一種基于時頻變換的同步發(fā)電機參數(shù)辨識方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于時頻變換的同步發(fā)電機參數(shù)辨識方法，包括：S1，將發(fā)電機模型中的時域內發(fā)電機d、q軸微分方程進行拉氏變換得到頻域內發(fā)電機d、q軸方程，再經(jīng)過拉氏反變換得到時域內發(fā)電機d、q軸積分方程；S2，對時域內發(fā)電機d、q軸積分方程里的狀態(tài)變量進行替換；S3，將時域內發(fā)電機d、q軸積分方程離散為矩陣與積分方程系數(shù)列向量相乘等于可測列向量或者可測列向量積分的形式，求解得到積分方程系數(shù)列向量；S4，根據(jù)積分方程系數(shù)列向量與發(fā)電機參數(shù)之間的關系求解得到發(fā)電機模型參數(shù)。將發(fā)電機微分方程轉換為積分方程，有利于提高數(shù)值計算的穩(wěn)定性，解決辨識結果不穩(wěn)定的問題。
【專利說明】—種基于時頻變換的同步發(fā)電機參數(shù)辨識方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)分析【技術領域】，具體涉及一種基于時頻變換的同步發(fā)電機參數(shù)辨識方法。
【背景技術】
[0002]同步發(fā)電機的模型和參數(shù)的準確性關系到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，目前，電力系統(tǒng)分析計算仿真所用的發(fā)電機參數(shù)是廠家所提供的理論值或設計值，或不得已采用模型，由于不能計及渦流、磁滯、飽和等實際運行工況的影響，所得結果常常與實際工況不符，嚴重影響了系統(tǒng)分析計算的準確度和可信度，因此，發(fā)電機參數(shù)的辨識工作是智能調度技術的重要組成部分。近年來，隨著數(shù)學技術的進步和辨識理論的發(fā)展，以及相角測量技術(PMU)、全球定位技術(CPS)等新技術在電力系統(tǒng)的廣泛應用，建立在這些新技術平臺上的發(fā)電機參數(shù)辨識取得了很大的發(fā)展。
[0003]發(fā)電機參數(shù)辨識方法主要可歸結為時域辨識法和頻域辨識法兩類。
[0004]時域辨識法基于勵磁階躍或負荷小擾動的動態(tài)響應來進行辨識，屬于在線辨識法，能夠自然計及工況的影響，不用附加過多的假設條件?，F(xiàn)有算法主要有最小二乘法、卡爾曼濾波法、進化策略法，基因法、小波分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡法以及粒子群優(yōu)化法等。這些辨識算法在基于各種仿真數(shù)據(jù)辨識時往往可以得到滿意的結果，然而，在針對實測數(shù)據(jù)時，常常會遇到不同試驗甚至重復的試驗辨識所得參數(shù)相差很大的情況。這是由于在線試驗擾動較小，次暫態(tài)過程的可觀測性較差，加上環(huán)境噪聲和功角測量精度的影響，導致上述算法很難獲得準確的辨識結果。
[0005]頻域分析法可分為直流衰減法、靜態(tài)頻域法(SSFR)和動態(tài)頻域法(OLFR)。直流衰減法由于響應持續(xù)過程短，影響頻率特性的量測精度，目前較少使用。靜態(tài)頻域法需要大功率的變頻電源作為信號源，不便于試驗的開展且試驗結果無法反映飽和效應。動態(tài)頻域法得到的參數(shù)能夠反映實際運行工況，更適用于動態(tài)穩(wěn)定的研究。靜態(tài)頻域法和動態(tài)頻域法的結合是近年來的發(fā)展趨勢，即由SSFR給出參數(shù)的初值再根據(jù)一定運行條件下的OLFR法來修正參數(shù)的方法可改善算法的穩(wěn)定性，且具有一定的濾波能力，不過對輸人擾動信號的波形、幅值大小及其相關性要求嚴格。此外，頻域響應分析建立在線性系統(tǒng)的基礎上，不能反映同步電機參數(shù)的非線性特點。
