CN114362231B - 一种直流频率调制参数优化方法、系统及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直流频率调制参数优化方法、系统及存储介质，本发明基于频率响应曲线获取频率裕度指标，评估直流频率调制后系统频率暂态过程中恢复效果，根据频率裕度指标，计算不同调制参数下的目标值，对目标值进行评估，实现了直流频率调制参数优化，为快速协调多回直流参与频率调制提供了技术支撑。

Description

一种直流频率调制参数优化方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及一种直流频率调制参数优化方法、系统及存储介质，属于电力系统自动化技术领域和控制技术领域。
背景技术
电力系统频率特性直接对系统安全稳定性和电能质量产生重要影响。发生大功率失却故障后，减小频率波动幅度，确保频率在允许范围，是电网安全稳定运行控制的重要任务之一。随着大容量特高压直流逐步投运和新能源不断接入，大量常规电源被替代，系统转动惯量水平持续降低，电网频率调节能力下降，全网性频率问题和暂态频率时空分布特性程度加剧。对于多直流馈入受端电网，正常运行的直流是非常有效的控制资源，与传统切机、切负荷等电力系统紧急控制措施相比，利用直流输电系统对交流系统进行紧急支援具有快速可靠、调节容量大、对系统造成经济损失小等特点，对系统频率跌落有较好的抑制效果，可有效改善系统频率特性，是一种经济可行的控制手段。
直流频率调制是将交流系统频率作为控制器的输入信号，调整直流系统输电功率，当系统受扰动引起频率波动时，利用直流频率调制改变直流输电功率，抑制系统频率波动，在多直流馈入受端电网，出现某些直流故障造成大功率失去后，其他直流频率调制动作，可在一定程度降低直流故障对频率安全稳定性造成的不良影响，为了有效发挥直流频率调制效果，直流频率调制参数选择是调制效果的关键，但是目前还没有相应的参数优化方法。
发明内容
本发明提供了一种直流频率调制参数优化方法、系统及存储介质，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种直流频率调制参数优化方法，包括：
获取不同调制参数下的频率响应曲线；
根据频率响应曲线和预设的频率基准线，获取不同调制参数下的频率裕度指标；其中，频率裕度指标为评估直流频率调制后系统频率暂态过程中恢复效果的指标；
根据频率裕度指标和预先构建的目标函数，计算不同调制参数下的目标值；其中，目标函数以频率裕度指标的加权和最小为目标；
对不同调制参数下的目标值进行评价，确定最优的目标值，将最优目标值对应的调制参数作为最优的调制参数。
获取不同调制参数下的频率响应曲线，包括：
采用时域仿真获取不同调制参数下的频率响应曲线。
调制参数包括时间常数和增益。
频率裕度指标包括频率响应曲线中频率最低点与频率基准线的最大偏差、频率最低点对应的时刻、以及频率响应曲线与频率基准线在时间窗内包围的面积。
目标函数为：
η＝min[λ1fd(i)+λ2S(i)+λ3td(i)]
其中，η为目标值，fd(i)为频率响应曲线中频率最低点与频率基准线的最大偏差，λ1为fd(i)的权重，S(i)为频率响应曲线与频率基准线在时间窗内包围的面积，λ2为S(i)的权重，td(i)为频率最低点对应的时刻，λ3为td(i)的权重；
fd(i)＝fN-ftmin
Figure BDA0003416491690000031
Figure BDA0003416491690000032
t2＝min(t1,T)
Figure BDA0003416491690000033
其中，fN为基准频率，ftmin为频率响应曲线中的最低频率，ft为频率响应曲线中任意时刻的频率，t0为频率跌落开始时刻，t1为频率恢复至fN的时刻，t2为频率恢复结束时刻，T为获取频率响应曲线采用的时域仿真的结束时间。
对不同调制参数下的目标值进行评价，确定最优的目标值，将最优目标值对应的调制参数作为最优的调制参数，包括：
采用基于灰色关联的TOPSIS法，对不同调制参数下的目标值进行评价，确定最优的目标值，将最优目标值对应的调制参数作为最优的调制参数。
一种直流频率调制参数优化系统，包括：
曲线获取模块：获取不同调制参数下的频率响应曲线；
指标获取模块：根据频率响应曲线和预设的频率基准线，获取不同调制参数下的频率裕度指标；其中，频率裕度指标为评估直流频率调制后系统频率暂态过程中恢复效果的指标；
目标值计算模块：根据频率裕度指标和预先构建的目标函数，计算不同调制参数下的目标值；其中，目标函数以频率裕度指标的加权和最小为目标；
最优确定模块：对不同调制参数下的目标值进行评价，确定最优的目标值，将最优目标值对应的调制参数作为最优的调制参数。
频率裕度指标包括频率响应曲线中频率最低点与频率基准线的最大偏差、频率最低点对应的时刻、以及频率响应曲线与频率基准线在时间窗内包围的面积。
