專利名稱：基于拋載試驗和數(shù)值差分的同步發(fā)電機實用參數(shù)辨識方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及同步發(fā)電機實用參數(shù)辨識領(lǐng)域，具體涉及一種基于拋載試驗和數(shù)值差分的同步發(fā)電機實用參數(shù)辨識方法。
背景技術(shù)：
準(zhǔn)確的發(fā)電機模型參數(shù)是電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析研究的關(guān)鍵，近年來，隨著系統(tǒng)辨識理論、相角測量技術(shù)(PMU)、全球定位技術(shù)(CPQ等新理論和技術(shù)在電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用， 建立在這些新技術(shù)平臺上的發(fā)電機參數(shù)辨識取得了很大的發(fā)展，且各辨識算法呈現(xiàn)出相互交叉融合的特點。在各種發(fā)電機參數(shù)辨識中，應(yīng)用最廣主要有時域辨識法、頻域辨識法、拋載法等。 時域辨識法基于勵磁階躍或負(fù)荷小擾動的動態(tài)響應(yīng)來進行辨識，屬于在線辨識方法，能夠自然計及工況的影響，一旦辨識成功，那些飽和、渦流和旋轉(zhuǎn)等因素就自然包含在參數(shù)估計值中，不用附加過多的假設(shè)條件。現(xiàn)有算法主要是最小二乘法和卡爾曼濾波法。隨著數(shù)學(xué)技術(shù)的進步，時域辨識法得到了長足的發(fā)展，目前進化策略法，基因法、小波分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法以及粒子群優(yōu)化法等均在發(fā)電機參數(shù)辨識中得到了應(yīng)用，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比較滿意的結(jié)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(fù)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(dǎo)致上述算法很難獲得準(zhǔn)確的辨識結(jié)果。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(yīng)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，由于需要不同頻率的信號輸入，試驗時間很長且所得結(jié)果無法反映飽和效應(yīng)。不過近年來隨著多正弦輸出信號電源的出現(xiàn)，試驗耗時的問題得以解決。 動態(tài)頻域法得到的參數(shù)更加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(jié)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(guān)性要求嚴(yán)格。此外，頻域響應(yīng)分析建立在線性系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，不能反映同步電機參數(shù)的非線性特點。拋載法試驗于20世紀(jì)70年代提出后即獲得了廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)點是易于實現(xiàn)，并計及工況對參數(shù)的影響，計算方法相對簡單。以往研究表明試驗所測d軸參數(shù)較準(zhǔn)確，而q 軸甩負(fù)荷時需要準(zhǔn)確的功角參數(shù)，運行工況難以調(diào)整，所得參數(shù)誤差較大。將拋載法和加權(quán)最小二乘等算法有效結(jié)合，可減小辨識誤差。不過，拋載法要求拋載過程中勵磁電壓保持不變，而自并勵機組在拋載后會快速進入逆變狀態(tài)(如圖4所示)，由于無法考慮自并勵機組勵磁電壓對暫態(tài)過程中機端電壓的影響，因此不適用于主流的自并勵機組。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于拋載試驗和數(shù)值差分的同步發(fā)電機實用參數(shù)辨識方法，以便提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的可信度，為電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計和調(diào)度決策提供可靠的參考。本發(fā)明以拋載試驗為基礎(chǔ)，以拋載試驗后的勵磁電壓為輸入量，以機端電壓為目標(biāo)輸出量進行發(fā)電機實用參數(shù)的時域辨識；通過最速下降法求解目標(biāo)函數(shù)J(a)的極值的方法實現(xiàn)發(fā)電機參數(shù)的辨識，并采用數(shù)值差分的方法獲取迭代過程中所需的目標(biāo)函數(shù)的梯度。本發(fā)明提供的基于拋載試驗和數(shù)值差分的同步發(fā)電機實用參數(shù)辨識方法，其改進之處在于，以拋載試驗后的勵磁電壓為輸入量，以機端電壓為目標(biāo)輸出量進行發(fā)電機實用參數(shù)的時域辨識，其中機端電壓理論值￠//與實測值隊在評價體系下的偏差為目標(biāo)函數(shù)
J(a) =α表示由發(fā)電機參數(shù)組成的向量；采用最速下降迭代算法求解J(a)的
極值并獲得辨識參數(shù)；所述方法包括如下步驟a.根據(jù)常規(guī)試驗確定&和Xtl ；b.根據(jù)拋載試驗的三相電壓或三相電流數(shù)據(jù)的畸變點確定發(fā)電機出口開關(guān)的動作時間、和完全斷開時間、，計算0 、時間內(nèi)的機端電壓的有效值，計算、至錄波結(jié)束各周期內(nèi)電壓的有效值；C.根據(jù)機端電壓有效值計算拋載前后轉(zhuǎn)速的變化，并將拋載后的所述機端電壓有效值折算至額定轉(zhuǎn)速；d.根據(jù)甩無功試驗中機端電壓的變化量和拋載前三相電流有效值確定X" d，根據(jù)甩有功試驗中機端電壓的變化量、拋載前三相電流有效值和功角確定X" q ；e.給定辨識參數(shù)初值，并根據(jù)拋載后所測勵磁電壓和發(fā)電機實用模型方程計算出
