电力系统模型（共12篇）
电力系统模型 篇1
电力系统的高速发展使得输电系统日趋庞大和复杂。输电系统是电力系统输送与分配电能的中间环节, 其中包括了各个电压等级的输电线路和变电所, 所处环境相对恶劣, 容易受到各种自然条件和设备异常状况的影响, 如雷击、输电线路短路或设备老化等, 故障更是不可避免。尽管电力系统也不断的采取各种有效措施以提高系统的安全运行水平, 但事故仍是难以预测和控制。对电力系统故障, 如不能及时正确地判断, 或在处理过程中产生失误, 将可能引起大面积停电, 进而引起很大的经济损失和带来严重的社会问题。
1 国内外研究现状
电力系统警报处理和故障诊断问题由于受系统规模、复杂程度和不确定因素等的限制, 难于建立常规的数学模型。直到上世纪七十年代初期, 人工智能理论研究得到初步的发展, 也为电力系统故障诊断研究开辟了新途径。目前, 已实际应用或具有应用潜力的警报处理和故障诊断方法, 主要有:
1.1 专家系统法
专家系统是最早用于电力系统故障诊断的一种人工智能方法, 其原理就是将专家的经验跟推理方法转化为相应的计算机语言, 利用其对故障过程中装置和设备出现的信息进行逻辑判断并将推理过程和结果向用户描述解释。
1.2 基于解析模型法
基于解析模型法就是将停电区域中所含的全部一次设备的不同组合发生故障作为故障假说, 再根据设备和保护动作以及断路器跳闸之间的逻辑关系, 建设一个反映保护与断路器实际状态跟期望状态之间差异的目标函数, 并将电力系统故障的诊断问题表示为无约束0—1整数规划问题, 从而通过TABU算法、粒子群算法等优化技术寻求最合理解释所接收到的保护和断路器动作警报的故障假说。
2 在线警报处理的解析模型
现有的警报处理系统的基本框架如图1所示。在对警报处理系统初始化时, 首先从规则库中读取警报配置规则并形成时序约束网络。警报配置规则包括以下两种基本形式:
(1)
(2)
图1中的映射表包含以下三种映射数据表格:
当时序约束网络的初始化完成之后, 再通过时序推理建立映射表。当系统在线运行时, 映射表将通过其中的元素匹配代替耗时的图的路径搜索, 这样就可以满足在线运行要求。当在线警报处理系统处于运行状态时, 通讯服务器将实时接收到的警报序列作为输入, 经过警报选择、原因分析和警报处理结果分析这三个关键步骤处理之后, 最终将包含以下信息的处理结果显示到调度台:
(1) 显示导致警报发生的事件及该事件所在的时间区间;
(2) 异常或遗漏的警报信息。
构建一种能够充分利用警报信号时序特性的电力系统警报处理的解析模型不仅能够分析出导致警报发生的具体事件, 而且可以推理出发生该事件的时间区间。同时还可以识别出存在异常或遗漏的警报信息。实际系统的算例测试结果表明所提出的警报处理模型正确、方法有效, 满足在线应用要求。
参考文献
[1]郭文鑫, 文福拴, 廖志伟, 韦刘红, 辛建波.基于时序约束网络的电力系统在线警报处理解析模型[J].电力系统自动化, 2009, 33 (21) :36-42.
电力系统模型 篇2
社会系统的新模型
在马克思历史唯物论系统模型的基础上,吸收拉兹洛系统模型和钱学森系统模型的优点加以创造,建立社会系统的新模型:在自然环境和社会环境的基础上,以人为元素,以文化信息库为核心,包含物质、人、文化信息三种生产系统和作为上层建筑的.管理系统的远离平衡的非平衡态复杂系统;并对中国共产党新时期的理论创新做出系统论解释.
作 者：闵家胤 MIN Jia-yin 作者单位：中国社科院,哲学研究所,北京,100732刊 名：系统科学学报 PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF SYSTEMS SCIENCE年，卷(期)：14(1)分类号：N949关键词：马克思主义 历史唯物论 系统哲学 社会系统 系统建模 改革 开放 三个代表
旅游系统模型分析及演化研究 篇3
【摘要】在新形势下，旅游业呈现出蓬勃发展的强劲势头，但作为旅游分析的重要工具——旅游系统的研究却难以满足现今各种旅游现象分析的需要。首先，本文通过分析旅游功能系统、旅游地理系统以及旅游复杂系统等三种典型系统模型研究的现状，总结归纳三种旅游系统模型存在的不足。其次，以Leiper的旅游地理系统模型为基础，从复杂系统的角度构建适合现阶段旅游现象分析的旅游系统模型，并尝试从旅游客流的角度对其进行新的阐释。最后，在此基础上，基于自组织理论的理论群以及相关研究的成果，进一步探讨旅游系统演化的内在机制，以此来预测旅游系统未来的发展走势。
【关键词】旅游系统模型；演化；自组织
doi：10.3969/j.issn.1007-0087.2015.05.00x
基于不同的学科背景和研究目的，可将旅游系统划分为多种类型。目前，旅游系统主要可以归纳为旅游功能系统、旅游地理系统、旅游复杂系统等三种类型。三种类型的旅游系统都从不同角度揭示了旅游系统的特点，但随着旅游市场的巨大变化以及旅游研究需求的转变，需要完善现有的旅游系统模型，帮助研究者、决策者以及旅游者等把握旅游现状；同时，进一步通过旅游系统演化的研究预测其未来发展的趋势与走向。
一、旅游系统模型分析及建构
（一）旅游系统模型研究现状
第一，旅游功能系统模型。旅游功能系统模型强调旅游系统的功能，决定旅游系统功能的系统结构和影响旅游系统结构的外部环境。基于社会学中的结构功能主义观点以及经济学中供求关系，1972年，Gunn最早从结构——功能角度分析旅游系统，提出了旅游功能系统模型（图1）；从旅游规划的视角，在一个目的地的基础上，构建了旅游功能系统模型，认为其分别由供给和需求两部分构成，而旅游者、交通、吸引物、服务及信息促销五项是旅游规划中的基本要素，这五个要素相互作用形成一个有机体——旅游功能系统[1]。Mill和Morrison（1985）、吴必虎（1998）、王家骏（1999）、Gunn（2003）等均沿着结构功能分析的方向对Gunn（1972）的模型提出了修正或补充。其中，Mill和Morrison（1985）从营销的角度提出了一个与Gunn（1972）的功能系统模型类似的模型（图2），他将Gunn模型中的吸引物和服务归纳成旅游目的地，从而构成了以四个状态量（市场、营销、旅游目的地和旅行）以及连接这四部分的四个单向流（适应需求、旅游销售、形成需求以及旅游购买）为内核的旅游功能系统[2]。从这两个模型可以看出，人和信息的空间流动是旅游系统有效运行的必然表现，旅游者从市场流向目的地，即Gunn模型的右半部分、Mill和Morrison模型的左半部分；信息则通过营销从目的地流向市场，即Gunn模型见图一、Mill和Morrison模型见图2 [3]。
图1 Gunn1972 年提出的旅游功能系统模型[1]
图2 Mill和Morrison的旅游系统模型（有修改）[4]
第二，旅游地理系统模型。旅游地理系统模型强调从地理学的空间角度建立旅游地理系统模型。1979年，Leiper把旅游功能系统投射到地理空间上，模型主要包括旅游者、旅游业、客源地、旅游通道和目的地等5个要素，并对由旅游通道连接的旅游目的地和旅游客源地的空间组合进行了重点突出；Leiper模型（图3）亦体现了供给与需求的关系，但他认为客源地的需求具有不稳定性、季节性和非理性等特点，目的地的供给是割裂的、刚性的，打破了旅游功能系统模型对供给和需求的狭隘认识[6]；前者（旅游空间结构）正是后者（旅游供求关系）的空间表现形式[7]。
图3 Leiper的旅游地理系统模型[5]
第三，旅游复杂系统模型。旅游复杂系统模型主要基于混沌理论和复杂性理论。1999年，Mc Kercher在Faulkner和Russell研究的基础上对旅游复杂系统进行了系统的论述，提出了一个基于混沌理论和复杂性理论的旅游系统模型（图4）。Mc Kercher认为旅游系统是一个以非线性方式运行的、具有混沌特点的复杂系统，主要由旅游者、信息向量、旅游内部影响因素、外部旅游主体、影响信息沟通效率的因素、旅游外部影响因素、目的地或内部旅游群落、系统输出、混沌制造者等9个要素构成；要素间的复杂互动使旅游系统以一种非线性的方式运行，紊乱和突变都是内在于旅游系统的特点；旅游系统对初始条件具有强烈的敏感性，即最初发展阶段的一个小的变化都可能导致出现完全不同结果[7]。
图4 旅游混沌系统模型（有修改）[8]
（二）旅游系统模型的不足
首先，旅游功能系统模型。Gunn（1972）模型是基于单旅游目的地的基础提出，无法用来体现多目的地间的关系；Mill、Morrison（1985）系统模型过于强调市场和营销，但并未注重系统内部各要素之间的相互作用关系[2]。并且，两个模型没有考虑到旅游系统对环境的影响，未体现隐形元素及其对系统对供给与需求的作用和影响，未考虑供给的有限性问题，认为有需求就会有供给。
其次，旅游地理系统模型。在空间维度之外，Leiper的模型并没有超越旅游功能系统模型；[7]没有强调内部各元素的相互关系，反馈结构并不明晰，更接近一种空间的物理流动；[2]无法体现多目的地、多客源地时存在的竞争与协同。
最后，旅游复杂系统模型。Mc Kercher的旅游混沌模型过于繁杂，不清晰，各构成要素间的关系不明确，逻辑关系混乱；虽然体现了旅游系统作为复杂系统的非线性，但其中的反馈关系未能清晰的体现；未能很好地解释旅游系统中非线性关系产生的原因。
（三）旅游系统模型的重构
通过对旅游系统模型的总结、分析与归纳，在现有的旅游功能系统模型、旅游地理系统模型以及旅游复杂系统模型的基础上，汲取旅游系统模型的基本构架与思想，对旅游系统模型进行重构，力求进一步完善旅游系统的科学体系。endprint
本文认为旅游系统是一个复杂的非线性系统，同时亦是一个开放的系统，不断地与外界进行物质、能量和信息的交换，主要由三个子系统构成，分别是旅游客源地系统、旅游目的地系统以及旅游媒介系统，其中，媒介系统既是旅游者和信息的流动通道，亦是旅游业的区位之所在，旅游业作为媒介存在于旅游目的地、旅游客源地以及它们两者之间。虽然此系统与Leiper的旅游地理系统拥有类似的组成要素，但其组成架构却不尽相同。在旅游空间结构的研究中，旅游系统绝不仅仅是单个旅游目的地与单个旅游客源地的关系，而是具有多个客源地、多个目的地的系统以及多个集散地系统间复杂关系的系统，一个客源地面对的是多个目的地的选择，而一个目的地亦存在多个客源地市场。因此，不仅目的地和客源地之间存在关系——供需关系，目的地与目的地之间、客源地与客源地之间以及集散地与集散地之间亦存在关系——竞争与协同，其中竞争是促进旅游系统不断演化的内在动力，而协同则是维持系统稳定的重要因素。各个子系统之间以及子系统内部存在相互作用的耦合关系，一旦外部或内部的某个因子发生改变，旅游系统内部的子系统便会在正、负反馈循环的作用下，逐步催化循环，使子系统与子系统之间发生循环，最终形成超循环模式，对整个旅游系统产生影响。最终，该因子对系统的影响又通过系统的反馈结构对系统产生新的影响，使系统不断的处于动态的演化之中，保持系统活力。因此，本文通过分析借鉴众多学者的研究成果，以Leiper的旅游地理系统模型为基础，以自组织理论为立论依据，构建了旅游复杂系统模型（图5）。
另外，旅游复杂系统模型可基于旅游客流的角度进行以下阐释：旅游者出游会存在多种情况，其中最主要的三种，第一，旅游者从客源地流向目的地后再返回客源地；第二，旅游者从客源地流向第一个目的地再流向N个目的地最后再返回客源地；第三，旅游者从客源地借道于N个集散地流向目的地最后返回客源地，其中，N个集散地有可能成为旅游者的潜在目的地。
图例： O1、O2——旅游客源地D1、D2——旅游目的地C1、C2——旅游集散地
图5旅游复杂系统模型
二、旅游系统演化现状及机制
（一）旅游系统演化研究现状
关于旅游系统演化方面的研究尚属起步阶段，其研究多是基于国外旅游系统演化研究的成果。其研究主要集中在一个焦点——旅游复杂系统自组织演化；研究范围方面多集中于旅游地的系统演化研究，旅游系统的整体性演化研究很少；研究理论方面，多基于自组织理论，但研究往往只涉及一个或两个相关理论，基于整个理论体系的应用研究相对较少。
在旅游地系统演化方面，张惠等[9]（2004）从旅游系统的角度探讨了旅游地生命周期问题并构建了旅游演化模型，提出旅游产品是旅游地演化的动力，其他要素是影响旅游地演化的外在因素。目前比较有影响的是杨春宇等[10]（2007，2009）对于旅游地系统演化机制及规律的探讨，他以旅游地供求关系为线索构建了系统演化模型，探讨了旅游地生命周期和旅游地自然环境承载力两个子系统之间的耦合关系，研究了基于这种耦合关系的旅游地系统演化的机制及其规律，同时，他们亦提出了一种新的研究视角，即把旅游地演化系统投影到以二者为子系统耦合构成的低维空间来研究，克服了旅游地演化系统的复杂性以及不确定性。陈志军[11]（2008）从区域尺度的角度构建了不同发展阶段的区域旅游空间结构演化模式，并以江西省为例提出了旅游系统的空间结构优化思路。
在旅游系统整体性演化研究方面，高军等[12]（2011）提出的演变趋势模型为我们认识旅游系统演化奠定了良好的基础，他们试图从系统整体的角度提出旅游系统演变趋势模型，包含旅游系统演变趋势概念模型、运用该概念模型定量分析旅游变化趋势的旅游系统演变趋势数学模型，根据该模型可以深入认识旅游的“真正”变化趋势、旅游的波动变化趋势、重大事件对旅游的影响，从而增强对旅游变化过程与变化趋势的认识，提高旅游预测的准确程度，并为旅游发展评价和旅游决策提供更为科学的依据。阎友兵和张颖辉[13][14]（2012）基于自组织理论对旅游系统演化进行了系统的分析，为研究旅游系统的整体性演变理清了思路，他们认为旅游系统作为动态开放的复杂系统，其自组织演化经历了“自创生——自维持——自扩张——新的自创生”的螺旋式发展阶段。吴文智和赵磊[15]（2012）基于非线性的角度，分别对旅游系统内部旅游者与旅游目的地二元结构之间的动态演化博弈分析，以及对异质性旅游系统之间进行系统协同演化建模分析。
（二）旅游系统演化机制
旅游系统的演化基于自组织理论，自组织理论是研究自组织现象和规律的理论集合，目前还没有形成统一的理论指导，而是一个理论群，包括耗散结构理论、协同学、突变论、混沌理论、分形理论和超循环理论[16]。旅游系统外部因素以及内部的各种构成因素都是通过自己的作用力来影响系统演化的进程，由于旅游系统是个复杂的非线性系统，其内部各种要素之间是一种耦合关系，因此其对旅游系统的影响并不是直接的，而是旅游系统内各作用力（这些作用力性质不同，大小不等，方向不一，在不同时空维度下各作用力处于不断变化的状态）之间的相互作用所最终形成的耦合力整体地影响着系统演化过程[17]。竞争和协同是旅游系统自组织演化的动力机制，竞争是系统演化的最活跃动力，协同是系统整系统性和相关性的内在表现；竞争与协同相互依存，如果只有竞争，系统就会越来越不稳定，最终走向解体；如果只有协同，系统就会失去演化的动力，也不可能有新的发展[18]。
旅游系统是一个开放性和非平衡性的非线性复杂系统，由各种子系统及影响因素共同构成，是一个典型的耗散结构系统。任何因素的变化都可能会导致其以系统内部的竞争和协同作用为基本动力，以耦合关系为基础，形成正、负反馈循环，并以超循环的模式进行的催化循环，最终通过涨落达到有序。基于混沌理论，一旦外部刺激或是内部构成因素发生一定的变化，旅游系统便会在耦合力的作用下从有序状态变为新的无序状态，形成一个新的耗散结构系统，如此往复循环演化（图6）。其中，正反馈循环对系统的演化起“自催化”与“自激励”的作用，从而促使系统不断产生出新生事物，这也是系统自我更新、发展，向前演化的通常形式。但正反馈循环总是起放大作用不断加剧系统偏离平衡。与此同时，旅游地长时间持续发展所产生的负面积累效应有可能在未来某一时刻超出其承载阈值，从而为旅游地的衰落埋下了伏笔；后者对系统的演化起“自稳定”和“抑制”作用[17]。而催化循环过程一般存在子系统之间以及子系统内部的物质、能量和信息的循环流动。endprint
图6旅游系统演化机制图
三、结论
本文通过分析借鉴众多学者的研究成果，以Leiper的旅游地理系统模型为基础，以自组织理论为立论依据，构建了旅游复杂系统模型，虽然与Leiper的旅游地理系统拥有类似的组成要素，但其组成架构却不尽相同；在旅游空间结构的研究中，旅游系统绝不仅仅是单个旅游目的地与单个旅游客源地的关系，而是具有多个客源地、多个目的地的系统以及多个集散地系统间复杂关系的系统，一个客源地面对的是多个目的地的选择，而一个目的地亦存在多个客源地市场。另外，本文从旅游客流的角度对旅游复杂系统模型进行了进一步的阐释。模型建构是旅游系统研究的框架，而系统演化机制的认识则是旅游系统研究的核心。因此，本文基于自组织理论的理论群以及相关研究的成果，探究了旅游复杂系统的演化机制，竞争和协同是旅游系统自组织演化的动力机制[18]，系统内任何因素的变化都可能会导致其以系统内部的竞争和协同作用为基本动力，以耦合关系为基础，形成正、负反馈循环，并以超循环的模式进行的催化循环，最终通过涨落达到有序。
参考文献
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Research on Model Analysis and Evolution of Tourism System
LENG Shaofei； WU Guoqing
（Shanghai Normal University， Shanghai 200234， China）
Abstract：Under the new situation， tourism is booming， but tourism system an important tool for the tourism analysis is difficult to meet the need of analysis of current various kinds of tourist phenomenon. First， this paper analyzed the current situation and deficiency of the existing tourism functional system， geography of tourism system and tourism complex systems of three kinds of typical system model. Second， based on Leipersgeography of tourism system， constructed tourism system suitable for the present stage of tourism phenomenon analysis model， and attempted to make a new interpretation from the perspective of tourist flow. Finally， based on the results of the theory of self-organization theory and related research group， discussed the intrinsic mechanism of tourism system evolution， used to predict the future trend of tourism system.
