頻率狀態(tài)參數(shù)檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種頻率狀態(tài)參數(shù)檢測方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 因?yàn)轱L(fēng)能隨機(jī)波動(dòng)的特點(diǎn)和風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性相對(duì)復(fù)雜，風(fēng)電的接入對(duì)能量管 理系統(tǒng)（energy management system，EMS)提出了新的挑戰(zhàn)。電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)（state estimation, SE)是EMS的核屯、功能之一，也是其他高級(jí)應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)。狀態(tài)估計(jì)的結(jié)果直 接影響電網(wǎng)調(diào)度的智能化分析與決策，它是遠(yuǎn)動(dòng)裝置與數(shù)據(jù)庫之間的重要一環(huán)。對(duì)風(fēng)機(jī)的 運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控是保證風(fēng)電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，然而要獲取它們準(zhǔn)確的運(yùn)行狀 態(tài)，那就必須要求對(duì)狀態(tài)估計(jì)的功能進(jìn)行完善，同時(shí)也要求狀態(tài)估計(jì)根據(jù)電網(wǎng)的發(fā)展而不 斷地提高，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)高級(jí)在線應(yīng)用程序的水平。
[0003] 隨著大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)，風(fēng)電出力的波動(dòng)性不僅會(huì)改變電網(wǎng)原有的潮流分布， 還會(huì)對(duì)電網(wǎng)頻率產(chǎn)生顯著影響，傳統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)模型已不再適用，難W準(zhǔn)確反映風(fēng)電系統(tǒng) 中頻率的變化，狀態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確性較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)準(zhǔn)確性較低的問題，提供一種頻率狀態(tài)參數(shù)檢測方 法。
[0005] -種頻率狀態(tài)參數(shù)檢測方法，包括W下步驟：
[0006] 建立計(jì)及頻率偏差的異步風(fēng)機(jī)的簡化RX模型，根據(jù)所述簡化RX模型獲取r形簡化 電路，根據(jù)所述r形簡化電路構(gòu)造計(jì)及頻率偏差的量測方程；
[0007] 根據(jù)所述量測方程構(gòu)造雅克比矩陣，根據(jù)所述雅克比矩陣和電力系統(tǒng)的初始頻率 狀態(tài)參數(shù)建立頻率狀態(tài)的狀態(tài)方程，對(duì)所述狀態(tài)方程進(jìn)行迭代求解，得到所述狀態(tài)方程的 狀態(tài)修正量；
[000引根據(jù)所述狀態(tài)修正量對(duì)所述初始頻率狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行修正，并重復(fù)根據(jù)所述雅克比 矩陣和初始頻率狀態(tài)參數(shù)建立頻率狀態(tài)的狀態(tài)方程的步驟，直到所述狀態(tài)修正量滿足預(yù)設(shè) 的收斂條件，將修正后的初始頻率狀態(tài)參數(shù)設(shè)為電力系統(tǒng)當(dāng)前的頻率狀態(tài)。
[0009] 上述頻率狀態(tài)參數(shù)檢測，通過在異步風(fēng)機(jī)的簡化RX模型中引入頻率偏差，并獲取 r形簡化電路，根據(jù)所述r形簡化電路構(gòu)造計(jì)及頻率偏差的量測方程，根據(jù)量測方程構(gòu)造 雅克比矩陣，并獲取狀態(tài)方程的狀態(tài)修正量，通過所述狀態(tài)修正量對(duì)初始頻率狀態(tài)參數(shù)進(jìn) 行迭代修正，直到狀態(tài)修正量滿足預(yù)設(shè)的收斂條件，將頻率偏差作為新的狀態(tài)量引入到狀 態(tài)估計(jì)過程中，能夠準(zhǔn)確反映風(fēng)電系統(tǒng)中頻率的變化，提高了狀態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確性。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的頻率狀態(tài)參數(shù)檢測方法流程圖；
