本發(fā)明涉及新型電力系統(tǒng)的領(lǐng)域，特別是一種含同步發(fā)電機(jī)與虛擬同步機(jī)的電力系統(tǒng)參數(shù)規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、隨著國內(nèi)外新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，虛擬同步機(jī)在電力系統(tǒng)所占比例不斷提升，導(dǎo)致系統(tǒng)會帶有低慣性、低阻尼的特性，使其魯棒性變差，特別是對頻率的支撐能力顯著變低，同時(shí)也對整個(gè)電力系統(tǒng)的電源規(guī)劃提出重要挑戰(zhàn)。為了合理規(guī)劃電力系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)與虛擬同步機(jī)的參數(shù)配置，改善電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，本發(fā)明提出了一種含同步發(fā)電機(jī)與虛擬同步機(jī)的電力系統(tǒng)參數(shù)規(guī)劃方法，該方法基于最小系統(tǒng)慣量與阻尼支撐需求，通過算術(shù)算法規(guī)劃各個(gè)機(jī)組的最優(yōu)慣量和最優(yōu)阻尼配置，降低機(jī)組之間參數(shù)耦合所帶來的負(fù)面影響，保證電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定，提升系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：

2、s1：構(gòu)建同步發(fā)電機(jī)的微分方程數(shù)學(xué)模型；

3、s2：構(gòu)建虛擬同步機(jī)的微分方程數(shù)學(xué)模型；

4、s3：將同步發(fā)電機(jī)與虛擬同步機(jī)接入系統(tǒng)，構(gòu)建含同步發(fā)電機(jī)與虛擬同步機(jī)的電力系統(tǒng)微分方程數(shù)學(xué)模型；

5、s4：基于最小系統(tǒng)慣量與阻尼支撐需求，利用算術(shù)算法設(shè)計(jì)同步發(fā)電機(jī)與虛擬同步機(jī)的最優(yōu)慣量和最優(yōu)阻尼；

6、所述步驟s1的具體步驟如下：

7、s1-1：獲取同步發(fā)電機(jī)的初始信息，包括：同步發(fā)電機(jī)在d軸和q軸上的暫態(tài)電抗xd′、xq′，同步發(fā)電機(jī)在d軸上的次暫態(tài)電抗xd″，同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電阻ri′，同步發(fā)電機(jī)的額定角頻率ωtr，同步發(fā)電機(jī)初始導(dǎo)納yi的實(shí)部gi和虛部bi；

8、s1-2：將同步發(fā)電機(jī)接入交流電網(wǎng)并更新參數(shù)，包括同步發(fā)電機(jī)所在節(jié)點(diǎn)處的修正導(dǎo)納yi′、同步發(fā)電機(jī)所在節(jié)點(diǎn)處的虛擬注入電流ii′，其中同步發(fā)電機(jī)所在節(jié)點(diǎn)處的修正導(dǎo)納yi′為：

9、

10、式(1)中，δ為同步發(fā)電機(jī)的功角；

11、同步發(fā)電機(jī)所在節(jié)點(diǎn)處的虛擬注入電流ii′可以用實(shí)部ixi′和虛部iyi′的形式表示，即ii′＝ixi′+jiyi′，具體表達(dá)式為：

12、

13、式(2)中，eqi′為同步發(fā)電機(jī)在q軸上的暫態(tài)電動(dòng)勢；

14、s1-3：根據(jù)同步發(fā)電機(jī)所在節(jié)點(diǎn)處的修正導(dǎo)納yi′與虛擬注入電流ii′，利用高斯消去法直接求解上述線性方程組，得到同步發(fā)電機(jī)所在節(jié)點(diǎn)處實(shí)際電壓vt的實(shí)部vx和虛部vy，再根據(jù)同步發(fā)電機(jī)所在節(jié)點(diǎn)處的虛擬注入電流ii′、初始導(dǎo)納yi和實(shí)際電壓vt，得到同步發(fā)電機(jī)所在節(jié)點(diǎn)處注入電流it的實(shí)部ix和虛部iy，進(jìn)而得到同步發(fā)電機(jī)所在節(jié)點(diǎn)實(shí)際有功功率pt＝vx·ix；

15、s1-4：根據(jù)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，得到同步發(fā)電機(jī)的微分方程：

