一种基于多层次启发式动态规划的电力系统动态等值法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统稳定分析技术领域，更具体设及一种在不同工况、不同故障 W及不同故障地点下能够保证电力系统动态等值精度的方法。
【背景技术】
[0002] 电网互联已成为电力系统建设的一种趋势，具有无限广阔的经济效益。互联电网 可W利用区域间时差，实现错峰节能。同时还可W提高供电可靠性、减少备用容量。但是，电 网互联后，系统规模更加庞大、结构更加复杂，因此，导致电网安全稳定分析的难度越来越 大。为降低电网稳定计算的难度，通常只对电网中某一重点关注的区域进行精细化建模，研 究该区域的动态特性，对其他不关屯、的区域则考虑在不影响重点关注区域的动态特性的条 件下，对其作为一个整体进行动态等值。通过动态等值的方法，可W在保证分析精度的条件 下，简化电网安全稳定计算，提高电网稳定分析效率。
[0003] 针对电力系统中不同类型的安全稳定分析问题，形成了不同的等值方法。运些方 法可W分为=类:同调等值法、模态等值法和辨识等值法。王敏，文劲宇，胡文博，等.区域小 水电机群动态等值建模方法研究[J].电力系统保护与控制，2013,41(17) :1-9.采用同调等 值法将在系统发生大扰动后W相近的转速摇摆的发电机划为一个同调机群，每个机群内的 发电机被合并为一台等值机。蒙晓航，叶林，赵永宁.永磁直驱同步风电场多机动态等值模 型[J].电力系统保护与控制，2013,41(17) :25-32.将外部系统线性化模型进行模态分析， 保留主要模式，通过压缩模态降低模型阶次进行等值。上述两篇文献采用的方法分别为同 调等值法和模态等值法，但运两种等值方法都需要基于系统在某一运行方式下的结构与参 数做等值处理。因此，运两种方案对于某一特定的工况具有较精确的等值效果，但对于变化 的运行工况却存在着一定的误差。高峰，赵东来，周孝信，安宁.直驱式风电机组风电场动态 等值[J]. 2012，36( 12): 222-227.则采用辨识等值法先确定等值模型的基本结构，再利用实 测扰动数据获得动态等值模型的参数。该文献提到的等值方法可W在运行工况多变的条件 下保证等值精度，但在确定等值模型的基本结构W及辨识等值模型的参数上存在一定的技 术难题，因此，该方法目前还处在研究阶段。
[0004] 上述动态等值方法为解决大规模电网安全稳定分析运一问题提供了有益的思路， 但提出的方法适用范围较小，无法应对当今复杂多变的电力系统。
[0005] 动态规划(Dynamic Programming,DP)是贝尔曼在20世纪50年代提出来的一种用 于求解最优控制问题的方法，该方法先将一个多步决策问题转化为一系列单步决策问题， 然后从最后一步状态开始逆向递推到初始状态为止，从而得到一套最优控制策略。动态规 划在理论上给出了求解最优控制策略的Hamilton-Jacobi-Bellman化JB)方程，但该方程求 解复杂，一般难W得到方程相应的解。启发式动态规划化euristic Dynamic Programming, HDP)算法利用神经网络模拟人类思考和学习的优越性，通过函数逼近町B方程的近似解寻 求最优控制策略，有效地解决了DP中无法求解HJB方程的问题，但是，HDP算法在算法稳定 性、在线学习能力W及系统最优化决策进程存在一些不足。多层次启发式动态规划(Global Representation 胎uristic Dynamic Programming,GrHDP)算法是在常规的HDP算法的基 础上提出的一种全新的动态规划算法。与HDP算法相比，该算法增加了一个神经网络，该网 络利用其自适应性建立了内部多层次、多阶段的目标函数，指导其他神经网络实现最优控 制策略。该算法具有很强的学习能力与自适应性，在系统完整参数和详细模型未知的情况 下，通过离线训练、在线修正的方式逐渐"学习"系统的基本特性，不断调整控制策略，最终 实现最优控制。
[0006]反向传播(Back Propagation,BP)网络包含输入层、输出层W及隐藏层，S层之间 通过权值函数联系，并通过调整权值函数使网络中设定的误差函数到达最小从而输出最优 解，图5是反向传播网络的结构。
