專利名稱：同步發(fā)電機模型參數(shù)分步辨識方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電網(wǎng)分析計算技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種同步發(fā)電機模型參數(shù)分步辨識方法。
背景技術(shù)：
我國電力系統(tǒng)的發(fā)展已進入大電網(wǎng)、大機組和高電壓的新時期。電網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計、運行和管理，對電網(wǎng)分析計算的準確性提出了更高的要求。在計算機與高級應(yīng)用軟件不斷發(fā)展的今天，正確的元件模型和符合實際的電網(wǎng)參數(shù)則是重要的基礎(chǔ)。對同步發(fā)電機的各種動態(tài)特性的計算是通過求解各種特定條件下的電機基本方程來實現(xiàn)的，因此同步發(fā)電機的基本參數(shù)的精度直接決定了計算結(jié)果的精度。目前國內(nèi)所用的系統(tǒng)計算程序雖然都給出了發(fā)電機、勵磁系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，但是缺少實際參數(shù)，在計算中只能查用工廠或手冊的典型數(shù)據(jù)，或不得已采用簡化模型，嚴重影響計算的準確度和可信度。目前，我國多數(shù)發(fā)電廠只有電機制造部門提供的部分設(shè)計參數(shù)。這些參數(shù)數(shù)據(jù)不全，而且沒有考慮飽和、渦流、磁滯等運行工況的影響，與實際運行狀態(tài)下的參數(shù)有一定的差別。用這樣的設(shè)計參數(shù)計算得到的結(jié)果將與實際工況不符。根據(jù)以往的實際經(jīng)驗，一般實測所獲得的試驗參數(shù)與典型參數(shù)或設(shè)計參數(shù)有一定差別，個別數(shù)據(jù)偏差高達20%，這些參數(shù)的精確與否將對電力系統(tǒng)分析計算有著很大影響。 在以往的電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算中，常采用發(fā)電機暫態(tài)電勢Eq'恒定的計算模型或使用典型參數(shù)，特別是對于發(fā)電機等電磁元件的渦流、磁滯、飽和等在運行工況的影響均未計及，其計算結(jié)果往往與實際不符，導(dǎo)致計算結(jié)果不準確甚至導(dǎo)致錯誤的結(jié)論。以東北電網(wǎng)計算為例， 采用實際參數(shù)進行計算，其穩(wěn)定極限比采用典型參數(shù)提高達2. 7 %至9. 3 %。若按此實施方式運行，則能夠挖掘現(xiàn)有電網(wǎng)的發(fā)電容量，大大提高運行效率，并帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。在華東地區(qū)的辨識結(jié)果校核中，用Eq'恒定模型來代替慢速勵磁或快速勵磁模型計算有可能導(dǎo)致穩(wěn)定裕度過大或不夠，給電網(wǎng)安全帶來一定隱患。近年來，為了獲取準確的機組參數(shù)，國內(nèi)外的研究者提出多種辨識算法，例如最小二乘法、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、蟻群算法、粒子群算法、卡爾曼濾波法和進化策略算法，但效果并不理想。其中遺傳算法、進化策略算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和粒子群算法，計算時間較傳統(tǒng)的方法要長，且有些參數(shù)的辨識不穩(wěn)定，最小二乘法存在多值性和收斂性的問題，而且辨識參數(shù)個數(shù)越多，收斂性和多值性的問題越嚴重，卡爾曼濾波法的收斂性與初值權(quán)重因子等的選取密切相關(guān)，易搜索不到最優(yōu)解。其他文獻還提出了基于軌跡靈敏度的發(fā)電機參數(shù)抗差估計法、從參數(shù)靈敏度的角度分析參數(shù)的可辨識性的方法、利用參數(shù)之間存在的關(guān)系解決模型的不可辨識問題的方法以及分別從時域和頻域角度分析參數(shù)辨識精度和難易程度的方法。以往的研究表明，參數(shù)靈敏度大小直接影響參數(shù)辨識的難易程度。辨識參數(shù)一般是在系統(tǒng)上施加某種擾動信號，然后測得輸入輸出，采用辨識算法進行辨識。這樣辨識發(fā)電機參數(shù)存在兩個問題辨識算法通常存在多值性和收斂性問題，同時辨識多個參數(shù)，無疑會增大辨識難度；在系統(tǒng)加入某種擾動，機組參數(shù)之間的靈敏度有差異，難以同時辨識準確， 而靈敏度較低的瞬態(tài)參數(shù)和超瞬態(tài)參數(shù)受到的影響極大，從既有文獻的辨識結(jié)果可知，d軸和q軸的瞬態(tài)參數(shù)辨識精度比穩(wěn)態(tài)參數(shù)差很多。因此，在一種擾動下測得數(shù)據(jù)難以準確辨識所有參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有的同步發(fā)電機模型參數(shù)辨識方法存在的辨識精度不高的問題，提出一種同步發(fā)電機模型參數(shù)分步辨識方法，用于解決該問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是，一種同步發(fā)電機模型參數(shù)分步辨識方法，其特征是所述方法包括步驟1 對同步發(fā)電機施加下階躍擾動、上階躍擾動、短路擾動和脈沖擾動，或者對同步發(fā)電機施加下階躍擾動、短路擾動和脈沖擾動，或者對同步發(fā)電機施加下階躍擾動和短路擾動；步驟2 根據(jù)下階躍擾動前后的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)計算同步發(fā)電機的d軸同步電抗&和q 軸同步電抗、；步驟3:根據(jù)同步發(fā)電機施加的擾動，辨識d軸瞬變電抗χ' d、d軸超瞬變電抗 X" d、d軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T' d、d軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T" d、q軸瞬變電抗χ' q、q軸超瞬變電抗X" q、q軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T',和9軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T" QO當對同步發(fā)電機施加下階躍擾動、上階躍擾動、短路擾動和脈沖擾動時，所述步驟 3具體是步驟101 短路擾動后，根據(jù)d軸同步電抗&，采用修正阻尼最小二乘法辨識d軸瞬變電抗X' <!