3軌跡實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)ppt課件

1、 西安交通大學(xué)西安交通大學(xué) 2019/11/12張張 保保 會(huì)會(huì)一一 基于軌跡信息進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)的思想基于軌跡信息進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)的思想二二 基于實(shí)時(shí)信息的動(dòng)態(tài)同調(diào)識(shí)別基于實(shí)時(shí)信息的動(dòng)態(tài)同調(diào)識(shí)別三三 等值方法及數(shù)學(xué)模型等值方法及數(shù)學(xué)模型四四 動(dòng)態(tài)等面積定則快速判別穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)等面積定則快速判別穩(wěn)定性五五 基于相軌跡凸凹性的穩(wěn)定性識(shí)別基于相軌跡凸凹性的穩(wěn)定性識(shí)別六六 穩(wěn)定性預(yù)測(cè)與實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案穩(wěn)定性預(yù)測(cè)與實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案七七 整體方案準(zhǔn)確性的檢驗(yàn)及仿真結(jié)果整體方案準(zhǔn)確性的檢驗(yàn)及仿真結(jié)果v 可行性：GPS的出現(xiàn)和引入電力系統(tǒng)，使得對(duì)電力系統(tǒng)具有重要作用的相角測(cè)量得以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代的遠(yuǎn)距離通訊能力

2、和工作站技術(shù)使我們能得到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)搖擺運(yùn)動(dòng)軌跡信息，于是可進(jìn)行全系統(tǒng)的在線實(shí)時(shí)性的動(dòng)態(tài)監(jiān)視，因此必將極大地改善系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定預(yù)測(cè)及控制的水平，為暫態(tài)穩(wěn)定的失穩(wěn)預(yù)測(cè)和控制提供新的思路和方法。v出發(fā)點(diǎn)：以系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)視的實(shí)時(shí)軌跡信息為基礎(chǔ)，預(yù)測(cè)系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢(shì)，并快速識(shí)別系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，快速起動(dòng)緊急控制，防止系統(tǒng)的穩(wěn)定性破壞。 一一 基于軌跡信息進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)的思想基于軌跡信息進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)的思想2 2）v基于系統(tǒng)的軌跡信息,不需預(yù)先知道電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、參數(shù)以及負(fù)載動(dòng)力學(xué)特性等難以準(zhǔn)確獲得的知識(shí)。v所需參數(shù)由實(shí)時(shí)測(cè)量獲得和實(shí)時(shí)辯識(shí)計(jì)算得到，因而它能更準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行情況。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：一一 基于軌

3、跡信息進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)的基本思想基于軌跡信息進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)的基本思想3 3） 在系統(tǒng)呈現(xiàn)兩機(jī)群搖擺模式的情況下，識(shí)別同調(diào)機(jī)群。利用具有遺忘因子的在線遞推最小二乘方法獲得兩機(jī)群等值模型的參數(shù)。結(jié)合這些參數(shù)在線快速估計(jì)和計(jì)算系統(tǒng)在故障切除后的平衡點(diǎn)，在擾動(dòng)結(jié)束時(shí)，使用動(dòng)態(tài)等面積定則快速計(jì)算系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。跟蹤兩等值機(jī)系統(tǒng)等值軌跡并利用其在不返回點(diǎn)處相圖的凸凹性發(fā)生變化來判斷相圖軌跡是收斂還是發(fā)散，從而識(shí)別系統(tǒng)的穩(wěn)定性；步驟：步驟： 系統(tǒng)在暫態(tài)過程中的機(jī)組運(yùn)動(dòng)千差萬(wàn)別，但是系統(tǒng)中總有一部分機(jī)組它們的動(dòng)態(tài)行為是相近的，這種搖擺相近的發(fā)電機(jī)組就稱為同調(diào)機(jī)群。一般有如下定義，若發(fā)電機(jī)i與發(fā)電機(jī)j滿足下式： |