[0006]此外，通過拋載法和數(shù)值計算法可以直接獲取發(fā)電機參數(shù)。拋載法優(yōu)點是易于實現(xiàn)，且計算方法相對簡單，但無法計及勵磁電壓對暫態(tài)過程的影響，不適合主流的自并勵機組。將拋載法和加權最小二乘等算法有效的時域辨識法有望解決勵磁電壓的影響，然而q軸拋載時需要準確的功角信息，運行工況難以調整，以往研究表明試驗所測d軸參數(shù)較準確，而q軸所得參數(shù)誤差較大。數(shù)值計算法主要包括磁路磁導法和有限元法，前者需要進行大量的等值，精度不高。有限元方法計算量非常龐大大，且對端部和槽楔等處的電阻、電抗比較困難，計算精度也有待進一步提高。
【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于時頻變換的同步發(fā)電機參數(shù)辨識方法，包括:
[0008]步驟SI，將發(fā)電機模型中的時域內發(fā)電機d、q軸微分方程進行拉氏變換得到頻域內發(fā)電機d、q軸方程，再進行拉氏反變換得到時域內發(fā)電機d、q軸積分方程；
[0009]步驟S2，根據(jù)所述發(fā)電機模型中發(fā)電機定子d、q軸電壓與狀態(tài)變量的關系式，對所述時域內發(fā)電機d、q軸積分方程里的狀態(tài)變量進行替換；
[0010]步驟S3，假設發(fā)電機定子d、q軸電壓和電流為由實測采樣點構成的列向量，將所述時域內發(fā)電機d、q軸積分方程離散為矩陣與積分方程系數(shù)列向量相乘等于可測列向量或者可測列向量及其積分的形式，求解得到所述積分方程系數(shù)列向量；
[0011 ] 步驟S4，根據(jù)所述積分方程系數(shù)列向量與發(fā)電機參數(shù)之間的關系通過求解方程組得到發(fā)電機模型參數(shù)。
[0012]本發(fā)明提供的第一優(yōu)選實施例中:所述方法基于機組投運前必做的甩負荷試驗或其它在線大擾動試驗。
[0013]本發(fā)明提供的第二優(yōu)選實施例中:所述步驟SI中在對時域內發(fā)電機模型進行拉氏變換時，需要包含所述狀態(tài)變量的初值；
[0014]所述步驟SI中得到所述頻域內發(fā)電機d、q軸方程后對所述頻域內發(fā)電機d、q軸方程經(jīng)過處理后再進行拉氏反 變換，處理的過程包括:
[0015]消去所述頻域內發(fā)電機d軸或q軸方程的中間狀態(tài)變量，使頻域內發(fā)電機d軸或q軸方程中分別只保留一個狀態(tài)變量，再在所述頻域內發(fā)電機d軸或q軸方程兩側分別除以本方程最高次冪的拉氏算子。
[0016]本發(fā)明提供的第三優(yōu)選實施例中:所述步驟后S2中利用所述發(fā)電機模型中發(fā)電機定子d、q軸電壓與狀態(tài)變量的關系式將所述狀態(tài)變量用可測電氣量替換，所述可測電氣量包括機端電壓或機端電流；
[0017]所述步驟S3中所述時域內發(fā)電機d、q軸積分方程離散為矩陣形式為AX=Y ；
[0018]其中A為由各可測列向量及其各種積分形式組成的矩陣，X為待辨識的發(fā)電機參數(shù)構成的方程系數(shù)列向量，其各分量是發(fā)電機實用參數(shù)的代數(shù)組合，Y為可測列向量或某些可測列向量及其積分的代數(shù)和。
[0019]本發(fā)明提供的第四優(yōu)選實施例中:所述發(fā)電機模型為:
[0020]
【權利要求】
1.一種基于時頻變換的同步發(fā)電機參數(shù)辨識方法，其特征在于，所述方法包括: 步驟SI，將發(fā)電機模型中的時域內發(fā)電機d、q軸微分方程進行拉氏變換得到頻域內發(fā)電機d、q軸方程，再進行拉氏反變換得到時域內發(fā)電機d、q軸積分方程； 步驟S2，根據(jù)所述發(fā)電機模型中發(fā)電機定子d、q軸電壓與狀態(tài)變量的關系式，對所述時域內發(fā)電機d、q軸積分方程里的狀態(tài)變量進行替換； 步驟S3，假設發(fā)電機定子d、q軸電壓和電流為由實測采樣點構成的列向量，將所述時域內發(fā)電機d、q軸積分方程離散為矩陣與積分方程系數(shù)列向量相乘等于可測列向量或者可測列向量積分的形式，求解得到積分方程系數(shù)列向量； 步驟S4，根據(jù)所述積分方程系數(shù)列向量與發(fā)電機參數(shù)之間的關系求解得到發(fā)電機模型參數(shù)。