电力系统模型 篇4
关键词：协调二级电压控制,无功耦合,分区,合作博弈,纳什均衡
0 引言
电力系统的电压控制,是保障电网安全可靠运行,提高系统经济性的重要手段。分级电压控制自20世纪70年代由法国电力公司提出[1],已被意大利、西班牙等国采用[2]。随着系统规模的扩大及广泛互联、计算机与通信技术的发展,国内多数区域级、省级电网均已建设了自动电压控制(AVC)系统[3,4,5]。
AVC采用分级电压控制模式[6],其中二级电压控制(SVC)根据三级电压控制(TVC)下达的先导节点电压值,以预定的协调规律改变一级电压控制(PVC)控制器的设定参考值,其响应周期为数十秒到几分钟。为了提高控制的效率,减少由局部通信故障引发的控制失误,SVC常将全网划分为多个区域。但SVC各控制分区间的耦合会劣化控制效果,引发控制振荡。
目前很多研究注重通过合理分区以减少区域间无功耦合,或评估区域外控制手段对本分区的影响并作补偿控制。文献[7]介绍了基于在线软分区的二级电压控制,根据实际运行状态进行动态分区可以最大程度地减少耦合水平,该方法已在江苏等省级电网实施。文献[8,9]分别采用外网Ward等值,引入联络线无功潮流变化量,来计及区域外电压控制的影响,但无法适应动态分区,且需要附加测量信号。文献[10]通过厂厂协调的二级电压控制和无功校正解决强耦合电厂无功出力不均衡的问题,是一种先控制再校正的方法,且不针对区域间的协调问题。文献[11]基于控制中心主站系统在线分区的协调二级电压控制(CSVC),建立各分区间的非合作博弈模型,仿真表明以纳什均衡作为控制策略能够有效减少控制的超调和振荡,但没有理论上证明该模型存在纳什均衡,均衡策略也不能保证是帕累托有效的。
博弈论作为研究利益关联的理性主体优化决策的理论,在电力系统等工程领域的应用日益广泛[12]。文献[13]为协调无功电压控制的经济目标和安全目标,将两个目标作为博弈的参与者,轮流给出决策直至博弈到达均衡。该方法适用于不同安全约束的多目标电压控制问题,降低了问题的模型规模和求解难度。文献[14]建立了省地两级电网协调电压控制的博弈收益函数模型,以收益函数的权系数作为策略,形成不同合作的策略空间;揭示了省地两级电网电压控制协调的机理,分析表明合理的电压考核指标有利于使省地两级的个体占优策略符合全网的趋优控制。
合作博弈较少被提及,但近年来重新成为学界研究的重点[15,16,17],它注重效益和公平,研究博弈主体如何达成一致协议及联盟的形成和利益分配。相比非合作博弈从微观层面研究策略如何产生,合作博弈则是宏观层面的理论。无功耦合为SVC各电压控制分区的协调带来了可能性,将分区视为理性的博弈主体,形成有效、稳定的合作,从而能够既考虑区域外控制的影响,又优化控制效果。
1 理论基础
1.1 博弈论基础
本文将建立二级电压控制的合作博弈模型(MSVC),为此,先给出博弈论的一些知识。一个博弈至少要有博弈参与者(博弈主体)、策略和收益(效用),n人博弈的参与者集合用N={1,2,…,n}表示,Si(i∈N)表示第i个参与者的策略集,u=[u1,u2,…,un]为在某一策略组合s=[s1,s2,…,sn]下参与者的收益向量。在非合作博弈中有一个重要的概念,即纳什均衡。
定义1:对于一个给定的n人策略式博弈,称策略组合s*=[s1*,s2*,…,si*,…,sn*]为一个纳什均衡,当且仅当si′∈Si,si′≠si*,i∈N时有下式成立:
合作博弈中联盟的概念更为关键。设N={1,2,…,n}表示为n个参与者形成的集合,N的任意一个非空子集C称为一个联盟。视空集Ø为一个特殊联盟,则n个参与者能形成2n个联盟,所有联盟的集合记为{C}。
定义2:给定N={1,2,…,n},n人合作博弈的特征函数是定义在2n上的一个实值集函数v,v:2n→R,且满足v(Ø)=0。其中,v(C)表示联盟中各参与者通过合作能够得到的最大收益。
对不可转移效用且具有联盟结构的合作博弈,本文作如下定义。
定义3:有限参与者N上的一个联盟结构是一个二元组(N,Cset),其中Cset={C1,C2,…,Cm},1≤m≤n,满足式(2)和式(3),则称Cset是N的一个剖分[18]。
将三元组(N,v,Cset)称为一个具有联盟结构的博弈,其收益量可表示为:
Cset符合个体理性当且仅当xi≥v(i),i∈N。
图1以n=3的情况为例,说明参与者合作博弈的过程。在这里,剖分的联盟之间进行非合作博弈,且效用在参与者之间是不可转移的。
1.2 CSVC
在二级电压控制中,先导节点是区域内的少数节点,通过将这类节点的电压调整至设定值,整个区域内节点的电压偏离最小[19];可控发电机是区域内无功出力可调的发电机。CSVC通过求解式(5)的最优化问题[1,3],协调区域内的无功控制手段,将先导节点电压调整至设定值附近。
式中:ΔUg(i)为第i个控制分区可控发电机机端电压增量向量,为决策变量,可根据工程需要用可控发电机无功出力调整量向量代替;fi(·)表示目标函数,通常是一个关于ΔUg(i)的二次型函数;Ai为线性不等式约束的系数矩阵,由灵敏度矩阵构成,取决于网络结构与参数;bi为线性不等式约束的常向量,代表决策变量的边界条件。
2 数学模型
2.1 博弈要素分析
1)博弈参与者
设二级电压控制系统包含n个分区,将分区Ai,i∈{1,2,…,n}视为理性的博弈主体,全体参与者的集合记为NA={A1,A2,…,An}。
2)参与者的策略
以分区Ai内可控发电机无功出力调节量ΔQg(i)为策略,策略集Qi,i∈{1,2,…,n}必须是非空向量集合。
3)参与者的效用
参与者Ai的效用取决于全体参与者的策略组合ΔQg,用式(6)的二次函数描述。
式中:Wp和Wq分别为电压调节项和无功协调项的权系数;a为控制增益,本文取1;Vp(i)和Vrefp(i)分别为区域i(分区)先导节点电压测量值和设定值;ΔQg(i)和ΔQeg(i)分别为区域内、区域外可控发电机无功出力调整量向量;Cpg(i)为区域i内先导节点电压幅值关于区域内可控发电机无功出力调整量的灵敏度矩阵;Cepg(i)为区域i内先导节点电压幅值关于区域外可控发电机无功出力调整量的灵敏度矩阵;θg(i)为区域i的无功协调向量,其第j个分量满足式(7),其中,IAi为区域内可控发电机的指标集,Qg(j),分别为第j台可控发电机的无功出力当前值、上限和下限,ΔQg(j)为ΔQg(i)的第j个分量。
式(6)等式右边第一项描述将先导节点电压幅值偏离参考值的程度,第二项描述区域内可控发电机的协调水平,包括无功裕度和无功出力的均衡程度。
2.2 策略的确定
给定一个N的剖分Cset,Cset中的元素是由某些参与者组成的联盟,联盟内所有参与者有共同的目标,它们通过求解式(8)的最优化问题来寻找最优反应(即确定策略)。
式中:为全网可控发电机高压侧母线电压单步最大调节量;分别为全网可控发动机高压侧母线电压的上限、下限;分别为全网先导节点电压的上限、下限;CHg(k)和Cpg(k)分别为全网高压侧母线、先导节点电压幅值关于区域k(联盟内的分区总合)内可控发电机无功出力调整量的灵敏度矩阵;CeHg(k)和Cepg(k)分别为全网高压侧母线、先导节点电压幅值关于区域k外可控发电机无功出力调整量的灵敏度矩阵;分别为区域k内可控发动机无功出力上、下限。
式(8)中与式(6)类似的符号含义也近似,只是将区域的含义从单个分区扩展为联盟内分区的总合。图2直观地给显示了各灵敏度矩阵的物理意义。图中,Vg1至Vg4分别为发电机1至4的电压,VH1和VH2为高压侧母线电压,Vp1和Vp2为中枢节点电压,Cpg(1),1,CHg(1),2,CeHg(1),2,Cepg(1),2为相应矩阵中的对应元素。
由式(8)目标函数的Cepg(k)ΔQeg(k)项可知,任意一个联盟Ck,Ck∈Cset做决策时,考虑了其余联盟的影响;约束条件的CeHg(k)ΔQeg(k)和Cepg(k)ΔQeg(k)项表明各联盟的策略互相制约,使得策略空间内的任意可行策略组合均不违背全网的安全约束。
模型的主要参数是电压关于无功增量的灵敏度矩阵,将拓展的潮流代数方程(式(9))求偏导便可以得到如式(10)所示的有功功率和无功功率关于相角和电压幅值的灵敏度关系。
式中:S为潮流方程雅可比矩阵的增广矩阵;其他变量的含义详见文献[20]。
借鉴PQ分解法,并对不参与控制的发电机PV节点、无功调节达界的控制发电机节点进行特殊操作[19],最终能够得到式(8)所需要的灵敏度矩阵。
考虑式(8)的目标函数的权系数,用标幺值表示时,电压调整项和无功协调项的数值尺度存在差异,且两个目标存在一定程度的矛盾,如当电压参考值较大,要求无功出力增加,而无功协调项则一味要求减少无功出力。合理选择权系数,对高效的控制尤为重要。
对多个案例进行试验,改变Wp/Wq的取值,分别计算均衡策略下全网总的效用值,发现效用值关于权系数比值的变化有固定的模式(见附录A图A1):随着Wp/Wq的增加,无功协调项、电压调整项的值近似单调递增、递减。这验证了两者是存在矛盾的。根据工程需要,比如为了将先导节点控制到偏离设定值不超过±0.1%,应取Wp/Wq>400左右。在下文的算例中,该值取为500。
3 求解合作博弈
合作博弈的内涵是,n个原本独立的SVC分区均利用区域间的耦合性,理性地寻找其他分区结成的联盟以改善控制效果。合作博弈的求解,本质上是SVC分区方式的寻优。
3.1 纳什均衡存在性
为求取稳定且唯一的策略,令联盟之间进行非合作博弈。根据式(8)可写出非合作博弈的描述式G(Cset;Q1,Q2,…,Qm;-f1,-f2,…,-fm),其中,Qk,k∈{1,2,…,m}为第k个参与者的策略集,-fk为收益函数,m为剖分Cset里联盟的数量。此博弈纳什均衡存在性的证明详见附录B。以纳什均衡作为电压控制策略组合,可使得在均衡策略下,任何联盟无法通过单独改变策略来提升自身效益。
3.2 求解算法
求解合作博弈,即寻找一个符合个体理性的N的剖分(定义3),算法描述如下。
步骤1:首先找出N所有剖分的集合{Cset}。
步骤2:对Cset∈{Cset},求解非合作博弈子问题G(Cset;Q1,Q2,…,Qm;-f1,-f2,…,-fm),用均衡策略组合(ΔQ*g(1),ΔQ*g(2),…,ΔQ*g(m))确定各参与者收益xi,i∈{1,2,…,n}。
步骤3:以所有参与者不结盟方式下每个参与者的效用v(Ai),Ai∈N为基准,检验其他剖分是否满足个体理性,仅保留符合个体理性的剖分。
步骤4:若不存在满足个体理性的剖分,则保持各分区独立的状态;若存在多个可行的剖分,以全局效益最佳的剖分Cs*et作为唯一解。
算法要求罗列出N所有可能的剖分,这是合作博弈本身的特性决定的,由于实际电网分区数量通常只有数个,枚举法仍是可行的,并且每个剖分的计算不存在先后关系,必要时采用并行计算能够节省大量时间。步骤2必须求解一个非合作博弈子问题,可以证明纳什均衡的存在性,且数值实验表明,通过各联盟轮番决策的迭代方法,可以在几次循环内找到该问题的纳什均衡,而每次决策只需要求解一个二次规划问题,算法稳定。令C中的各联盟进行非合作博弈,一方面可以考虑区域外的无功耦合,另一方面纳什均衡可以保证下发策略的说服力和稳定性。
4 仿真算例
以图3所示的IEEE 39节点系统为例,验证MSVC的有效性。将全网划分为三个分区,分区信息和各分区先导节点、可控发电机信息如表1所示。
4.1 负荷恒功率控制效果
开始系统运行在初始状态,对系统以网损最小为目标运行最优潮流,即TVC。最优潮流以可控发电机的有功功率和电压为决策变量,负荷功率恒定。当可控发电机有功功率调整结束之后,系统可控发电机无功功率初值及电压幅值如表2所示,同时给出了各发电机无功功率的上下限[21]。
二级电压控制的目标是协调无功控制手段(本文考虑可控发电机),将先导节点28,7,20的电压调整到TVC下达的设定值1.059(标幺值),1.037,1.015附近。
在算例三分区系统的合作博弈模型里,所有剖分为:
其中,Cset1表示每个参与者单独行动,Cset5表示全局优化,其余剖分是不同形式的合作。根据3.2节算法求取每个剖分下参与者的效用值如表3所示。
注意到以式(6)描述效用时,越小的值代表更好的控制效果,从表3可以获得以下结论:1以Cset1为基准,Cset3可以使每个参与者的效用得到提升,符合个体理性,其他剖分则不是合作博弈的解;2Cset5表示的全局优化,虽然必定使得全局效用最佳,但劣化了A3的效用,是不具有说服力或者不稳定的。
以Cset3作为合作博弈的解,根据策略组合修改可控发电机励磁调节器电压参考值,进行PVC,并与考虑区域间无功耦合的CSVC(即Cset1,记为CSVC*),以及不考虑分区耦合的CSVC两种控制方法做比较。恒负荷电压控制效果对比图如图4所示。图中,Vref28为母线28的电压参考值。可知,普通的CSVC因为没有考虑无功耦合,区域间的控制策略交互影响,经过多次控制仍然达不到稳定状态,且偏离参考值较大,甚至可能违背安全约束;CSVC*能够在两次控制之后稳定下来,但电压幅值偏离参考值也较大,在本算例中是0.2%左右;MSVC能够以较少次数的控制,将先导节点电压幅值调整到非常接近参考值的水平,是高效且稳定的。这意味着,在分级电压控制体系中,TVC最优潮流的优化结果在SVC中得到了更好的协调和执行。
图5对比了MSVC与CSVC*的无功协调性能,SVC下区域1的三台发电机30,37,38无功出力水平均降低,无功备用提升;区域2的31,32,39号发电机无功出力更为均衡;区域3的发电机无功备用提升与出力均衡都有一定程度的改善。由合作博弈的机理可以知道,这种改善(至少不劣化)在任何情况下对每一各参与主体都是必然的。
4.2 多断面时域仿真
实际运行中,负荷是不断波动的,TVC每几十分钟下发一次先导节点电压参考值,SVC的周期则为几十秒到几分钟。在测试系统中,观察1h内SVC在MSVC与CSVC*的控制下差异,两种控制均每5min动作一次。在1h的仿真时段内,全网无功负荷增长曲线已知(见附录A图A2)。
多断面时域仿真电压对比图如图6所示。
可知,不进行控制时,先导节点28,7,20的电压随无功负荷增长而降低,最大下降超过2%。使用基于合作博弈的MSVC方法,相比CSVC*得到的电压曲线更加平缓,电压水平在TVC周期内均更接近于设定值。
在TVC控制周期的末端,MSVC与CSVC*下的PV曲线如图7所示,可知,MSVC可以使电压稳定裕度提升,这是电压控制更精准、发电机备用更充足、无功出力更均衡的效果。这意味着利用区域间的耦合,协调无功控制手段,可以在不劣化任何一方的前提下改善二级电压控制的各项性能指标。
5 结语
SVC分区的无功耦合为其合作与协调带来了可能性。MSVC能够处理区域外耦合引发的控制不稳定,又能避免各主体非合作而陷入低效率的状况,控制性能比其余手段得到了改善。与全局优化追求总体性能最佳,而可能恶化某些主体的控制相比,MSVC是以个体理性为基础,因此各分区可获得至少不劣于单独控制时的效益。随着计算机和通信技术的发展,SVC进行全局优化协调已颇具可行性和可靠性,分区是否必要值得探讨。但在电力市场化以及当各分区属于不同调度主体或利益主体而使得分区存在的背景下,SVC使用合作博弈的思路更为合理和具有说服力。
MSVC符合现阶段AVC系统的工程实际,可以利用能量管理系统(EMS)的数据采集、网络分析功能实现参数获取和模型求解。模型继承了CSVC协调无功手段控制全网为数较少的先导节点,同时维持无功备用的思想,求解手段成熟,并且由于博弈的效用及策略的约束以线性二次型表示,纳什均衡能够证明存在性。所提不可转移效用合作博弈的求解方法具有可行性和有效性。
翻译质量评估系统模型的研究 篇5
翻译质量评估系统模型的研究
描述了翻译质量评估模式的概念及其分类,分析了量化评估模式,进一步提出了评估系统模型及其开发标准,为实现翻译质量评估系统建立理论基础.