4、)()(|ttji 00tt 則認(rèn)為發(fā)電機(jī)i與j同調(diào)，并采用以下度量來測(cè)量發(fā)電機(jī)之間的同調(diào)程度。 102/121)()(1tjiijdttttS 在擾動(dòng)發(fā)生和切除后，基于實(shí)測(cè)和預(yù)測(cè)的功角數(shù)據(jù)，首先利用動(dòng)態(tài)同調(diào)識(shí)別判據(jù)將系統(tǒng)分成兩機(jī)群，然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)等值。 等值的基本思想是根據(jù)實(shí)測(cè)的實(shí)時(shí)信息和預(yù)測(cè)信息即軌跡信息將系統(tǒng)的所有發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)的分為兩群：臨界群S和其余機(jī)群A） AiiAiiiaSiiSiiisMMMM 定義Ms和Ma為S和A群的等值慣量；Pms和Pma分別為S和A群的等值機(jī)械輸入功率，Pes和Pea分別為S和A群的等值電氣輸出功率，其表達(dá)式分別為： AieieaSieiesAimima

5、SimimsAiiaSiisPPPPPPPPMMMM多機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程可等值表示為下式 ：eamaaaesmsssPPMPPM sSiiisMM aAiiiaMM （1）可以將式1再等值為單機(jī)無限大系統(tǒng)： )sin(maxeqcmeqPPPM eqeqeqCBPMsincos 依據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量和預(yù)測(cè)得到的功角可計(jì)算等值角eq，辯識(shí)參數(shù)P、B、C，并動(dòng)態(tài)修正它的大小。由于參數(shù)P、B和C是按實(shí)際的復(fù)雜模型和擾動(dòng)場(chǎng)景對(duì)多機(jī)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)通過辨識(shí)得到的，并且在不同的采樣時(shí)刻可以動(dòng)態(tài)修正它，因此一些復(fù)雜因素對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的影響可通過實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)修正等值參數(shù)部分反映出來。最小二乘辨識(shí)法：最小

6、二乘辨識(shí)法：2)()1()(2)1()(ttmtmtmtmeqeqeqeq )(sin)(cos)()(tCtBPtMteeqeqeq 112)(minnmtme) 1(sin() 1(cos(1)(sin)(cos1tntnttAeqeqeqeq ) 1()(1tntMGeqeq CBP)() 1() 1()()() 1(NNANnGNKNN)()1()(1) 1()1()() 1()1()()()()(1)(11NPNANKINPNANPNANANPNKNANANPTTT0sincoseqeqCBP 此方程有兩個(gè)根，分別為eqs和equ 。其中對(duì)應(yīng)于的eqs平衡點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于equ

7、的平衡點(diǎn)是不穩(wěn)定平衡點(diǎn)。 系統(tǒng)在故障切除時(shí)刻的暫態(tài)能量為： eqeqeqcleqpekecldCBPMVVVcleqseq)sincos()(2122)(21cleqkeMVcleqseqeqeqeqpedCBPV)sincos(系統(tǒng)的臨界能量為： ueqseqeqeqeqcrdCBPV)sincos( v假設(shè)1且Vn0，則系統(tǒng)穩(wěn)定。v假設(shè)1且Vn tc上具有穩(wěn)定的擾動(dòng)后平衡點(diǎn)，x(t)是系統(tǒng)由t0開始的一條實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌線，若存在常數(shù)：0),(0000 xxt0|)(|sup0txtt使得：則稱x(t)是軌線穩(wěn)定的。 運(yùn)動(dòng)軌線穩(wěn)定性定理運(yùn)動(dòng)軌線穩(wěn)定性定理 若x(t)是軌線穩(wěn)定的，則它的范數(shù)是有界

