專利名稱：基于灰色Verhulst模型的發(fā)電機(jī)功角預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電機(jī)功角預(yù)測(cè)方法，尤其涉及一種基于灰色Verhulst模型的發(fā)電機(jī)功角預(yù)測(cè)方法，適用于已建有廣域量測(cè)系統(tǒng)(WAMS)的電網(wǎng)。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)的互聯(lián)、大規(guī)模交直流混合輸電以及可再生能源的不斷接入，對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定預(yù)警和控制提出了更新、更緊迫的要求。常規(guī)的第二道防線采用基于擾動(dòng)事件的穩(wěn)定控制技術(shù)，針對(duì)性強(qiáng)、控制速度快、可靠性高，但是依賴于模型和參數(shù)、離線仿真計(jì)算和預(yù)先給定的故障集，具有很大的局限性。由于PMU/WAMS的廣泛應(yīng)用，基于PMU/WAMS 廣域?qū)崟r(shí)量測(cè)的暫態(tài)失穩(wěn)預(yù)測(cè)是電力系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)。實(shí)際上電力系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障后， 基于廣域的響應(yīng)信息必然存在一定的變化規(guī)律。在系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定破壞前，若能提取和挖掘出相關(guān)信息，可為暫態(tài)穩(wěn)定實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)和控制提供有力的依據(jù)。相量測(cè)量單元(PMU)以及廣域測(cè)量系統(tǒng)(WAMS)的相繼運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)電機(jī)功角 (或者稱為轉(zhuǎn)子角度)等相關(guān)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為觀測(cè)全網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)提供了有效的信息保證，也為暫態(tài)穩(wěn)定性分析提供了關(guān)鍵的測(cè)量手段。但是，僅僅根據(jù)功角的歷史數(shù)據(jù)，仍然無(wú)法提前做出穩(wěn)定性的判別，只有對(duì)于功角曲線加以預(yù)測(cè)分析，超前并且準(zhǔn)確地把握其走勢(shì)， 才能在一定的時(shí)間裕度內(nèi)采取措施，維持全網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。擾動(dòng)后功角軌跡的預(yù)測(cè)技術(shù)可分為兩類其一為文獻(xiàn)一《基于廣域量測(cè)數(shù)據(jù)和導(dǎo)納參數(shù)在線辨識(shí)的受擾軌跡預(yù)測(cè)》(電力系統(tǒng)自動(dòng)化2007年第27卷第22期第6頁(yè))提出的基于網(wǎng)絡(luò)降階化簡(jiǎn)的功角軌跡超實(shí)時(shí)仿真方法；二是文獻(xiàn)二《一種電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性快速實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)方法》(中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)1993年第13卷第6期第60頁(yè))基于曲線擬合的功角軌跡外推方法。由于后者完全基于數(shù)值序列分析和數(shù)據(jù)挖掘，而不依賴電力系統(tǒng)參數(shù)等先驗(yàn)知識(shí)，具有更好的應(yīng)用前景，受到更多的關(guān)注。在文獻(xiàn)二的基礎(chǔ)上，根據(jù)曲線擬合模型的不同，文獻(xiàn)三《GPS同步時(shí)鐘用于電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性預(yù)測(cè)和控制》(電力系統(tǒng)自動(dòng)化 1998年第22卷第6期第11頁(yè))提出了自回歸差分法，但是自回歸模型存在自修正因子，在預(yù)測(cè)的過(guò)程中，需要一個(gè)自我調(diào)節(jié)過(guò)程，且前期的調(diào)節(jié)時(shí)長(zhǎng)不可控制，對(duì)預(yù)測(cè)的整體精度造成相當(dāng)大的影響。