變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性測試模型構(gòu)建研究

鄧大為，劉沛林，朱文，何超林 ，夏偉

（1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510620；2.南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510623；3.南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院，廣東 廣州 510555）

隨著智能變電站調(diào)度技術(shù)的發(fā)展，變電站調(diào)度中心的智能規(guī)劃要求越來越高，需要構(gòu)建變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性測試模型。結(jié)合變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖分布，進(jìn)行變電站調(diào)度中心的優(yōu)化控制，提高變電站調(diào)度和自適應(yīng)控制能力。結(jié)合人工智能控制技術(shù)和參數(shù)優(yōu)化估計(jì)模型，管理和測試變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性，通過虛擬模型構(gòu)造的方法，建立變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性控制參數(shù)約束模型，實(shí)現(xiàn)變電站調(diào)度中心的優(yōu)化管理，相關(guān)的變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性測試技術(shù)研究受到人們的極大關(guān)注[1]。

傳統(tǒng)方法中，對變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性控制和測試的方法主要有基于模糊PID的變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖控制測試方法、虛擬控制方法以及誤差補(bǔ)償調(diào)節(jié)的變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性測試方法等[2-3]。通過分析變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖的電壓和功率因素參數(shù)，通過參數(shù)優(yōu)化評估方法，實(shí)現(xiàn)變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性測試。但該方法進(jìn)行變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性測試的可靠性不好、準(zhǔn)確性不高。

針對上述問題，本文提出基于電網(wǎng)等效慣量特征分析的變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性測試優(yōu)化方法，首先分析變電站調(diào)度中心單線圖的電力控制參數(shù)，分析單線圖模數(shù)圖一致性的離散估計(jì)值，以等值機(jī)組慣量以及負(fù)荷為測試參數(shù)，然后進(jìn)行單線圖模數(shù)圖一致性測試的控制律設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行仿真測試分析。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明所提方法能夠有效提高變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性測試能力。

1 變電站調(diào)度中心單線圖模參數(shù)分析

1.1 粒子群算法

為實(shí)現(xiàn)變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性測試模型的構(gòu)建，首先需構(gòu)建電壓動(dòng)態(tài)平衡模型，采用動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征和等效電感攝動(dòng)分析方法[4]，得到變電站調(diào)度中心單線圖模參數(shù)的輸入端為netj（j為變電站調(diào)度中心單線圖模參數(shù)），通過模糊加權(quán)控制的方法，得到變電站調(diào)度中心單線圖模的自適應(yīng)加權(quán)系數(shù)為x1，x2，…，xn，其中n為單線圖模的數(shù)量。在變電站調(diào)度中心單線圖模模糊信息權(quán)重為w1j，w2j，…，wnj，采用參數(shù)攝動(dòng)和電流環(huán)閉環(huán)控制的方法，得到電壓前饋解耦函數(shù)為

式中：s(f)為線調(diào)整權(quán)數(shù)值；a為模糊加權(quán)控制參數(shù)。

進(jìn)行變電站調(diào)度中心單線圖模特征分解和信息融合，采用靈敏度加權(quán)的方法，融合變電站調(diào)度中心單線圖模參數(shù)，對變電站調(diào)度中心單線圖模傳動(dòng)參數(shù)進(jìn)行信息融合[5]，根據(jù)參數(shù)攝動(dòng)情況進(jìn)行變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性回歸分析，得到檢測統(tǒng)計(jì)量為

式中：w＇(n0)為n0時(shí)刻變電站調(diào)度中心的采樣電流；η＇為電壓前饋參數(shù)。

設(shè)計(jì)自適應(yīng)律，根據(jù)電壓前饋解耦模型，得到變電站調(diào)度中心單線圖模參數(shù)調(diào)度函數(shù)為

通過求直流側(cè)電壓，得到電力控制函數(shù)為

分析變電站調(diào)度中心單線圖的電力控制參數(shù)，通過系統(tǒng)辨識模型參數(shù)識別的方法[6]，得到電流殘差分布權(quán)值ωij(i=1,2;j=1,2,3)，變電站調(diào)度中心狀態(tài)分布權(quán)值ωj(j=1,2,3)，異相兩個(gè)開關(guān)管電容輸入矢量設(shè)定為x，得到系統(tǒng)辨識模型參數(shù)為