和(1軸超瞬變電抗X" d;步驟102 上階躍擾動后，根據(jù)d軸同步電抗&、d軸瞬變電抗χ' <!和d軸超瞬變電抗X" d，采用修正阻尼最小二乘法辨識d軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T' d；步驟103 下階躍擾動后，根據(jù)d軸同步電抗&、d軸瞬變電抗χ' d、d軸超瞬變電抗χ" 軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T' d，采用修正阻尼最小二乘法辨識d軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T〃 d；步驟104 脈沖擾動后，根據(jù)q軸同步電抗、，采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸瞬變電抗X' q;步驟105 下階躍擾動后，根據(jù)q軸同步電抗\和q軸瞬變電抗χ',，采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T' q；步驟106 短路擾動后，根據(jù)q軸同步電抗\、q軸瞬變電抗x' q、q軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T',，采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸超瞬變電抗X",和9軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T" QO當對同步發(fā)電機施加下階躍擾動、短路擾動和脈沖擾動時，所述步驟3具體是步驟201 短路擾動后，根據(jù)d軸同步電抗&，采用修正阻尼最小二乘法辨識d軸瞬變電抗X' d、d軸超瞬變電抗X" 軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T" d；步驟202 下階躍擾動后，根據(jù)d軸同步電抗&、d軸瞬變電抗χ' d、d軸超瞬變電抗χ" 軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T" d，采用修正阻尼最小二乘法辨識d軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T' d；步驟203 脈沖擾動后，根據(jù)q軸同步電抗、，采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸瞬變電抗X' q;步驟204 下階躍擾動后，根據(jù)q軸同步電抗\和q軸瞬變電抗χ',，采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T' q；步驟205 短路擾動后，根據(jù)q軸同步電抗\、q軸瞬變電抗χ' q、q軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T',，采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸超瞬變電抗X",和9軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T" QO當對同步發(fā)電機施加下階躍擾動、短路擾動和脈沖擾動時，所述步驟3具體是步驟301 短路擾動后，根據(jù)d軸同步電抗&，采用修正阻尼最小二乘法辨識d軸瞬變電抗X' d、d軸超瞬變電抗X" 軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T" d；步驟302 下階躍擾動后，根據(jù)d軸同步電抗&、d軸瞬變電抗χ' d、d軸超瞬變電抗χ" 軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T" d，采用修正阻尼最小二乘法辨識d軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T' d；步驟303 脈沖擾動后，根據(jù)q軸同步電抗、，采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸瞬變電抗X' q;步驟304 下階躍擾動后，根據(jù)q軸同步電抗、和q軸瞬變電抗x' q,采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸超瞬變電抗X" q、q軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T',和9軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T〃 QO當對同步發(fā)電機施加下階躍擾動和短路擾動時，所述步驟3具體是步驟401 短路擾動后，根據(jù)d軸同步電抗&，采用修正阻尼最小二乘法辨識d軸瞬變電抗X' d、d軸超瞬變電抗X" 軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T" d；步驟402 下階躍擾動后，根據(jù)d軸同步電抗&、d軸瞬變電抗χ' d、d軸超瞬變電抗χ" 軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T" d，采用修正阻尼最小二乘法辨識d軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T' d；步驟403 短路擾動后，根據(jù)q軸同步電抗、，采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸瞬變電抗X' q;步驟404 下階躍擾動后，根據(jù)q軸同步電抗\和q軸瞬變電抗χ',，采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸超瞬變電抗X" q、q軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T',和9軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T〃 QO所述根據(jù)下階躍擾動前后的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)計算同步發(fā)電機的d軸同步電抗^之后，還包括利用線性最小二乘法計算同步發(fā)電機的d軸同步電抗xf，并在|>c時，用< 取代xd;其中，C為設(shè)定閾值。