变化模块，对所述第一调节功率变化集中全部调频机组的调节功率变化值进行更新，获得第三调节功率变化集，通过所述第三调节功率变化集，更新第一方案集中全部调节功率分配方案。对所述第二调节功率变化集中全部调节功率变化值进行更新，获得第四调节功率变化集，通过所述第四调节功率变化集，更新第二方案集中全部调节功率分配方案。
适应度数值排序单元，用于通过预先建立的目标函数以及预先建立的罚函数，获得适应度函数模块，通过适应度函数模块获得所述第一方案集中任一调节功率分配方案的适应度数值，将所述第一方案集中全部调节功率分配方案的适应度数值按照升序排列，通过适应度函数模块获得所述第二方案集中任一调节功率分配方案的适应度数值，将所述第二方案集中全部调节功率分配方案的适应度数值按照升序排列。
调节功率分配方案获取单元，用于根据第一方案集与第二方案集中适应度数值的排序数值，获得具有相同排序数值的调节功率分配方案，将所述具有相同排序数值的调节功率分配方案通过预先建立的更新模块更新，获得两组调节功率分配方案，获得2M组调节功率分配方案。
控制单元，用于按照预设执行次数，重复并依次运行调节功率变化集获取单元、调节功率分配方案更新单元、适应度数值排序单元和调节功率分配方案获取单元，并输出所述2M组调节功率分配方案。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电网二次调频方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据风光水储系统和电网系统的互联电网框架，建立协同控制模型，所述协同控制模型用于控制风光水储系统参与电网系统的二次调频；
获取一次调频后全部调频机组的实时频率偏差以及实时联络线功率偏差；
将实时频率偏差和实时联络线功率偏差转化为区域控制偏差，根据协同控制模型以及区域控制偏差，生成对风光水储系统的实时总调节功率；
将所述实时总调节功率输入预先建立的蜉蝣算法模型，获得2M组调频机组分配方案，将所述2M组调频机组分配方案输入预先建立的适应度函数模型，获得对应的2M个适应度数值；
将所述2M个适应度数值进行升序排列，获得所述2M个适应度数值中最小的适应度数值，根据所述最小的适应度数值对应的调频机组分配方案，将所述实时总调节功率分配给每个调频机组，获得每个调频机组的实时调节功率，获取全部调频机组的频率偏差和联络线功率偏差，将实时频率偏差和实时联络线功率偏差转化为区域控制偏差，根据协同控制模型以及区域控制偏差，生成对风光水储系统的实时总调节功率，将所述实时总调节功率输入所述蜉蝣算法模型，重新获取2M组调频机组分配方案，将所述2M组调频机组分配方案输入所述适应度函数模型，获得对应的2M个适应度数值，重复执行本步骤直到所述2M个适应度数值全部相等；
随机选取所述2M个适应度数值中任一适应度数值，获得所述适应度数值对应的调频机组分配方案，通过所述对应的调频机组分配方案，将实时总调节功率分配给每个调频机组。
2.根据权利要求1所述的电网二次调频方法，其特征在于，所述根据风光水储系统和电网系统的互联电网框架，建立协同控制模型包括以下步骤：
获取总功率调节指令，所述总功率调节指令为预定输出的总调节功率；
建立目标函数模型，所述目标函数模型包括第一目标函数和第二目标函数，所述第一目标函数为：
Figure FDA0003112463840000011
所述第二目标函数为：
Figure FDA0003112463840000012
其中，H1表示总功率偏差的最小值；H2表示总调频里程费用的最小值；ΔPorder(t)是第t个控制间段风光水储系统参与电网调频的功率调节指令；di(t)为第t个控制间段的第i台机组的调频里程补偿费用；△Pi out(t)表示为第i台调频机组在t个控制间段的实际输出调节功率；λ为调频里程价格；
Figure FDA0003112463840000013
为第i个调频机组的调频性能指标；N表示调频期间控制间段的数量；n表示全部调频机组的数量；
根据全部控制间段风光水储系统参与电网系统二次调频的功率调节指令数值，以及全部调频机组在全部控制间段的调节功率指令输入数值的总和，获得功率平衡约束；
根据任一控制间段，任一调频机组的调节功率指令输入数值与风光水储系统参与电网调频的功率调节指令数值乘积，获得调频方向约束；
根据任一调频机组的调节功率上限与调节功率下限，获得所述调频机组的调节容量约束；
根据任一调频机组的最大爬坡速率，获得爬坡约束，所述最大爬坡速率为所述调频机组在相邻两个控制间段的实际输出调节功率的最大变化值；
根据功率平衡约束、调频方向约束、调节容量约束和爬坡约束，建立约束模型；
所述风光水储系统和电网系统的互联电网框架包括总功率调节指令、目标函数模型和约束模型，根据总功率调节指令、目标函数模型和约束模型，建立协同控制模型。
