一种抽水蓄能机组二次调频性能的量化评估方法及系统

技术领域

本发明涉及抽水蓄能发电调频评价领域，具体涉及一种二次调频性能的量化评估方法及系统。

背景技术

经过多年发展与应用，抽水蓄能机组的装机容量及其在电网中的比重逐渐增加，其二次调频功能为电网及发电机组稳定运行提供了重要的辅助服务支撑。二次调频控制可以自动跟踪电力系统负荷变化，在功率偏高时快速降低并网有功功率，在功率偏低时快速增加并网有功功率。随着可再生能源应用规模的快速扩大、电力需求的旺盛增长以及电网运行特性的复杂变化，电网对抽水蓄能机组的动态响应特性有了更高的要求，运行调度更需要灵活发挥抽水蓄能电站的二次调频性能，二次调频性能的考核及其量化评估也已成为关系到电网运行管理的关键问题。

目前在机组二次调频性能量化评估的方法中，评价指标主要包括实际积分电量、理论电量及其响应合格率，缺乏一定的综合性和代表性；而指标权重的计算方法目前主要包括层次分析法和专家评分法，层次分析法能够将人的主观判断过程思维化、数学化，灵活性好且运算简洁，但对于评价指标较多(如四个以上)的问题很难保证思维一致性以及全部因素权重的合理性，而且运用专家打分赋予权重时，由于个人经验、主观思维的影响，难以保证评价结果的准确性，若有些指标相对重要性低、权重过小，在进行复合运算时可能会造成整体评价结果的偏离，而且现有方法中鲜有针对不同的机组运行方案完成综合评分的，无法直观反映出各种方案的调频性能优劣。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种抽水蓄能机组二次调频性能的量化评估方法，包括：