目标值计算模块采用的目标函数为：
η＝min[λ1fd(i)+λ2S(i)+λ3td(i)]
其中，η为目标值，fd(i)为频率响应曲线中频率最低点与频率基准线的最大偏差，λ1为fd(i)的权重，S(i)为频率响应曲线与频率基准线在时间窗内包围的面积，λ2为S(i)的权重，td(i)为频率最低点对应的时刻，λ3为td(i)的权重；
fd(i)＝fN-ftmin
Figure BDA0003416491690000041
Figure BDA0003416491690000042
t2＝min(t1,T)
Figure BDA0003416491690000043
其中，fN为基准频率，ftmin为频率响应曲线中的最低频率，ft为频率响应曲线中任意时刻的频率，t0为频率跌落开始时刻，t1为频率恢复至fN的时刻，t2为频率恢复结束时刻，T为获取频率响应曲线采用的时域仿真的结束时间。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行直流频率调制参数优化方法。
本发明所达到的有益效果：本发明基于频率响应曲线获取频率裕度指标，评估直流频率调制后系统频率暂态过程中恢复效果，根据频率裕度指标，计算不同调制参数下的目标值，对目标值进行评估，实现了直流频率调制参数优化，为快速协调多回直流参与频率调制提供了技术支撑。
附图说明
图1为直流频率调制参数优化方的流程图。
具体实施方式
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。
如图1所示，一种直流频率调制参数优化方法，包括以下步骤：
步骤1，获取不同调制参数下的频率响应曲线；
步骤2，根据频率响应曲线和预设的频率基准线，获取不同调制参数下的频率裕度指标；其中，频率裕度指标为评估直流频率调制后系统频率暂态过程中恢复效果的指标；
步骤3，根据频率裕度指标和预先构建的目标函数，计算不同调制参数下的目标值；其中，目标函数以频率裕度指标的加权和最小为目标；
步骤4，对不同调制参数下的目标值进行评价，确定最优的目标值，将最优目标值对应的调制参数作为最优的调制参数。
上述方法针对的是单直流参与频率调制，针对多直流参与频率调制，仅需考虑区域电网约束条件下重复步骤1～4的过程，修正每条直流的频率调制参数即可。
上述方法基于频率响应曲线获取频率裕度指标，评估直流频率调制后系统频率暂态过程中恢复效果，根据频率裕度指标，计算不同调制参数下的目标值，对目标值进行评估，实现了直流频率调制参数优化，为快速协调多回直流参与频率调制提供了技术支撑。
在进行参数优化之前，先确定调制参数、频率裕度指标以及目标函数。
调制参数是根据工程经验选取的，一般选取对频率改善效果影响较大的直流频率调制关键参数，主要包括时间常数和增益。
频率裕度指标(为了便于描述，后续简称“指标”)为评估直流频率调制后系统频率暂态过程中恢复效果的指标，因此这里主要包括频率响应曲线中频率最低点与频率基准线的最大偏差、频率最低点对应的时刻、以及频率响应曲线与频率基准线在时间窗内包围的面积。
目标函数以指标的加权和最小为目标，采用公式可以表示为：
η＝min[λ1fd(i)+λ2S(i)+λ3td(i)]
其中，η为目标值，fd(i)为频率响应曲线中频率最低点与频率基准线的最大偏差，λ1为fd(i)的权重，S(i)为频率响应曲线与频率基准线在时间窗内包围的面积，λ2为S(i)的权重，td(i)为频率最低点对应的时刻，λ3为td(i)的权重；
fd(i)＝fN-ftmin
Figure BDA0003416491690000061
Figure BDA0003416491690000062
t2＝min(t1,T)
Figure BDA0003416491690000063
其中，fN为基准频率，ftmin为频率响应曲线中的最低频率，ft为频率响应曲线中任意时刻的频率，t0为频率跌落开始时刻，t1为频率恢复至fN的时刻，t2为频率恢复结束时刻，T为获取频率响应曲线采用的时域仿真的结束时间。
目标函数中的权值用以评价指标在优化过程中的重要程度，因此这里可采用综合赋权法确定各指标的权重值。
综合赋权法是综合了主观赋权法德尔菲法和客观赋权法熵权法的综合衡量方法，采用公式可以表示为：
Figure BDA0003416491690000071
其中，wj为德尔菲法所确定的指标权重值，wej为熵权法确定的指标权重值，λj为综合赋权法确定的指标权重值。
可采用仿真方法获取不同调制参数下的频率响应曲线，这里采用的是时域仿真方法，根据频率响应曲线和预设的频率基准线，可获取不同调制参数下的指标，即fd(i)、S(i)以及td(i)，将指标带入目标函数后，可获得不同调制参数下的目标值。
