CN107968436A - 一种减小频率时空分布的发电机组选址方案优化方法 - Google Patents

一种减小频率时空分布的发电机组选址方案优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种减小频率时空分布的发电机组选址方案优化方法，针对不同机组选址方案进行择优，包括：预想方案的制定：在满足电力***基本运行约束和未来负荷增长需求条件下提供两条及以上的方案；***扰动的设置；时空分布指标的定义：定义频率变化率、响应延时、频率最大偏移和最大偏移延时四个时空分布指标；观测点的选取；评估指标的计算：对观测点进行分群，两群时空分布指标的均值进行做差与去单位化处理，再加权求和得到某一故障下的时空分布目标值，对不同故障下时空分布目标值进行等比例加权求和得到最终的目标值；最优方案的选择。本发明弥补了机组选址问题中频率时空分布方面的不足，保证了机组选址方案的合理性。

Description

一种减小频率时空分布的发电机组选址方案优化方法
技术领域
本发明涉及电力***中发电机组的规划研究技术领域，尤其涉及一种减小频率时空分布的发电机组选址方案优化方法。
背景技术
发电厂选址时电网规划中的重要环节，它一般在电力网络原有的基础上，对计划增添的发电机组选取合理位置的节点接入电网。发电机组位置的选取在满足未来负荷增长需求的前提下，还要保证电力***的稳定与经济运行。
现有的发电厂选址方法，仅考虑了经济性、未来负荷要求、环保等方面，关于发电厂位置对电网整体的影响考虑甚少。在满足基本约束条件的前提下，考虑机组对电网频率时空分布的影响，以减小***频率时空分布为目标对机组位置方案进行优选，有助于增加***各区域间联系紧密性。
多年来电网规划方法不断发展，越来越多的因素作为评价电网性能的指标被考虑到了择优标准中。
研究表明，当***发生大的有功缺额扰动时，电网频率呈现显著的时空分布特性。在同一扰动的作用下，电网中发电机组位置分布的不同会导致***频率呈现不同的时空分布特征。考虑扰动下电网频率时空分布优化的发电机组选址方案，有利于提高电力***的稳定性，对故障位置的确定以及低频减载方案的制定也有正面作用。
因此，以***稳定性与区域间频率联系的紧密性为目标，将频率时空分布指标纳入发电机组选址方案的考虑因素之内，是一项新的电网规划研究课题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供了一种减小频率时空分布的发电机组选址方案优化方法，根据机组位置对频率时空分布的影响，通过对频率时空分布特征定义评价指标，对预想机组选址方案进行评估，选出最优的发电机组选址方案。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明公开了一种减小频率时空分布的发电机组选址方案优化方法，包括以下步骤：
(1)针对某一地区制定预想机组选址方案集；根据预想机组选址方案，列举出发电机组接入电网的节点位置，选取所述节点位置附近的节点作为观测点，得到机组选址的观测点集；
(2)设置***扰动：选择***中较为常见且对***频率有较大影响的故障作为***扰动；
(3)对***受到扰动后的频率响应时空特征进行提取，得到频率变化率、响应延时、频率最大偏移和最大偏移时间四个时空分布指标；
(4)根据初始网络中各观测点频率变化率的值将观测点划分为两个群；
(5)对于第i个预想机组选址方案中第n个扰动下的观测点，分别求取每一个观测点群中各观测点的频率变化率的平均值，进而得到第i个预想机组选址方案中第n个扰动下两个观测点群频率变化率均值的差；
(6)对于响应延时、频率最大偏移和最大偏移时间时空分布指标，分别按照步骤(4)和步骤(5)的方法进行处理，得到相应的时空分布指标均值的差；
(7)对得到的四个时空分布指标均值的差进行无量纲变换，按照设定的权重进行加权求和，得到第i个预想机组选址方案中第n个扰动下的频率时空分布目标值；