文獻(xiàn)四《基于WAMS的電力系統(tǒng)受擾軌跡預(yù)測(cè)》(電力系統(tǒng)自動(dòng)化2006年第30卷第23期第27頁(yè))提出組合三角函數(shù)法，三角函數(shù)預(yù)測(cè)由正弦與余弦項(xiàng)累加構(gòu)成，由于模型自身的周期變化性質(zhì)，更適合對(duì)穩(wěn)定軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè)；對(duì)于功角單調(diào)變化的失穩(wěn)故障， 跟蹤預(yù)測(cè)中會(huì)出現(xiàn)一定偏差。文獻(xiàn)五《基于廣域系統(tǒng)的快速暫態(tài)穩(wěn)定預(yù)測(cè)方法》(電力系統(tǒng)自動(dòng)化2007年第31卷第21期第1頁(yè))采用泰勒級(jí)數(shù)法，通過(guò)插值得到角速度軌跡，進(jìn)而通過(guò)對(duì)連續(xù)時(shí)刻角速度進(jìn)行積分來(lái)預(yù)測(cè)受擾功角軌跡，其實(shí)質(zhì)是功角數(shù)據(jù)微分后預(yù)測(cè)再積分的操作，并沒有從本質(zhì)上提高預(yù)測(cè)效果。因此，傳統(tǒng)的功角軌跡預(yù)測(cè)方法不能在保證預(yù)測(cè)精度的同時(shí)又有很好的普適性， 其工程實(shí)用性較差。為此，需要一種新的預(yù)測(cè)技術(shù)，所需數(shù)據(jù)少、計(jì)算時(shí)長(zhǎng)短、對(duì)于各種特性的功角軌跡均有很好的預(yù)測(cè)效果。并結(jié)合及時(shí)可靠的暫態(tài)穩(wěn)定判據(jù)，以便有效地與現(xiàn)有廣域量測(cè)系統(tǒng)(WAMS)相結(jié)合，達(dá)到電力系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)實(shí)時(shí)判別和預(yù)警的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有功角軌跡預(yù)測(cè)方法不能在保證預(yù)測(cè)精度的同時(shí)又有很好的普適性的不足，提供一種基于基于灰色Verhulst模型的發(fā)電機(jī)功角預(yù)測(cè)方法，具有算法簡(jiǎn)單，精度高，預(yù)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)和魯棒性好的特點(diǎn)。本發(fā)明的思路是采用無(wú)偏灰色Verhulst模型進(jìn)行發(fā)電機(jī)功角預(yù)測(cè)。灰色模型最早由鄧聚龍等人于1982年提出，通過(guò)對(duì)已知信息的生成、開發(fā)，提取有價(jià)值的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)未來(lái)運(yùn)行行為、演化規(guī)律的正確描述和有效監(jiān)控。Verhulst主要面向近似S型變化數(shù)據(jù)(先遞增再遞減)預(yù)測(cè)。2009年由王正新等人提出的無(wú)偏灰色Verhulst模型，在原模型基礎(chǔ)上消除了自身固有偏差，準(zhǔn)確度更高，普適性更好。具體而言，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種基于灰色Verhulst模型的發(fā)電機(jī)功角預(yù)測(cè)方法，用于具備廣域量測(cè)系統(tǒng)的電網(wǎng)系統(tǒng)，所述廣域量測(cè)系統(tǒng)包括用于對(duì)該電網(wǎng)系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)的功角進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量的相量測(cè)量單元，其特征在于，該方法包括
步驟A、提取相量測(cè)量單元在一定時(shí)間窗內(nèi)的發(fā)電機(jī)功角測(cè)量數(shù)據(jù)，得到該時(shí)間窗內(nèi)的發(fā)電機(jī)功角時(shí)間序列；
步驟B、以步驟1得到的發(fā)電機(jī)功角時(shí)間序列
權(quán)利要求
1. 一種基于灰色Verhulst模型的發(fā)電機(jī)功角預(yù)測(cè)方法，用于具備廣域量測(cè)系統(tǒng)的電網(wǎng)系統(tǒng)，所述廣域量測(cè)系統(tǒng)包括用于對(duì)該電網(wǎng)系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)的功角進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量的相量測(cè)量單元，其特征在于，該方法包括步驟A、提取相量測(cè)量單元在一定時(shí)間窗內(nèi)的發(fā)電機(jī)功角測(cè)量數(shù)據(jù)，得到該時(shí)間窗內(nèi)的發(fā)電機(jī)功角時(shí)間序列；步驟B、以步驟1得到的發(fā)電機(jī)功角時(shí)間序列05(4雄+辦…，雄+ )}作為輸入，根據(jù)以下的灰色Verhulst模型對(duì)時(shí)刻的發(fā)電機(jī)功角H+kT)進(jìn)行預(yù)測(cè)，力采樣起始時(shí)刻，η為采樣個(gè)數(shù)力大于《的整數(shù)