16、

17、式(3)中，ω為同步發(fā)電機(jī)的角頻率，ptr為同步發(fā)電機(jī)的輸出有功功率參考值，dt為同步發(fā)電機(jī)的阻尼系數(shù)，tt為同步發(fā)電機(jī)的慣量系數(shù)，esv為同步發(fā)電機(jī)中勵(lì)磁系統(tǒng)的定子電壓，eev為同步發(fā)電機(jī)中勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁電壓，id為同步發(fā)電機(jī)在d軸上的電流，tstp為同步發(fā)電機(jī)中勵(lì)磁系統(tǒng)的次暫態(tài)時(shí)間常數(shù)，erev為同步發(fā)電機(jī)中勵(lì)磁系統(tǒng)的額定勵(lì)磁電壓，gt為同步發(fā)電機(jī)中勵(lì)磁系統(tǒng)的比例增益參數(shù)，vtr為同步發(fā)電機(jī)所在節(jié)點(diǎn)處的參考電壓，amp為幅值符號，ttc為同步發(fā)電機(jī)中勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)；

18、所述步驟s2的具體步驟如下：

19、s2-1：獲取虛擬同步機(jī)的初始信息，包括：虛擬同步機(jī)的線路等效電抗xf，虛擬同步機(jī)所在節(jié)點(diǎn)處的輸出無功功率參考值qxr，虛擬同步機(jī)初始導(dǎo)納yj的實(shí)部gj和虛部bj；

20、s2-2：將虛擬同步機(jī)接入交流電網(wǎng)并更新參數(shù)，包括：虛擬同步機(jī)所在節(jié)點(diǎn)處的修正導(dǎo)納yj′，虛擬同步機(jī)所在節(jié)點(diǎn)處的虛擬注入電流ij′，其中虛擬同步機(jī)所在節(jié)點(diǎn)處的修正導(dǎo)納yj′為：

21、

22、虛擬同步機(jī)所在節(jié)點(diǎn)處的虛擬注入電流ij′＝ixj′+jiyj′，其中ixj′和iyj′分別為虛擬注入電流ij′的實(shí)部和虛部，具體表達(dá)式為：

23、

24、式(5)中，ρ為虛擬同步機(jī)的功角，ed為虛擬同步機(jī)在d軸上的電動(dòng)勢；

25、s2-3：根據(jù)虛擬同步機(jī)所在節(jié)點(diǎn)處的修正導(dǎo)納yj′與虛擬注入電流ij′，利用高斯消去法直接求解上述線性方程組，得到虛擬同步機(jī)所在節(jié)點(diǎn)處實(shí)際電壓vt′的實(shí)部v′x和虛部v′y，再根據(jù)虛擬同步機(jī)所在節(jié)點(diǎn)處的虛擬注入電流ij′、初始導(dǎo)納yj和實(shí)際電壓vt′，得到虛擬同步機(jī)所在節(jié)點(diǎn)處注入電流it′的實(shí)部i′x和虛部i′y，進(jìn)而得到虛擬同步機(jī)所在節(jié)點(diǎn)實(shí)際有功功率p′t＝v′x·i′x和實(shí)際無功功率q′t＝v′y·i′y；

26、s2-4：根據(jù)虛擬同步機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，得到虛擬同步機(jī)的微分方程：

27、

28、式(6)中，σ為虛擬同步機(jī)的功角，ωx為虛擬同步機(jī)的角頻率，ωxr為虛擬同步機(jī)的額定角頻率，pxr為虛擬同步機(jī)所在節(jié)點(diǎn)處的輸出有功功率參考值，dx為虛擬同步機(jī)的阻尼系數(shù)，jx為虛擬同步機(jī)的慣量系數(shù)；

29、所述步驟s3的具體步驟如下：

30、s3-1：根據(jù)同步發(fā)電機(jī)初始信息和步驟s1-4中式(3)，利用改進(jìn)歐拉法求解微分方程，得到同步發(fā)電機(jī)接入電力系統(tǒng)的微分方程數(shù)學(xué)模型；

31、s3-2：根據(jù)虛擬同步機(jī)初始信息和步驟s2-4中式(6)，利用改進(jìn)歐拉法求解微分方程，得到虛擬同步機(jī)接入電力系統(tǒng)的微分方程數(shù)學(xué)模型；

32、s3-3：結(jié)合步驟s3-1和步驟s3-2的微分方程數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建含同步發(fā)電機(jī)與虛擬同步機(jī)的電力系統(tǒng)微分方程數(shù)學(xué)模型；

33、所述步驟s4的具體步驟如下：

34、s4-1：考慮最小系統(tǒng)慣量與阻尼支撐需求，設(shè)置目標(biāo)函數(shù)obj為：

35、

36、式(7)中，m為同步發(fā)電機(jī)的個(gè)數(shù)，n為虛擬同步機(jī)的個(gè)數(shù)；

37、s4-2：設(shè)置懲罰函數(shù)pen為：

38、pen＝p·(jtotal-n·jx-m·tt|+dtotal-n·dx-m·dt|)?(8)

