[发明专利]基于自适应罗盘搜索算法的火电厂同步发电机励磁系统最优参数整定方法

权利要求书

1.一种基于自适应罗盘搜索(adaptive compass search, ACS)算法的火电厂同步发电机(synchronous generator, SG)励磁系统最优参数整定方法，以实现SG在电网故障下参与电力系统最优调频，包括以下步骤：

（1）建立SG的优化模型；

（2）利用ACS算法对PSS参数T₁、T₂、T₃、T₄和K_PSS及励磁系统的励磁增益参数K_e进行整定；

（3）输入电网故障引起的频率偏差至配置有电力系统稳定器(power systemstabilizer，PSS)的励磁系统中，经励磁调节后输出励磁电压u_fd，将其反馈至SG中，进行下一次迭代；

（4）不断循环上述过程，直至算法收敛，得到最优的PSS参数T₁、T₂、T₃、T₄和K_PSS及励磁系统的励磁增益参数K_e。

2.根据权利要求1所述的基于自适应罗盘搜索算法的火电厂同步发电机励磁系统最优参数整定方法，其特征在于：所述步骤（1）建立SG的优化模型，具体方法如下：

为实现最优调频效果，要求目标函数值在约束条件内最小，计及控制成本，优化模型如下：式中，f(x)表示目标函数；N表示故障种类的总数；|f_i-f₀|表示第i种故障下的电网频率偏差，额定频率f₀=50Hz；表示控制成本权重系数；u_fdi表示第i种故障下SG的励磁电压；T₁、T₂、T₃、T₄是PSS的超前-滞后相位补偿参数；K_PSS是PSS的增益参数；K_e是SG励磁系统的励磁增益参数。

3.根据权利要求1所述的基于自适应罗盘搜索算法的火电厂同步发电机励磁系统最优参数整定方法，其特征在于：所述步骤（2）利用ACS算法对PSS的参数T₁、T₂、T₃、T₄和K_PSS及励磁系统的励磁增益参数K_e进行整定,具体包括：

(a)模式矩阵确定，针对所需整定的PSS参数T₁、T₂、T₃、T₄和K_PSS及励磁系统的励磁增益参数K_e这6个变量，基于当前点为每个变量选择两种基本搜索模式(即正向搜索和反向搜索)，模式矩阵如下所示：式中，D_i表示第i个优化变量的步长；

(b)探索移动，对于每个优化变量，基于当前解x_k，实施探索移动以找到潜在的最优解位置，即最优的PSS参数及励磁增益参数值，其步骤如下：

步骤1：设置参数i=0、基准点x_b=x_k；

步骤2：实施正向搜索：x^new=x_b+M(:,2i-1)；

步骤3：若f_k(x^new)f_k(x_b)，则令x_b=x^new，执行步骤5；否则实施反向搜索：x^new=x_b+M(:,2i)，执行步骤4；

步骤4：若f_k(x^new)f_k(x_b)，则令x_b=x^new；执行步骤5；

步骤5：设置i=i+1；若in，则终止；否则执行步骤2；

其中，k表示第k次迭代；x^new表示新的搜索位置；f(x)表示适应度函数，即目标函数；

(c)模式移动，在进行大范围的探索移动后，ACS算法将根据搜索结果更新现有的最优解位置，如果基于新的搜索方案得到了更高质量的解，则替换当前最优解，否则为了进行更有效的搜索，将缩小优化变量的步长，如下所示：式中，γ表示步长的衰减系数；

为了提高全局搜索能力，在移动过程中引入了基于探索方向的自适应序列，ACS通过利用之前在正/反向之间搜索得到的潜在的最优解，来确定每个优化变量的最佳搜索方向，从而获得所需整定参数的全局最优解，具体如下：式中，r是[0,1]之间的随机数；p_k+1表示第k+1次迭代时正向搜索的动态选择概率，通过以下方式更新：式中，b表示选择概率的增量比，它使得p_k+1 的范围始终为[0,1]，由于正/反向搜索的动态选择概率总和为1，因此反向搜索的动态选择概率等于(1-p_k+1 )；

ACS算法的收敛判据如下：式中，e表示收敛误差，选取e=10^-5；f_k和f_k-1分别表示第k次迭代和第(k-1)次迭代的适应度函数。