基于多变量拟合的发电机调速系统参数优化建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统分析与控制技术领域，具体设及一种基于多变量拟合的发电 机调速系统参数优化建模方法。
【背景技术】
[0002] -次调频性能的研究重点在于控制系统的瞬态性能指标，其应达到超调量尽可能 小，上升时间和调节时间尽可能快，控制系统稳、准、快的要求。一次调频性能指标受调节系 统参数的影响，但目前并没有一次调频性能指标与控制参数之间的定量关系。传统调节系 统参数的选择通常根据经验，缺乏具体的理论计算依据，往往得不到最优控制参数。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于多变量拟合的发电机 调速系统参数优化建模方法。
[0004] 本发明的目的通过W下技术方案实现。
[0005] 基于多变量拟合的发电机调速系统参数优化建模方法，包括W下步骤：
[0006] (1)系统超调量由四个线性控制参数，单位调节功率、油动机时间常数、汽轮机蒸 汽时间常数和发电机惯性时间常数共同决定，上升时间只与发电机惯性时间常数有关，调 节时间与汽轮机蒸汽时间常数和发电机惯性时间常数有关，故将系统超调量01%、系统第 二个周波超调量〇2 %及调节时间ts进行多变量拟合，对上升时间tr进行单变量拟合。
[0007] 多变量拟合的表达式形式需根据单变量拟合的结果来确定，故首先假设：目标因 变量T因单变量X变化时的多项式拟合形式为式(1)如下：
[000引
[0009]式中，T为超调量、上升时间或调节时间；X为单位调节功率K、油动机时间常数Ts、 汽轮机蒸汽时间常数Tch或发电机惯性时间常数化。
[0010]根据单变量拟合的结果，假设T与K、Ts、Tch、Th拟合出的多项式的次数分别为i，j， k, 1，指数变化范围分别为m = 0, i ;n = 0, j ;p = 0，k;q = 0,1则多变量拟合因变量Τ如（2)所 示：
[0011]
[0012]将上述方法运用到调速系统性能指标的多变量拟合中去，于是对于系统超调量 01%的拟合过程就有:首先进行单变量拟合，得其随1(、了3、1'。4、1'4均成线性关系变化，根据此 结果，可知式(2)中i = j = k=l = l，于是可得如式(3)所示的〇1%的多变量拟合式；
[0016]同理可得系统第二个周波超调量02%、调节时间ts、上升时间tr的拟合表达式如式 (4) -(6)，其中，02%随1(、了3、1'。4、化均成线性关系变化，*3随了3成线性关系变化，随化成平方 关系变化，tr随调速系统线性参数化变化。
[0022] 其中，K为单位调节功率，Ts为油动机时间常数，Tc功汽轮机蒸汽时间常数，Th为发 电机惯性时间常数，aia = l，2,...，n)为每一项的系数，通过仿真获得大量离散数据，将运 些数据带入各拟合表达式中，将所得到的方程联立，就可W求得ai的值；；
[0023] (2)调速系统稳定运行时，给定调速系统控制参数取值范围及其他约束条件，建立 调节系统参数的不等式约束方程：
[0024]
[002引其中，8<01/02。0为对调速系统中衰减率的限制；50| ΔΡ(1+0ι%化I <0.2为对 系统中频率最大波动值50 ± 0.2Ηζ的限制条件；
[0026] (3)在步骤（1)和(2)的基础上，建立W系统一次调频的性能指标最为优化的目标 函数，即式(8)，W下两式表示要使超调量、上升时间和调节时间取到最小的值，使系统的频 率响应更为优化，
[0027]
[0028] (4)基于W上条件，应用目标多约束非线性优化方法进行寻优求解过程：
[0029] 1)取初始惩罚因子'^>〇，允许误差6>〇;
[0030] 2)选取迭代初值，取值如式(9)所示；
[0031] x=(〇i,tr,ts,K,Ts,Tch,Th) = (0.25,20,23,0.11,0.2,7,0.05) (9)
[0032] 3)构造惩罚函数
如式（10)所示，
[0033]
[0034] 其中，rW是正数序列，逐个递减，称惩罚因子：
産罚因子的取值为: =1.0,0.1，0.01，0.001，1(^(°)>'(1)>'口)>1>卢)>卢")>1>0，邑。口)为式(7)中的不等 式约束条件，各惩罚函数为并列关系；
[0035] 4)从点出发用无约束优化方法求解惩罚函数的的极值点
[0036] 5)设定相对误差默认值为10-6作为检查迭代是否终止的准则，若误差在默认值范 围内，则停止迭代计算，并为原目标函数f(X)的约束最优解，否则迭代次数加1， 转入步骤3)，继续求解。
[0037] 进一步，上述步骤建立了一次调频性能指标与控制参数的数量关系，在此基础上 W调频性能指标最优为优化目标，并满足相应的不等式约束条件，通过多目标多约束非线 性优化方法，将一次调频指标与控制参数之间关系量化，将调节系统参数优化问题转化为 求解式(8)最小值问题，即可得到最优的调速系统参数。
[0038] 上述数学模型是一个非线性规划模型，通过多目标多约束非线性优化方法可求得 其最优解，既满足有约束的条件，又能使目标函数取得最小值。
[0039] 与现有技术相比，本发明具有W下优点和有益效果：
[0040] 本发明所述方法W超调量、上升时间、调节时间作为一次调频的性能评价指标，考 虑调速系统四个线性参数(单位调节功率、油动机时间常数、汽轮机蒸汽时间常数或发电机 惯性时间常数)对指标的影响，采用多变量拟合的方法，利用仿真数据拟合控制参数和性能 评价指标之间的定量关系，得出它们之间的表达式。在此基础上，通过插值拟合建立一次调 频指标与控制参数之间的定量关系，将调节系统参数的优化问题转化为求解非线性规划的 最优解问题，改善了传统靠经验确定控制参数不理想的问题。通过本申请方法可得到一次 调频性能最优的一组调速系统控制参数，提高调速器一次调频性能，使超调量尽可能小，上 升时间和调节时间尽可能快，达到控制系统稳、准、快的要求。
【附图说明】
[0041] 图1是某地区大规模电力外送系统结构图。
[0042] 图2是超调量指标的单变量拟合图。
[0043] 图3是系统第二个周波超调量02%的单变量拟合图。
[0044] 图4是上升时间指标的单变量拟合图。
[0045] 图5是调节时间的单变量拟合图。
[0046] 图6是系统发生单相接地后的发电机转速偏差曲线图；
[0047] 图7是系统发生两相短路后的发电机转速偏差曲线图；
[0048] 图8是系统切除国能一台机后的其他发电机转速偏差曲线图。
【具体实施方式】
[0049] 下面结合附图对本发明进一步详细说明。本发明提出的基于多变量拟合的发电机 调速系统参数优化建模方法说明如下：
[0050] 某地区大规模电力外送系统结构如图1所示。±800kV特高压直流配套火电电源共 6600MW，其中神华国能电厂4X660MW、国投电厂、国电电厂和瑞虹哈密电厂均为2X660MW。 10台火电机组通过500kV线路接入新哈换500kV交流变电站，新哈换500kV交流母线连接± 800kV特高压直流整流侧换流变压器，连接750/500kV联络变压器，通过750/500kV联络变压 器将500kV送端电网接入750kV地区主网。系统的运行方式为直流孤岛运行方式，即切除该 地区送端交流网络，仅投直流配套电源。
[0051] (1)依据电厂试验报告所提供的参数和多变量拟合方法得到拟合出的系统超调 量、系统第二个周波超调量、调节时间和上升时间的多变量拟合式。
[0052] 系统超调量σι%随调速