(8)对于第i个预想机组选址方案中的所有扰动下的频率时空分布目标值，按等比例对各时空分布目标值进行加权求和，得到第i个预想机组选址方案的最终目标值；进而得到机组选址的最优方案。
进一步地，所述步骤(1)中，各预想机组选址方案中发电机组应明确接入电网节点的位置，满足未来负荷增长的需求，所述预想机组选址方案集包括至少两个预想机组选址方案。
进一步地，所述步骤(1)中，观测点选取发电机组接入电网的节点位置附近的节点，观测点选取各区域间的重要联络点，所述区域按照不同地市进行划分，选取的观测点包括区域间的连接母线节点、发电厂一层或二层节点位置。
进一步地，所述步骤(2)中，所述扰动的故障类型包括发电机组脱网和切负荷扰动。
进一步地，所述步骤(3)中，频率变化率时空分布指标具体为：
其中，fb为起始点频率，fe为终止点频率，tb为起始点时刻，te为终止点时刻；定义***发生扰动的时刻为起始点，定义起始时刻到响应曲线第一个拐点时刻1/2处为终止点，即te-tb＝1/2(tmax-tb),其中tmax为频率响应曲线第一次达到极大值的时刻。
进一步地，所述步骤(3)中，响应延时时空分布指标具体为：
***受到扰动后，观测点频率变化设定频率值Δfth所用的时间，即频率从起始点第一次到达f0+Δfth或f0-Δfth时对应的时间。
进一步地，所述步骤(3)中，频率最大偏移时空分布指标具体为：
fmax＝|fmax0-f0|；
其中，fmax0为观测点频率峰值，f0为***的稳态频率。
进一步地，所述步骤(3)中，最大偏移延时时空分布指标具体为：
tmax＝|tmax0-t0|；
其中，tmax0为观测点频率达到峰值的时刻，t0为***发生故障的时刻。
进一步地，所述步骤(4)中，将频率变化率按从小到大排列，相邻两值分别做差，以频率变化率做差结果最大的两观测点为分界线，将观测点划分成两个群。
进一步地，所述步骤(7)中，考虑到频率时空分布特性主要体现在频率变化率和响应延时，对无量纲化后的四个时空分布指标均值按3:3:2:2的权重进行加权求和，得到第i个预想机组选址方案中第n个扰动下的频率时空分布目标值。
本发明有益效果：
本发明通过仿真模拟等研究，发现发电机组在电网中的位置和频率时空分布之间的内在联系。依据不同网络结构导致***不同的频率时空分布特征，对频率时空分布指标进行定义，对各规划方案进行故障仿真。以电网频率稳定性与区域间联系的紧密性为目标定义评价标准，比较各规划方案的结果并选出机组的最优选址方案。本发明首次提出了一种减小频率时空分布的发电机组选址方案优化方法，对增添机组后***频率的时空分布进行了优选，保证了电网结构的合理性。
附图说明
图1为时空分布指标示意图；
图2为方案优选方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明公开了一种减小频率时空分布的发电机组选址方案优化方法，包括以下步骤：
(1)针对某一地区制定预想机组选址方案集；根据预想机组选址方案，列举出发电机组接入电网的节点位置，选取所述节点位置附近的节点作为观测点，得到机组选址的观测点集；
(2)设置***扰动：选择***中较为常见且对***频率有较大影响的故障作为***扰动；
(3)对***受到扰动后的频率响应时空特征进行提取，得到频率变化率、响应延时、频率最大偏移和最大偏移时间四个时空分布指标；
(4)根据初始网络中各观测点频率变化率的值将观测点划分为两个群；
(5)对于第i个预想机组选址方案中第n个扰动下的观测点，分别求取每一个观测点群中各观测点的频率变化率的平均值，进而得到第i个预想机组选址方案中第n个扰动下两个观测点群频率变化率均值的差；
(6)对于响应延时、频率最大偏移和最大偏移时间时空分布指标，分别按照步骤(4)和步骤(5)的方法进行处理，得到相应的时空分布指标均值的差；
(7)对得到的四个时空分布指标均值的差进行无量纲变换，按照设定的权重进行加权求和，得到第i个预想机组选址方案中第n个扰动下的频率时空分布目标值；