作 者：肖立勤 XIAO Li-qin 作者单位：山西水利职业技术学院,山西,太原,030027 刊 名：科技情报开发与经济 英文刊名：SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT & ECONOMY 年，卷(期)： 17(32) 分类号：H159 关键词：翻译质量 评估模式 系统模型 系统开发生态疗法与生态疗法系统模型 篇6
关键词 生态疗法；森林疗法；园林疗法；荒野疗法；生态疗法系统模型
分类号 B849
DOI： 10.16842/j.cnki.issn2095-5588.2016.06.008
1 引言
1.1 西方心理学方法论的发展：从科学心理学方法论到生态心理学方法论
继笛卡尔时代之后的西方心理学，无论从世界观到方法论都深受自然科学的影响，以赫尔姆霍兹（Helmholtz）、 韦伯（Weber）、 费希纳（Fechner）和冯特（Wundt）为起点的科学心理学，使西方心理学脱离哲学主体成为独立学科。以经验主义和实证主义为模板的科学心理学，在物理隐喻思想的指导下认为任何可以被证伪的知识和经验才具备科学意义，致使主流心理学将研究对象局限于“生物性”个体，以“物”的方式进行探索研究，在这样的时代背景下，导致心理学方法论局限于个体主义和机械主义的还原论。如元素还原论，即把意识或行为还原为意识元素或分子行为，以意识和行为的元素解释意识和元素的整体；生物还原论，以动物行为的研究取代人的社会行为的研究，以生物学的特性解释意识和行为；生理还原论，把心理现象归结为生理现象，以神经生理的研究取代意识和心理现象的研究；机械主义则是另一种形式的还原论，将个体比作机器，认为个体受刺激和反应规律的支配（叶浩生，1998）。
当还原论大行其道的时候，越来越多的心理学家发现将人拆解进行碎片式的研究，已经不能代表系统的人的复杂性，人文取向的心理学开始越来越关注整体，以格式塔心理学、精神分析和人本主义心理学的整体论为代表。格式塔在思维和知觉领域提出人的整体性大于部分之和，整体先于部分，整体决定部分之说（彭运石，2009）；弗洛伊德开创的精神分析在心理治疗领域，将神经症视为在生物性的（biological）、遗传性的（phylogenetic）、个人心理的（pure psychological）的综合因素作用下产生的，并且提出了人格结构的整体性（自我-本我-超我）。人本主义心理学家马斯洛提出以“整体动力论”来弥补“还原论”之不足，他认为人作为一个有机整体，具有多种动机和需要，包括生理需要、安全需要、归属和爱的需要、自尊需要和自我实现需要，主张以整体分析法作为心理学研究的基本方法（Maslow， Frager & Cox，1970）。这样的整体论的出现是批判科学心理学范围太过狭小，延展了其疆界，无疑将人的维度扩展至更广阔的范围。但人文取向的心理学在操作层面仍难以结合科学心理学的方法，所以在学界仍处非主流地位，尤其是在学院派中。
生态主义心理学在这样一个方法论的背景下发展出来，提出生态整体论，弥补了格式塔等代表的整体论局限于个体整体的缺陷，将人与物纳入同一框架中，认为动物与环境是有机的交互整体，其中任一部分的改变，都将引起另一部分的转变。在生态世界观中，世界成为人與现实环境相互联系与相互依赖的场所。生态心理学家不仅看重人的有机整体的统一，同时也将自然系统包括物理系统、生态系统和社会文化系统纳入人的心理整体性中（Heft，2015）。同时代越来越多的心理学家开始采用整体的、相对的、互动的、多元的和层次性的观念和视角，例如后现代主义心理学，心理学的发展从机械的、还原的自然科学论逐步向生态主义的多元、整体转变。
1.2 西方心理学“自我”研究的发展：从“生物的我”到“生态自我”的发展
科学的发展史即为方法论的发展史，心理学这门学科同样如此。心理学方法论的核心议题，都是围绕“我”这个带着神秘维度的主体。方法论的演化，导致心理学家对这个不变的研究对象有了不同的认识。对主体“我”的研究，研究方法从量化式的物理解构，到后现代主义解构了连续性（continuity）、自我感（self）、意向性（intention）、认同
（selfidentity）、中心性（centrality）、性别及个体性（individuality），并且建立了一套传记式的连续体（biographical）完整性的记忆体制，虽然到现在仍然受到挑战（Hillman，1995）。对“我”的理解，也从最早的实验室中的生物性的“我”，过渡到现代精神分析提出“投射性认同”（projective identification）的运作机制，也将外部客体依附在“我”的心中，“我”与世界的互动随即变成了，“我”与客体在我心中产生的“印象”的互动，这不得不说是对“自我”这一概念的扩展，但终未逃离“我”这一主体范围。“我”与“非我”之间的切割，成为各个心理学流派的特点，并且推动了对“自我”的研究。
从20世纪末开始，尤其是后现代主义的心理学家开始用更为开阔的视角探索心理世界的规律性，同时也提出更具开阔性的“自我”概念。这些领域包括积极心理学（Seligman & Csikszentmihalyi，2014）、叙事心理学（Sarbin，1990；McAdams，1993）、超个人主义心理学（Wilber，2000）、进化心理学（Buss & Barnes，1986；Pinker，1998）、自体心理学（Gross，1971；Stolorow，Brandchaft & Atwood，1987）等。它们倾向于以系统的（systematic）、整合的（holistic）、多元的（multiple）、有机的（organic）和主体间的（intersubjective）视角去理解心理现象。我国学者訾非（2014）也提出用“生态主义的心理学”（ecologistic psychology）的大框架去理解各个流派。超个人主义心理学者肯·威尔伯（Wilber，1993）在其著作《意识光谱》中，做了更为大胆的假设，其认为各个流派的心理学观点就像是物理学的光谱一样处于不同光谱位置，相互并不冲突，以一个更为庞大的整合思路，将所有心理学体系纳入一个框架之中。
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生态系统框架的搭建，是建立在“自我观”逐渐发展下的——从最早的生物性个体的主体研究，到社会的“我”（Mathews，1991）（社会与文化），再到世界的“我”（生态系统）。弗洛伊德将心理学对“自我”的认识发展至冰山之下，荣格更是把潜意识领域的“自我”扩充到原始人类，肯·威尔伯是把意识的发展扩展到心灵层（the level of mind），在这个层的意识自我的特点是“非二元”的，主客体同为一体，是以世界、甚至是神为中心的（杨韶刚，2006）。
阿伦·奈斯（Naess）提出“生态自我”（ecological self）这一术语，被应用在“深层生态学”的研究领域。这一概念的提出，迅速成为了一些持生态世界观的学者的核心主旨，以及正在兴起的生态心理学的研究对象。奈斯（1995）认为，自我的成熟需要经历三个阶段，从自我（ego）到社会自我（social self），再到形而上学的自我（metaphysical self）。其用“生态自我”来表示这种形而上学的自我。这样的自我的概念，已经不仅仅着眼于社会与人际关系中的自我，而是扩展到了人与物质、其他生物之间的关系。
罗斯扎卡（2001）在探索生态心理学的《倾听地球的声音》（The Voice of the Earth）一书中，延展了荣格的集体潜意识与弗洛伊德的本我（id）的概念，他认为这些术语所指就是“世界”，提出了“生态潜意识”。他认为要使深层自我适应于集体潜意识和本我，就等于是适应于有机的和无机的自然世界。进一步说，一个人要与“自己深层的自我”调和，需要的不仅是一趟探索内在的旅程，也需要和外在世界的环境和谐共存。他提出的“生态自我”概念，包含“生态潜意识”，认为解决生态危机的办法就是“解除对生态潜意识的抑制，建立生态自我”。詹姆斯·希尔曼（Hillman，1995）呼吁心理专家，用不切割的方式来探索内在世界。他认为任何地方都可以是内在世界，任何我们以心理的眼耳去看听的地方皆可，整个世界是我们的咨询室和培养器皿。心理学可追随博物学家、植物学家、海洋学家、地质学家、都市计划学家等，探索各个地域中所潜藏的主体性、潜藏的意向性、被旧典范视为客观物性，且超越意识和内在性的领域。除了带着心理学的眼光进入世界之外，也允许世界进入心理学疆土，并承认在心理学所面临的问题中，空气、水和地域等因素，扮演着和情绪、关系与记忆同样重要的角色。
2 生态疗法
毫无疑问的是，“自我”这一体系，已经变得不再是实验室中单纯的生物性个体，而是更丰富的“世界”。而在生态心理学的推动下，心理疗法也不仅仅局限于城市中的咨询室里，而是发展到了自然环境中。生态心理学将自然的环境因素纳入到心理健康的标准之中，也为以自然环境为背景的心理治疗提供了新的思路。生态疗法从本质上是将生态心理学的原则与心理治疗相结合，其中疗法包括了森林疗法（Forestry Therapy）、荒野疗法（Wilderness Therapy）、园艺疗法（Horticultural Therapy）等多种自然形态疗法（朱建军，2009）。
森林疗法，又称森林疗养，人体吸收森林释放自身生存的生化物质、经触发或置换而产生的负氧离子，从而调节人体健康。这一定义是建立在森林系统中自然具有的特殊生化功效的基础之上的。近几年来，对森林不同树木释放的化学物質“精气”的研究表明，森林系统对躯体健康有很明显的效用。例如，日本医科大学的李卿博士、千叶大学的宫崎良文博士、森林综合研究所的香川隆英博士等研究者，以东京工作繁忙的白领和高血压、抑郁症、糖尿病等患者为研究对象，通过让他们在森林中散步、休息，发现他们血液中的免疫细胞活性明显增加，这表明森林环境对高血压、忧郁症、糖尿病等症状具有显著的预防和减缓作用，而城市环境对这些症状减缓作用不明显。森林环境对交感及副交感神经活动的影响实验表明，森林环境可降低交感神经活性，增加副交感神经活性，调节自律神经的平衡，因此森林环境可降低血压。森林疗法中的生态特点是半人工半自然的生态环境，需要经过有关部门进行森林基地的验证，其中森林基地的设施要保证其生物与自然的功用（
南海龙， 王小平， 陈峻崎， 朱建刚， 杨晓晖， 温志勇，2013）
园艺疗法，也称园艺治疗，指以园林中的人与自然物的亲密关系为推动力，让病患在主动参与务实中，投入精力、希望、期待、收获与享受的全过程，从而起到对病患进行干预与治疗的效果。该疗法主要通过园林景观以及植物系统，刺激人们的感官，通过人与自然植物的互动获得疗愈效果。目前的研究报告显示，该疗法对身心障碍者，常见如唐氏综合症（Downs syndrome）、智能不足（Mental Retardation）、脑性麻痹、自闭症（Autistic Disorder）、抑郁症等患者有显著疗效，并且在人们的精神方面、社会关系方面、身体方面都有明显的改善功效。园艺疗法的生态特点是半人工半自然的环境，主要提倡人们在与环境交互中的主动性（李燕，2014）。
荒野疗法，也称荒原治疗。它可以帮助心理障碍患者，甚至帮助迷途者找到目标，重拾力量。罗素（Russell，2001）认为荒野治疗是指发生于自然或者荒野环境中的体验，在熟练的荒野领导者与合格的心理治疗师的监督下，用冒险活动和原始的生活技巧来教授新的技能和挑战消极的行为和思考方式。简单地说，荒野治疗，是建立在荒野自然体系中，在纯自然的环境中进行干预治疗。而研究结果说明，荒野治疗对“自我概念”有明显的改善功能。例如，科罗拉多外展学校曾经对600名参加过该学校荒野治疗的当事人进行调查，发现参与者的自我概念有显著变化，现实自我与想象自我之间的差距也有所减少，并且焦虑感有所下降。之后众多研究也都证明荒野治疗在提升自我概念、自尊等方面有明显的效果（马燕，2010）。
3 生态疗法的系统模型
笔者在研究生态疗法的过程中发现，各个疗法借助不同系统的特性进行治疗，即将注意力着眼于不同客观自然属性的特点，而各个疗法之间并没有形成系统的连接。为此，笔者整理并分析出各个疗法之间的关联，提出生态疗法的系统模型。系统模型的提出，是建构在心理学各流派理论基础之上的，并非提出新的治疗思想，而是将各流派疗法整合到生态疗法系统中。
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生态疗法的系统模型是指在心理治疗中，使来访者经历所有生态系统从而恢复心理健康的治疗方法模型。生态疗法的系统模型方向包括从城市为主的人文社会系统，到半自然半人工的森林或园林系统，再到纯自然的荒野系统，最后再回到城市系统。如图1所示。
纵观传统的城市咨询系统，各个流派虽有异同，但个体的心理治疗范围局限于家庭关系的交互作用、人际关系的交互作用、社会文化的交互作用。且不同的流派在不同的位置展开治疗，如个体内部（精神分析）和个体外部（认知行为疗法）。然而，越来越多的心理学家开始相信，人与生态自然的关系也同样导致了精神系统的病理症状的出现。例如汤姆斯·贝瑞等（Swimme & Berry，1994）认为，现今人类在与自然世界的关系上，已变得“自闭”。并且她将这种自闭回溯到笛卡尔所演绎出的机械世界观，他说“笛卡尔……等于是杀死了地球和其上的所有生命”，对他而言，自然世界是机械化的，不可能进入到一种沟通融合的关系状态。西方人类与周遭世界的关系，变成自闭状态。如同自闭症儿童似乎听不到、看不见或感觉不出母亲的存在一般，我们也一样盲目地无法感觉到这个活生生地球的心灵存在。这个症状只能藉由“人类与自然世界间新的共处模式”改善。
抑郁症、强迫症、自闭症、成瘾等等这些精神病理症状，既可以在社会家庭系统中找到症状的原因，也可以在人类的集体层面找到症状的原因。这些病因总体来说是源自人类文明的发展，致使人类悖离自然而导致的，而集体的症状同样也与每个人类密切相关。从唯物历史观的角度看待人类进化的过程，人类发展是逐步城市化的过程：从原始人所处的荒原系统，到半自然半人工的农耕系统，再到城市系统这一过程。从外在的物质角度讲，是逐步脱离原始自然的过程，而这样的城市化过程伴随着去荒野的内在心灵的变化。如果以分析心理学的取向解释，人类本由自然之物孕育和滋养，在完成城市化之后，隔离了原始自然，渐渐地把原始的元素压抑到集体潜意识层之中，所以我们对原始自然的态度是矛盾的，既害怕又渴望。害怕表现为那些对不安全因素的恐怖心理，如害怕原始猛禽，蛇，狼等等，所以荣格在谈论原型层面的阴影时，蛇和野兽的原始意象，多象征人类心灵中的阴影。以象征的角度谈人类心灵，原始自然象征着集体潜意识中的印记，城市社会家庭系统对个体造成的创伤以情结的方式存储于个体潜意识中。荣格（1926）认为：情结就像挥之不去的乌云一样，挡在“自我”与原型之间，使人类不断地重复着情结模式的循环。