基于预先设定的评价指标体系和扰动功率信号，计算不同调速器参数方案抽水蓄能机组二次调频性能的各评价指标值；

基于所述评价指标值计算所述各评价指标劣化度；

基于所述各评价指标劣化度和所述评价指标体系中对应的指标权重对不同调速器参数方案下抽水蓄能机组的二次调频性能进行评估。

优选的，所述预先设定的评价指标体系的构建包括：

基于预先设定的各评价指标确定指标值的计算式；

基于指标层判断矩阵计算各评价指标值对应的权重集；

基于所述评价指标、指标值的计算式和对应的权重集构建评价指标体系；

其中，所述评价指标包括：功率差平均值、功率差标准值、惩罚电量、调节里程、功率延迟时间。

优选的，所述基于指标层判断矩阵计算各评价指标值对应的权重集包括：

计算所述指标层判断矩阵的特征向量；

将所述特征向量归一化处理计算各评价指标值对应的权重集。

优选的，所述基于所述评价指标值计算所述各评价指标劣化度包括：

基于指标的类型选择对应的指标劣化度计算式；

基于所述评价指标值和选择对应的指标劣化度计算式计算各评价指标值的劣化度。

优选的，所述基于指标的类型选择对应的指标劣化度计算式包括：当评价指标的指标类型为越小越优型指标时，选择越小越优型指标劣化度计算式，计算所述评价指标的劣化度；

当评价指标的指标类型为越大越优型指标时，选择越大越优型指标劣化度计算式，计算所述评价指标的劣化度。

优选的，所述越小越优型指标劣化度计算式如下式所示：

所述越大越优型指标劣化度计算式如下式所示：

式中：x

优选的，所述基于所述各评价指标劣化度和所述评价指标体系中对应的指标权重对不同调速器参数方案下抽水蓄能机组的二次调频性能进行评估包括：

基于所述各评价指标的劣化度与设定的模糊隶属度函数计算模糊隶属度评价矩阵；

基于权重集和模糊隶属度矩阵计算指标层模糊评判向量；

基于所述指标层模糊评判向量计算不同调速器参数方案的总得分评估不同调速器参数方案下抽水蓄能机组的二次调频性能。

优选的，所述模糊隶属度函数如下所示：

式中：x为指标劣化度数值；V

优选的，所述指标层模糊评判向量按下式计算：

B＝W

式中：M

所述总得分按下式计算：

S＝B·G

式中:G

基于同一种发明构思本发明提供了一种抽水蓄能机组二次调频性能的量化评估系统，包括：

指标值计算模块、劣化度计算模块和评估模块：

所述指标值计算模块用于，基于预先设定的评价指标体系和扰动功率信号，计算不同调速器参数方案抽水蓄能机组二次调频性能的各评价指标值；

所述劣化度计算模块用于，基于所述评价指标值计算所述各评价指标劣化度；

所述评估模块用于，基于所述各评价指标劣化度和所述评价指标体系中对应的指标权重对不同调速器参数方案下抽水蓄能机组的二次调频性能进行评估。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种抽水蓄能机组二次调频性能的量化评估方法，包括：基于预先设定的评价指标体系和扰动功率信号，计算不同调速器参数方案抽水蓄能机组二次调频性能的各评价指标值；基于所述评价指标值计算所述各评价指标劣化度；基于所述各评价指标劣化度和所述评价指标体系中对应的指标权重对不同调速器参数方案下抽水蓄能机组的二次调频性能进行评估。本发明将思维判断过程数学化，在量化评估电网调频性能时可以极大程度上规避主观思维影响；保证结果客观性，对电网调频性能进行更精确的评估。

附图说明

图1为本发明的抽水蓄能机组二次调频性能的量化评估方法流程结构示意图；

图2为本发明的抽水蓄能机组二次调频性能的量化评估方法的具体步骤流程图；

图3为本发明的半岭型和三角形相结合的隶属度函数分布图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

实施例1：

如图1所示，一种抽水蓄能机组二次调频性能的量化评估方法，包括：

步骤1：基于预先设定的评价指标体系和扰动功率信号，计算不同调速器参数方案抽水蓄能机组二次调频性能的各评价指标值；

步骤2：基于所述评价指标值计算所述各评价指标劣化度；

步骤3：基于所述各评价指标劣化度和所述评价指标体系中对应的指标权重对不同调速器参数方案抽水蓄能机组二次调频性能进行评估。

一种抽水蓄能机组二次调频性能的量化评估方法的具体步骤，包括如图2所示：

步骤1：基于预先设定的评价指标体系和扰动功率信号，计算不同调速器参数方案抽水蓄能机组二次调频性能的各评价指标值具体包括：

S1：选定并计算因素集：Z(1×5)五项评价指标。

(1)功率差平均值ΔP

式中：ΔP

(2)功率差标准差△P

式中：△P

(3)惩罚电量E

式中：E

(4)调节里程M

式中：M

(5)功率延迟时间T

式中：T

S2：构建指标层判断矩阵：A

结合评价指标的物理定义和功率调节过程仿真计算所得指标量的数值差，将各因素进行层次单排序。层次单排序是同一层次各因素以上一层次因素为比较准则时，作相互比较后的相对重要性标度。

1～9比例标度表

基于1～9标度法(如上表所示)确定判断矩阵元素，矩阵元素a

对指标层判断矩阵作一致性检验。要求一致性指标CI尽可能接近0，检验系数CR<0.1。若未通过检验，则需对判断矩阵进行修改。

式中：λ为判断矩阵的最大特征值。RI为随机一致性指标，n

随机一致性指标RI取值表

S3：计算评价指标的权重集：W(5×1)。

在判断矩阵A

S4：确定评语集：V

值得注意的是，评语集是针对调频响应过程划分出了由优到劣的四个等级，其对应的分数数值可根据评价需求进行调整，能体现出响应状态间的差异即可。

步骤2：基于所述评价指标值计算所述各评价指标劣化度具体包括：

S5：计算各指标量的劣化度：X(1×5)。

劣化度反映的是系统当前运行状态与系统发生故障时的运行状态进行对照，其劣化程度的多少，取值变化区间为(0,1)。

对于越小越优型指标，劣化度计算公式为：

对于越大越优型指标，劣化度计算公式为：

式中：x

步骤3：基于所述各评价指标劣化度和所述评价指标体系中对应的指标权重对不同调速器参数方案抽水蓄能机组二次调频性能进行评估具体包括：

S6：计算模糊隶属度矩阵：M

结合模糊隶属度函数对各项评价指标进行评判。在确定其模糊性时采用线性插值法不能保证计算的准确性。模糊分布中的岭形分布过渡平缓、主值范围较宽，可以较为准确地将各项评价指标与调频响应状态之间的关系体现出来。故本次研究中将半岭形分布和三角形分布联系起来如图3所示：共同组成模糊隶属度函数。

V

依据前一步骤中所得的指标劣化度数值xi，决定在四组公式(对应着四个评语等级)中分别该选取哪一个具体公式进行计算，从而确定这项指标对应四个评语等级分别有多大的隶属度。即确定了每种功率扰动输入信号下，五项评价指标相应于评语集V