(8)对于第i个预想机组选址方案中的所有扰动下的频率时空分布目标值，按等比例对各时空分布目标值进行加权求和，得到第i个预想机组选址方案的最终目标值；进而得到机组选址的最优方案。
下面对本发明方法进行详细说明。
正如背景技术所介绍的，为提高扰动类型、扰动位置估计和低频减载方***性，保证线路规划的合理性，本发明的实施方式是在满足电网基本运行条件的基础上，对几种机组选址方案下***故障时的频率时空分布特征进行评估，选出发电机组接入电网的最优位置。
在本发明实施方式中，首先制定机组位置的预想规划方案，本发明主要从电网频率时空分布的角度对预想方案进行筛选，因此备选方案应在明确发电机组接入电网节点的位置，满足电力***运行的基本约束条件，满足未来负荷增长的需求，在此基础上提供两个及以上机组选址方案。
考虑到本申请的规划方法以提高***稳定性与区域间频率联系的紧密性为目标，扰动的设置应选择对***频率产生较大影响的故障，一般选择常见的有功缺额扰动，包括发电机组脱网和切负荷故障。故障的严重程度以切除发电机的容量或切除有功负荷量的多少决定，不同故障加权求和中的权重按有功功率的比值进行分配。
观测点选取机组选址预想方案中，发电机组接入电网的节点位置，选取各方案接入节点附近，第一层和第二层的几个节点作为观测点，得到一个观测点集，观测点应优先选取区域间的联络点等重要节点。
确定预想方案集、故障集和观测点集后，对于某一方案中某一故障下各观测点频率响应曲线提取四个可以准确反映***频率时空分布特征的指标，如图1所示，指标分别定义为描述***受到扰动后，频率下降或上升速度快慢的频率变化率指标；表现频率变化从扰动中心以不同速度向各个方向传播的响应延时指标；表现调频环节延时性的频率最大偏移和最大偏移延时指标。
对多个观测点进行分群处理，初始网络(线路规划前的网络)在受到某一扰动下的时空分布指标，每个观测点的值各不相同，根据初始网络发生相同扰动下各观测点频率变化率的值将观测点划分为两个群，具体方法为：将频率变化率按从小到大排列，取位于频率变化率有序数列中间的观测点为分界线，尽量将观测点总个数选取为偶数，对于奇数个观测点的情况，则将频率变化率位于中间的观测点与相邻两观测点的变化率值做差，并将其归入差值较小一侧的观测点群，将观测点分成两个群。
对于某一方案中某一故障下各观测点的频率时空分布指标，按分群情况对各群中观测点的值求算术平均，两群可得到两组时空分布指标平均值，将两组值做差，即
其中，为i方案中第n个扰动下第1观测点群体频率变化率的平均值，为i方案中第n个扰动下第2观测点群体频率变化率的平均值，Δkin为i方案中第n个扰动下两观测点群频率变化率均值的差。
对于另外三个时空分布指标，得到相同处理下的结果。
对上述的四个时空分布差值进行去量纲化处理，将时空分布差值除以初始网络下各观测点时空分布指标的平均值，进行无量纲变换。考虑到频率时空分布特性主要体现在频率变化率和响应延时，对无量纲化后的四个按3:3:2:2的权重进行加权求和，得到某一方案中某一故障下的频率时空分布目标值。
对于某一方案中不同故障下的各时空分布目标值，按等比例对各时空分布目标值进行加权求和，得到机组各选址方案最终的目标值，进而得到发电机组选址的最优方案。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本发明的技术方案。
如图2所示，本发明的具体设计步骤：
步骤1制定预想方案：方案应明确发电机组接入电网节点的位置，满足电力***运行的基本约束条件，满足未来负荷增长需求的基础上，提供两个及以上机组选址方案，得到预想方案集。
步骤2设置***扰动：在程序中分别设置不同容量的发电机组脱网故障和切负荷扰动故障。
步骤3定义时空分布指标：定义频率变化率、响应延时、频率最大偏移和最大偏移延时作为四个频率时空分布指标，其中，频率变化率为
其中，fb：起始点频率，fe：终止点频率，tb：起始点时刻，te：终止点时刻。定义***发生扰动的时刻为起始点，定义起始时刻到响应曲线第一个拐点时刻的1/2处为终止点，即te-tb＝1/2(tmax-tb),其中tmax为频率响应曲线第一次达到极大值的时刻。