如果按照Winnicott（1960）所解释的心理治疗的疗效来说，精神分析的疗效取决于治疗师带着来访者主动退行到原生状态，帮助个体来访者似乎“重新生活了一遍”，从而“重置”来访者的生活策略与防御机制，以起到治疗作用（郗浩丽，2007）。这个治疗观点，毫无疑问在城市系统中是已经被公认的经典观点，就像治疗取向的心理学家几乎公认精神分析是心理治疗的基石。而荣格和罗斯扎克所做的事情恰恰是在生态层面的“主动退行”，退回到人类集体早期的“子宫中”（原始自然），从而与更深刻的系统接应。了解了这一观点，就可以理解为什么“荒野治疗”具有修正自我概念的功效了。例如，人类从荒野到森林到农耕再到城市这一过程，逐渐分化出以城市化功能为主的机能，例如思维；而相对原始的功能，比如感觉、情感等会较少被使用。这里要说明的是并不是每个人都是优势功能是思维，劣势功能是情感，而应该从人类这一物种的进化特点的角度来理解回到原始环境中能够激活劣势功能这一观点。
荣格（1926）在《心理类型》中明确指出，劣势功能与集体无意识相连。原始的自然环境可以提供一个集体无意识的氛围，这样的“退行”可以为来访者提供一个重新认识世界的可能。现今，越来越多的心理治疗流派认为，人们的心灵拥有自我整合的动力，而这样自我整合的动力，会使人们变得更为完整，也使“自我”在与世界交互作用过程中所使用的功能更为完整。
可是回到最初的原始系统中，不免会对来访者造成很深的恐惧感，就像精神分析中的治疗一样，回到越早期的经验中，会唤出来访者更大更强的防御。所以森林和园林这一半人工半原始的系统，就很好地起到了过渡作用。这一过渡系统，是在森林基地（周彩贤， 张峰， 冯达， 马红， 邹大林， 南海龙，2015）的基础上建立而成，確保了自然属性的森林系统对人的外在影响，在半自然半人工的疗养环境中可以展开更具有适应性的内在心理探索。
我们不得不肯定的是，各个系统中包含着不同的治疗功能，各个系统之间也不能互相取代。如果我们从布朗分布伦纳（Bronfenbrenner）提出的生态系统模型理论角度来分析，其理论涵盖的只是城乡系统与人文社会文化的交互作用（刘杰 & 孟会敏，2009）。如果引入深层心理学中的内部心理活动，那么弗洛伊德提出的“个人潜意识”，仅仅是在比较小的系统空间内活动。随即而来的荣格的分析心理学，提出一种涵盖更宽广、为人类所共享的心灵可能，即“集体潜意识”。“集体潜意识”由所有心智的普遍运作形态，或称为原型（archetypes）所构成，可在人类历史中各种不同文化里的神话、传说、寓言、童话故事中找到，这个系统包含了全人类的集体文化。紧随其后的是，罗斯扎卡提出的“生态潜意识”以及史蒂芬·艾森史塔特提出的“世界潜意识”（Aizenstat，1995），将内部心理扩展到有机物与无机物之间，对应外部系统，即生态环境系统。引入新的生态治疗系统，其治疗范围包括了人与人的交互作用，人与社会的交互作用，同时还包括人与自然的交互作用，在意识行为层面和潜意识层面都丰富了原有的咨询体系。笔者认为这不仅不会影响在城市治疗中所探讨的成果，反而会加强这一部分，这也是笔者提出生态疗法模型中回到城市的原因，换句话说，所有的疗法都指向来访者如何能在社会活动中具有更好的功能这一命题。系统的扩大，为“自我”成长空间的扩大提供了可能。归根结底，人类是社会性种族，长期生活在城市中，所有的治疗都回归于城市系统，如何将生态系统的影响带回城市中，不仅是治疗师的重任，也是未来生态系统模型所讨论的重点即城市系统引起的创伤模式与自然系统的对应关系。
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4 讨论
笔者只是抛砖引玉式地提出一种治疗框架，其中具体操作性的部分仍然需要更多的研究者来探索与研究。例如，生态疗法治疗因子的实证研究；不同症状的来访者更适合什么样的生态环境进行治疗；如何在自然环境中发展不同来访者的劣势功能；如何将生态疗法的疗效应用在城市系统中等等。
另外，当我们讨论森林、园林、荒野等概念的时候，借用的是西方文化，因为这些概念是在西方的思维逻辑下发展出来的。当西方开始整合这些不同层面的疗法时，借鉴的是东方文化，这一过程早在心理学家荣格和肯·威尔伯（彭运石，2002）身上就有所体现。就像西方传统的建筑布局一样，是严格按照城市-园林-森林-荒野结构建造的，而传统的中国建筑布局则体现了“天人合一”的思想，城市与自然和谐而不分家。生态疗法系统模型的实施和应用应当从中国传统文化出发，因为中国的传统文化正是讲究“道法自然”的，在城市系统中生活的人同时拥有与自然的连接，中国古人很早就这样做了。但同时也不能忽略西方量化的研究方式，如同森林疗养中大自然的药用作用，对不同躯体疾病的实实在在的帮助。
笔者长期活动于不同生态疗法的领域中，也身体力行地体验过每个疗法间的差别和联系。就目前国内发展情况来看，森林疗养刚从日本、德国、韩国等国家引进，由北京园林绿化国际合作项目发起，还处于起步发展阶段（
周彩贤， 张峰， 冯达， 马红， 邹大林， 南海龙，2015）。荒野治疗目前国内实施者更是寥寥无几，主要由行者荒原学校等民间力量在推动。笔者之所以提出这样的系统模式，也是想将民间的和官方的力量结合起来，而不是各行其是，共同推动生态疗法。各个领域的专家，如城市咨询、森林、园林、荒野，能够站在系统的生态心理学框架下，才能更好地整合和包容其他不同疗法。同时也希望各界的力量加入进来，了解生态系统对人类的重要性，并且把这样的生态实践运用到儿童、青少年教育中，在儿童成长的过程中为其提供一个更具建设性的“自我”空间。同时医疗界的进入也同等重要，将医保等国家补助项目纳入生态疗养中，也是造福于人民的民族大计。
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电力系统模型 篇7
关键词：机组检修规划,检修竞价费用,满意度,充裕度,调整机制,发电商
0 引言
传统模式下,机组检修计划由调度机构根据系统可靠性水平统一制定[1];随着电力工业市场化,发电商成为独立实体,以其效益最优规划机组检修,为避免同一时段检修容量过大,各发电商应服从独立系统运行员(ISO)对检修时段的调整安排,其中ISO独立于所有发电商,是非盈利的运营机构。因此,应建立相应的检修框架确保系统的可靠运行及发电商的经济效益。
市场环境下通过以下步骤安排机组检修[2]:首先,发电商根据机组运行情况及所处市场环境,以其效益最优规划机组检修[3,4,5];然后,由ISO协调检修时段,保证系统可靠运行,应注意调整经济性和公平性并体现市场竞争原则。
文献[6]给出了基于激励/惩罚因子的检修迭代机制,并将再调度费用分摊至各用户;文献[7]给出了基于竞标的竞争检修机制,以规划期内效益最优确定机组检修时段,并采用差价方式进行费用结算;文献[8,9]给出了基于发电商申报的意愿支付和系统充裕度的检修协调模型及按比例分配费用的方法;文献[10]根据各机组的满意度水平及其上缴费用之和调整检修计划,并由各发电商的经济损失及支付比例进行费用分摊;文献[11]探讨了中国电力市场中的检修审批机制,通过将检修权货币化以竞价方式确定其归属;文献[12]以检修调整的经济性和公平性为目标确定机组最终停运计划。
本文引入机组检修竞价费用CMBC和满意度VSD概念,用以衡量其在不同时段检修或运行的意愿程度,考虑系统充裕度水平后由ISO协调各机组检修计划并给出了相应的费用结算机制。
1 机组检修调整中的3个基本概念
1.1 系统充裕容量
本文以系统充裕度衡量其运行可靠与否。根据各时段检修容量Cm(t)、装机水平Cs、负荷水平D(t)及与相邻区域功率交换水平Cout(t)等信息,利用下式确定各时段系统容量充裕度:
假设γ0为系统充裕度基准,由ISO视系统情况而定,有
式中:Iis-safe(t)为时段t系统可靠与否指标,为1表示系统运行可靠,为0表示系统不可靠。
考虑从相邻区域获得的最大功率水平C
式中:C
为简单起见,引入系统充裕容量A(t)判断系统充裕度水平:
A(t)=Cs+C
则式(3)可简化为:
1.2 机组检修竞价费用
由于各时段电价及机组运行状态不同,发电商对其机组在各时段检修或运行的意愿程度也有所差异,引入CMBC概念表示其意愿水平。
CMBC若为正表示发电商希望该机组在本时段检修,值越大则期望越高,若被安排在该窗口检修,发电商需向ISO上缴相应费用;若为负表示希望该机组在本时段运行,绝对值越大则期望越高,若被调整至本时段检修,则发电商的经济效益存在风险,ISO需向其支付相应费用以弥补其损失;若为0,表明发电商对该机组是否在本时段检修不敏感。
对于各机组的CMBC,发电商考虑电价水平及其自身运行状况后,根据效益水平Profit(t)确定:
该值由售电利润减去更新故障元件费用得到,其中CPi,ρ,Ri,hi,Pi依次为机组生产成本、电价、机组可靠度、故障率、出力水平,其中后四者为时间t的向量,详细分析参见文献[13]。附录A给出了某机组CMBC的确定过程。
对于各机组检修竞价费用CMBC有以下说明:
1)若机组在各时段的报价水平全为0,则说明其对各检修窗口均不敏感,由ISO根据系统可靠性规划其检修时段;
2)若机组各时段报价水平均为负,说明发电商不希望该机组检修,故ISO不规划其检修;
3)ISO应给出不同容量机组的最低报价水平。
以上措施避免了各发电商之间相互串谋、通过全报负价或报过低负价以获得额外利润,同时,各发电商也必然谨慎报价以规避相关风险。
1.3 检修满意度指标
为更直观地描述发电商对其机组在各时段检修或运行的期望程度,引入VSD概念,计算如下。
一般来说,机组检修应考虑如下约束:
1)检修持续时间约束:机组应在规定时间段D内完成检修,即
式中:NT为时段数。
2)检修连续性约束:机组开始检修后,应在连续的D个时段内检修,不能间断,即
基于此及各机组的CMBC,ISO可确定该机组在检修窗口[t,t+D-1]的总竞价费用水平C
式中:t为检修起始时段。
因此最佳起始时段tbest为:
发电商最不希望其检修的起始时段tworst为:
根据下式可确定其在[t,t+D-1]检修的满意度水平:
其中,若VSD为正,表示该机组希望在[t,t+D-1]内检修,越接近于1,对该窗口满意度越高,且有VSD(tbest)=1,最佳检修窗口为[tbest,tbest+D-1];若VSD(t)为负,表示机组希望在该窗口运行,越接近于-1越希望其运行,且有VSD(tworst)=-1,对应窗口为[tworst,tworst+D-1];若VSD为0,表示机组对该时段敏感性不强。
上述分析表明,当机组被安排在可接受的检修窗口(VSD>0),需向ISO上缴相应费用C
2 检修计划调整模型
ISO在协调机组检修时段时,应在确保系统可靠运行前提下,保证发电商的经济效益及调整公平性,是一个典型多目标规划问题,本文采用不同加权系数方法将其统一为如下目标函数:
式中:NG为机组数目;NKi为机组i拥有的检修窗口数,NKi=NT-Di+1;TS(i,t)为0-1变量,当机组i从时段t开始检修时为1,否则为0,与检修状态变量x(i,t)满足下述关系式:
CCL(t)表示根据该检修计划,ISO为确保系统充裕度而切掉的用户负荷,即
不考虑与相邻区域功率交换时,式(13)简化为:
式(11)包括3部分:各机组竞价费用、满意度水平及系统各时段的切负荷量,其中α1和α2取较大值,使得后两者特别是CCL(t)对整个目标函数影响远大于前者,保证尽量不要在充裕度较低时段安排机组检修;而较大的α1值可确保各机组以较大概率被安排至较为满意的检修窗口。若不同检修组合下各机组的满意度水平及导致的切负荷水平相同,则根据竞价费用确定停运计划。
ISO在协调各机组检修计划时,应考虑式(7)、式(8)这2个约束条件。根据最终规划,各发电商应上缴的总费用F和各机组最终的满意度VSDi 为:
应指出当2台相同容量机组在某检修窗口的报价及满意度均相同时,则以报价时间先后安排其检修或运行,即优先考虑先提供竞价费用的机组意愿。
3 费用结算机制
根据最终检修计划,ISO为确保系统充裕度水平若切掉了部分负荷,应对用户进行赔偿[14],则:
式中:FCL为总赔偿费用;r为赔付率;HW为每时段的小时数,该费用由所有参与检修计划调整的机组承担,原因在于ISO为协调其检修而导致用户负荷被切除,符合“谁获益,谁支付”的市场原则。
通过比较F与FCL,ISO确定各发电商应返回/上缴费用FR(i),包括以下2种情况:
1)若F≥FCL,即对用户进行赔偿后仍有盈余,则将其按比例返还至各发电商,即
返还比例与各机组上缴总费用F成正比而与其最终满意度VSDi 成反比,即满意度较低的机组将获得较多的返还费用。
2)若F<FCL,即上缴总费用不足以赔偿用户损失,各发电商仍需上缴一定费用,即
继续上缴比例与各机组上缴总费用及其最终满意度成正比,即满意度较高机组将支付较多费用。
基于满意度的费用结算机制使得发电商或者获得较满意的检修窗口,或者获得一定的经济收益(获得较多的返回费用或支出较少的额外费用),确保了检修调整的公平性,使其能够顺利实施。
4 求解流程
根据上述模型确定各机组检修计划及费用结算,具体流程如图1所示。
主要包括以下关键步骤:
1)各机组检修竞价费用的提交。
2)各机组检修计划的调整。式(11)～式(15)所述调整模型为包含0-1变量的非线性、不可微且分段的组合优化问题,用常规优化方法求解困难,本文采用遗传算法进行求解。
3)费用结算。
5 算例分析
下面以一简单算例说明本文模型的可行性,所用数据均来自IEEE RTS系统[15],规划期为1年(52星期),共有10台机组参与调整,其基本信息及检修竞价费用见附录B,系统充裕度基准γ0取为15%,基于MATLAB编程求解,计算时间约9 s。
表1给出了各机组检修时段、满意度及费用结算情况。可知有7台机组获得最佳检修窗口,其满意度为1,有3台机组被调整至其他时段,但发电商对其检修窗口也较为满意,从其在全部检修窗口中所处位置可得到印证。不过由于机组类型及发电商的期望不同,各机组所得检修窗口的满意度与在整个周期内所处位置之间不存在正比关系,如机组2与机组9,虽然前者的满意度低于后者,但其所得窗口为第2选择,而对于机组9仅为第4选择。
根据最终检修计划,各时段均满足系统充裕度要求无需切除负荷(见下述分析),ISO应将其所收取费用返还至发电商。从表1可知,机组2,6,9虽然未获得最佳检修时段,但得到了额外经济补偿,该部分费用由获得最优检修窗口的机组进行分摊,确保了检修调整的顺利实施。
图2给出了按各机组最佳检修窗口检修及经本模型调整后系统各时段充裕容量,若根据前者安排机组停运,在第23星期～第25星期因检修容量过大,为确保系统运行可靠需切掉部分负荷,而根据本模型调整后在各时段均可满足系统可靠运行要求。
由模型可知,充裕度基准γ0对最终结果有较大影响,当其较小时,每时段检修容量裕度较大,各机组可获得较满意检修窗口;该值较大时,每时段检修容量不易过大,为确保系统可靠运行,部分机组被调整,如果该值过大,不宜再用本文机制确定其停运计划,应由ISO根据传统方法视系统具体情况确定。
6 结语