3.根据权利要求1所述的电网二次调频方法，其特征在于，所述将所述实时总调节功率输入预先建立的蜉蝣算法模型，获得2M组调频机组分配方案包括以下步骤：
S301：根据所述实时总调节功率，以及全部调频机组中任一调频机组的调节功率上限与调节功率下限，获取任意2M组调节功率分配方案，其中任一组调节功率分配方案包括全部调频机组中任一调频机组分配的调节功率；
S302：选取所述2M组调节功率分配方案中任意M组调节功率分配方案，作为第一方案集，并将余下M组调节功率分配方案，作为第二方案集；获取第一方案集中任一组调节功率分配方案中全部调频机组当前的调节功率变化值，作为第一调节功率变化集，获取第二方案集中任一组调节功率分配方案中全部调频机组的调节功率变化值，作为第二调节功率变化集；
S303：通过预先建立的第一调节功率变化模型，对所述第一调节功率变化集中全部调频机组的调节功率变化值进行更新，获得第三调节功率变化集，通过所述第三调节功率变化集，更新第一方案集中全部调节功率分配方案；
通过预先建立的第二调节功率变化模型，对所述第二调节功率变化集中全部调节功率变化值进行更新，获得第四调节功率变化集，通过所述第四调节功率变化集，更新第二方案集中全部调节功率分配方案；
S304：通过预先建立的目标函数以及预先建立的罚函数，获得适应度函数模型，通过适应度函数模型获得所述第一方案集中任一调节功率分配方案的适应度数值，将所述第一方案集中全部调节功率分配方案的适应度数值按照升序排列，通过适应度函数模型获得所述第二方案集中任一调节功率分配方案的适应度数值，将所述第二方案集中全部调节功率分配方案的适应度数值按照升序排列；
S305：根据第一方案集与第二方案集中适应度数值的排序数值，获得具有相同排序数值的调节功率分配方案，将所述具有相同排序数值的调节功率分配方案通过预先建立的更新模型更新，获得两组调节功率分配方案，获得2M组调节功率分配方案；
S306：按照预设执行次数，重复执行S302至S305，并输出所述2M组调节功率分配方案。
4.根据权利要求3所述的电网二次调频方法，其特征在于，所述预先建立的第一调节功率变化模型为：
Figure FDA0003112463840000021
其中，Γ表示第一方案集中适应度数值最小的调节功率分配方案；Λ表示第一方案集中去除适应度数值最小的调节功率分配方案的全部调节功率分配方案；
Figure FDA0003112463840000022
表示第t次迭代时第i组调节功率分配方案中第j个调频机组的调节功率变化值；
Figure FDA0003112463840000023
表示第t+1次迭代时第i组调节功率分配方案中第j个调频机组的调节功率变化值；ΔPij t表示第t次迭代时第i组调节功率分配方案中第j个调频机组的调节功率；pbestij表示在所述第一方案集中，在t+1次迭代前所有迭代中第i组调节功率分配方案自身适应度数值最小时，第j个调频机组的调节功率；gbestj表示第一方案集中全部调节功率分配方案中适应度数值最小的调节功率分配方案，所述调节功率分配方案中第j个调频机组的调节功率；a1与a2为吸引常数；β为可见度系数；d表示飞舞系数；r的取值范围为[-1,1]；
Figure FDA0003112463840000024
为笛卡尔距离；当γp代表笛卡尔距离时，Δpij为pbestij；当γg代表笛卡尔距离时，Δpij为gbestj。
5.根据权利要求3所述的电网二次调频方法，其特征在于，所述预先建立的第二调节功率变化模型为：
Figure FDA0003112463840000025
其中，
Figure FDA0003112463840000026
表示第二方案集中第t次迭代时第u组调节功率分配方案中第j个调频机组的调节功率变化值；
Figure FDA0003112463840000027
表示第二方案集中第t+1次迭代时第u组调节功率分配方案中第j个调频机组的调节功率变化值；ΔPi t表示第一方案集中第t次迭代时第i组调节功率分配方案；
Figure FDA0003112463840000031
表示第一方案集中第t次迭代时第i组调节功率分配方案；ΔPi t和
Figure FDA0003112463840000032
的适应度数值分别在第一方案集和第二第二方案集中具有相同升序排序数值；a2是吸引常数；β为可见度系数；γmf表示第一方案集中调节功率分配方案ΔPi与第二方案集中调节功率分配方案ΔPu之间的笛卡尔距离；fl是随机游动系数；r表示飞舞的随机性，取值范围为[-1,1]；F(x)为预先建立的适应度函数模型。
6.根据权利要求3所述的电网二次调频方法，其特征在于，所述通过预先建立的目标函数以及预先建立的罚函数，获得适应度函数模型的步骤包括：目标函数包括第一目标函数H1与第二目标函数H2，获取第一目标函数的权值函数w1，获取第二目标函数的权值函数w2，获取罚函数M，以及罚函数M的惩罚因子σ，适应度函数模型为F＝w1H1+w2H2+σM。