S7：进行模糊矩阵的复合计算，得到指标层模糊评判向量：B＝W

S8：计算调频性能总得分S＝B·G

本发明构建了一种抽水蓄能机组二次调频性能的量化评估方法；选用更能体现调频能力的重要评价指标，数值计算中通过构建指标判断矩阵、计算指标劣化度、模糊评判向量等步骤，最终进行复合计算确定调频性能总得分；并针对不同的调速器参数方案分别进行评分计算及比较，为综合量化评估电网调频性能、选择最优运行方案提供了更加直观的依据，评价效果好。

通过建立一套基于抽水蓄能机组的调频性能量化评估系统，可以有效激发水电机组参与二次调频的积极性，提高电网供电质量，为抽水蓄能电站实际调节运行和性能评估考核系统提供可靠参考，对实际工程运用有着重要的指导意义。

实施例2：

基于同一种发明构思，本发明还提供了一种抽水蓄能机组二次调频性能的量化评估系统，包括：

指标值计算模块、劣化度计算模块和评估模块：

所述指标值计算模块用于，基于预先设定的评价指标体系和扰动功率信号，计算不同调速器参数方案抽水蓄能机组二次调频性能的各评价指标值；

所述劣化度计算模块用于，基于所述评价指标值计算所述各评价指标劣化度；

所述评估模块用于，基于所述各评价指标劣化度和所述评价指标体系中对应的指标权重对不同调速器参数方案抽水蓄能机组二次调频性能进行评估。

优选的，所述劣化度计算模块包括：计算式选择子模块和计算子模块；

所述计算式选择子模块用于：基于指标的类型选择对应的指标劣化度计算式；

所述计算子模块用于：基于所述评价指标值和选择对应的指标劣化度计算式计算各评价指标值的劣化度。

优选的，所述评估模块包括：矩阵计算子模块、评判向量计算子模块和打分评估子模块；

所述矩阵计算子模块用于，基于所述各评价指标的劣化度与设定的模糊隶属度函数计算模糊隶属度评价矩阵；

所述评判向量计算子模块用于，基于权重集和模糊隶属度矩阵计算指标层模糊评判向量；

所述打分评估子模块用于，基于所述指标层模糊评判向量计算不同调速器参数方案的总得分评估不同调速器参数方案抽水蓄能机组的二次调频性能。

实施例3：

本发明提供的抽水蓄能机组二次调频性能的量化评估方法：评价指标的选取具有综合性和代表性；评价方法对各项指标进行了模糊处理，极大程度上规避主观思维影响；通过比较不同方案的总评分，直观反映出调速器参数对电网调频性能的影响。

本发明充分考虑国内外各类评估研究中的考核指标，包括基本的功率差平均值及标准差、国内华东能源管理局运用的惩罚电量、基于美国PJM电力市场的调节里程和功率延迟时间；本发明的评价方法是通过构建指标判断矩阵、计算指标劣化度、模糊评判向量等步骤，最终进行复合计算得出综合评分，为量化评价指标、选择最优方案提供了依据，评价效果好，为抽水蓄能机组二次调频性能的量化评估提供一种新的思路和方式。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，下面举实施例(功率正弦扰动)对本发明进一步详细说明。

该实施例在抽水蓄能机组二次调频仿真模型中输入功率正弦扰动信号，扰动幅值为0.1pu、周期为30s，总时长为600s，共设置7组调速器参数方案。借助MATLAB编制相关程序代码进行计算，得出各方案的评价指标及总得分如下表所示：

功率正弦扰动信号评分计算表

其中，指标层判断矩阵为：

一致性指标CI＝0.059，检验系数CR＝0.053<0.1，判断矩阵通过一致性检验。

评价指标的权重集为W＝(0.1690；0.2665；0.2300；0.1655；0.1690)。即：

值得注意的是，这里所确定的指标权重仅针对该实施例，对于不同的电站机组或运行条件，指标权重会有所变化。

评分计算结果表明，电网调频性能总得分S受积分增益K

本发明构建了一种抽水蓄能机组二次调频性能的量化评估方法；选用更能体现调频能力的重要评价指标，数值计算中通过构建指标判断矩阵、计算指标劣化度、模糊评判向量等步骤，最终进行复合计算确定调频性能总得分；并针对不同的调速器参数方案分别进行评分计算及比较，为综合量化评估电网调频性能、选择最优运行方案提供了更加直观的依据，评价效果好。

通过建立一套基于抽水蓄能机组的调频性能评价方法，可以有效激发水电机组参与二次调频的积极性，提高电网供电质量，为抽水蓄能电站实际调节运行和性能评估考核系统提供可靠参考，对实际工程运用有着重要的指导意义。

显然，所描述的实施例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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。