8、的。由狀態(tài)量x(t)和它的導(dǎo)數(shù)組成的相圖的幾何特性則表現(xiàn)為相圖相對(duì)于穩(wěn)定平衡點(diǎn)是向內(nèi)凹的即收斂。反之，若x(t)是軌線不穩(wěn)定的，則它的范數(shù)是無界的。由狀態(tài)量x(t)和它的導(dǎo)數(shù)組成的相圖的幾何特性則表現(xiàn)為相圖相對(duì)于穩(wěn)定平衡點(diǎn)肯定會(huì)在某一點(diǎn)向外凹出去即發(fā)散。 運(yùn)動(dòng)軌線穩(wěn)定性定理運(yùn)動(dòng)軌線穩(wěn)定性定理等值兩機(jī)系統(tǒng)的相圖運(yùn)動(dòng)軌線穩(wěn)定性特征運(yùn)動(dòng)軌線穩(wěn)定性特征 故障切除后等值系統(tǒng)的相軌跡相對(duì)于故障后的穩(wěn)定平衡點(diǎn)的幾何特征如下圖。 射線的方程 ：)()(tteqeqseqeqseqeq切線的方程 ：)()(ttKtteqeqeqeq)()2()()2()()()()2()()2()()(seqeqeqeqeqe

9、qeqseqeqeqeqeqeqeqtttttttttttttttttt 利用等值系統(tǒng)相圖凸凹性進(jìn)行穩(wěn)定性識(shí)別需要的信息僅為全系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的角度和角速度即軌跡信息，其應(yīng)用步驟為： v利用實(shí)測(cè)的功角以及預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)將系統(tǒng)分成兩群，利用實(shí)測(cè)的功角以及預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)將系統(tǒng)分成兩群，得到等值兩群系統(tǒng)的軌跡信息得到等值兩群系統(tǒng)的軌跡信息eqeq和和eq eq 。v利用軌跡信息利用軌跡信息eqeq和和eqeq計(jì)算計(jì)算的大小。的大小。 v經(jīng)過經(jīng)過的大小快速識(shí)別系統(tǒng)的穩(wěn)定性；假設(shè)的大小快速識(shí)別系統(tǒng)的穩(wěn)定性；假設(shè)11，系統(tǒng)穩(wěn)定；假設(shè)系統(tǒng)穩(wěn)定；假設(shè)11變成變成11，系統(tǒng)失去穩(wěn)定。，系統(tǒng)失去穩(wěn)定。在兩機(jī)群模式下結(jié)合等值系統(tǒng)

10、相軌跡凸、凹性和在兩機(jī)群模式下結(jié)合等值系統(tǒng)相軌跡凸、凹性和能量等面積定則提出一種簡(jiǎn)化的穩(wěn)定識(shí)別判據(jù)，能量等面積定則提出一種簡(jiǎn)化的穩(wěn)定識(shí)別判據(jù)，但要想使此判據(jù)具有快速的預(yù)測(cè)功能，必須對(duì)判但要想使此判據(jù)具有快速的預(yù)測(cè)功能，必須對(duì)判據(jù)中需要的狀態(tài)量進(jìn)行快速超前預(yù)測(cè)?；诜蔷€據(jù)中需要的狀態(tài)量進(jìn)行快速超前預(yù)測(cè)。基于非線性微分方程導(dǎo)出了微分動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)量自記憶數(shù)性微分方程導(dǎo)出了微分動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)量自記憶數(shù)值預(yù)測(cè)計(jì)算公式，并利用模糊控制對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)值預(yù)測(cè)計(jì)算公式，并利用模糊控制對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行在線智能修正。結(jié)合發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程和實(shí)行在線智能修正。結(jié)合發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程和實(shí)時(shí)觀測(cè)到的功角和角速度數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)電機(jī)功角

11、未來時(shí)觀測(cè)到的功角和角速度數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)電機(jī)功角未來的變化趨勢(shì)進(jìn)行了數(shù)值預(yù)測(cè)仿真實(shí)驗(yàn)。的變化趨勢(shì)進(jìn)行了數(shù)值預(yù)測(cè)仿真實(shí)驗(yàn)。),(txFdtdxp階自記憶預(yù)測(cè)方程： ),()()()()()()(1)(10ttiipimipppdxFttxtxtttxttxFtttttxtxttxtttxipiiiipiiipp ),()()(1)()()()(21)(1)()()()(0101微分動(dòng)力系統(tǒng)： 微分動(dòng)力系統(tǒng)的自記憶預(yù)測(cè)計(jì)算方法一）微分動(dòng)力系統(tǒng)的自記憶預(yù)測(cè)計(jì)算方法一）自記憶預(yù)測(cè)方程的離散表達(dá)式： 10010011111)2()2()2(xtFxtFxxtFxxxpiiiiipppp 自記憶預(yù)測(cè)方程與一般自