[0007] 径向等值不变性(Radial Equivalent Ind邱endent，REI)等值法是一种化简电力 网络的有效方法。假定电网的导纳矩阵是Y，下标I表示要保留的研究系统的节点集，下标E 表示要消去的外部系统的节点集，于是Y可写成：
[0008] F= P^II 八旧 _&1: &E_
[0009] 消去E中所有节点得到由I中节点所组成的简化网络。经过外部等值后的节点导纳 矩阵为：
[0010] 化I
[0011] 本发明将上述多层次启发式动态规划算法引入传统的同调等值法中，在等值边界 上加入一个GrHDP模块，该动态环节W原电力系统与等值电力系统的联络线功率和电压幅 值误差最小为目标函数寻求最优控制策略，补偿了在不同运行方式下两者之间的误差，有 效地解决了传统同调等值法无法适应多变的运行工况的问题，保证了不同运行状态下系统 等值的精度。
【发明内容】
[0012] 针对目前同调等值法对不同运行条件下的系统等值效果较差的缺点，本发明的目 的在于提供一种电力系统的动态等值方法，旨在保证在不同运行工况下等值系统与原系统 具有相似度较高的动态特性，从而简化系统稳定计算，提高系统安全稳定分析效率。该方法 由同调等值部分和基于GrHDP算法的动态环节设计与训练部分组成，首先采用同调等值法 获得等值网络结构和母线、联络线参数，计算出等值负荷和等值发电机参数；然后设置 G巧DP动态环节的执行网络、参考网络W及评价网络的输入输出、权值更新公式和误差函 数，连接S个网络构成GrHDP动态环节，同时将该环节接入等值系统构成基于GrHDP动态环 节的等值系统，对该系统进行训练，获得S个网络的权值。基于GrHDP算法的动态校正环节 的引入，有效地提高了系统的等值精度和效率。该方法获得的等值模型可W满足在不同运 行工况、不同故障类型W及不同故障位置下安全稳定分析的精度要求。
[0013] 本发明提供了一种基于多层次启发式动态规划的电力系统动态等值法，该方法能 适用于运行状态多变的电网的安全稳定分析。具体包括下述步骤：
[0014] a、同调等值步骤
[0015] al、将电网系统划分为外部系统与研究系统；
[0016] a2、将外部系统中任意两台最大转子角偏差不超过15度的发电机划分到同一个同 调机群中，并将每个同调机群聚合为一台等值发电机；
[0017] a3、合并外部系统中同调发电机母线，获得等值发电机母线；
[0018] a4、根据如下公式计算等值发电机的参数Xeq,获得等值发电机模型，
[0020] 式中：Seq为同调机群所有发电机的总容量，Xi为同调机群中第i台发电机参数，Si 为同调发电机群中第i台发电机容量；
[0021] a5、将外部系统中所有母线上的负荷相加后移至等值发电机母线，获得等值负荷 模型；
[0022] a6、保留外部系统中的边界母线和等值母线，消去中间母线，采用径向等值不变性 (Radial Equivalent Independent ,REI)方法获得等值网络阻抗；
[0023] 上述获得的等值发电机模型、等值发电机母线、等值负荷模型、等值网络阻抗W及 研究系统组成了同调等值系统。
[0024] b、多层次启发式动态规划模块的设计与训练步骤
[0025] bl、采用多层次启发式动态规划算法，确定多层次启发式动态规划模块的输入量、 输出量；
[0026] bl.l、设置同调等值系统与原电网系统边界母线的电压偏差A V(t)和功角偏差A S(t)为多层次启发式动态规划模块中执行网络的输入量，设置执行网络的输入量W及注入 同调等值系统边界母线的有功调整量A P(t)为多层次启发式动态规划模块中参考网络的 输入量，设置参考网络的输入量W及多层次启发式动态规划模块中的内部强化函数s(t)为 多层次启发式动态规划模块中评价网络的输入量，其中多层次启发式动态规划模块中的执 行网络、参考网络和评价网络均为反向传播神经网络，反向神经网络包含输如层、输出层W 及隐藏层，=层之间通过权值函数联系，它可通过调整权值函数使网络中的误差函数达到 最小；
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