2.如權(quán)利要求2所述基于灰色Verhulst模型的發(fā)電機(jī)功角預(yù)測(cè)方法，其特征在于，該方法還包括步驟C、根據(jù)下式對(duì)步驟B得到的預(yù)測(cè)值B(”kT)進(jìn)行誤差補(bǔ)償，得到最終預(yù)測(cè)數(shù)值 3we(t+m :
3.如權(quán)利要求1所述基于灰色Verhulst模型的發(fā)電機(jī)功角預(yù)測(cè)方法，其特征在于，采樣個(gè)數(shù)《的取值范圍為5-10。
4.一種基于灰色Verhulst模型的電網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)判別方法，所述電網(wǎng)系統(tǒng)具備廣域量測(cè)系統(tǒng)，所述廣域量測(cè)系統(tǒng)包括用于對(duì)該電網(wǎng)系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)的功角進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量的相量測(cè)量單元，其特征在于，該方法包括步驟1、根據(jù)相量測(cè)量單元輸出的各發(fā)電機(jī)功角實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，判斷電網(wǎng)系統(tǒng)是否有擾動(dòng)發(fā)生，如是，則轉(zhuǎn)步驟2;步驟2、以相量測(cè)量單元在擾動(dòng)發(fā)生后一定時(shí)間窗內(nèi)輸出的發(fā)電機(jī)功角時(shí)間序列作為輸入，采用權(quán)利要求1、2或3所述基于灰色Verhulst模型的發(fā)電機(jī)功角預(yù)測(cè)方法對(duì)各發(fā)電機(jī)未來(lái)時(shí)刻的功角進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到未來(lái)時(shí)刻各發(fā)電機(jī)功角軌跡；步驟3、根據(jù)步驟2得到的未來(lái)時(shí)刻各發(fā)電機(jī)功角軌跡，求取各發(fā)電機(jī)及電網(wǎng)系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)，并判斷狀態(tài)參數(shù)是否超出預(yù)先設(shè)定的正常范圍，如是，則判定為電網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)。
5.如權(quán)利要求4所述基于灰色Verhulst模型的電網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)判別方法，其特征在于，步驟1所述根據(jù)相量測(cè)量單元輸出的各發(fā)電機(jī)功角實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，判斷電網(wǎng)系統(tǒng)是否有擾動(dòng)發(fā)生，具體按照以下方法實(shí)時(shí)采集相量測(cè)量單元輸出的各發(fā)電機(jī)功角，對(duì)連續(xù)時(shí)刻角速度數(shù)值進(jìn)行差分運(yùn)算， 得到角加速度時(shí)間序列體《<￡+乃,Δ雄+ 27)··),并判斷下式是否成立，如是，則判斷電網(wǎng)系統(tǒng)有擾動(dòng)發(fā)生，
6.如權(quán)利要求5所述基于灰色Verhulst模型的電網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)判別方法，其特征在于，所述突變門檻系數(shù)Γ的取值范圍為3-5。
7.如權(quán)利要求4所述基于灰色Verhulst模型的電網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)判別方法，其特征在于，步驟3中所述狀態(tài)參數(shù)包括以下各狀態(tài)參數(shù)中的至少一種角速度、慣量中心偏移角、 最大功角差、同調(diào)群間隙角；各狀態(tài)參數(shù)的計(jì)算及相應(yīng)的判斷方法如下(1)角速度對(duì)預(yù)測(cè)得到的各發(fā)電機(jī)未來(lái)角度軌跡進(jìn)行差分，并根據(jù)下式計(jì)算角速度數(shù)值