39、式(8)中，p為懲罰系數(shù)，jtotal為系統(tǒng)總慣量，dtotal為系統(tǒng)總阻尼；

40、s4-3：結(jié)合步驟s4-1和步驟s4-2，設(shè)計(jì)算術(shù)算法的適應(yīng)度函數(shù)fitness為：

41、fitness＝obj+pen?(9)

42、s4-4：將同步發(fā)電機(jī)的阻尼dt、同步發(fā)電機(jī)的慣量tt、虛擬同步機(jī)的阻尼dx、虛擬同步機(jī)的慣量jx作為待優(yōu)化量并生成初始種群；

43、s4-5：設(shè)置數(shù)學(xué)優(yōu)化加速器，具體表達(dá)式為：

44、

45、式(10)中，n為當(dāng)前迭代次數(shù)，nmax為最大迭代次數(shù)，mmin和mmax為數(shù)學(xué)優(yōu)化加速器相應(yīng)函數(shù)值的最小/大值，定義一個(gè)隨機(jī)數(shù)r1，當(dāng)r1<moa時(shí)，進(jìn)入步驟s4-6中勘探階段，否則進(jìn)入步驟s4-7中開發(fā)階段；

46、s4-6：勘探階段的具體表達(dá)式為：

47、

48、式(11)中，r2為服從[0，1]均勻分布的隨機(jī)數(shù)，xij(n+1)為下一次迭代中第i個(gè)解的第j個(gè)位置，best(xj)為迄今為止迭代過程中最優(yōu)解的第j個(gè)位置，λ為一個(gè)小常數(shù)0.01，以防止分母等于零，omj和onj分別表示在第j個(gè)位置上最優(yōu)值的上界值和下界值，以防止在更新個(gè)體后出現(xiàn)解越界情況，ξ為調(diào)整探索過程的控制參數(shù)，moc為數(shù)學(xué)優(yōu)化系數(shù)，其計(jì)算公式為：

49、

50、式(12)中，θ為敏感參數(shù)；

51、s4-7：開發(fā)階段的具體表達(dá)式為：

52、

53、式(13)中，r3為服從[0，1]均勻分布的隨機(jī)數(shù)；

54、s4-8：將個(gè)體代入式(9)，計(jì)算適應(yīng)度值，尋找當(dāng)前迭代次數(shù)下適應(yīng)度值最小的一組數(shù)值gbest，比較所有迭代中個(gè)體最佳數(shù)值，選取適應(yīng)度值最小的一組數(shù)值作為全局最佳數(shù)值fbest，并判斷此時(shí)是否達(dá)到最大迭代次數(shù)，若達(dá)到，則跳到步驟s4-9，若未達(dá)到，則跳到步驟s4-5；

55、s4-9：結(jié)束算術(shù)算法，考慮最小系統(tǒng)慣量與阻尼支撐需求，利用算術(shù)算法設(shè)計(jì)同步發(fā)電機(jī)與虛擬同步機(jī)的最優(yōu)慣量和最優(yōu)阻尼，并代入電力系統(tǒng)的微分方程數(shù)學(xué)模型中，優(yōu)化電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。

56、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方案的原理和優(yōu)點(diǎn)如下：

57、本發(fā)明公開一種含同步發(fā)電機(jī)與虛擬同步機(jī)的電力系統(tǒng)參數(shù)規(guī)劃方法，首先，構(gòu)建同步發(fā)電機(jī)的微分方程數(shù)學(xué)模型；其次，構(gòu)建虛擬同步機(jī)的微分方程數(shù)學(xué)模型；然后，將同步發(fā)電機(jī)與虛擬同步機(jī)接入系統(tǒng)，構(gòu)建含同步發(fā)電機(jī)與虛擬同步機(jī)的電力系統(tǒng)微分方程數(shù)學(xué)模型；最后，基于最小系統(tǒng)慣量與阻尼支撐需求，利用算術(shù)算法設(shè)計(jì)同步發(fā)電機(jī)與虛擬同步機(jī)的最優(yōu)慣量和最優(yōu)阻尼。本發(fā)明在保障最小系統(tǒng)慣量與阻尼支撐需求的前提下，通過算術(shù)算法獲取各個(gè)機(jī)組的最優(yōu)慣量和最優(yōu)阻尼配置，降低機(jī)組之間參數(shù)耦合所帶來的負(fù)面影響，提升系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。