采用评价法，如层次分析法、模糊综合决策法、TOPSIS法等，对不同调制参数下的目标值进行评价，确定最优的目标值；这里的评价法采用基于灰色关联的TOPSIS法，既可以避免评价的主观性，又避免陷入局部最优解及大量计算问题，具体过程可以分以下6个阶段：
1)计算加权决策矩阵；
Figure BDA0003416491690000072
其中，vmn为第m个备选方案中第n个指标的标准化指标值；
2)确定正、负理想解；
正理想解：G＝{g1,g2,...,gn}，负理想解：B＝{b1,b2,...,bn}；
其中，
Figure BDA0003416491690000081
3)计算各方案与正、负理想解的距离；
第i个方案的指标规范值与正理想解、负理想解之间距离的计算公式为：
Figure BDA0003416491690000082
Figure BDA0003416491690000083
4)计算各方案与正、负理想解的灰色关联度；
A)第i个方案与正理想解关于第j个指标的灰色关联系数为：
Figure BDA0003416491690000084
其中，
Figure BDA0003416491690000085
ξ分辨系数，一般取值为0.5；
各方案与正理想解的灰色关联系数矩阵为：
Figure BDA0003416491690000086
第i个方案与正理想解的灰色关联度为：
Figure BDA0003416491690000087
B)第i个方案与负理想解关于第j个指标的灰色关联系数为：
Figure BDA0003416491690000088
其中，
Figure BDA0003416491690000089
各方案与负理想解的灰色关联系数矩阵为：
Figure BDA0003416491690000091
第i个方案与负理想解的灰色关联度为：
Figure BDA0003416491690000092
5)将距离和灰色关联度标准化；
由于灰色关联度和距离的度量方法和数量级不同，因此有必要将它们规范化；
规范化的公式为：
Figure BDA0003416491690000093
Figure BDA0003416491690000094
6)计算各方案的相对贴近度；
Figure BDA0003416491690000095
Figure BDA0003416491690000096
其中，α+β＝1，α、β的大小反映了决策者对灰色关联分析法和TOPSIS法的偏好，
Figure BDA0003416491690000097
综合反映了方案与理想方案的接近程度，其值越大方案越优，/>
Figure BDA0003416491690000098
则反映了方案与理想方案的远离程度，其值越大方案越劣；
各方案的相对贴近度为：
Figure BDA0003416491690000099
将所求的相对贴近度进行排序，贴近度越大，则方案越优。
将最优目标值对应的调制参数作为最优的调制参数。
针对多直流参与频率调制，仅需考虑区域电网约束条件下重复上述步骤，修正每条直流的频率调制参数即可。
系统发生大功率失去等情况下，上述方法能够快速协调多回直流间的频率调制，改善系统频率特性，提升电网安全稳定运行水平。
基于相同的技术方案，本发明还公开了上述方法的软件系统，即一种直流频率调制参数优化系统，包括：
曲线获取模块：获取不同调制参数下的频率响应曲线。
指标获取模块：根据频率响应曲线和预设的频率基准线，获取不同调制参数下的频率裕度指标；其中，频率裕度指标为评估直流频率调制后系统频率暂态过程中恢复效果的指标，包括频率响应曲线中频率最低点与频率基准线的最大偏差、频率最低点对应的时刻、以及频率响应曲线与频率基准线在时间窗内包围的面积。
目标值计算模块：根据频率裕度指标和预先构建的目标函数，计算不同调制参数下的目标值；其中，目标函数以频率裕度指标的加权和最小为目标。
目标值计算模块采用的目标函数为：
η＝min[λ1fd(i)+λ2S(i)+λ3td(i)]
其中，η为目标值，fd(i)为频率响应曲线中频率最低点与频率基准线的最大偏差，λ1为fd(i)的权重，S(i)为频率响应曲线与频率基准线在时间窗内包围的面积，λ2为S(i)的权重，td(i)为频率最低点对应的时刻，λ3为td(i)的权重；
fd(i)＝fN-ftmin
Figure BDA0003416491690000101
Figure BDA0003416491690000111
t2＝min(t1,T)
Figure BDA0003416491690000112
其中，fN为基准频率，ftmin为频率响应曲线中的最低频率，ft为频率响应曲线中任意时刻的频率，t0为频率跌落开始时刻，t1为频率恢复至fN的时刻，t2为频率恢复结束时刻，T为获取频率响应曲线采用的时域仿真的结束时间。
最优确定模块：对不同调制参数下的目标值进行评价，确定最优的目标值，将最优目标值对应的调制参数作为最优的调制参数。