本文从发电商效益水平及系统可靠性出发,提出了基于竞争的机组检修规划及费用结算模型,即
1)引入检修竞价费用及满意度概念,评估机组在不同时段检修或运行的意愿程度,若为正说明其希望在该窗口检修,否则希望继续运行;
2)基于上述指标,考虑系统的充裕度水平规划各机组检修时段,目标函数包括检修竞价费用、满意度及系统切负荷水平,通过设置合理参数即可确保较大的满意度及较低的切负荷量;
3)给出了基于满意度的费用结算机制,在发电商检修计划的满意度与其费用支出/返回之间取得折衷,确保了检修调整公平性及ISO的无盈利性。
算例结果表明,本模型能够确保系统可靠运行及发电商的经济效益,体现了公平、公正的市场原则。
附录见本刊网络版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。
电力系统模型 篇8
利用电力系统动态仿真程序模拟和分析电力系统的全过程稳定特性,对避免发生大面积停电事故及研究防止事故扩大的有效措施具有重要意义。
继电保护装置是电力系统的重要组成部分,其作用已不仅仅局限于快速切除故障元件,它在保证整个系统安全稳定运行方面也起着越来越重要的作用。但是,目前电力系统稳定分析工具缺少对继电保护装置的系统化描述,无法真实、完全地反映继电保护元件在电网故障期间的动态行为对电网稳定性的影响。所以迫切需要在稳定分析软件中加入继电保护装置模型,真实模拟电网全过程动态行为,这对于提高电力系统稳定分析的仿真精确性十分重要。
本文围绕电力系统动态仿真程序中的继电保护模型进行研究,提出了建模方法,讨论了用于电网稳定计算的继电保护装置模型接口仿真程序的基本结构;在此基础上,结合电力系统仿真计算软件PSASP的用户程序接口(UPI)功能,采用常用的新英格兰10机39节点系统作为仿真算例,在算例中引入距离保护模型进行暂态稳定计算仿真,结果表明引入继电保护模型能更真实地反映电力系统受到扰动后较长过程的动态特性。
1 电力系统仿真程序中继电保护模型现状
目前国内外广泛应用的电力系统仿真程序中有的软件没有提供继电保护模型,仅仅靠预定时间后开关的开断来实现保护功能,也有一些软件提供了一部分简略的继电保护模型,能够实现一部分简单的继电保护功能。表1所示为目前国内外一些代表性的仿真软件中继电保护模型的研究现状[1,2,3,4,5]。
表1所示的继电保护模型都是以国外的继电保护装置为原型,基本上集中在距离继电器(圆特性为主)、失步保护继电器、失磁继电器、串联电容间隙保护继电器、过电流继电器等继电器上,继电保护类型不够丰富,缺少各类新型继电保护装置的模型和定值,与国内目前电力系统中实际广泛应用的继电保护装置有着较大区别,不能反映国内电力系统中继电保护装置的动作特性。因此,在电力系统动态仿真程序中建立与国内实际应用的继电保护装置动作特性相一致的继电保护模型是非常必要的,能够极大地提高仿真的真实性和准确性,对于电力系统长过程动态仿真具有重要意义。
2 电力系统仿真程序中继电保护模型的建模方法
电力系统仿真程序中的继电保护仿真一般主要有以下几种建模方法[6,7,8,9,10,11,12]:一是定时判别法,没有具体的继电保护模型,发生故障后断路器的动作特性只靠预先设定的时间和动作状态来确定,易于满足速动性的要求,实现简单;二是定值判别法,这种方法加入了继电保护模型,并以该模型的保护原理、保护整定定值配合和动作时延配合来反映选择性,靠自身的模型来反映灵敏性要求,结果准确,能够真实反映继电保护装置动作特性,但计算量较大。这两种方法各有优缺点,需要根据实际情况加以应用。
相对于定时判别法而言,依据实际保护装置的动作逻辑和保护原理建立的定值判别法能准确描述继电保护装置的动作特性,并能够真实模拟实际电网中保护装置的动作情况。但是,实际保护装置的模型过于复杂,在用于机电暂态和中长期动态仿真时可以在不影响仿真精确度的前提下进行适当的简化。
以电网线路保护为例,高压电网线路保护装置的主保护动作时间很短(20 ms左右),即使加上断路器的灭弧时间,总的动作时间也仅在100 ms左右,基本处于电磁暂态过程中,对于机电暂态和中长期动态仿真过程来说时间非常短;另外,现有线路主保护主要由高频保护和分相电流差动保护构成,保护原理成熟,动作可靠性极高。因此,在机电暂态和中长期动态仿真过程中,可以对电网线路保护的主保护进行简化,略去主保护内部的计算过程,认为线路中一旦发生短路故障,如果继电保护装置和断路器没有发生故障,线路主保护将在一个固定时间段后跳闸。线路保护主保护的模型如图1所示。
该保护分相跳闸,跳闸时间T可以整定,范围为0～500 ms,缺省值为100 ms。
对于高压电网线路保护的后备保护,主要由距离保护和零序过流保护构成,其动作时间相对较长(尤其是Ⅱ段、Ⅲ段,可达几秒),对机电暂态和中长期动态过程影响较大;另外,距离保护还可能受到系统振荡和运行方式的影响而误动或拒动。因此,需要依据实际保护装置的动作特性来构建机电暂态和中长期动态仿真过程中的后备保护模型,不能像主保护一样进行简化。
因此,对于电气元件的主保护(以差动保护为主),从电力系统长过程仿真的角度出发,可以用定时判别法进行建模;对于电气元件的后备保护,一般都需要依据实际保护装置的动作逻辑和保护原理应用定值判别法进行建模。
对于大规模电力系统,如果在仿真时对每一个元件(发电机、变压器、线路等)的继电保护装置都进行模拟,将导致计算量的大幅增加(这也是目前暂态稳定计算中很少考虑继电保护模型的一个重要原因)。对于这样的情况,除了上文提到的对主保护、后备保护分别处理以外,还可以采取一些措施,例如延长计算间隔、并行计算等。后备保护对于计算实时性要求不高,因此可以延长其计算间隔,即多个稳定计算步长后才计算一次保护模型,能够有效减少计算量。
3 用于电网动态特性分析的继电保护模型接口仿真平台设计
综上所述,在电网稳定分析中考虑继电保护装置的动作特性是非常必要的。针对当前仿真软件的不足,结合一体化仿真计算的需要,本文构建了一个用于电网长过程动态特性分析的继电保护模型接口仿真平台软件。该软件由图形化操作平台、SQL Server数据库和外部接口程序组成,能够与任一电力系统稳定计算软件接口,导入在稳定计算软件中定义的仿真电网的拓扑结构及其参数,在图形化操作平台上对电网中各个元件所需继电保护模型进行配置和整定,进而在每一个仿真步长中通过外部接口程序在线访问稳定计算软件,将稳定计算软件产生的电网各节点电压、电流数据实时送入到继电保护模块中,按照预先配置好的继电保护装置的动作判据以及整定值进行在线计算和判断,然后将继电保护装置的动作情况回送到稳定计算软件中去控制相应电气元件的状态和电网模型的拓扑结构,从而实现了闭环、交互式的实时仿真,克服了以往稳定计算软件不能真实反映继电保护和安全自动装置动态行为的缺点,能够对电力系统全动态过程进行有效仿真。
该仿真平台的总体结构如图2所示。
程序每个部分的功能和作用如下:
1)图形化平台:
图形化平台是整个软件的支撑和人机接口,界面与PSASP类似。用户可以将电网拓扑结构、电网参数等相关信息从电力系统稳定计算软件的数据库中通过专门的数据接口读出,并将读出的电网信息(包括网络拓扑结构、电网参数等)显示在图形化平台中。同时,用户可以通过图形化平台对电网中每个元件所安装的继电保护和安全自动装置进行配置,包括发电机保护、变压器保护、线路保护、母线保护等,设置相关配置情况、类型以及动作定值。得到的电网拓扑结构、电气元件参数以及相应的保护配置情况全部存入SQL Server数据库。
2)SQL Server数据库:
SQL Server数据库作为整个程序的后台数据支撑,保存电网结构、元件参数、继电保护装置配置情况及相应整定值。
3)继电保护模型库:
以目前国内外电网中实际应用的继电保护装置为原型,建立能够全面反映继电保护装置动作特性的继电保护模型库,提供各种继电保护装置的算法、定值整定规则。主保护可进行简化,直接按预先设定切除时间的方法来处理,后备保护严格按照实际保护装置动作逻辑来建模[13,14,15,16]。
4)外部接口程序:
与稳定计算软件进行接口,执行具体的保护和自动装置动作情况判断,并将动作结果返送到稳定计算软件。外部接口程序初始化时从SQL Server数据库中获取电网拓扑结构、电气元件参数、每个元件的继电保护的具体配置以及整定值,从继电保护模型库获取需要用到的保护和自动装置的判据;开始计算时,在稳定计算软件的每一个计算步长后,从稳定计算软件获取该时刻所有装设了保护和自动装置的节点的电压、电流信息(保存一定时段数据到缓冲区),按照既定的保护判据进行计算,如果某个电气元件满足保护装置的动作条件,则保护装置动作,切除该元件,并把动作信息返回给稳定计算软件和图形化平台,然后此次计算结束,等待下一步稳定计算软件计算步长;如果所有的保护装置都不满足动作条件,则保护不动作,不作任何处理,此次计算结束,等待下一步稳定计算软件计算步长。
4 含距离保护模型的PSASP稳定计算仿真
由于上面所提到的继电保护模型接口仿真平台软件目前还在编制过程中,本文利用电力系统分析综合程序PSASP自带的用户程序接口功能,结合Visual C++程序编程,在PSASP中引入了距离保护模型,初步实现了含继电保护模型的暂态稳定计算仿真。当然,无论是机电暂态仿真软件还是中长期动态仿真软件,只要得到了其计算接口,都可以与本文提出的继电保护模型接口仿真平台相连接,从而实现含继电保护模型的机电暂态仿真和中长期动态仿真。
4.1 PSASP的用户程序接口功能
PSASP的UPI[17]提供了一种自定义功能和环境,使PSASP执行模块和UPI执行模块联合运行,共同完成某一计算任务,其计算模式如图3所示。
其两者间的数据传递是通过数据文件实现的。其中:输入数据X,即UPI从PSASP中获得的数据,存放在输入信息文件**.F1中(**为用户程序名);输出数据Y,即UPI计算结果输出,等待PSASP计算处理的数据,存放在输出信息文件**.F2中。因此,PSASP和UPI的流程分别如图4(a)、图4(b)所示。
4.2 含距离保护动作特性的稳定计算仿真
保护模型多种多样,在本文的算例分析中,以距离保护为例,在PSASP中应用UPI建立其数学模型,然后进行稳定计算仿真。
本文采用新英格兰10机39节点系统作为算例系统,其网络结构如图5所示。
设定0.2 s时在线路11上母线7侧线路出口处发生三相永久性接地故障,0.3 s时该条线路的主保护动作切除线路11。仿真计算的积分步长为0.01 s,计算总时间为20 s。在这种故障情况下,考察其他线路的保护动作情况。
4.2.1 故障线路断开后对其他线路潮流的影响
当线路11上发生故障并被主保护切除后,该线路上的潮流将转移,使得其他线路上的潮流发生变化,可能导致其他线路过载。如图6所示,线路9上的电流增加最大,其电流峰值出现在第82个工频周期,大小为5 361 A。此时,线路9在母线6侧的视在阻抗为10.679 Ω,已进入距离Ⅲ段保护的动作范围。其他线路上的电流也有变化,但变化不如线路9明显。
4.2.2 考虑距离保护模型的仿真分析
显然,对于因短路而切除故障线路引起的其他线路过载可能造成的保护误动作情况,常规仿真软件或者定时判别法是无法正确区分的,必须在每一条线路上设置与实际保护装置相同的继电保护模型,通过在线实时计算来实现。在新英格兰10机39节点系统的所有线路上都安装距离保护Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段(采用常用多边形距离继电器特性,具体定值见附录A)。
UPI加入距离保护模型后,通过在线计算发现,在t=1.64 s时,测量阻抗进入线路9的距离Ⅲ段的动作区域,将延时切除线路9。
从仿真结果可以看出,加入保护模型前,无法判断线路后备保护的实际动作情况,只能预先机械地指定后备保护动作时间;在稳定计算程序中加入保护模型,并采用实时稳定计算中间数据进行保护动作判据计算后,能够准确模拟线路后备保护的实际动作特性,其仿真结果能更加真实地反映实际电力系统发生故障时的动态过程。
5 结语
本文分析了继电保护模型对于电力系统动态仿真的重要意义,提出了电力系统仿真程序中继电保护模型的建模方法,讨论了用于电网动态特性分析的继电保护模型接口仿真平台的设计方案;利用PSASP自带的用户程序接口功能,在PSASP中引入了距离保护模型,初步实现了含继电保护模型的暂态稳定计算仿真。仿真结果表明,含线路保护模型的电力系统暂态稳定仿真能够更加真实地反映实际电力系统发生故障时的动态特性。
附录见本刊网络版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。
电力系统次同步振荡轴系模型研究 篇9
次同步振荡是由于电力系统中特殊的机电耦合引起的振荡失稳,次同步振荡可能导致汽轮机组轴系的严重损坏,破坏电力系统安全运行[1,2]。美国在20世纪70年代就接连发生汽轮发电机组损坏的事故,近年来由于次同步振荡而造成机组轴系损坏的事故时有发生[3,4]。随着我国互联电网的快速发展,串联补偿装置和高压直流输电得到广泛应用,电力系统的次同步振荡问题变得比较突出[5,6,7,8,9]。为减少次同步振荡给机组带来的危害,预防事故的发生,研究电力系统次同步振荡是十分必要的,而汽轮发电机组轴系模型是其中的一个重要议题。
目前汽轮发电机组轴系模型主要有分布质量模型和集中质量模型[10]。分布质量模型是利用有限元法将轴系离散为有限结构元素进行分析;集中质量模型是由一系列具有转动惯量的集中质量块和无质量但有一定刚度的弹簧连接而成的系统。按照划分质量块的多少,集中质量模型又可以分为简单集中质量模型和多段集中质量模型。简单集中质量模型是由4~7个集中质量块和连接质量块间的无质量弹簧构成的模型。多段集中质量模型本质上与简单集中质量模型相同,只是根据轴系的结构特点分段数由几十段到几百段不等。文献[11-13]应用有限元法对电机轴系进行分析,文献[14-16]通过集中质量模型对电机轴系进行分析。
本文针对某国产300 MW汽轮发电机轴系分别建立了有限元模型、集中质量模型,并对不同模型进行比较分析。其中有限元模型的求解是采用ANSYS进行的;集中质量模型的求解是通过Matlab软件编程实现的。
1 轴系的有限元模型
1.1 轴系的有限元动力方程
有限元法利用有限个单元将连续体离散化,通过对有限个单元作分片插值求解各种力学、物理问题。有限元法的基本思想是将连续的求解区域离散成有限个相互联结的单元组合体。由于单元能按不同的方式组合,且单元本身又可以有不同形状,因此有限元法是利用计算机对复杂结构进行分析的有效方法。
要建立300 MW汽轮发电机轴系的有限元动力方程,可以将轴系分割成有限个元素e,根据达朗贝尔原理可得
式(1)中:左边第一项为惯性力构成的负荷向量;第二项为阻尼力构成的负荷向量;第三项为动载荷构成的元素负荷向量;等式右边为弹性力。
其中:ρ为轴系的密度;γ为轴系的阻尼系数;[K]e是元素e的刚度矩阵;{x(t)}e是元素e上的节点位移列向量;[N]是形函数矩阵。