所述利用線性最小二乘法計算同步發(fā)電機的d軸同步電抗Xf具體包括步驟501 獲取同步發(fā)電機各工況下的定子電壓Ui,定子電流Ii,功率因素角仍，勵磁電流Ifi和功角= l，2，...，n，n為工況數(shù)；步驟502 根據(jù)公式
權(quán)利要求
1.一種同步發(fā)電機模型參數(shù)分步辨識方法，其特征是所述方法包括步驟1 對同步發(fā)電機施加下階躍擾動、上階躍擾動、短路擾動和脈沖擾動，或者對同步發(fā)電機施加下階躍擾動、短路擾動和脈沖擾動，或者對同步發(fā)電機施加下階躍擾動和短路擾動；步驟2 根據(jù)下階躍擾動前后的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)計算同步發(fā)電機的d軸同步電抗&和q軸同步電抗、；步驟3:根據(jù)同步發(fā)電機施加的擾動，辨識d軸瞬變電抗χ' d、d軸超瞬變電抗χ" d、d 軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T' d、d軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T" d、q軸瞬變電抗χ' q、q軸超瞬變電抗X" q、q軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T',和9軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T" QO
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是當對同步發(fā)電機施加下階躍擾動、上階躍擾動、短路擾動和脈沖擾動時，所述步驟3具體是步驟101 短路擾動后，根據(jù)d軸同步電抗&，采用修正阻尼最小二乘法辨識d軸瞬變電抗X' <!和(1軸超瞬變電抗χ" d；步驟102 上階躍擾動后，根據(jù)d軸同步電抗&、d軸瞬變電抗χ' d軸超瞬變電抗 X" d，采用修正阻尼最小二乘法辨識d軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T' d；步驟103 下階躍擾動后，根據(jù)d軸同步電抗xd、d軸瞬變電抗χ' d、d軸超瞬變電抗 χ" 軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T' d，采用修正阻尼最小二乘法辨識d軸開路次暫態(tài)時間常數(shù) T〃 d；步驟104 脈沖擾動后，根據(jù)q軸同步電抗 采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸瞬變電抗X' q ；步驟105 下階躍擾動后，根據(jù)q軸同步電抗、和q軸瞬變電抗x' q,采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T' q；步驟106 短路擾動后，根據(jù)q軸同步電抗\、q軸瞬變電抗χ' q、q軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T' q，采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸超瞬變電抗χ",和9軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是當對同步發(fā)電機施加下階躍擾動、短路擾動和脈沖擾動時，所述步驟3具體是步驟201 短路擾動后，根據(jù)d軸同步電抗&，采用修正阻尼最小二乘法辨識d軸瞬變電抗χ' d、d軸超瞬變電抗χ" 軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T" d；步驟202 下階躍擾動后，根據(jù)d軸同步電抗xd、d軸瞬變電抗χ' d、d軸超瞬變電抗 χ" 軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T" d，采用修正阻尼最小二乘法辨識d軸開路暫態(tài)時間常數(shù) T' d；步驟203 脈沖擾動后，根據(jù)q軸同步電抗 采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸瞬變電抗X' q ；步驟204 下階躍擾動后，根據(jù)q軸同步電抗、和q軸瞬變電抗x' q,采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T' q；步驟205:短路擾動后，根據(jù)q軸同步電抗\、q軸瞬變電抗χ' q、q軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T' q，采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸超瞬變電抗χ",和9軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是當對同步發(fā)電機施加下階躍擾動、短路擾動和脈沖擾動時，所述步驟3具體是步驟301 短路擾動后，根據(jù)d軸同步電抗&，采用修正阻尼最小二乘法辨識d軸瞬變電抗χ' d、d軸超瞬變電抗χ" 軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T" d；步驟302 下階躍擾動后，根據(jù)d軸同步電抗xd、d軸瞬變電抗χ' d、d軸超瞬變電抗 χ" 軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T" d，采用修正阻尼最小二乘法辨識d軸開路暫態(tài)時間常數(shù) T' d；步驟303 脈沖擾動后，根據(jù)q軸同步電抗 采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸瞬變電抗X' q ；步驟304 下階躍擾動后，根據(jù)q軸同步電抗、和q軸瞬變電抗x' q,采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸超瞬變電抗X" q、q軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T',和9軸開路次暫態(tài)時間常數(shù) T〃 QO