式中：β為三相電流殘差電壓；E為三相電流殘差分量。

1.2 變電站調(diào)度中心單線圖模特征分析

通過系統(tǒng)辨識模型參數(shù)識別的方法，進(jìn)行變電站調(diào)度中心單線圖模特征分解和信息融合[7]，分析單線圖模數(shù)圖一致性特征參數(shù)，得到磁密度為

式中：Fm為三相電流的狀態(tài)殘差；Ag為區(qū)間滑模觀測參數(shù)；δ為繞組參數(shù)；is為異相兩個(gè)開關(guān)管電流矢量。

分析各虛擬負(fù)荷與變電站調(diào)度參數(shù)之間的偏差為

式中：μr1和μr2為聯(lián)絡(luò)線r1，r2變電站調(diào)度中心單線長度；l為對偶變量；d為模型參數(shù)。

設(shè)置單線長度μr1和μr2為1，則得到虛擬負(fù)荷為

式中：ki為聯(lián)絡(luò)線懲罰系數(shù)；kβ為跨距系數(shù)。

得到變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性估計(jì)值為

將虛擬負(fù)荷作為已知參數(shù)，增加聯(lián)絡(luò)線懲罰參數(shù)，得到負(fù)荷之比，由此得到變電站調(diào)度中心單線圖模特征分析模型，根據(jù)特征辨識結(jié)果，進(jìn)行變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性分析[8]。

2 變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性測試優(yōu)化

2.1 單線圖模數(shù)圖一致性控制

分析單線圖模數(shù)圖一致性的離散估計(jì)值，以等值機(jī)組慣量以及負(fù)荷為測試參數(shù)，設(shè)計(jì)單線圖模數(shù)圖一致性測試的控制律[9-11]，采用功率平衡約束的方法，得到均衡參數(shù)為

式中：wt為等值機(jī)組慣量數(shù)值；n(v)為負(fù)荷測試參數(shù)。

進(jìn)一步分析變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致的平衡狀態(tài)方程為

式中：l(r)為變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖測試所得總的均衡參數(shù)。

通過聯(lián)絡(luò)線約束的方法進(jìn)行變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性反饋調(diào)節(jié)，功率平衡約束的負(fù)載阻抗Zr、中線阻抗Zs及端線阻抗Zp，可通過如下公式計(jì)算得出：

式中：ud為直流參考電壓；eu為變電站調(diào)度中心單線圖模能量分布；Ac為變電站調(diào)度中心單線圖?？刂频目煽啃苑植紖?shù)；Zi為變電站電子設(shè)備阻抗。

通過Neumann方法得到變電站調(diào)度中心單線圖模控制約束參數(shù)μ0=4π×10-7，采用電壓-無功-電流三環(huán)串級控制的方法，得到系統(tǒng)耦合系數(shù)，其中L11，L12分別為初級、次級電感值，M為互感系數(shù)。R為端電阻，變電站調(diào)度中心單線阻抗[12]表示為

式中：ρ為變電站調(diào)度中心單線圖模分布的電阻率。

采用變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖的穩(wěn)態(tài)功率P=VI，系統(tǒng)電壓波動(dòng)轉(zhuǎn)矩為