基于相同的技术方案，本发明还公开了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行直流频率调制参数优化方法。
基于相同的技术方案，本发明还公开了一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行直流频率调制参数优化方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种直流频率调制参数优化方法，其特征在于，包括：
获取不同调制参数下的频率响应曲线；其中，调制参数包括时间常数和增益；
根据频率响应曲线和预设的频率基准线，获取不同调制参数下的频率裕度指标；其中，频率裕度指标为评估直流频率调制后系统频率暂态过程中恢复效果的指标，频率裕度指标包括频率响应曲线中频率最低点与频率基准线的最大偏差、频率最低点对应的时刻、以及频率响应曲线与频率基准线在时间窗内包围的面积；
根据频率裕度指标和预先构建的目标函数，计算不同调制参数下的目标值；其中，目标函数以频率裕度指标的加权和最小为目标；
目标函数为：
η＝min[λ1fd(i)+λ2S(i)+λ3td(i)]
其中，η为目标值，fd(i)为频率响应曲线中频率最低点与频率基准线的最大偏差，λ1为fd(i)的权重，S(i)为频率响应曲线与频率基准线在时间窗内包围的面积，λ2为S(i)的权重，td(i)为频率最低点对应的时刻，λ3为td(i)的权重；
fd(i)＝fN-ftmin
Figure FDA0004169586300000011
Figure FDA0004169586300000012
t2＝min(t1,T)
Figure FDA0004169586300000013
其中，fN为基准频率，ftmin为频率响应曲线中的最低频率，ft为频率响应曲线中任意时刻的频率，t0为频率跌落开始时刻，t1为频率恢复至fN的时刻，t2为频率恢复结束时刻，T为获取频率响应曲线采用的时域仿真的结束时间；
对不同调制参数下的目标值进行评价，确定最优的目标值，将最优目标值对应的调制参数作为最优的调制参数。
2.根据权利要求1所述的一种直流频率调制参数优化方法，其特征在于，获取不同调制参数下的频率响应曲线，包括：
采用时域仿真获取不同调制参数下的频率响应曲线。
3.根据权利要求1所述的一种直流频率调制参数优化方法，其特征在于，对不同调制参数下的目标值进行评价，确定最优的目标值，将最优目标值对应的调制参数作为最优的调制参数，包括：
采用基于灰色关联的TOPSIS法，对不同调制参数下的目标值进行评价，确定最优的目标值，将最优目标值对应的调制参数作为最优的调制参数。
4.一种直流频率调制参数优化系统，其特征在于，包括：
曲线获取模块：获取不同调制参数下的频率响应曲线；其中，调制参数包括时间常数和增益；
指标获取模块：根据频率响应曲线和预设的频率基准线，获取不同调制参数下的频率裕度指标；其中，频率裕度指标为评估直流频率调制后系统频率暂态过程中恢复效果的指标；频率裕度指标包括频率响应曲线中频率最低点与频率基准线的最大偏差、频率最低点对应的时刻、以及频率响应曲线与频率基准线在时间窗内包围的面积；
目标值计算模块：根据频率裕度指标和预先构建的目标函数，计算不同调制参数下的目标值；其中，目标函数以频率裕度指标的加权和最小为目标；
目标值计算模块采用的目标函数为：
η＝min[λ1fd(i)+λ2S(i)+λ3td(i)]
其中，η为目标值，fd(i)为频率响应曲线中频率最低点与频率基准线的最大偏差，λ1为fd(i)的权重，S(i)为频率响应曲线与频率基准线在时间窗内包围的面积，λ2为S(i)的权重，td(i)为频率最低点对应的时刻，λ3为td(i)的权重；
fd(i)＝fN-ftmin
Figure FDA0004169586300000031
Figure FDA0004169586300000032
t2＝min(t1,T)
Figure FDA0004169586300000033
其中，fN为基准频率，ftmin为频率响应曲线中的最低频率，ft为频率响应曲线中任意时刻的频率，t0为频率跌落开始时刻，t1为频率恢复至fN的时刻，t2为频率恢复结束时刻，T为获取频率响应曲线采用的时域仿真的结束时间；
最优确定模块：对不同调制参数下的目标值进行评价，确定最优的目标值，将最优目标值对应的调制参数作为最优的调制参数。
5.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至3所述的方法中的任一方法。
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综合多类型措施的频率紧急协调优化控制研究;常海军;陈春萌;刘福锁;董凌;张舒捷;王超;;电力工程技术(第03期);全文 *

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