[0011] 圖2為計(jì)及頻率偏差變量的異步風(fēng)機(jī)T形等效電路圖；
[0012] 圖3為計(jì)及頻率偏差變量的異步風(fēng)機(jī)r形簡化電路。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的頻率狀態(tài)參數(shù)檢測方法的實(shí)施例進(jìn)行描述。
[0014] 圖1為本發(fā)明的頻率狀態(tài)參數(shù)檢測方法流程圖。如圖1所示，所述頻率狀態(tài)參數(shù)檢 測方法可包括如下步驟：
[0015] Sl，建立計(jì)及頻率偏差的異步風(fēng)機(jī)的簡化RX模型，根據(jù)所述簡化RX模型獲取r形 簡化電路，根據(jù)所述r形簡化電路構(gòu)造計(jì)及頻率偏差的量測方程；
[0016] 其中，可通過如下方式建立計(jì)及頻率偏差的異步風(fēng)機(jī)的簡化RX模型：
[0017] 獲取電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù);所述網(wǎng)絡(luò)參數(shù)可包括母線編號(hào)、名稱、補(bǔ)償電容，輸電 線路的支路號(hào)、首端節(jié)點(diǎn)和末端節(jié)點(diǎn)編號(hào)、串聯(lián)電阻、串聯(lián)電抗、并聯(lián)電導(dǎo)、并聯(lián)電納、變壓 器變比和阻抗，風(fēng)電場的空氣密度、風(fēng)速，風(fēng)機(jī)機(jī)型參數(shù)和系統(tǒng)初始頻率。
[0018] 根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對(duì)電力系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行初始化操作；
[0019] 根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和初始化的狀態(tài)參數(shù)建立計(jì)及頻率偏差的異步風(fēng)機(jī)的簡化RX 模型。
[0020] 本發(fā)明W異步風(fēng)機(jī)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型為例分析風(fēng)機(jī)的頻率特性。當(dāng)考慮電力系統(tǒng)頻率 偏差變量時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的等值電路模型如圖2所示。圖中Ri、R2和Rm分別為定子電阻、轉(zhuǎn)子 電阻和勵(lì)磁電阻;Xl、X沸Xm分別表示定子電抗、轉(zhuǎn)子電抗和勵(lì)磁電抗；Il、l2和Im分別為流過 定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組和勵(lì)磁繞組的電流;S是滑差；Af是頻率偏差量;Pg、Qg為異步發(fā)電機(jī)發(fā) 出的有功功率和無功功率。
[0021] 為了簡化計(jì)算，本文采用RX模型。容量較大(大于40kW)的異步電機(jī)，由于其Xi?Xm， 且Ri和Rm可W忽略不計(jì)，可近似等效為圖3所示的r形電路。
[00剖圖3中，令Xi2 = Xi+X2,則簡化RX模型的轉(zhuǎn)子電流12、有功功率Pg和無功功率Qg分別 為：
[0026] 由上面的式子可知，當(dāng)滑差S或者頻率偏移量Af變化時(shí)，Pg、Qg都會(huì)隨之變化。
[0027] 為了考慮電網(wǎng)側(cè)頻率偏差對(duì)同步發(fā)電機(jī)的影響，同步發(fā)電機(jī)采用下面的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模 型：

[0030] 式中：Pg和化分別表示同步發(fā)電機(jī)輸出的有功功率值和無功功率值，PG_set和舶_set 分別是同步發(fā)電機(jī)初始的有功功率值和無功功率值，扣是額定有功功率值，化是對(duì)應(yīng)同步發(fā) 電機(jī)的調(diào)速率，ag和bQ是同步發(fā)電機(jī)無功出力對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)系數(shù)，A f表示系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)頻率與 額定值的偏差。
[0031] 負(fù)荷的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型采用考慮頻率變化的靜態(tài)模型，其多項(xiàng)式模型可表示如 下：
[0034]式中：Pl和化分別表示該負(fù)荷的有功和無功值，PL_set和QLset分別表示該負(fù)荷的有 功和無功的初始值，Kp和Kq分別表示負(fù)荷有功和無功對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)。Pp、pc、pz和Qp、 qc、qz表示負(fù)荷模型靜態(tài)電壓特性系數(shù)，化和化B分別是該負(fù)荷的電壓運(yùn)行值和額定電壓值。 [00巧]量測方程可包括：