若定义元素e的质量矩阵、阻尼矩阵[17]如式(3)、式(4)所示,并将[M]e叠加得总质量矩[M]=∑[M]e,同样地可以得到[C]、[K],因此有
式(5)是轴系的动力方程,即为有限元法进行模态分析的基本方程。对于无阻尼无外载荷的自由振动问题,阻尼项和外力项均为零,因此动力方程为
考虑轴系作简谐振动可得
求解可得ω为轴系自然扭振频率,{g}为对应振型。
1.2 基于ANSYS的有限元模型
有限元软件具有强大的数值处理能力,同时其强大的后处理能力可以对结果进行可视化处理,因此本文采用有限元软件ANSYS搭建300 MW汽轮发电机的轴系模型。利用ANSYS进行模态分析主要分为四个步骤:
(1)建模
在进行轴系建模时,以x轴为对称轴,对300MW汽轮机轴系建立实体模型,并生成有限元模型。图1是汽轮发电机轴系的实体模型;图2为汽轮发电机轴系的有限元模型。
本文中单元类型选用梁单元beam188和质量单元mass21。整个轴系用beam188划分为35 000个单元,同时通过给mass21单元的实常数赋值模拟附加转动惯量。beam188是三维梁单元,该单元的每个节点有沿x,y,z轴平动的ux,uy,uz和绕x,y,z轴转动的rotx,roty,rotz共六个自由度,非常适合线性、大角度转动和非线性大应变问题。mass21是6个自由度的点元素,6个自由度分别为x,y,z三个方向的线位移和绕x,y,z轴的旋转位移。
(2)加载及求解
ANSYS中模态分析的求解方法通常较多采用子空间法、分块兰索斯法、动力和凝聚法三种,其中分块兰索斯法是ANSYS默认的求解方法,该方法采用稀疏矩阵求解器,因此计算速度较快,求解精度高,应用最为广泛,本文采用分块兰索斯法对汽轮机转子进行模态分析求解。
由于研究的是次同步振荡问题,因此本文定义边界条件时在x,y,z方向施加零位移约束,同时约束roty,rotz自由度,仅释放rotx自由度,这样便可使施加约束条件与实际情况相符。
求解300 MW汽轮机轴系自然扭振频率的过程如下:1)将轴系结构离散为35 000个beam188单元和相应的mass21单元;2)进行单元分析,对每个单元建立特性方程得到单元刚度矩阵、单元质量矩阵和单元阻尼矩阵;3)通过扩阶、叠加将所有单元矩阵集成总刚度矩阵、总质量矩阵、总阻尼矩阵;4)通过分块兰索斯法求解轴系自然扭振频率。轴系的总刚度矩阵、总质量矩阵、总阻尼矩阵维数很高,因此用有限元模型求解自然扭振频率计算量非常大。
(3)扩展模态
求解器的输出内容主要是自然扭振频率,由于振型还没有被写到振型文件中,因此还不能对结果进行后处理。如果需要在后处理器中观察求解结果,就必须首先扩展振型,即将振型写入结果文件。
(4)后处理
模态分析的结果被写到结果文件中,其结果数据包括轴系的自然扭振频率、已扩展的振型、相对应力和力分布等。可以在POST1即普通后处理器中观察模态分析的结果,如果要在POST1中观察结果,则数据库中必须包含和求解时相同的模型。
2 集中质量模型
2.1 轴系的模化
模化是轴系分析计算的基础[11]。在建立分布质量模型和集中质量模型之前,都需要根据汽轮发电机轴系的图纸取轴系的分段点,并确定各段的等效转动惯量和刚度系数,轴系上安装的部件应被模化成附加转动惯量。对300 MW汽轮机轴系进行模化后可等效为图3所示的弹簧质量模型,其中转动惯量和刚度系数的计算方法如式(8)和式(9)所示。
其中:G是弹性模量;l是长度;ρ是密度;IP是极惯矩。将轴系各段的弹簧质量模型组合在一起,并计及阻尼的影响,就可以得到轴系的弹簧质量模型。
2.2 轴系的降阶处理
轴系模型阶数过高会导致计算量很大,因此可以根据需要进行降阶处理,K/M比值灵敏度法[18]是较为常用的一种化简方法。根据轴系的质量分布情况可以将175轴段模型化简为21轴段模型,化简步骤如下:首先找出(Ki-1+Ki)/Mi比值最大的单元,如图3中虚线部分所示,然后合并刚度系数Ki-1和Ki,最后将惯性时间常数Mi按比例分配到相邻单元。合并以后的参数M′i-1,Mi′,Ki′计算方法如下:
经过这样一次化简,轴系模型降低一阶,采用同样方法可以将175轴段模型化简为21轴段模型。
2.3 特征值分析法
根据轴系模型可得转子运动方程
式中:TJ为惯性时间常数矩阵;θ为轴系各质量块相对于参考轴的角位移矩阵;T为轴系各质量块的外加力矩矩阵;D为阻尼系数矩阵;K为刚度系数矩阵。对式(11)忽略阻尼项,可得轴系无阻尼自由运动方程为
方程解的形式是
则可得如下特征值问题:
解出特征值和特征向量为
式中,ωi,Ψi为轴系i-1阶模态的自然扭振频率和振型。
3 计算结果与分析
3.1 轴系模型的比较
对某国产300 MW汽轮机轴系建立有限元模型、多段集中质量模型和简单集中质量模型,其中多段集中质量模型分为175轴段模型和21轴段模型。对轴系进行模态分析可得不同模型的自然扭振频率如表1所示,不同模型的前3阶振型如图4~图7所示。
Hz
通过分析表1中采用不同模型所得轴系自然扭振频率可以得出:
(1)在工频(50 Hz)范围内,四种模型计算结果比较接近,在工程允许误差范围以内;不同模型前3阶振型图趋势基本一致,但有限元法得到的是连续振型,其横坐标为轴向坐标,因此有限元法所得振型图更直观、详细。
(2)在工频(50 Hz)以上,有限元模型和175段模型计算结果比较接近,其余模型计算结果有较大差异。在工频(50 Hz)以上,多段集中质量模型与简单集中质量模型计算结果有较大差异,表明简单集中质量模型计算工频(50 Hz)以上频率时有较大误差。
(3)175段模型计算结果在低阶、高阶频率均与有限元模型比较接近,但与有限元模型相比该模型计算量量小,且在仿真中较容易实现,因此175段模型(多段集中质量模型)在一定程度上反映了轴系的扭振特性,具有较高的实用价值,对次同步振荡的仿真和分析研究具有重要意义。
3.2 该300 MW汽轮机发生次同步振荡的风险
根据轴系自然扭振频率的设计准则:轴系自然扭振频率计算值的避开范围在工频附近为45 Hz≤H1≤55 Hz,在两倍工频附近为93 Hz≤H2≤108 Hz。由于该300 MW机组的自然扭振频率对系统工频和倍频均有较大的避开率(大于10%),并且各阶频率均不在H1和H2范围内,因此不易发生对称、非对称故障引起的振荡。但是该轴系的自然扭振频率中有23 Hz、29 Hz、36 Hz附近成分,因此仍存在电网冲击引发次同步振荡的危险性。
4 结论
(1)本文对某国产300 MW汽轮机建立有限元模型、多段集中质量模型和简单集中质量模型,其中多段集中质量模型分为175段和21段两种模型。通过比较可以发现:在工频(50 Hz)范围内,四种模型计算结果比较接近,在工频(50 Hz)以上,多段集中质量模型与简单集中质量模型计算结果有较大差异,表明简单集中质量模型计算工频(50 Hz)以上频率时有较大误差。175段模型(多段集中质量模型)在低阶、高阶频率均与有限元模型比较吻合,但与有限元模型相比该模型计算量小,且在仿真中较容易实现,因此175段模型(多段集中质量模型)具有较高的实用价值。
电力系统模型 篇10
关键词：负荷预测,弹性系数,灰色预测,二次滑动平均,遗传算法
0 引言
电力负荷预测是电力系统规划、调度等工作的重要组成部分,也是电力系统经济运行的重要基础[1]。中长期电力负荷预测是以年或月为预测期限,它是制定电力系统发展规划及燃料计划的重要前提[2]。基于准确的负荷预测可以经济合理地安排电源及电网的扩展规划方案及建设进度,以满足经济发展和社会生产的需求,同时保持电网的安全稳定运行,有效降低发电及运行成本,提高经济和社会效益[2]。因此,提高中长期电力负荷预测精度是电力系统规划和运行的必然要求。
在中长期负荷预测方面,国内外研究主要集中于利用更为先进的理论或新的预测方法以及提高负荷预测的精度。文献[3]讨论了长期、中期与短期负荷预测的特点及各自对应的成熟预测方法,分析了负荷预测问题的各种解决方案,并指出了未来的研究重点和方向。文献[4-6]采用目前出现的一些先进智能理论,如灰色理论、模糊理论、神经网络等,通过一些改进或着组合建立中长期负荷预测模型,取得了一定的效果。然而,任何一种单一预测方法都是基于对负荷某一个或几个变化规律或特点的分析基础之上的,而忽略其他一些因素的影响,都有其缺陷或不足之处,如何更合理地将各种方法结合起来,取长补短,实现优势互补,提高负荷预测方法的普遍适用性及预测结果的准确性是迫切需要解决的一个课题。在这种背景下,综合预测成为大家的共识,即对单一预测结果加权组合[7,8,9]。但是,在综合预测模型中,选取哪些单一预测模型,如何确定它们的权重系数仍然是一个未能很好解决的问题。在单一预测模型的选取上,国内外公开发表的相关文献中并没有形成相对成熟的理论,大多根据经验选取几种普遍认为预测效果较好的模型,文献[10]应用odds-matrix方法对待选的单一预测模型进行优劣评价,然后选取几种评价较好的模型用于综合预测。在如何确定各单一预测模型的权重方面,国内外研究也给出了一些方法,如等权平均法、加权最小二乘法、关联函数法等。文献[11]利用最小二乘—支持向量机对单一预测模型进行组合,并用粒子群优化算法对模型中的一些关键参数进行优化。文献[12]选取三个分别对总量、增长量和增长率预测较好的模型,然后利用径向基函数神经网进行综合预测。这两种方法都用到了智能理论的一些概念,但它们都需要通过选取样本对模型进行训练,由于在中长期负荷预测中,样本数量较少,使得模型的训练结果会出现较大误差。文献[13]利用拉格朗日乘子法来求解权重系数。文献[14]建立了基于物元理论的综合预测模型,利用关联函数求解各单一预测模型的权重,但是这些方法有一定的局限性,个别预测点的较大偏差对结果影响较大,而相对来说,利用拟合的思想更能从整体上把握各预测模型的预测效果。
本文分析了目前较为常用的中长期负荷预测方法,并分为两大类:1)根据国民经济发展指标与负荷的关系,利用历史期的实际经济数据和预测期的经济发展规划数据,对未来一段时间内的负荷进行预测。2)依据负荷历史数据,寻找负荷发展变化规律,按照变化规律对未来一段时间内的负荷进行预测。根据划分的结果,选择本文综合预测法所需的单一预测方法,并对部分预测方法进行了改进。利用遗传算法对选取的单一预测方法分配权值,建立新的中长期负荷预测综合模型。仿真结果表明,本文提出的预测模型具有较高的预测精度,并且对负荷变化的适应性较强。
1 中长期负荷预测方法的分类
1.1 概述
由于中长期负荷预测的重要性,国内外专家学者进行了大量而深入的研究,也提出了许多先进的理论和方法。传统的预测方法如自身外推法、时间序列法等。在新兴模型中,如应用灰色理论、遗传规划法等建立起来的预测模型也都得到了较好的应用。经过分析,作者认为大多数的预测方法主要从两方面进行考虑,第一种是根据经济发展与负荷的相关性,利用历史期的实际负荷数据和经济数据,找出之间的关系,然后根据预测期的经济发展规划指标,对预测期的负荷数据进行预测。而另外一种主要是依据负荷历史数据,利用数学的方法寻找到其发展变化规律,认为预测期的负荷仍然满足该发展变化规律,然后按照一定的法则对预测期的负荷数据进行预测。
1.2 负荷与经济数据关联法
能源是社会经济发展的动力,而电能又是经济发展中至关重要的二次能源,因此,一个区域内负荷的大小可间接地反应该地区的经济发展水平,反之亦然。该类方法主要有分产业产值单耗法、电力消费弹性系数法、负荷密度法及人均电量指标换算法等。这些方法相对比较简单,含义也比较清楚,反应了未来的一些经济信息。但是,这类方法一般需要的数据量较大,而且有些不易得到。
1.3 基于数学规律的趋势分析法
基于数学规律的趋势分析法首先寻找负荷历史数据的变化规律,然后按照所得到的规律对未来预测年份的负荷进行预测。它一般不需要未来预测年份的信息,而只依赖于负荷的历史值序列。而且,这类预测方法认为负荷的变化呈现一定的规律性,并将这种规律延续到预测期。
这类方法较多,如灰色预测法、滑动平均预测法、自回归预测等,这些方法认为负荷的变化规律符合其规律,然后利用该规律对负荷数据进行拟合。如果一个地区的负荷变化规律较明显且与某种预测方法的规律接近,即拟合程度较高,则该预测方法预测的结果就较准确,反之则偏差较大。
2 中长期电力负荷综合预测建模
2.1 综合预测模型概述及单一预测方法的选取
综合预测模型,是在单个预测模型的基础上,考虑各种预测方法的优缺点及适用性,采用一定的方法确定各预测方法对总的预测结果的权重,然后通过加权求和得到新的负荷预测结果。避免了因某一种预测方法的局限而使得预测结果偏差增大。在综合预测中有两个关键的问题,一个是如何确定哪些要用到的单一预测模型,另一个是如何确定各单一预测模型对综合预测结果的权重。
第一类方法中含有未来预测时段的经济信息,第二类方法中考虑了负荷发展的延续性、规律性。实际上中长期负荷预测问题不仅仅局限于系统内部,受其自身规律的影响,同时还受到许多外界因素的干扰或影响,如国家的经济发展规划、政策。对于一个政府主导型的区域,这些因素的影响将更大。因此,应将两类方法有机结合起来,以提高预测的精度与适用性。
在第一类预测方法中,电力消费弹性系数法由于相对比较简单,含义比较明确,需要的数据也较容易得到而得到较多的应用。在第二类预测方法中,灰色预测法是在灰色理论模型的基础上发展起来的,以灰色生成来减弱原始序列的随机性。它是目前在中长期负荷预测中应用最为广泛、效果也最为理想的预测方法之一。二次滑动平均预测法是基于“远小近大”的预测原则,在建模过程中对数据加以不同权重,以强化近期数据的作用,而弱化远期数据的影响,从而提高预测精度,也符合负荷的发展变化规律。因此,本文选用电力消费弹性系数法、灰色预测、二次滑动平均相结合的方法。
2.2 电力消费弹性系数法的改进
电力消费弹性系数是电量年平均增长率与国民生产总值年平均增长率之间的比值[1],是从宏观角度来反映电力发展与国民经济发展关系的指标。电力弹性系数的大小与该区域的负荷组成结构及各组成部分的单位产值电耗有关。
在计算电力消费弹性系数时,国民生产总值是以货币形式来表现的,而随着社会通胀率的变化,货币出现升值或贬值的情况,使得计算的值不在同一个水平下,无法进行比较,因此,应将国民生产总值全部折算到基准年。
式中:Gpre为当前年份的国民生产总值(亿元);Gbase为当前年份国民生产总值折算到基准年的值(亿元);a1,a2,…,an为相对于基准年的第1年到第n年各年的通胀率(%);n为当前年份对基准年的年份差。
计算各年份相对基准年的电量年平均增长率与国民生产总值的年平均增长率的比值,得到各年到基年时间段内的弹性系数为
式中:k为电力消费弹性系数;E%为当年到基准年的用电量年平均增长率;G%为当年到基准年的国民生产总值年平均增长率。
得到的一系列弹性系数并不是一个定值,而弹性系数的大小和经济结构及能源利用效率有关。为了得到预测期到基期的弹性系数,利用“二次滑动平均法”预测弹性系数。
2.3 预测权值的优化确定