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法基于機組投運前必做的甩負荷試驗或其它在線大擾動試驗。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于， 所述步驟SI中在對時域內發(fā)電機模型進行拉氏變換時，需要包含所述狀態(tài)變量的初值； 所述步驟SI中得到所述頻域內發(fā)電機d、q軸方程后對所述頻域內發(fā)電機d、q軸方程經(jīng)過處理后再進行拉氏反變換，處理的過程包括: 消去所述頻域內發(fā)電機d軸或q軸方程的中間狀態(tài)變量，使頻域內發(fā)電機d軸或q軸方程中分別只保留一個狀態(tài)變量，再在所述頻域內發(fā)電機d軸或q軸方程兩側分別除以本方程最高次冪的拉氏算子。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟后S2中利用所述發(fā)電機模型中發(fā)電機定子d、q軸電壓與狀態(tài)變量的關系式將所述狀態(tài)變量用可測電氣量替換，所述可測電氣量包括機端電壓或機端電流； 所述步驟S3中所述時域內發(fā)電機d、q軸積分方程離散為矩陣形式為AX=Y ； 其中A為由各可測列向量及其各種積分形式組成的矩陣，X為待辨識的發(fā)電機參數(shù)構成的方程系數(shù)列向量，其各分量是發(fā)電機實用參數(shù)的代數(shù)組合，Y為可測列向量或某些可測列向量及其積分的代數(shù)和。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)電機模型為:
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于， 所述步驟SI中對所述發(fā)電機模型中的所述時域內發(fā)電機d、q軸微分方程進行拉氏變換得到所述頻域內發(fā)電機d、q軸方程的方法包括:步驟 S101,對于所述方程(2),令 E" q = u, E' q = v, Ef = w, T;/ do = A1T' do = U ,Ic1 = X' d-X" d,
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中根據(jù)所述發(fā)電機模型中發(fā)電機定子d軸和q軸電壓與狀態(tài)變量的關系式分別為:
d 軸:E" q = UJX" did ；q 軸:E" d = Ud-X" qiq ； 對所述時域內發(fā)電機d軸和q軸積分方程里的狀態(tài)變量進行替換后得到: d軸:
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟S3中所述時域內發(fā)電機d、q軸積分方程離散為矩陣形式為AX=Y ； 將所述方程(8)或方程(9)寫成矩陣的形式如方程(10):
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟S4中: 所述X與所述發(fā)電機d軸實用參數(shù)之間的關系為:
10.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述當試驗前為穩(wěn)態(tài)工況時，將d軸狀態(tài)變量初值 U。= E" q(0) = Uq0+X" did0, V。= E' q(0) = Uq0+X' did0 或 q 軸狀態(tài)變量初值 U0 =E" d(0) = Udo-X" qiq0v0 = E/ _ =Udo-X, A。代入方程(8)或(9)中從而消去兩個初值U0和Vtl參數(shù)從而減少辨識向量X的個數(shù)。
【文檔編號】H02P21/14GK103618492SQ201310346828
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年8月9日 優(yōu)先權日:2013年8月9日
【發(fā)明者】李志強 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學研究院