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是當對同步發(fā)電機施加下階躍擾動和短路擾動時，所述步驟3具體是步驟401 短路擾動后，根據(jù)d軸同步電抗&，采用修正阻尼最小二乘法辨識d軸瞬變電抗χ' d、d軸超瞬變電抗χ" 軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T" d；步驟402 下階躍擾動后，根據(jù)d軸同步電抗xd、d軸瞬變電抗χ' d、d軸超瞬變電抗 χ" 軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T" d，采用修正阻尼最小二乘法辨識d軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T' d；步驟403 短路擾動后，根據(jù)q軸同步電抗X,，采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸瞬變電抗X' q ；步驟404 下階躍擾動后，根據(jù)q軸同步電抗、和q軸瞬變電抗x' q,采用修正阻尼最小二乘法辨識q軸超瞬變電抗X" q、q軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T',和9軸開路次暫態(tài)時間常數(shù) T〃 QO
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項權(quán)利要求所述的方法，其特征是所述根據(jù)下階躍擾動前后的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)計算同步發(fā)電機的d軸同步電抗&之后，還包括利用線性最小二乘法計算同步發(fā)電機的d軸同步電抗X，，并在1 -xf I >C時，用<取代& ；其中，C為設(shè)定閾值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中任意一項權(quán)利要求所述的方法，其特征是所述利用線性最小二乘法計算同步發(fā)電機的d軸同步電抗xf具體包括步驟501 獲取同步發(fā)電機各工況下的定子電壓Ui,定子電流Ii,功率因素角仍，勵磁電流Ifi和功角δ i ;i = 1，2，. . .，η，η為工況數(shù)；步驟502 根據(jù)公式_ Ui sin Si a ‘1 Ii sin {π H-Si- φ ) s計算各工況主磁路電抗Xadii,并形成主磁路電抗矩陣[X] = ^^^^^，...^^。^其中xs為定子漏抗；步驟503 根據(jù)公式Es, = ^ +[I1Xs)2 -IU1I1XsCO^ +φ)計算氣隙后電勢E s, i，并形成矩陣
8.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任意一項權(quán)利要求所述的方法，其特征是所述修正阻尼最小二乘法具體包括步驟601 令待辨識的參數(shù)組成待辨識參數(shù)向量α，并設(shè)定向量α初值α ^、阻尼因子 λ、二分法常數(shù)β、最大誤差值Qmax、最大迭代值MaxTimes、收斂指標ε 2和收斂指標ε 3，令迭代次數(shù)k = ·0 ；步驟602 讀入擾動后的數(shù)據(jù)d軸定子電流id、q軸定子電流i,、d軸定子電壓ud、q軸定子電壓Utl和勵磁電壓uf;步驟603:計算目標函數(shù)J( a) =I (VYm) V (VYm) dt，其中，Yr為為實際系統(tǒng)在輸入信號U下的輸出觀測量，Ym為根據(jù)擾動后的數(shù)據(jù)計算的輸出觀測量，w為觀測加權(quán)矩陣；步驟604 判斷是否同時滿足J( α) > Qma!^Pk< MaxTimes，如果同時滿足J( α) > Qmax和k < MaxTimes,則執(zhí)行步驟605 ；否則，執(zhí)行步驟620 ； 步驟605:計算雅克比矩陣
全文摘要
本發(fā)明公開了電網(wǎng)分析計算技術(shù)領(lǐng)域中的一種同步發(fā)電機模型參數(shù)分步辨識方法。包括對同步發(fā)電機施加下階躍擾動、上階躍擾動、短路擾動和脈沖擾動，或者對同步發(fā)電機施加下階躍擾動、短路擾動和脈沖擾動，或者對同步發(fā)電機施加下階躍擾動和短路擾動；根據(jù)下階躍擾動前后的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)計算同步發(fā)電機的d軸同步電抗xd和q軸同步電抗xq；根據(jù)同步發(fā)電機施加的擾動，辨識d軸瞬變電抗x′d、d軸超瞬變電抗x″d、d軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T′d、d軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T″d、q軸瞬變電抗x′q、q軸超瞬變電抗x″q、q軸開路暫態(tài)時間常數(shù)T′q和q軸開路次暫態(tài)時間常數(shù)T″q。本發(fā)明提高了參數(shù)辨識精度。
文檔編號G01R31/34GK102520353SQ20111041002
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者張俊峰, 朱守真, 盛超, 鄭競宏 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院, 清華大學(xué)