12、回歸時(shí)序模型的區(qū)別： tiiittxFttxtxtx01100),()()()()(10)()(piiiBtxtx微分動(dòng)力系統(tǒng)的自記憶預(yù)測(cè)計(jì)算方法二）微分動(dòng)力系統(tǒng)的自記憶預(yù)測(cè)計(jì)算方法二） 為了使用自記憶預(yù)測(cè)方程預(yù)測(cè)未來值，首先要確定i利用最小二乘算法可求：101,pp使得函數(shù)： min)2()2()2(),(2110001111111101jjjijijipijipjpNjjpjpppxxtFxtFxxtFxxE 微分動(dòng)力系統(tǒng)的自記憶預(yù)測(cè)計(jì)算方法三）微分動(dòng)力系統(tǒng)的自記憶預(yù)測(cè)計(jì)算方法三） 模糊控制在線智能修正一）模糊控制在線智能修正一） 模糊模型結(jié)構(gòu)采用以下解析表達(dá)式： ECEkU)1 ()(v

13、IF |E|=PB THEN =VBvIF |E|=PM AND |EC|=PB OR PM THEN =MvIF |E|=PM AND |EC|=PS OR 0 THEN =BvIF |E|=PS AND |EC|=PB OR PM THEN =S vIF |E|=PS AND |EC|=PS OR 0 THEN =BvIF |E|=0 AND |EC|=PB OR PM OR PS THEN =VSvIF |E|=0 AND |EC|=0 THEN =M 隸屬度： |)|,(|ECEiEPBECE |,(|1)(|)| |,(|2ECPMECPBEPMECE)(|)| |,(|03ECEC

14、PSEPMECE)(|)|,(|4ECPMECPBEPSECE)(|)| |,(|06ECPSECPMECPBEECE)(|)| |,(|05ECECPSEPSECE007|)| |,(|ECEECE(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7) 在實(shí)時(shí)修正中，在線計(jì)算e和ec，將其模糊化，然后利用上述規(guī)則計(jì)算出隸屬度，再利用下式實(shí)時(shí)計(jì)算出，最后利用模糊模型結(jié)構(gòu)的表達(dá)式計(jì)算出修正量的變化，再乘以比例因子即可得到實(shí)際的修正量。71ii71iii|)EC| |,E(|)EC| |,E(|模糊控制在線智能修正三）模糊控制在線智能修正三） v利用等值系統(tǒng)相圖軌跡的凸、凹性和等值系統(tǒng)利用等值系統(tǒng)相圖軌跡的凸

15、、凹性和等值系統(tǒng)的能量分析相結(jié)合，不僅可以快速判斷系統(tǒng)是否的能量分析相結(jié)合，不僅可以快速判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定的定性結(jié)論，而且可以得到系統(tǒng)近似的穩(wěn)定穩(wěn)定的定性結(jié)論，而且可以得到系統(tǒng)近似的穩(wěn)定裕度，同時(shí)兩種判據(jù)相結(jié)合增強(qiáng)了穩(wěn)定識(shí)別結(jié)果裕度，同時(shí)兩種判據(jù)相結(jié)合增強(qiáng)了穩(wěn)定識(shí)別結(jié)果的可靠性。的可靠性。v該方法所需參數(shù)是根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)獲得或計(jì)該方法所需參數(shù)是根據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)獲得或計(jì)算得到即基于系統(tǒng)的軌跡信息，不需預(yù)先知道電算得到即基于系統(tǒng)的軌跡信息，不需預(yù)先知道電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，因而它能準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，因而它能準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行情況，更適用于實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)與控制。真實(shí)運(yùn)行情況，更適用于實(shí)

