[发明专利]一种电力系统稳定器相位补偿环节时间常数优化方法

摘要

本发明公开了一种电力系统稳定器相位补偿环节时间常数优化方法，包括以下步骤：1)现场采用动态信号分析仪测量机组励磁系统的无补偿相频特性，并读取0.1～2.0Hz范围内的相角；2)根据PSS4B‑W电功率和转速偏差双输入信号的结构特点，将其转化为转速偏差单输入模式的PSS；3)以PSS4B‑W的三阶超前‑滞后相位补偿环节时间常数为优化变量，以PSS产生的附加力矩与Δω轴同相为优化目标，建立PSS4B‑W参数优化模型，并通过自适应权重粒子群优化算法求解。本发明能快速高效地找到符合行业标准要求的PSS4B‑W优化参数。

主权项

1.一种电力系统稳定器相位补偿环节时间常数优化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：现场测量励磁系统无补偿相频特性步骤2：将电功率信号乘以一阶惯性环节转化为转速信号，从而将以电功率P_e和转子转速偏差Δω为输入信号的电力系统稳定器PSS4B‑W双输入模型转化为以转速偏差Δω为输入信号的单输入模型；由单输入模型得到PSS4B‑W的传递函数TF；再计算传递函数TF的相角Phase(TF)，即为PSS4B‑W的相频特性中待定参数为PSS4B‑W相位补偿环节时间常数T₁,T₂,T₃,T₄,T₅,T₆；步骤3：以励磁系统无补偿相频特性和PSS4B‑W的相频特性相加为0为目标，建立PSS4B‑W参数优化模型，用于优化PSS4B‑W相位补偿环节时间常数T₁,T₂,T₃,T₄,T₅,T₆；步骤4：基于自适应权重粒子群优化算法求解PSS4B‑W参数优化模型，得到优化的PSS4B‑W相位补偿环节时间常数T1,T2,T3,T4,T5,T6；所述步骤1具体为：在发电机并网运行，有功功率大于额定有功功率的80％，无功功率小于额定无功功率的20％这一工况下，将电力系统稳定器PSS4B‑W退出并用动态信号分析仪产生一个伪随机信号替代电力系统稳定器PSS4B‑W输出信号，接入励磁调节器PSS信号输出点，用频谱仪测量输出的伪随机信号与发电机机端电压信号之间的相频特性，即为励磁系统无补偿相频特性所述步骤3中，PSS4B‑W参数优化模型为：其中，J为优化模型的目标函数；minJ表示求目标函数J的最小值；为励磁系统的无补偿相频特性上频率点f_m对应的相位大小；为PSS4B‑W的相频特性上频率点f_m对应的相位大小；为励磁系统有补偿相频特性；对于m＝1,2,…,M，fm为0.1～2.0Hz范围内的M个频率点；fb为本机振荡点频率；所述步骤4具体包括以下步骤：①设在空间维数是D维的空间中，有一个种群，其中包含了N个粒子，第i个粒子进行第t次迭代的位置记为Xi(t)＝[xi,1(t),…,xi,j(t),…,xi,D(t)],i＝1,2,…,N；速度记为Vi(t)＝[vi,1(t),…,vi,j(t),…,vi,D(t)],i＝1,2,…,N；D＝6；设定的粒子各维度位置和速度的最大、最小值，分别为记为Xmax、Xmin、Vmax和Vmin；t为迭代次数，初始化t＝1；设置最大迭代次数；使用rand函数随机产生种群中各粒子的初始位置Xi(1)和速度Vi(1)；每个粒子的位置代表一组PSS4B‑W相位补偿环节时间常数T1,T2,T3,T4,T5,T6；②对于每一个粒子，按以下步骤计算考虑了约束条件的粒子的适应值F；1)将粒子的位置作为一组PSS4B‑W相位补偿环节时间常数T₁,T₂,T₃,T₄,T₅,T₆，代入步骤2得到的PSS4B‑W的相频特性中，计算PSS4B‑W的相频特性上频率点f_m对应的相位大小2)读取步骤1测得的励磁系统无补偿相频特性上频率点f_m对应的相位大小3)根据公式计算励磁系统有补偿相频特性上频率点f_m对应的相位大小4)判断是否满足以下约束条件：当满足约束条件时，令粒子的适应值F＝J；当不满足约束条件任何一项时，首先通过以下方法计算惩罚项：当励磁系统有补偿相频特性或时，pun＝10000；当在本机振荡点频率f_b处，若或pun＝1000；然后在J上加上一个相应的惩罚项pun，得到粒子的适应值F：F＝J+pun；③将当前各粒子的位置和粒子的适应值存储在各粒子的个体最优解pbest(t)中，比较所有粒子的个体最优解pbest(t)中的适应值，得到适应值最小的粒子，将其位置和适应值存储于种群最优解gbest(t)中；④根据粒子的适应值调整其惯性权重w：其中，wmax和wmin分别为设定的惯性权重的上限和下限，Favg和Fmin分别为当前种群中各个粒子的适应值的平均值和最小值；⑤根据以下公式来更新粒子的速度和位置：vi,j(t+1)＝wvi,j(t)+c1r1[pbest(t)‑xi,j(t)]+c2r2[gbest(t)‑xi,j(t)]xi,j(t+1)＝xi,j(t)+vi,j(t+1)Xi(t+1)＝[xi,1(t+1),…,xi,j(t+1),…,xi,D(t+1)],i＝1,2,…,NVi(t+1)＝[vi,1(t+1),…,vi,j(t+1),…,vi,D(t+1)],i＝1,2,…,N其中，Xi(t+1)表示第t次迭代得到的第i个粒子的位置；Vi(t+1)表示第t次迭代得到的第i个粒子的速度；若xi,j(t+1)超出最大值Xmax或最小值Xmin，则用Xmax或Xmin替代；若vi,j(t+1)超出最大值Vmax或最小值Vmin，则用Vmax或Vmin替代；w为惯性权重，c1和c2为正的学习因子，r1和r2为0到1之间均匀分布的随机数；⑥根据步骤②中粒子的适应值F的计算方法更新每个粒子的适应值F；并根据粒子的适应值F更新个体最优解pbest(t)和种群最优解gbest(t)：分别将每个粒子的适应值F与存储在其个体最优解pbest(t)中的适应值相比，如果适应值F小于存储在其个体最优解pbest(t)中的适应值，则将pbest(t)中存储的粒子位置和适应值更新为当前的粒子位置和适应值；并将当前所有粒子的个体最优解pbest(t)中的适应值与存储在种群最优解gbest(t)中的适应值相比，得到当前适应值最小的粒子，将gbest(t)中存储的粒子位置和适应值更新为当前适应值最小的粒子的位置和适应值；⑦判断当前迭代次数t是否等于最大迭代次数，若相等则停止搜索，将存储在种群最优解gbest(t)中的粒子位置和适应值输出，输出的粒子位置即为优化的PSS4B‑W相位补偿环节时间常数T1,T2,T3,T4,T5,T6；否则返回④继续搜索。