機端電壓理論值和實測電壓Ut的偏差/( O) =，在所述給定辨識參數(shù)其中一個
參數(shù)上疊加一個微小的增量Δχ并保持所述給定辨識參數(shù)的其余辨識參數(shù)不變而重新進行J(a)計算，根據(jù)J(ci)和J(Citl)的偏差A(yù)J和Δ χ得到目標(biāo)函數(shù)對該參數(shù)的差分，依此
類推得到目標(biāo)函數(shù)在《 = C^處對所有待辨識參數(shù)的數(shù)值差分
權(quán)利要求
1.基于拋載試驗和數(shù)值差分的同步發(fā)電機實用參數(shù)辨識方法，其特征在于，以拋載試驗后的勵磁電壓為輸入量，以機端電壓為目標(biāo)輸出量進行發(fā)電機實用參數(shù)的時域辨識，其中機端電壓理論值f與實測值Ut在評價體系下的偏差為目標(biāo)函數(shù)/㈨= |w*-w|，α表示由發(fā)電機參數(shù)組成的向量；采用最速下降迭代算法求解J( α)的極值并獲得辨識參數(shù)； 所述方法包括如下步驟a.根據(jù)常規(guī)試驗確定&和Xtl；b.根據(jù)拋載試驗的三相電壓或三相電流數(shù)據(jù)的畸變點確定發(fā)電機出口開關(guān)的動作時間、和完全斷開時間、，計算0 、時間內(nèi)的機端電壓的有效值，計算、至錄波結(jié)束各周期內(nèi)電壓的有效值；c.根據(jù)機端電壓有效值計算拋載前后轉(zhuǎn)速的變化，并將拋載后的所述機端電壓有效值折算至額定轉(zhuǎn)速；d.根據(jù)甩無功試驗中機端電壓的變化量和拋載前三相電流有效值確定X"d，根據(jù)甩有功試驗中機端電壓的變化量、拋載前三相電流有效值和功角確定X" q ；e.給定辨識參數(shù)初值，并根據(jù)拋載后所測勵磁電壓和發(fā)電機實用模型方程計算出機端電壓理論值和實測電壓Ut的偏差J(Oto) = If//-仏I，在所述給定辨識參數(shù)其中一個參數(shù)上疊加一個微小的增量Δχ并保持所述給定辨識參數(shù)的其余辨識參數(shù)不變而重新進行 J(a)計算，根據(jù)J(a)和J(Citl)的偏差A(yù)J和Δ χ得到目標(biāo)函數(shù)對該參數(shù)的差分，依此類推得到目標(biāo)函數(shù)在《 = C^處對所有待辨識參數(shù)的數(shù)值差分^^|α。;將該差分作為目標(biāo)Aa函數(shù)在α = α ^處的梯度，利用最速下降法得到第一次迭代值α (1) = %+λχ，將α (1)作為辨識參數(shù)的新值重新進行上述計算可得α⑵，依次得到α (k)；其中Cltl為目標(biāo)函數(shù)在α = α C1處的負(fù)梯度，λ ^為迭代步長；f.當(dāng)ΔJ = J(Qik^)-J(Qw) I和I I均小于控制誤差時迭代結(jié)束，α (k)即為Δα {‘所得辨識參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對拋載試驗數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，根據(jù)三相電壓或三相電流波形確定發(fā)電機主開關(guān)動作時間和完全斷開時間，并以開關(guān)動作時間作為參數(shù)辨識時的1，完全斷開的時間作為參數(shù)辨識時的~+。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述拋載前后機端電壓電壓的有效值采用傅立葉分析得到，電壓信號的周期通過過零點檢測確定，在各電壓周期內(nèi)重新進行插值采樣，確保電壓周期是采樣周期的整數(shù)倍。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟c所述拋載前后轉(zhuǎn)速通過電壓信號的過零點檢測確定。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用最速下降迭代算法求解J(a)的極值并獲得辨識參數(shù)時，迭代過程中通過數(shù)值差分的方法計算目標(biāo)函數(shù)的梯度；以相鄰兩次目標(biāo)函數(shù)的差值及目標(biāo)函數(shù)的梯度均小于控制誤差作為迭代結(jié)束條件。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟a所述常規(guī)試驗包括負(fù)載特性試驗、空載及短路試驗。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟e所述給定辨識參數(shù)初值的參數(shù)根據(jù)試驗不同設(shè)定不同參數(shù)值。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟e所述發(fā)電機實用模型方程為 ‘Ud = oE"d + mXqiq'Raid
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于拋載試驗和數(shù)值差分的同步發(fā)電機實用參數(shù)辨識方法。利用常規(guī)方法確定發(fā)電機穩(wěn)態(tài)參數(shù)，以拋載試驗后的勵磁電壓為輸入量，以機端電壓理論值和實測值在某種評價體系下的偏差為目標(biāo)函數(shù)。通過最速下降法迭代求解目標(biāo)函數(shù)極值的方法實現(xiàn)發(fā)電機參數(shù)的辨識，在迭代過程中采用數(shù)值差分的方法獲取目標(biāo)函數(shù)的梯度，以相鄰兩次目標(biāo)函數(shù)的差值和目標(biāo)函數(shù)的梯度作為迭代結(jié)束的控制條件。本發(fā)明辨識所基于的拋載試驗容易實現(xiàn)，拋載后阻尼繞組中能夠產(chǎn)生足夠大的感應(yīng)電流，使暫態(tài)和次暫態(tài)過程中機端電壓產(chǎn)生明顯的變化，較好地克服環(huán)境噪音對時域辨識法的干擾，解決辨識結(jié)果不穩(wěn)定的問題。
文檔編號H02P21/14GK102510263SQ201110328410
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者何鳳軍, 周成, 晁暉, 李志強, 濮均 申請人:中國電力科學(xué)研究院