16、時(shí)預(yù)測(cè)與控制。 1.發(fā)電機(jī)功角預(yù)測(cè)的最大偏差弧度）發(fā)電機(jī)功角預(yù)測(cè)的最大偏差弧度） 0 00.20s0.20s，1919* *-14-14三相對(duì)地短路，三相對(duì)地短路，0.20s0.20s后三相斷開，后三相斷開，4 4號(hào)號(hào)發(fā)電機(jī)功角的預(yù)測(cè)曲線圖發(fā)電機(jī)功角的預(yù)測(cè)曲線圖 0 00.30s0.30s，1919* *-14-14三相對(duì)地短路，三相對(duì)地短路，0.30s0.30s后三相斷開，后三相斷開，4 4號(hào)號(hào)發(fā)電機(jī)功角的預(yù)測(cè)曲線圖發(fā)電機(jī)功角的預(yù)測(cè)曲線圖 v正常運(yùn)行方式下對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)的監(jiān)視。結(jié)合正常運(yùn)行方式下對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)的監(jiān)視。結(jié)合EMSEMS提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在當(dāng)前運(yùn)行方式下對(duì)預(yù)想事提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在當(dāng)

17、前運(yùn)行方式下對(duì)預(yù)想事故進(jìn)行快速的篩選和決策，進(jìn)而對(duì)那些不穩(wěn)定情況故進(jìn)行快速的篩選和決策，進(jìn)而對(duì)那些不穩(wěn)定情況發(fā)出報(bào)警以采取預(yù)防控制措施。發(fā)出報(bào)警以采取預(yù)防控制措施。v大擾動(dòng)發(fā)生后對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行快速實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)。大擾動(dòng)發(fā)生后對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行快速實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)。若預(yù)測(cè)系統(tǒng)將會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，立即起動(dòng)緊急控制措施。若預(yù)測(cè)系統(tǒng)將會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，立即起動(dòng)緊急控制措施。利用同步多參量測(cè)量裝置對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)量的測(cè)量和監(jiān)利用同步多參量測(cè)量裝置對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)量的測(cè)量和監(jiān)視，通過預(yù)測(cè)算法對(duì)實(shí)測(cè)的功角進(jìn)行預(yù)測(cè)，并將系視，通過預(yù)測(cè)算法對(duì)實(shí)測(cè)的功角進(jìn)行預(yù)測(cè)，并將系統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值為兩機(jī)群系統(tǒng)，然后基于等值系統(tǒng)的軌統(tǒng)動(dòng)態(tài)等值為兩機(jī)群系統(tǒng)，然后基于等

18、值系統(tǒng)的軌跡信息利用前述穩(wěn)定判據(jù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行快速識(shí)跡信息利用前述穩(wěn)定判據(jù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行快速識(shí)別。別。 整整 體體 思思 想想需要具備的條件需要具備的條件vEMS系統(tǒng)，為預(yù)防控制作基礎(chǔ)。v基于GPS的時(shí)間同步裝置，它為全系統(tǒng)提供同步參考基準(zhǔn)。v發(fā)電機(jī)功角、角速度以及功率高精度同步測(cè)量裝置以及在線算法，在此稱其為同步多參量測(cè)量裝置；v高效實(shí)時(shí)的通信硬軟件，它將實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)傳到總控中心。v系統(tǒng)總控中心狀態(tài)信息處理、評(píng)估和預(yù)測(cè)，包括預(yù)防控制模塊、失穩(wěn)預(yù)測(cè)模塊和失穩(wěn)后的控制決策模塊。 總體方案基本原理結(jié)構(gòu)框圖總體方案基本原理結(jié)構(gòu)框圖預(yù)防控制模塊的基本思想預(yù)防控制模塊的基本思想 結(jié)合EMS獲取電網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在當(dāng)前運(yùn)行方式下對(duì)預(yù)想事故進(jìn)行分類，首先利用快速事故篩選方法對(duì)預(yù)想事故進(jìn)行分類，篩選掉那些絕對(duì)穩(wěn)定的事故，對(duì)那些處于模糊帶和絕對(duì)不穩(wěn)定帶的事故進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)值積分，在數(shù)值仿真時(shí)可采用本文提出的電力系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定性實(shí)用綜合判據(jù)，并