電力電子化電網(wǎng)發(fā)電機組運行管理研究

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摘要：當(dāng)前，電力電子化電網(wǎng)已經(jīng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)成為現(xiàn)代電力行業(yè)的主流，但電力電子化電網(wǎng)發(fā)電機組的運行管理還存在一定的問題。基于此，文章針對電力電子化電網(wǎng)的發(fā)電機組運行管理問題，建立面向電力電子化電網(wǎng)的發(fā)電機組運行管理模型，調(diào)整了傳統(tǒng)模型的吞吐率的設(shè)置。針對模型參數(shù)選取時最優(yōu)解定位不準的問題，基于粒子算法優(yōu)化發(fā)電機組運行管理模型參數(shù)，使用算法計算粒子群中粒子尋找最優(yōu)解的速度和時間，通過迭代實現(xiàn)參數(shù)的優(yōu)化。通過實驗驗證，設(shè)計的面向電力電子化電網(wǎng)的發(fā)電機組運行管理方法的事故監(jiān)測精確率可達90%以上。

關(guān)鍵詞：電力電子化電網(wǎng)；發(fā)電機組運行管理模型；參數(shù)優(yōu)化；事故監(jiān)測準確率

在政策的鼓勵下，我國發(fā)電行業(yè)邁入高速發(fā)展的階段。截至2020年，總裝機容量已達380GW，但在電力電網(wǎng)發(fā)展的同時，也逐漸出現(xiàn)了無法滿足發(fā)電要求的現(xiàn)象。隨著電力電網(wǎng)朝著電子化、信息化方向的不斷發(fā)展[1-2]，電力電子化電網(wǎng)設(shè)備故障頻發(fā)，電網(wǎng)設(shè)備的利用率隨著數(shù)量的增多而下降。電力電子化電網(wǎng)的利用率與理想指標相比仍有很大差距，經(jīng)營指標達不到預(yù)期，虧損比較嚴重。這不僅影響民眾的電力使用，還會導(dǎo)致投資方的經(jīng)營效益受到嚴重影響，甚至使投資方改變投資方向。長期的電力虧損會阻礙電力行業(yè)的發(fā)展，降低電力電子化電網(wǎng)的技術(shù)水平。因此，電力企業(yè)需要從各個方面增加電力電網(wǎng)的收益，要制訂科學(xué)合理的電力電子化電網(wǎng)運行管理計劃，使電網(wǎng)項目的收益最大化，并將投資回報最大化作為電網(wǎng)運營管理的目標，優(yōu)化項目投資指標。電力系統(tǒng)的電子化使發(fā)電機組的電能生產(chǎn)和傳輸逐步實現(xiàn)電子自動化，融入多項自動控制和自動化管理等技術(shù)。發(fā)電機組的運行管理，最重要的是建立調(diào)度監(jiān)控中心，調(diào)度監(jiān)控中心可以實現(xiàn)信息的實時傳輸，可以采集和儲存發(fā)電機組的數(shù)據(jù)，自動傳輸系統(tǒng)主要通過高頻通信進行數(shù)據(jù)的采集[3]。文章基于電力電子化電網(wǎng)的特征，對發(fā)電機組的運行管理方法進行創(chuàng)新設(shè)計，并通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)提升發(fā)電機組運行管理的可靠性。通過有效的管理可以提升發(fā)電機組的使用效率，減少故障發(fā)生的概率并增加發(fā)電機組的使用時間。電子化生產(chǎn)方式已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)電力生產(chǎn)方式，優(yōu)化后的管理方法可以有效推進電力系統(tǒng)朝著綜合化、自動化方向發(fā)展。

1建立面向電力電子化電網(wǎng)的發(fā)電機組運行管理模型

通過監(jiān)測發(fā)電機組的運行狀況，確定發(fā)電機組運行管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法；根據(jù)具體的運行平臺，確定電力電子化電網(wǎng)的發(fā)電機組的計算任務(wù)，從而確定管理算法的運行模式，在這其中要重點關(guān)注吞吐率的設(shè)置。在建立發(fā)電機組運行管理模型之前，需要建立組態(tài)并行計算多任務(wù)系統(tǒng)。可以使用以下公式計算發(fā)電機的功率：式中：P為發(fā)電機的輸出功率；Pi為機組的額定功率；PG為發(fā)電機組的輸出功率；n為每個發(fā)電機機組的發(fā)電機總數(shù)；Pn為第n臺發(fā)電機的功率。

2優(yōu)化發(fā)電機組運行管理模型參數(shù)