通過功率增量分析的方法，進(jìn)行變電站調(diào)度中心單線圖模的等效電路控制[13-14]，單線圖模數(shù)圖一致性控制的增強(qiáng)模型為

式中：φ為控制性能參數(shù)。

綜上分析，得到單線圖模數(shù)圖一致性測試模型，進(jìn)行電壓波動(dòng)調(diào)節(jié)。

2.2 變電站調(diào)度中心單線圖一致性測試

構(gòu)建單線圖模數(shù)圖一致性檢測模型[15-16]，得到變電站調(diào)度中心單線輸出的基準(zhǔn)值為

式中：Lq為有功功率的波動(dòng)；UJ為變電站調(diào)度中心的直流偏置電壓；UE為變電站調(diào)度中心的高壓側(cè)電壓。

采用無功平抑電壓波動(dòng)控制的方法，得到穩(wěn)態(tài)電壓為

式中：Ls為變電站調(diào)度中心的諧波電流；Lv為變電站調(diào)度中心的負(fù)荷波動(dòng)；LE為微分參數(shù)。

采用無功控制平抑電壓的聯(lián)合控制策略，得到變電站調(diào)度中心單線圖模聯(lián)合控制輸出為

式中：yi為第i通道的電流分量相互耦合參數(shù)；fi為動(dòng)態(tài)耦合參數(shù)；bj為電流各次頻率分量，通過聯(lián)合耦合控制的方法，進(jìn)行測量噪聲分析，得到互耦參數(shù)為bx。

變電站調(diào)度中心單線圖模一致性測試的優(yōu)化輸出矩陣為

式中：ξ為諧波分量。

綜上分析，實(shí)現(xiàn)變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性測試。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文方法在實(shí)現(xiàn)變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性測試中的應(yīng)用性能。假設(shè)變電站調(diào)度中心單線圖模參數(shù)分布值為25 kW，電壓前饋解耦系數(shù)為0.34，網(wǎng)側(cè)等效電感15 mH，整流器電流環(huán)閉環(huán)系數(shù)為0.24，網(wǎng)側(cè)電流為200 A，根據(jù)上述參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行變電站調(diào)度中心單線圖的一致性參數(shù)辨識，得到參數(shù)解析結(jié)果如圖1所示，其中ΔU，ΔP分別為電壓、功率波動(dòng)；φ為功率因數(shù)角。

圖1 變電站調(diào)度中心單線圖的一致性參數(shù)解析結(jié)果Fig.1 Analysis results of consistency parameters of substation dispatching center single line diagram

根據(jù)參數(shù)解析結(jié)果，進(jìn)行變電站調(diào)度中心單線圖一致性測試，得到變電站調(diào)度中心單線圖測試收斂曲線如圖2所示。

圖2 變電站調(diào)度中心單線圖測試收斂曲線Fig.2 Convergence curves of single line diagram test in substation dispatching center

分析圖2可知，本文方法能有效實(shí)現(xiàn)變電站調(diào)度中心單線圖模一致性測試，得到負(fù)荷擾動(dòng)有效值降低12.21%，說明抗擾動(dòng)能力較好。

為進(jìn)一步驗(yàn)證所提方法的變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性測試模型的有效性，將文獻(xiàn)[2]方法以及文獻(xiàn)[3]方法作為對照組，對不同方法的變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性測試精度進(jìn)行對比，結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同方法單線模數(shù)圖一致性測試精度對比Fig.3 Comparison of accuracy of single line modulus diagram consistency test by different methods

由圖3可知，在60次實(shí)驗(yàn)迭代過程中，不同方法的單線圖模數(shù)圖一致性測試精度存在較大差異。所提方法的精度可保持在80%以上，相比之下，傳統(tǒng)方法的單線圖模數(shù)圖一致性測試精度在20%～60%之間。以上數(shù)據(jù)表明，所提方法的應(yīng)用性能優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

4 結(jié)論

結(jié)合變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖分布，進(jìn)行變電站調(diào)度中心的優(yōu)化控制，提高變電站調(diào)度和自適應(yīng)控制能力。本文提出基于電網(wǎng)等效慣量特征分析的變電站調(diào)度中心單線圖模數(shù)圖一致性測試優(yōu)化方法。研究得知，所設(shè)計(jì)變電站調(diào)度中心單線圖的一致性測試模型的參數(shù)解析性能較好，自適應(yīng)控制能力較好，具有很好的大擾動(dòng)抑制能力，為相關(guān)領(lǐng)域研究提供可靠依據(jù)。