7.根据权利要求3所述的电网二次调频方法，其特征在于，所述预先建立的更新模型为：
获取具有相同排序数值的两组调节功率分配方案，所述两组调节功率分配方案包括第一调节功率分配方案和第二调节功率分配方案；
第一调节功率分配方案的权重为第一权值，第二调节功率分配方案的权重为第二权值；
任一调频机组利用在第一调节功率分配方案中分配的调节功率乘以第一权值，加上所述调频机组在第二调节功率分配方案中分配的调节功率乘以第二权值，得到所述调频机组第一个新的调节功率；
任一调频机组利用在第一调节功率分配方案中分配的调节功率乘以第二权值，加上所述调频机组在第二调节功率分配方案中分配的调节功率乘以第一权值，得到所述调频机组第二个新的调节功率。
8.根据权利要求7所述的电网二次调频方法，其特征在于，所述第一权值与第二权值的和为1。
9.一种电网二次调频装置，其特征在于，所述一种电网二次调频装置用于执行权利要求1-8任意一项所述的一种电网二次调频方法，所述一种电网二次调频装置包括：
协同控制模块，所述协同控制模块根据风光水储系统和电网系统的互联电网框架建立，用于控制风光水储系统参与电网系统的二次调频；
区域控制偏差获取模块，用于获取一次调频后全部调频机组的实时频率偏差以及实时联络线功率偏差，并将实时频率偏差和实时联络线功率偏差转化为区域控制偏差；
实时总调节功率获取模块，用于根据协同控制模块以及区域控制偏差，生成对风光水储系统的实时总调节功率；
蜉蝣算法模块，用于获取所述实时总调节功率，并将实时总调节功率转化为2M组调频机组分配方案；
适应度函数模块，用于获取所述2M组调频机组分配方案，并输出所述2M组调频机组分配方案对应的2M个适应度数值；
适应度数值收敛模块，用于将所述2M个适应度数值进行升序排列，获得所述2M个适应度数值中最小的适应度数值，根据所述最小的适应度数值对应的调频机组分配方案，将所述实时总调节功率分配给每个调频机组，获得每个调频机组的实时调节功率，获取全部调频机组的频率偏差和联络线功率偏差，将实时频率偏差和实时联络线功率偏差转化为区域控制偏差，根据协同控制模型以及区域控制偏差，生成对风光水储系统的实时总调节功率，将所述实时总调节功率输入所述蜉蝣算法模型，重新获取2M组调频机组分配方案，将所述2M组调频机组分配方案输入所述适应度函数模型，获得对应的2M个适应度数值，重复运行本模块直到所述2M个适应度数值全部相等；
实时总调节功率分配模块，用于随机选取所述2M个适应度数值中任一适应度数值，获得所述适应度数值对应的调频机组分配方案，通过所述对应的调频机组分配方案，将实时总调节功率分配给每个调频机组。
10.根据权利要求9所述的电网二次调频装置，其特征在于，所述蜉蝣算法模块还包括：
初始化单元，用于根据所述实时总调节功率，以及全部调频机组中任一调频机组的调节功率上限与调节功率下限，获取任意2M组调节功率分配方案，其中任一组调节功率分配方案包括全部调频机组中任一调频机组分配的调节功率；
调节功率变化集获取单元，用于选取所述2M组调节功率分配方案中任意M组调节功率分配方案，作为第一方案集，并将余下M组调节功率分配方案，作为第二方案集；获取第一方案集中任一组调节功率分配方案中全部调频机组当前的调节功率变化值，作为第一调节功率变化集，获取第二方案集中任一组调节功率分配方案中全部调频机组的调节功率变化值，作为第二调节功率变化集；
调节功率分配方案更新单元，用于通过预先建立的第一调节功率变化模块，对所述第一调节功率变化集中全部调频机组的调节功率变化值进行更新，获得第三调节功率变化集，通过所述第三调节功率变化集，更新第一方案集中全部调节功率分配方案；对所述第二调节功率变化集中全部调节功率变化值进行更新，获得第四调节功率变化集，通过所述第四调节功率变化集，更新第二方案集中全部调节功率分配方案；
适应度数值排序单元，用于通过预先建立的目标函数以及预先建立的罚函数，获得适应度函数模块，通过适应度函数模块获得所述第一方案集中任一调节功率分配方案的适应度数值，将所述第一方案集中全部调节功率分配方案的适应度数值按照升序排列，通过适应度函数模块获得所述第二方案集中任一调节功率分配方案的适应度数值，将所述第二方案集中全部调节功率分配方案的适应度数值按照升序排列；
调节功率分配方案获取单元，用于根据第一方案集与第二方案集中适应度数值的排序数值，获得具有相同排序数值的调节功率分配方案，将所述具有相同排序数值的调节功率分配方案通过预先建立的更新模块更新，获得两组调节功率分配方案，获得2M组调节功率分配方案；
控制单元，用于按照预设执行次数，重复并依次运行调节功率变化集获取单元、调节功率分配方案更新单元、适应度数值排序单元和调节功率分配方案获取单元，并输出所述2M组调节功率分配方案。
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