在設(shè)計發(fā)電機組管理模型參數(shù)時，可以采用粒子群算法，使用算法實現(xiàn)對可行性解（模型參數(shù)）的優(yōu)化。使用粒子算法時，參數(shù)的優(yōu)化過程就是粒子尋優(yōu)的過程。在優(yōu)化過程中，粒子算法中的模型參數(shù)擁有對應(yīng)位置，通過計算參數(shù)選擇的適度值，可以精確地計算出最優(yōu)解和最優(yōu)解之間的距離，幫助粒子快速尋找最優(yōu)位置[4]。在尋找最優(yōu)位置的過程中，粒子并不是盲目進行大量尋找，而是通過不斷計算適度距離來尋找最優(yōu)位置，在粒子中可以記錄群交流信息，從而可以很快暴露最優(yōu)值在群體中的位置。粒子算法是模型參數(shù)優(yōu)化的速度最快的算法，而粒子自身最優(yōu)位置和粒子朝向會影響群體最優(yōu)位置的尋找速度。基于粒子群算法的運行管理模型參數(shù)的優(yōu)化過程如圖1所示。具體的優(yōu)化步驟如下。（1）算法參數(shù)的優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果為粒子群的初始參數(shù)。發(fā)電機組的最大功率和額定的常用功率之間的比值是進行參數(shù)優(yōu)化的依據(jù)，發(fā)電機組輸出功率的額定功率比值和參數(shù)優(yōu)化比值都可以作為可行算子，將算子結(jié)合在一起可組成粒子群[5-6]。（2）尋找最優(yōu)解。使用算法計算粒子群中粒子尋找最優(yōu)解的速度和時間，在此基礎(chǔ)上設(shè)置粒子的迭代數(shù)值，確認發(fā)電機組粒子位置。設(shè)置管理參數(shù)時，進行最優(yōu)位置搜索非常重要，如果在適應(yīng)度比較中發(fā)現(xiàn)篩選出的最優(yōu)值適應(yīng)度不符合要求，應(yīng)重新進行粒子搜索，直到適度值達標為止。（3）迭代與終止。在確認最優(yōu)位置之后更新相應(yīng)粒子的位置，然后檢驗最優(yōu)位置確認的迭代數(shù)是否符合迭代判斷標準。迭代判斷標準可以保證最優(yōu)位置的發(fā)電機組管理模型參數(shù)小于粒子群中所有粒子的歷史全局最優(yōu)位置。在保留粒子的歷史全局最優(yōu)位置后，更新參數(shù)的最優(yōu)解。最優(yōu)解是更新最優(yōu)位置上粒子群后得出的，通常為最優(yōu)參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，判斷是否滿足終止條件，如果滿足則最優(yōu)參數(shù)選擇結(jié)束；如果不滿足，則返回上一步驟，直至參數(shù)優(yōu)化完畢。

3仿真測試

為了驗證設(shè)計的面向電力電子化電網(wǎng)的發(fā)電機組運行管理模型的有效性，需要進行仿真測試。在仿真平臺上使用設(shè)計的發(fā)電機組運行管理方法、傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘發(fā)電機組管理方法、傳統(tǒng)的電機機組發(fā)電機組管理方法，對比三種方法的管理有效性。3.1參數(shù)選擇面向電力電子化電網(wǎng)的發(fā)電機組在進行仿真實驗的時候，發(fā)電機組共有8臺發(fā)電機，發(fā)電機組的參數(shù)主要包括群規(guī)模q、單個發(fā)電機的系數(shù)a、機組的系數(shù)b和算法中的權(quán)重w。設(shè)定發(fā)電機的功率為3000kW，最大的算法迭代數(shù)為500；權(quán)重w是為了保證算法在進行群體選擇時可以收斂到最優(yōu)位置，權(quán)重w的取值范圍為0～1.5；根據(jù)實驗需求，單個發(fā)電機的系數(shù)a和機組的系數(shù)b取值范圍為0.5～2.0。不同權(quán)重對應(yīng)的參數(shù)如表1所示，不同電機系數(shù)a對應(yīng)的實驗參數(shù)如表2所示。設(shè)q=100，w=0.6，a=b=0.8，對發(fā)電機組的事故發(fā)生率進行研究。3.2仿真實驗結(jié)果對事故的有效監(jiān)測可以提升設(shè)備使用的效率。在仿真平臺上分別采用設(shè)計的發(fā)電機組運行管理方法、傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘發(fā)電機組管理方法、傳統(tǒng)的電機機組發(fā)電機組管理方法對仿真發(fā)電機組進行運行管理，對發(fā)電機組的故障進行運行監(jiān)測，統(tǒng)計得到事故發(fā)生率。電機組運行管理方法的事故監(jiān)測精確率可達到90%以上，與設(shè)計的方法相比，其他兩種方法的精確率在80%以上，低于設(shè)計的方法，由此可以充分證明設(shè)計的方法使用效果更佳。

4結(jié)束語

文章設(shè)計的面向電力電子化電網(wǎng)的發(fā)電機組運行管理方法可以有效增強電網(wǎng)的穩(wěn)定性，并能有效防范機組可能產(chǎn)生的故障，監(jiān)測機組的日常運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常。但在進行運行監(jiān)測的時候存在考慮不周全的情況，需要在今后的研究中進一步優(yōu)化。

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作者：談?wù)駥?劉棟 殷明 單位：國電南瑞科技股份有限公司