[发明专利]一种兼顾阻尼特性的水电机组一次调频多目标优化方法

说明书

本发明涉及水力发电控制优化技术领域，公开了一种兼顾阻尼特性的水电机组一次调频多目标优化方法，通过建立水电机组调速系统模型、构建调速系统阻尼特性与振荡频率的关系模型、构建用于协调水电机组阻尼特性和一次调频动态性能的多目标函数、构建约束条件、对多目标函数求解，并对Pareto非支配解集进行优选，得出水电机组在一次调频工况下的最优运行参数。本发明能协调水电机组阻尼特性和一次调频动态性能之间的矛盾关系，保证一次调频动态性能满足国标要求的前提下，提高水电机组的阻尼水平，以抑制超低频振荡的发生，为提高并网水电机组运行可靠性、指导水电机组高占比的孤网和直流送端孤岛的电网安全稳定运行提供了有效的技术手段。

技术领域

本发明涉及水力发电控制优化技术领域，具体涉及一种兼顾阻尼特性的水电机组一次调频多目标优化方法。

背景技术

在积极有序推进大型水电基地建设，合理布局能源富集地区外送此背景下，大容量特高压直流输电系统与配套大型水电系统构成的直流送端孤岛的运行稳定性成为研究的热点。

近年来，在水电机组占比较高的孤网和直流孤岛送出系统中陆续出现超低频振荡现象。2016年，在云南电网与南方电网主网的异步联网调试期间，出现了振荡频率约为0.05Hz，持续20分钟的超低频振荡现象，在相继退出各主力水电站一次调频功能后，振荡得以平息。2012年，锦苏直流孤岛试验中，曾发生频率的异常波动，通过优化调速系统控制参数及减小直流频率控制死区，使得振荡消除。2014年，缅甸某电力系统在并主网转为孤网运行时，出现明显的超低频振荡事件，事故排查分析是由水电机组调速系统的负阻尼作用引起的。此外，藏中电网、哥伦比亚电网、金中直流孤岛系统也曾出现过超低频振荡现象。因此，超低频振荡研究对于促进国内外电力系统的安全稳定运行具有重要意义，该问题也引起了有关部门和学者的高度关注。

已有研究表明，异步联网后水电机组调速系统控制参数和流道系统的水锤效应共同作用下的负阻尼特性是导致超低频振荡的主要原因。而在当前系统中，部分电厂为满足一次调频考核指标，将调速系统响应调整得极为灵敏，使得电网扰动后更易诱发超低频振荡现象。超低频振荡是调速系统引起的机械振荡模式，对调速系统参数优化可从根本上解决振荡问题，但同时也降低了机组的一次调频能力。现有研究在侧重提高水电机组调速系统阻尼特性以抑制超低频振荡的同时，往往忽视了机组的一次调频能力。或者在兼顾一次调频性能和超低频振荡抑制的调速系统控制参数优化时，将具有博弈关系的一次调频动态性能指标及低频段阻尼水平指标通过权重叠加，并未协调各指标之间的矛盾。

针对上述不足，研究开发了一种兼顾阻尼特性的水电机组一次调频多目标优化方法，有效协调了水电机组调速系统超低频振荡阻尼性能指标与一次调频响应性能指标之间的矛盾关系。在保证一次调频响应满足国标要求的前提下，提高了水电机组的阻尼水平，以抑制超低频振荡的发生。为提高并网水电机组运行可靠性，指导水电机组高占比的孤网和直流送端孤岛的电网安全稳定运行提供了有效的技术手段。

发明内容

基于以上问题，本发明提供了一种兼顾阻尼特性的水电机组一次调频多目标优化方法，能在保证一次调频响应满足国标要求的前提下，提高水电机组的阻尼水平，以抑制超低频振荡的发生。

为了实现上述目的，本发明提供了一种兼顾阻尼特性的水电机组一次调频多目标优化方法，包括如下步骤：

步骤1：建立适用于小波动工况的水电机组调速系统模型；

步骤2：建立调速系统阻尼特性与振荡频率关系模型；

步骤3：构建水电机组阻尼特性和一次调频动态性能的多目标函数，包括水电机组在超低频段的阻尼特性目标函数和一次调频综合性能目标函数；

步骤4：构建上升时间及稳定时间约束、最大调整功率限幅约束、最劣阻尼特性约束和决策变量的优化量级约束的约束条件，并执行相应的约束处理策略；

步骤5：运用多目标优化算法求解多目标函数，得到Pareto非支配解集；