响应延时定义为***受到扰动后，观测点频率变化0.02Hz所用的时间，即频率从起始点第一次到达f0+Δfth或f0-Δfth时对应的时间，其中Δfth＝0.02Hz。
频率最大偏移定义为
fmax＝|fmax0-f0|
其中，fmax0为观测点频率峰值，f0为***的稳态频率。
最大偏移延时定义为
tmax＝|tmax0-t0|
其中，tmax0为观测点频率达到峰值的时刻，t0为***发生故障的时刻。
按上述定义在程序中输入频率时空分布特征指标提取方法。
步骤4选取观测点：根据电网接线图分别选取不同方案中机组接入电网节点附近，第一层和第二层的几个节点作为观测点，得到一个观测点集。
将选定的观测点集导入计算时空分布指标的方法中。
步骤5计算目标值：首先对多个观测点进行分群处理，初始网络(线路规划前的网络)在受到某一扰动下的时空分布指标，每个观测点的值各不相同，根据初始网络各观测点频率变化率的值将观测点划分为两个群，具体方法为：将频率变化率按从小到大排列，取位于频率变化率有序数列中间的观测点为分界线，尽量将观测点总个数选取为偶数，对于奇数个观测点的情况，则将频率变化率位于中间的观测点与相邻两观测点的变化率值做差，并将其归入差值较小一侧的观测点群，将观测点分成两个群。
然后对于某一方案中某一故障下观测点的各频率时空分布指标，按分群情况对各群中观测点的值求算术平均，两群可得到两组时空分布指标平均值，将两组值做差，即
其中，为i方案中第n个扰动下第1观测点群体频率变化率的平均值，为i方案中第n个扰动下第2观测点群体频率变化率的平均值，Δkin为i方案中第n个扰动下两观测点群频率变化率均值的差。
进一步的，对于另外三个时空分布指标，得到相同处理下的结果，对上述的四个时空分布差值进行去量纲化处理，将时空分布差值除以初始网络下各观测点时空分布指标的平均值，进行无量纲变换。对无量纲化后的四个按3:3:2:2的权重进行加权求和，得到某一方案中某一故障下的频率时空分布目标值。
最后，对于某一方案中不同故障下的各时空分布目标值，不同故障按等比例对各时空分布目标值进行加权求和，得到机组各选址方案最终的目标值。
步骤6选择最优方案：选取步骤5中求得最大目标值的方案作为最优方案。
本领域普通技术人员可以理解,实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中,作为独立的产品销售或使用。所述程序在执行时,可执行如上述各方法的实施例的全部或部分步骤。其中,所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体,或随机存储记忆体等。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种减小频率时空分布的发电机组选址方案优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)针对某一地区制定预想机组选址方案集；根据预想机组选址方案，列举出发电机组接入电网的节点位置，选取所述节点位置附近的节点作为观测点，得到机组选址的观测点集；
(2)设置***扰动：选择***中较为常见且对***频率有较大影响的故障作为***扰动；
(3)对***受到扰动后的频率响应时空特征进行提取，得到频率变化率、响应延时、频率最大偏移和最大偏移时间四个时空分布指标；
(4)根据初始网络中各观测点频率变化率的值将观测点划分为两个群；
(5)对于第i个预想机组选址方案中第n个扰动下的观测点，分别求取每一个观测点群中各观测点的频率变化率的平均值，进而得到第i个预想机组选址方案中第n个扰动下两个观测点群频率变化率均值的差；
(6)对于响应延时、频率最大偏移和最大偏移时间时空分布指标，分别按照步骤(4)和步骤(5)的方法进行处理，得到相应的时空分布指标均值的差；
(7)对得到的四个时空分布指标均值的差进行无量纲变换，按照设定的权重进行加权求和，得到第i个预想机组选址方案中第n个扰动下的频率时空分布目标值；