当确定了所用的子预测方法以后,还要确定各预测方法的权重。近年来,遗传算法在优化领域得到快速发展并占有重要的位置,已大量应用于社会多个领域。在本文中,为了使得预测结果能与实际负荷具有较好的拟合度,以与实际负荷的偏差最小为目标,利用遗传算法对所选的单个负荷预测方法的权值进行优化。
3 基于某区域电力系统中长期负荷预测仿真分析
对新疆某区域电网进行仿真,以2000年~2007年的负荷用电量作为历史样本数据,对2008~2010年的负荷用电量进行预测。历史数据参数见表1。所选三种单一预测模型在历史年份的预测值见表2。将该预测结果作为样本,按照上文提到的优化目标,利用遗传算法计算三种模型的权重系数,为了便于分析比较,同时利用人工神经网络计算权重系数,预测结果见表3。预测年年均GDP增长率11.5%,通胀率1.6%。
表4给出了综合预测法与三种单一预测法的预测结果偏差对比。
由表4可以看出,弹性系数法在后两年的预测值相对实际值偏大,而灰色预测和二次滑动平均预测方法的预测值普遍偏小。弹性系数法和二次滑动平均预测法随着时间的延长,预测误差逐渐增大,而灰色预测则有小幅下降。
新疆地区工业基础比较薄弱,用电水平低。随着产业结构的不断调整,工业化水平的不断提高,社会用电量也必将得到大幅增长。新疆属于资源型大省,随着产业结构的调整,一大批化工等高耗能产业迅速发展,使得用电量的增长大大超过GDP的增长。另外,新疆的经济结构还不够成熟完善,经济发展受经济政策影响较大,出现了灰色预测和二次滑动平均预测等基于数学规律的趋势分析预测法的预测值普遍偏小的结果。
通过对比分析,采用遗传算法对单一预测模型的权值进行优化,预测精度要高于利用人工神经网络的方法。
综合预测法综合了各单一预测法的特点,降低了因某一种预测方法的缺陷而给预测结果带来误差的风险,相对于各单一预测法,预测精度明显得到了改善。
4 结语
电力营销供求规律模型构建与设计 篇11
关键词：电力营销；供求规律；营销策略；模型构建；市场需求
中图分类号：F426 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）36-0156-02
任何一种商品的营销都与市场供求规律有着密切的联系，只有把握了市场供求规律才能够使营销获得成功。电力是一种特殊的商品，它是人们生产生活中的必需品，它为人们提供公共产品和服务，同时又居于自然垄断的地位。电力的可替代性比较弱，正常的工作和生活都离不开电力的消耗，因此在交易中电力企业具有其他商品经营者所不具备的优势。尽管如此，电力营销依然存在，推广电力资源的使用和保证电费及时有效的回收是电力行业从业者们共同的工作目标。
1 电力企业与市场经济规律
随着市场经济的发展和政治体制改革的推进，公司化改组和商业化运营也成为了电力行业发展的必然归趋。面对复杂的市场发展环境，要求生存求发展就必须作出改变和调整。每一个经济组织的存在都具有双重性，一方面它要承担相应的社会责任和公众义务；另一方面，作为经济组织，其发展的基本目标必然是在市场上争取尽可能多的经济利润。电力企业作为一个以盈利为目的的经济组织，需要思考怎样才能更好地把握市场规律和供求规律，以获得最大化的经济效益和
利润。
1.1 电力行业的需求分析
在管理经济学中供求理论是一个非常重要的概念，它体现了市场经济中作为供的生产者和具有需的消费者之间的关系，并能表现出各自的变化给对方带来的影响。通过供求关系和价格变化的相互联系和影响来分析市场状况，将有助于电力企业掌握市场规律和变动，从而提高决策者的决策水平和管理者的管理水平，形成有益于企业发展的良性机制。
电力消费者的需求是指在某一定时间段内和一定价格水平上，消费者愿意购买同时也能够购买的商品数量。这种需求在经济学中被称为有效需求，它是购买欲和购买力达到统一时的一种需求关系。在电力行业中，能够影响供需关系的因素非常多，其中最主要的就是商品自身的价格，消费者的消费水平和相关商品的价格水平。所谓的相关商品包括互补商品和可替代商
品等。
1.2 电力行业的供给分析
电力行业的供给简言之就是在特定时间和价格区间内，电力商品生产者愿意出售并能够出售的产品数量。这些供给不仅仅指新生产的物品，还包括已有的存货。将供给欲望和供给能力相统一就能得出科学理性的供给量数据。只有供给欲望却不具备供给能力的情况下不能构成真正的供给。反之，拥有供给商品的能力，但生产者却不愿意生产商品的情况下也不能构成实质性的
供给。
与影响需求的因素相比，影响供给的因素更多也更复杂。除了基本的经济因素，还有许多非经济因素，例如商品价格、生产者的生产目标、生产成本、技术水平、相关产品的价格和政府政策等。在市场经济的大环境下，利润最大化是生产者的总目标，但不排除在某个特殊时期内，生产者为了抢占市场或出于政治和社会道义目的而追求产量的最大化。这些因素都有可能给生产数量、产品供给带来极大影响。
1.3 电力供求平衡分析
在电力市场的供求关系中，电力的供需活动非常复杂而且变化多端。大量的生产者和消费者形成了大量的潜在变量，电力的供给和需求也处于不断变动中。如何协调这么多复杂的经济因素和经济活动，才能使它在健康良性的状态下循环运作呢？电力价格将在这当中起到非常重要的作用。曾有人将电价喻为电力供给与电力需求之间沟通的桥梁，在纯粹竞争的市场经济条件下，电价能自动调节电力供给与需求的关系，使市场获得平衡，形成长效发展机制。
2 电力营销供求规律的模型研究
通过对供给、需求和供求规律的深入研究，我们能在此基础上建立一个有效反映电力营销供求规律的模型。这样的模型如同数学运算中的公式，能够直接明了地反映各因素之间的相互影响关系，和每个变量发生变动后，对其他变量的影响和供求关系整体的发展动态。
2.1 模型中的变量
模型的建立对市场环境有一定的要求，我们要假设一个客观的、相对稳定的环境。首先，在模型建构初，我们要假定每一个电力销售部门在一定范围内是可以制定自己的电价的。然后，根据市场经济规律，各电力企业制定的价格应该都是在一定的区间内上下波动的，因此，会形成一个均衡电价，也就是所有电力企业电力价格的平均值。除了这两个电价变动，还有一个参数为需求价格弹性，这是联系用电量波动率和电价波动率的重要参数，它反映电力商品弹性的大小。
2.2 模型参数计算
构建供求规律模型在某种程度上说是一种理想化的虚拟情形，因为模型是要通过对过去的观察和发现来预测将来的供求关系和营销方式。在模型建构的过程中我们也不可避免地要对未来一定时期内的用电量进行估算，这种预估不是没有依据的，它有一般性的规律可言，最主要的方法叫做弹性系数法。国家的国民生产总值的增速与用电量的增速之比就是电力弹性系数，电力弹性系数包括了生产和消费两个方面。只要根据历史用地按数据计算出电力弹性系数，才可以进一步较为准确地预测出未来的用电量。
3 电力营销供求规律模型的应用
当电力营销供求规律的模型构成要素及相互关系已基本明晰，下一步要做的就是要将模型应用到实际的销售运营中了。企业应根据模型所提示的规律建成一套系统完整的电力营销体系。我国电力行业的发展随着国家体制的深入改革发生了深刻的变化，行业内部的竞争变得越来越激烈，在这种形势下，电力企业必须积极地面对市场，快速有效地采取应对措施，加强管理力度，更新管理思路，注重营销战略的创新和推广，形成稳定长效的营销体系，以期企业的优态、长远发展。电力营销供求规律模型反映了供给、需求、电价、用电量和电力弹性系数等诸多影响因素之间的相互关系，每一个系数的得来都是经过合理的运算或估计得来的，虽然不能说是完全准确，但却是符合规律，并且与事实非常接近的。企业合理地应用电力营销供求规律模型能够使营销有良好的理论参照，大大提高效率，这样才能在激烈的市场竞争中与时俱进，获得自身的生存空间和发展
空间。
4 结语
至今为止，电力行业发展中对于电力营销供求规律的研究大部分还是局限于经济学的范畴中，没有突破性的成果出现。由于电力行业的复杂性和多变性，经营者和研究者们很难精确地计算出于消费者用电量和电力价格之间相互关系的曲线图。我们只能在定理的范围中求取消费者的需求弹性，运用经济学中市场经济规律和供求规律和理论来适当推测运算。电力营销供求规律模型的构建和设计虽然困难重重，但丝毫不会阻止研究者们探寻的脚步，科学合理的模型建构将对行业的发展，企业的进步起到巨大的作用。
参考文献
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作者简介：郑海燕（1983-），女，河北任丘人，国网河北任丘市供电公司助理工程师，研究方向：电力营销电费
电力系统模型 篇12
电力系统动态仿真的准确性将直接影响系统研究、规划、设计和运行的可靠性,实际工程中多次发现仿真结果无法重现真实的动态过程,仿真的有效性问题逐渐引起更多学者和机构的重视[1,2,3,4,5]。模型是造成仿真误差的主要因素,其有效性评估及校准[6]是电力系统重要的基础性工作。为了使仿真模型及时跟踪系统的增建和调整,需要定期进行系统模型的校准。系统运行中的随机扰动为模型校准提供了很好的契机,美国WECC通过十几年间持续记录扰动数据不断地修正系统模型,改善其元件动态模型和数据库[7]。由多系统互联组成的广域电力系统节点面广量大,元件众多,其系统模型校准难度可想而知。
系统模型能够成为实际广域系统镜像的充要条件是二者在所有激励下均能获得完全相同的动态响应,其研究必须基于系统的整体动态信息。广域测量系统(WAMS)为广域电力系统模型的评估和校准提供了参照信息基础[8]。将WAMS采集的实际系统响应曲线作为比较的标准,建立仿真与实测轨迹间的差异度评估指标,用作模型校准的目标函数。在系统临界状态处,参数的微小变化往往引起受扰轨迹几何外形特征在动态鞍点后的巨大差异,故其差异度指标在系统位于稳定域边界处不满足连续性,后者只能依靠系统的物理机理特征[9,10]。
广域电力系统负荷数目繁多,且负荷具有分散和时变特性,若对每个负荷节点都精确建模,无论是建模还是计算,都十分困难。为了提高仿真速度,在大系统仿真过程中,通常按照所属区域设置负荷模型参数,甚至全系统共用一套模型参数,虽然简单,却不符合实际,且会带来较大误差。也可以先根据负荷节点的特征变量[11,12,13,14]对负荷分类,同一类负荷采用相同参数统一识别[15]。即便如此,广域系统中的待识别负荷参数数量仍是非常可观的。文献[3,16]利用PMU实测数据对系统分块识别。不同空间位置的节点参数对响应的影响程度不同[17],如何选择PMU实测数据的注入点将系统分块值得探讨。
多数情况下,仿真系统中的负荷被设置为与电压相关的静态模型或静态模型并联电动机的综合模型,后者的参数具体为有功、无功负荷的恒阻抗、恒电流、恒功率组成比例,负荷功率初值和电动机模型参数及比例。为简化问题,本文在此前提下,假定各节点电动机模型参数已知,且有功、无功负荷有相同的静态组成比例,进一步将负荷模型参数的校准对象限定为静态、动态负荷比例参数和负荷功率初值。
本文就广域电力系统负荷模型校准展开研究,首先以系统功角稳定裕度关于负荷参数的灵敏度定义负荷模型的校准导航;其次,针对校准对象参数,用具有理想两群特性的两机系统讨论了负荷模型主导校准区域的分布规律及其影响因素,并通过IEEE10机39节点系统和实际电网验证结论的正确性;最后,提出了广域电力系统负荷模型的校准方案,并讨论了负荷模型的适用性问题。
1 模型校准的特征提取
系统中所有元件的影响都会反映于系统轨迹,广域电力系统负荷模型校准是通过调整系统内各负荷节点模型使仿真响应逼近系统实测的过程,局部信息难以有效反映系统整体动态,难以充分反映各节点负荷模型的影响,因此宜选取能有效反映广域系统整体动态行为的轨迹集来校准模型。由于在高维空间中难以定义动态特征,往往需要在保持动态特性的前提下,先将高维轨迹映射到低维空间,再提取特征。扩展等面积准则(EEAC)将多维轨迹的动态特征通过互补群惯量中心相对运动变换,严格地保留到主导映象上的时变单机系统的轨迹中,进而可以识别受扰轨迹的主导模式,计算受扰轨迹的功角稳定裕度[18]。另外,功角稳定裕度可以在整个参数域连续反映系统参数变化,有利于正确反映参数的变化。
按照机组所属领先群和余下群的不同,系统有多种分群模式,其中最危险的模式为系统的主导模式,该模式反映了系统最剧烈的动态行为,能够充分体现模型对系统动态的影响,具有较强的可观性。本文选择系统的整体功角曲线为观察对象,设系统第i个分群模式下共q台机组属领先群,则该模式可记为OMi={Gb1,…,Gbq},其中b1、bq分别为第1和第q台机组所在母线的序号,用OM1表示系统的主导模式,OMi(i≠1)为系统的非主导模式。用系统分群模式下的功角稳定裕度作为负荷模型校准的特征。
2 广域电力系统负荷模型的主导校准区域
2.1 模型的校准导航
用系统分群模式下的功角稳定裕度关于各节点负荷模型参数的灵敏度空间分布作为参数在该模式下的校准导航CN(Calibration Navigator)。第k个模式下负荷第i个参数的校准导航如下:
其中,αij(j=1,2,…,N)为系统第j个节点负荷的第i个参数;OMk为系统第k个分群模式;ηOMk为第k个模式下的功角稳定裕度。
广域电力系统规模庞大,为了能够利用已有的商业分析软件方便地计算出式(1)中各元素,本文用数值差分法来计算灵敏度:
根据可以判断出主导模式OM1下系统各节点的负荷参数αi对系统动态影响大小和方向的空间分布。将中各元素幅值较大者所对应节点定义为关于参数αi的主导校准节点(简称为主导节点),该节点上参数αi的调整对系统动态影响更为突出。依次比较不同参数的CN中对应元素的幅值,将其中较大者对应的参数定义为相应节点的主导校准参数(简称为主导参数),某节点主导参数的调整较其他参数对系统的动态影响更为突出。
在参数αi的校准过程中,主导节点上该参数的调整能使系统动态更快地逼近实测轨迹,相反,非主导节点上该参数的调整对系统特征的影响较小,其参数如何取值对系统动态影响不大,无法根据系统动态有效校准此类参数。同理,某节点上主导参数的调整能使系统动态更快地逼近实测轨迹,而非主导参数的调整对系统特征的影响较小。因此,用典型模型及参数表示非主导节点和主导节点上的非主导参数,既不会影响系统动态,又可以大幅减少广域电力系统的待校准节点及参数个数,提高模型校准效率。
2.2 主导变换
适当选取关于参数αi主导节点比例θi,定义主导变换,用算子TD[·]表示,该变换将中各元素绝对值最大的前Nθi个节点取为主导节点,将CN的对应位置处元素置1,其余元素为非主导节点,CN的对应位置处元素置0,得到主导模式下关于参数αi的主导节点标志DBS(Dominant Buses Symbol)序列为:
2.3 系统的主导校准区域
将系统的主导节点集合定义为主导校准区域DA(Dominant Area),由各参数主导节点集合的或运算得到,如果系统共有m个待校准参数(α1,…,αm),则系统的主导节点标志序列为:
为了提高计算效率,对负荷模型校准时,在某场景下不宜一次性考虑过多的节点和参数,可以通过控制θi的取值,将系统的主导校准区域规模限制在一定范围内。因此中将存在较多零值,为了使表述简化,仅用该序列中非零元素所对应的节点号序列来描述主导校准区域,并将其记为。
