一种中小型水力发电机组的机群等值建模方法

摘要

本发明公开了一种中小型水力发电机组的机群等值建模方法，属于电力系统水力发电机组的机群建模与等值分析领域。本发明首先对电网进行区域划分、建立水力发电机组—负荷等值模型，包括并联PID调速器模型、引水系统弹性水击模型、基于综合特性曲线的六参数水轮机模型、三阶实用发电机模型；通过提出的并行粒子群算法辨识等值水力发电机模型参数和负荷模型参数。本发明获得的等值模型更大程度地满足水电能源系统仿真、电力系统分析和调度运行计算的精细化建模要求。

主权项

一种中小型水力发电机组的机群等值建模方法，其特征在于，包括：步骤1将电网中所要分析的电力系统划分为需要保留的研究系统和需要等值的外部系统；步骤2建立所述外部系统中的中小型水力发电机组的机群的等值水力发电机组模型，并建立所述外部系统中所有负荷节点的负荷的等值负荷模型，其中，所述水力发电机组模型包括并联PID调速器模型、引水系统弹性水击模型、水轮机六参数模型以及三阶实用发电机模型；所述等值负荷模型采用恒阻抗模型，其中所述并联PID调速器模型包括PID控制模型和接力器执行机构，其中所述PID控制模型的传递函数如下所示：$y_{\mathrm{PID}}\left(s\right)=(K_p+\frac{K_i}{s}+\frac{K_{d}s}{1+T_{1v}s})(x_c-x)+(b_p\times y_{\mathrm{PID}})\frac{K_i}{s}$其中，x表示发电机频率；x_c表示发电机频率给定值；b_p表示永态转差系数；K_p、K_i、K_d分别表示比例、积分和微分系数；s表示拉普拉斯算子；T_1v表示微分时间常数；y_PID表示控制环节输出；所述接力器执行机构输出y如下所示：$\frac{y\left(s\right)}{y_{\mathrm{PID}}\left(s\right)}=\frac{k_0}{T_{\mathrm{yB}}{T}_y{s}^2+T_{y}s+k_0}$其中，T_y表示主接力器响应时间常数；T_yB表示辅助接力器响应时间常数；k₀表示放大系数；y_PID表示控制环节输出；步骤3消去所述外部系统所有节点，并将所有负荷节点上的负荷相加得到所述等值负荷模型初始参数；步骤4以所述外部系统等值前后边界节点注入功率偏差最小构建目标函数，依据所述等值负荷模型初始参数，设置粒子群解空间，通过迭代调整等值负荷参数，使得等值前后边界节点潮流一致，进而得到所述等值负荷模型的最优参数；步骤5使用并行粒子群算法辨识所述水力发电机组模型参数，包括以下子步骤：(5‑1)在所述外部系统等值前，测量所述研究系统在扰动信号激励下的暂态响应数据，包括联络线功率、所述研究系统母线频率及发电机有功功率；(5‑2)以所述研究系统中的某一母线频率及发电机有功功率的偏差最小构建目标函数；(5‑3)初始化所述水力发电机组模型的待辨识参数和并行粒子群算法参数，通过分配子线程，将种群体划分为多个子种群，并给所述多个子种群分配粒子个数，计算每一子种群的适应值；(5‑4)输入激励信号，计算所述水力发电机组模型的目标变量值，并计算在所述激励信号下的所述研究系统相应位置的母线频率及发电机有功功率；(5‑5)计算所述步骤(5‑2)中构建的所述目标函数的值，在子线程中依据粒子群的进化规则，更新所述多个子种群中粒子速度和位置，获得种群当前最优解；(5‑6)重复所述步骤(5‑4)、(5‑5)，直至达到最大迭代次数或预设精度则停止搜索，得到的最优解即为所述水力发电机组模型参数。