(8)对于第i个预想机组选址方案中的所有扰动下的频率时空分布目标值，按等比例对各时空分布目标值进行加权求和，得到第i个预想机组选址方案的最终目标值；进而得到机组选址的最优方案。
2.如权利要求1所述的一种减小频率时空分布的发电机组选址方案优化方法，其特征在于，所述步骤(1)中，各预想机组选址方案中发电机组应明确接入电网节点的位置，满足未来负荷增长的需求，所述预想机组选址方案集包括至少两个预想机组选址方案。
3.如权利要求1所述的一种减小频率时空分布的发电机组选址方案优化方法，其特征在于，所述步骤(1)中，观测点选取发电机组接入电网的节点位置附近的节点，观测点选取各区域间的重要联络点，所述区域按照不同地市进行划分，选取的观测点包括区域间的连接母线节点、发电厂一层或二层节点位置。
4.如权利要求1所述的一种减小频率时空分布的发电机组选址方案优化方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述扰动的故障类型包括发电机组脱网和切负荷扰动。
5.如权利要求1所述的一种减小频率时空分布的发电机组选址方案优化方法，其特征在于，所述步骤(3)中，频率变化率时空分布指标具体为：
<mrow> <msub> <mi>k</mi> <mi>f</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>d</mi> <mi>f</mi> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>f</mi> <mi>e</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>b</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mi>e</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>b</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，fb为起始点频率，fe为终止点频率，tb为起始点时刻，te为终止点时刻；定义***发生扰动的时刻为起始点，定义起始时刻到响应曲线第一个拐点时刻1/2处为终止点，即te-tb＝1/2(tmax-tb),其中tmax为频率响应曲线第一次达到极大值的时刻。
6.如权利要求1所述的一种减小频率时空分布的发电机组选址方案优化方法，其特征在于，所述步骤(3)中，响应延时时空分布指标具体为：
***受到扰动后，观测点频率变化设定频率值Δfth所用的时间，即频率从起始点第一次到达f0+Δfth或f0-Δfth时对应的时间。
7.如权利要求1所述的一种减小频率时空分布的发电机组选址方案优化方法，其特征在于，所述步骤(3)中，频率最大偏移时空分布指标具体为：
fmax＝|fmax0-f0|；
其中，fmax0为观测点频率峰值，f0为***的稳态频率。
8.如权利要求1所述的一种减小频率时空分布的发电机组选址方案优化方法，其特征在于，所述步骤(3)中，最大偏移延时时空分布指标具体为：
tmax＝|tmax0-t0|；
其中，tmax0为观测点频率达到峰值的时刻，t0为***发生故障的时刻。
9.如权利要求1所述的一种减小频率时空分布的发电机组选址方案优化方法，其特征在于，所述步骤(4)中，将频率变化率按从小到大排列，相邻两值分别做差，以频率变化率做差结果最大的两观测点为分界线，将观测点划分成两个群。
10.如权利要求1所述的一种减小频率时空分布的发电机组选址方案优化方法，其特征在于，所述步骤(7)中，考虑到频率时空分布特性主要体现在频率变化率和响应延时，对无量纲化后的四个时空分布指标均值按3:3:2:2的权重进行加权求和，得到第i个预想机组选址方案中第n个扰动下的频率时空分布目标值。
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