8.如權(quán)利要求7所述基于灰色Verhulst模型的電網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)判別方法，其特征在于，所述時(shí)間設(shè)定值取值為100毫秒。
9.如權(quán)利要求4-8任一項(xiàng)所述基于灰色Verhulst模型的電網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)判別方法， 其特征在于，該方法還包括步驟4、當(dāng)判定電網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)時(shí)，進(jìn)行預(yù)警并啟動(dòng)電網(wǎng)系統(tǒng)中的穩(wěn)定控制裝置。
10.一種電網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)判別裝置，所述電網(wǎng)系統(tǒng)具備廣域量測(cè)系統(tǒng)，所述廣域量測(cè)系統(tǒng)包括用于對(duì)該電網(wǎng)系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)的功角進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量的相量測(cè)量單元，其特征在于，所述暫態(tài)失穩(wěn)判別裝置與所述相量測(cè)量單元信號(hào)連接；所述暫態(tài)失穩(wěn)判別裝置包括擾動(dòng)識(shí)別模塊，根據(jù)相量測(cè)量單元輸出的各發(fā)電機(jī)功角實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，判斷電網(wǎng)系統(tǒng)是否有擾動(dòng)發(fā)生，具體按照以下方法實(shí)時(shí)采集相量測(cè)量單元輸出的各發(fā)電機(jī)功角，對(duì)連續(xù)時(shí)刻角速度數(shù)值進(jìn)行差分運(yùn)算，得到角加速度時(shí)間序列迠 0 +乃名_+27)···},并判斷下式是否成立，如是，則判斷電網(wǎng)系統(tǒng)有擾動(dòng)發(fā)生，
11.如權(quán)利要求10所述電網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)判別裝置，其特征在于，所述狀態(tài)參數(shù)包括以下各狀態(tài)參數(shù)中的至少一種角速度、慣量中心偏移角、最大功角差、同調(diào)群間隙角；各狀態(tài)參數(shù)的計(jì)算及相應(yīng)的判斷方法如下 (1)角速度對(duì)預(yù)測(cè)得到的各發(fā)電機(jī)未來(lái)角度軌跡進(jìn)行差分，并根據(jù)下式計(jì)算角速度數(shù)值
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于灰色Verhulst模型的發(fā)電機(jī)功角預(yù)測(cè)方法。本發(fā)明將灰色Verhulst模型引入電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)功角預(yù)測(cè)，并對(duì)灰色Verhulst模型進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)采集最新的兩個(gè)數(shù)據(jù)確定補(bǔ)償誤差，對(duì)預(yù)測(cè)值進(jìn)行修正，從而進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)精度。本發(fā)明還公開了一種基于灰色Verhulst模型的電網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)判別方法，以及應(yīng)用該方法的電網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)判別裝置。該方法實(shí)時(shí)辨識(shí)擾動(dòng)的發(fā)生；繼而進(jìn)行擾動(dòng)后功角軌跡的平滑預(yù)測(cè)；利用即時(shí)預(yù)測(cè)數(shù)值，估計(jì)發(fā)電機(jī)及全網(wǎng)的狀態(tài)量，判別發(fā)電機(jī)角速度、慣量中心偏移角、最大角度差、同調(diào)群間隙角是否大于門檻值。若任一數(shù)值越限，則進(jìn)行暫態(tài)失穩(wěn)預(yù)警，并通過(guò)保護(hù)裝置進(jìn)行暫態(tài)預(yù)警。本發(fā)明具有預(yù)測(cè)精度高、適用性廣泛的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R31/34GK102445660SQ20111029507
公開日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者趙晉泉, 鄧暉 申請(qǐng)人:河海大學(xué)