为了得到系统的主导节点,需要统一比较各类参数的灵敏度大小,然而,各类参数的量纲、物理意义不一定相同,因此,功角稳定裕度关于各参数灵敏度的物理意义可能不同,因此应适当选取各参数的主导节点比例参数θi,使由其选出的各类参数的主导节点对系统有相应的影响程度。
3 CN对负荷稳定群属特征的表征
广域电力系统负荷模型校准时,若主导区域仍然较大,可根据负荷节点的特征进行分类,同一类负荷采用相同参数,统一优化校准各类负荷参数。笔者曾以静态负荷比例参数为例讨论了负荷的稳定群属特征,只有按照各节点构成特征接近且群属特征相同的原则对负荷节点分类,才能保证同一类负荷节点的识别结果在不同扰动场景下都有较好的适应性[13]。当节点间负荷构成特征与群属特征矛盾,又不便增加负荷分类数目时,所属群相同的节点,如各节点负荷构成特征相差不是太大或节点功率较小,可近似并入同一分类;构成特征相近的节点,如与各自所属群电气联系不是很紧密或负荷比例参数摄动引起的稳定裕度变化微乎其微,可并入同一分类。
根据中各元素的正负,可以直接得到各节点关于该负荷参数的稳定群属特征。各参数下节点的稳定群属特征可能不一致,需选择一个对系统影响最大的关键参数,并用其CN定义系统各节点的稳定群属特征。用各负荷节点的稳定群属特征和构成特征对节点分类,每类负荷节点采用相同参数进行模型校准,可以进一步减少广域系统负荷的待校准模型参数数量。
4 主导校准区域的分布
EEAC首先将多机系统轨迹聚合为最危险模式下的两群,然后再转换为时变单机系统轨迹计算功角稳定裕度。故本文直接以图1所示具有理想两群特性的两机系统为例,针对校准对象参数说明主导校准区域的分布规律,其中发电机G1、G2均为经典模型,其转子运动方程如下:
其中,δi、Mi、Pm i分别为发电机Gi(i=1,2)的功角、惯量、机械功率;为简化问题,假设系统负荷均为ZP静态特性,αzi、PLi0、Ui0分别为母线i上负荷的恒阻抗负荷比例参数、初始负荷功率、初始母线电压;Gii为导纳矩阵Yii的实部。扰动过程中,两机系统具有理想的两群特性,2台发电机将分别属于领先群和余下群,二者间的相对运动反映了系统的同步稳定性,等值单机无穷大OMIB(One Machine Infinity Bus)系统的数学模型为:
根据EEAC,系统功角稳定裕度η表示如下:
将式(7)表示为:
设动态过程中机组出力不变,即Pm为常数,以节点1的负荷参数αz1为例,对式(9)关于αz1求导:
可知:
系统功角稳定裕度关于αz1的灵敏度如下:
将式(10)代入上式,并整理得:
电网结构和机组性质一般较固定,故A、B是随OMIB系统功角变化的参数,由式(11)可知,扰动过程中功角变化对各负荷节点的灵敏度产生相近的影响,各负荷节点参数灵敏度的大小差异主要取决于负荷节点电压U1、与之相连节点的电压U2和负荷的初始功率PL10,后者的影响显而易见,负荷的初始功率越大,该负荷节点的负荷比例参数灵敏度越大,即功率初值大的负荷,其参数αzi对功角稳定裕度的影响较其他负荷更大。下面主要讨论电压对负荷参数灵敏度的影响。如系统无扰动,则所有负荷节点的灵敏度均为零。扰动情况下,如故障点与负荷节点1之间的电气距离无限大,故障过程中U1保持不变,则∂η/∂αz1=0,即参数变化不会影响功角稳定裕度;反之,若故障点靠近节点1,∂η/∂αz1的绝对值将会增大。如故障中各节点电压下降,显然负荷节点1越接近故障点,U1值越小,∂η/∂αz1的绝对值越大。如故障中节点电压U1、U2上升,任意取实数k和l,且k>l>1,若负荷节点1更靠近故障点,设U1=k,U2=l,则|∂η/∂αz1|=|PL10(k2-1)A/(Bkl-1)|;若负荷节点1远离故障点,设U1=l、U2=k,则|∂η/∂αz1|=|PL10(l2-1)A/(Bkl-1)|,显然,负荷节点1越接近故障点,其灵敏度绝对值越大。
归纳之,系统扰动过程中,稳定裕度关于静态负荷比例参数的灵敏度大小与负荷自身容量和该负荷距扰动点的电气距离密切相关,动态负荷比例参数的灵敏度有类似的规律。用相同方法,可分析出稳定裕度关于负荷初始功率的灵敏度大小与负荷距扰动点的电气距离和负荷自身性质密切相关,其中后者的作用在负荷容量很小时退化为零。
5 仿真验证
5.1 实验系统验证
本节以IEEE 10机39节点系统为研究对象,以母线序号标记负荷,考察各负荷节点的初始有功功率P0、初始无功功率Q0、静态负荷比例参数αZ和电动机负荷比例参数αM,假设各节点的电动机负荷模型参数已知。分别在2个扰动场景下考察各参数的CN:扰动场景1为线路24-23首端三相短路,tc1切除该线路;扰动场景2为线路2-25首端三相短路,tc2切除该线路。
在系统负荷为ZP模型下考察各负荷节点的P0和Q0,ΔP0和ΔQ0均取为负荷总量的1%,在扰动场景1下,tc1分别取为0.21、0.22、0.23、0.24、0.25 s,均在主导模式OM1={G35,G36}下观察,为了研究分群模式对CN的影响,当tc1为0.25 s时,还选取了其他2种模式OM2={G39}和OM3={G33}进行观察。在扰动场景2下,tc2分别取为0.15、0.17、0.19、0.21、0.23 s,均在主导模式OM1={G37}下观察,当tc2为0.23 s时,也选取了其他2种模式OM2={G39}和OM3={G35,G36}进行观察。根据式(1)计算关于负荷初始有功和无功功率的校准导航,如图2、3所示。
在系统负荷均为ZP模型下考察负荷恒阻抗比例参数αZ,ΔαZ取0.1,在扰动场景1下,tc1分别取为0.21、0.22、0.23、0.24、0.25 s,均在主导模式OM1={G35,G36}下观测,当tc1为0.25 s时,选取模式OM2={G39}和OM3={G33}观察。在扰动场景2下,tc2分别取为0.15、0.17、0.19、0.21、0.23 s,OM1={G37},当tc2为0.23 s时,选取模式OM2={G39}和OM3={G35,G36}观察。关于负荷恒阻抗比例参数的校准导航如图4所示。
系统各节点负荷均采用动态负荷与静态负荷并联的综合负荷模型,其中动态负荷模型采用三阶的感应电动机模型,静态负荷采用ZP模型,考察动态负荷比例参数αM,ΔαM取0.1。在扰动场景1下,tc1分别取为0.13、0.14、0.15 s,OM1={G35,G36},当tc1为0.15 s时,选取模式OM2={G39}和OM3={G33,G34}观察。在扰动场景2下,tc2分别取为0.15、0.16、0.17 s,OM1={G37},当tc2为0.17 s时,选取模式OM2={G37,G38}和OM3={G30,G31,G39}观察。关于动态负荷比例参数的校准导航如图5所示。
由图5可得出如下结论。
(1)同样的扰动场景下,CN中各元素的幅值将随着扰动持续时间的增大而增大,这说明扰动强度越大越易激发系统元件的动态特征,模型也更易校准,相反,强度小的激励只能激发出系统平衡点附近的模态,难以有效指导模型校准。CN中各元素幅值的排序基本不随扰动强度变化,即在固定的扰动场景和分群模式下系统模型校准具有较为稳定的主导校准区域。
(2)系统主导模式下CN中各元素的幅值远大于非主导模式下的结果,进一步验证了主导模式对系统动态有更强的观测能力。
(3)如果非主导模式下系统也较危险,此时模型参数也可能会有较好的可观测性,如图5扰动场景2中的OM2,但其CN各元素幅值的排序与OM1几乎完全相同,且观察能力仍不如主导模式,故仍以主导模式为准。
(4)图中同一模式下,CN各元素的符号没有随着扰动强度的变化而改变,但当扰动由1变为2后,CN中部分元素的符号发生变化,说明系统中各负荷节点关于某参数的稳定群属特征不会随着扰动强度变化,但如果扰动的位置或性质改变时,节点的稳定群属特征将可能随之改变。
(5)改变分群模式,CN各元素的符号有可能随之改变,即各负荷节点的稳定群属特征依赖于系统分群模式。
系统共19个负荷节点,设各参数的主导节点比例θi均为20%,即各参数的主导节点个数都为4。主导模式下各参数及系统的负荷模型主导校准区域见表1,系统主导校准区域分布如图6所示,其中圆形、星形分别用于标注扰动场景1、2下属系统主导校准区域的节点。图中主导校准区域大多分布于相应的扰动点附近。
为了进一步研究主导校准区域分布的影响因素,用两节点互阻抗的模衡量节点间的电气距离,则扰动场景1、2下各负荷节点i距扰动点c1、c2的电气距离分别为。此外,用分别表示扰动场景1、2下各负荷节点距扰动点的最短路径,用以显示主导节点与扰动点的拓扑关系。各节点负荷的有功功率、2种扰动场景下各节点距扰动点的电气距离和最短路径如表2所示,表中电气距离为标幺值,后同。扰动场景1下主导节点15、16、18、20、21、23和24都靠近扰动点,它们距扰动点的电气距离小于0.08,最短路径小于等于3,而且均带有相当数量的有功负荷。主导节点4、8和39虽然距扰动点较远,但这些节点的有功负荷都非常大。非主导节点距扰动点普遍较远,节点31虽然距扰动点的距离较近,但由于其有功功率很小,故仍属于非主导节点。扰动场景2下主导校准区域的分布有类似的规律。这说明了系统负荷主导校准区域的分布主要取决于扰动点的位置和节点所带有功负荷的大小,当某节点靠近扰动点,且带有一定的有功负荷,那么该节点将很可能落入负荷的主导校准区域;当节点远离扰动点,如果其所带有功负荷很大,则该节点仍可能落入主导校准区域,相反,虽然节点接近扰动点,但其有功负荷非常小,因为过小负荷的参数变化对系统行为影响甚微,故也可能落入非主导区域。
针对具体参数而言,负荷有功功率的大小对静态负荷和电动机负荷比例参数的主导校准区域分布的影响更大;而关于负荷初始有功和无功功率参数的主导校准区域分布则与负荷节点距扰动点电气距离的远近更加密切。在实际工程应用中,为了简化计算,也可以用扰动点到各负荷节点的最短路径来近似反映相关节点间电气距离的大小。
5.2 实际电网验证
本节以某实际省网为研究对象,该电网最高电压为500 k V,共有79台机组,395个节点,节点用编号1—395表示,其中负荷节点246个,各节点电动机负荷参数已知。扰动场景为242 k V线路171-190距首端20%处发生三相瞬时短路,故障持续时间为0.8 s。考察负荷参数同5.1节,取θi=10%,故各参数所对应的主导节点个数为25。计算得到共34个主导负荷节点,其分布情况、各节点负荷的有功功率、各节点距扰动点的电气距离如表3所示。主导节点负荷容量一般较大且距故障点较近,其中少数容量较小的负荷由于它们距故障点电气距离很小所以节点上稳定裕度关于功率的灵敏度较大,也被选入主导校准区域。
6 广域电力系统负荷模型校准方案
广域电力系统负荷数量繁多,利用本文第2节的CN,将负荷校准对象缩小至对系统动态影响较大的主导校准区域中,然后利用该区域内各节点的负荷构成及稳定群属特征将负荷分类,各类负荷采用相同的模型参数。以从广域系统轨迹降维得到的系统动态机理特征定义实际系统和仿真模型的差异度指标,作为模型校核的目标函数。为各参数中灵敏度绝对值最大者设置初始步长,其余参数的修正大小按其灵敏度大小等比例调整,以各参数灵敏度方向确定参数的修正方向,即逐步对主导校准区域中的各类负荷参数同时修正,在参数空间内使目标函数沿梯度下降,最终得到广域系统负荷模型的校准结果。非线性系统的参数灵敏度仅能反映系统运行点附近较小邻域内的参数影响,故初始步长不宜过大,如迭代过程中目标函数不能持续减小,还需进一步减小步长。也可以采用诸如遗传算法、蚁群算法和粒子群算法等智能优化方法来解决负荷模型参数识别这一含约束的连续优化问题。对于离线的模型校核,优化算法的选择不受计算时间的限制。电力系统区域负荷参数的优化以满足工程可接受精度为终止条件,不应苛求。广域电力系统负荷模型校准方案如图7所示。
根据前述分析,系统主导校准区域大多分布于扰动点附近,故每次扰动发生后,仅根据扰动数据对本次扰动的主导校准区域进行模型校准,其他非主导区域参数对系统动态影响不大,所以保留其模型不做调整,并不会给系统响应带来过多影响。随着数据库中历史扰动记录的增多,可以逐步分块地在各个扰动对应的主导校准区域内校准模型,逐渐覆盖全系统所有负荷节点的模型校准。
任意节点处的PMU量测很难将该量测所关联的多个区域解耦,但若某区域是非主导区域,该区域背景参数[19]对系统动态较小的影响将使PMU数据能够更独立地反映其他区域校准对象的特性。
7 广域系统负荷模型适用性的讨论
对电力系统中各元件建立白箱模型难度很大,元件模型的识别大多通过反复试探-校核,最终得到满足精度要求的模型结构和参数。而后者的精度仍然密切依赖于该元件的运行条件。美国EPRI曾针对单台发电机进行模型检验:同样的模型和参数,不同运行条件下,仿真结果与实测不同;同样的模型、参数和运行场景,不同仿真软件的仿真结果不同。模型校核的难度可见一斑,更何况是对分散、时变、数目巨大的负荷模型按区域进行校准。
仿真模型的适用性是模型校核的关键,如果系统确实存在真实解,那么系统模型的适用性就取决于是否能找到该真实解;如果系统的真实解不一定实际存在(例如模型结构设置不准确,或存在类似“某区域所有负荷采用相同的参数”的简化设定等),则只能在设定好的模型结构下用最合适的参数使仿真结果尽量逼近PMU实测曲线,本文所讨论的问题即属于后者。电力系统是高维、强时变、强非线性系统,线性化的灵敏度分析结果仅能反映系统在该运行场景下,运行点附近很小的邻域内参数的特性,即使用很小的步长逐步搜索得到区域负荷的解,也很难判断其是否适用于下一个运行场景,只能通过搜集尽量多的系统负荷信息,找到最能代表实际系统负荷物理特征的参数,同时,尽量综合多运行场景下的系统信息去不断改进,找出能够适用于大多数常规运行场景的参数,或者按照运行场景分类动态更新模型参数。该问题的有效解决必然是基于系统每个元件的模型结构及参数的详细分析建模和仿真计算的不断改进。
8 结语
本文主要研究了广域电力系统负荷模型校准的主导对象选取问题,提出用系统主导模式下功角稳定裕度关于各节点负荷参数的灵敏度作为广域电力系统负荷模型的CN,由其区分系统负荷模型的主导校准区域和主导校准参数,还可以用其分析节点的稳定群属特征。针对负荷的静态、动态比例参数和初始功率,本文通过对两机系统的讨论、对仿真和实际系统的算例研究,观察了参数主导校准区域的分布规律及其影响因素,结果表明主导模式下系统模型具有更好的可观测性,此外,负荷模型主导校准区域的分布取决于扰动的位置和各节点负荷有功功率的大小。在此基础上,本文提出了广域系统负荷模型的校准方案,依据负荷模型校准导航选择主导区域和参数,确定主导区域内各负荷节点的稳定群属特征,结合各节点的负荷构成特征对主导区域分类,同一类负荷节点用相同的模型参数进行统一校准。该方案减少了广域系统负荷模型校准对象的维数,屏蔽了非主导校准区域的参数影响,可以提高广域电力系统负荷模型校准的效率和精度。最后本文讨论了广域负荷模型的适用性问题。