[0036]發(fā)電機(jī)注入功率量測方程為：
[0039] 其中，Pe_set和舶_set分別是同步發(fā)電機(jī)初始的有功功率值和無功功率值，Pr是額定 有功功率值，Rr是對(duì)應(yīng)同步發(fā)電機(jī)的調(diào)速率，ag和bQ是同步發(fā)電機(jī)無功出力對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)系 數(shù)，Af表示系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)頻率與額定值的偏差，Ui和&分別表示節(jié)點(diǎn)i和j的電壓幅值，01J是 節(jié)點(diǎn)巧Ij節(jié)點(diǎn)j的電壓相角差，Gij和Bij則表示節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納陣中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)i和j之間的電導(dǎo)和電 納，n是系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)總數(shù)；
[0040] 負(fù)荷注入功率量測方程為：
[004；3]其中，PL_set和化_set分別表示該負(fù)荷的有功和無功的初始值，Kp和Kq分別表示負(fù)荷 有功和無功對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)，Pp、Pc、Pz和qp、Qc、Qz表示負(fù)荷模型靜態(tài)電壓特性系數(shù)，Ul 和化B分別是該負(fù)荷的電壓運(yùn)行值和額定電壓值；
[0044]異步風(fēng)機(jī)注入功率量測方程為：
[0047] 其中，Pgi和Qgi分別為異步風(fēng)機(jī)注入的有功功率和無功功率，A f表示系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí) 頻率與額定值的偏差，R2為轉(zhuǎn)子電阻；S是滑差，U為風(fēng)機(jī)輸出的電壓，Xl2 = Xl+X2，Xl和拉分別 表示定子電抗和轉(zhuǎn)子電抗，Xm為勵(lì)磁電抗。
[0048] S2,根據(jù)所述量測方程構(gòu)造雅克比矩陣，根據(jù)所述雅克比矩陣和電力系統(tǒng)的初始 頻率狀態(tài)參數(shù)建立頻率狀態(tài)的狀態(tài)方程，對(duì)所述狀態(tài)方程進(jìn)行迭代求解，得到所述狀態(tài)方 程的狀態(tài)修正量；
[0049] 電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行和控制需要了解系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行工況，由于測量和傳輸?shù)确?面的原因，得到的生數(shù)據(jù)難免存在誤差，狀態(tài)估計(jì)能在一定程度上提高數(shù)據(jù)的精度。自1969 年美國麻省理工學(xué)院的許懷丕(F.C. Schweppe)等人提出了電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的最基本算 法--基本加權(quán)最小二乘(wei曲ted least squares，WLS)狀態(tài)估計(jì)算法W來，加權(quán)最小二 乘法成為電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)中應(yīng)用最多的算法。其基本思想是W量測量和量測估計(jì)值之差 的平方和最小為目標(biāo)準(zhǔn)則的估計(jì)方法?；炯訖?quán)最小二乘法是電力系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的最基本 方法，該方法模型簡單，收斂性能好，估計(jì)質(zhì)量高，是目前應(yīng)用最為廣泛的方法之一。該方法 的不足就是計(jì)算雅克比矩陣時(shí)需要手工推導(dǎo)微分公式和編寫微分代碼，工作繁瑣且容易出 錯(cuò)，效率低下。當(dāng)頻率偏差作為新增的狀態(tài)量后，雅克比元素會(huì)更加復(fù)雜，該方法的缺點(diǎn)也 更明顯。
[0050] 為了克服上述缺陷，本發(fā)明在構(gòu)造雅克比矩陣時(shí)，可采用自動(dòng)微分(Automatic Differentiation, AD)技術(shù)。可根據(jù)所述量測方程構(gòu)造雅克比矩陣的步驟包括：
[0051 ]將雅克比矩陣中不變?cè)氐奈恢煤蛿?shù)值存儲(chǔ)到一個(gè)鏈表中；
[0052] 根據(jù)所述量測方程，并采用AD技術(shù)計(jì)算雅克比矩陣中的可變?cè)兀?br>[0053] 根據(jù)所述不變?cè)氐奈恢煤蛿?shù)值，