基于拋載試驗和在線時域測試的同步發(fā)電機(jī)參數(shù)辨識新方法.pdf

1、同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中最關(guān)鍵的一類設(shè)備。在電力系統(tǒng)分析中,同步發(fā)電機(jī)的模型有著極其重要的地位。對于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和控制設(shè)備的控制策略設(shè)計,都需要合理的發(fā)電機(jī)模型和準(zhǔn)確的模型參數(shù)。
　　 利用測量數(shù)據(jù)對參數(shù)進(jìn)行辨識是確定同步發(fā)電機(jī)參數(shù)的主要方法。盡管已歷經(jīng)多年的發(fā)展,同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)辨識仍然是一個頗具挑戰(zhàn)性的課題。拋載試驗和在線時域測試法與現(xiàn)有的其它方法相比有很多優(yōu)點,因而近年來受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界較多關(guān)注。但是,在這兩種基于

2、測試的方法中,至今已有的研究還存在不足和缺點。對于拋載試驗而言,在有測量噪聲時,圖形法難以被應(yīng)用,而測量噪聲是任何測試方法中都不可避免的；優(yōu)化方法不僅需要提供參數(shù)初值,并且在有測量噪聲時也可能導(dǎo)致較大的估計誤差。在拋載試驗下,由于計算需要,經(jīng)常要在基于時間常數(shù)的運算電感模型和基于等值電路的模型之間做參數(shù)轉(zhuǎn)換,雖然IEEE Std1110-2002標(biāo)準(zhǔn)提供了在一定條件下的轉(zhuǎn)換計算公式,但并沒有提到轉(zhuǎn)換中由于誤差傳遞造成的參數(shù)誤差問題,實際

3、上,還沒有任何文獻(xiàn)對這個問題進(jìn)行過研究。對于在線時域測試法而言,大多數(shù)現(xiàn)有的研究沒有考慮飽和在擾動過程中的非線性影響。另外,有文獻(xiàn)研究了發(fā)電機(jī)三階模型的在線辨識,但已有的辨識模型還需要進(jìn)一步發(fā)展,模型的非線性本質(zhì)也要求引入更佳的非線性估計方法。
　　 本論文主要針對測量噪聲對參數(shù)估計結(jié)果的影響、模型參數(shù)轉(zhuǎn)換中的誤差問題及其解決方案、磁路飽和在擾動過程中的非線性影響,以及三階模型的非線性特點,基于拋載試驗和在線時域測試方法,對同步

4、發(fā)電機(jī)的辨識模型和參數(shù)估計技術(shù)進(jìn)行了比較系統(tǒng)深入的研究和探索,以提高參數(shù)估計的精度和估計中的抗噪聲能力。
　　 論文提出了一種在d軸拋載試驗條件下估計同步發(fā)電機(jī)d軸同步電感和時間常數(shù)等參數(shù)的新方法。該方法的本質(zhì)是同時辨識兩個單輸入單輸出的傳遞函數(shù)的系數(shù)。從模型的層面,該方法是辨識基于時問常數(shù)的運算電感模型。首先,利用q軸電壓、磁場電流以及它們的數(shù)值積分,構(gòu)建線性回歸方程組。其次,利用輔助變量法求解帶有測量噪聲的回歸方程組的系數(shù)。

5、最后,根據(jù)回歸系數(shù)計算d軸參數(shù)。算例的大量測試結(jié)果表明所提方法比現(xiàn)有的圖形法和數(shù)值優(yōu)化法有更好的估計性能。
　　 論文直接引入上述辨識單輸入單輸出傳遞函數(shù)的方法,在q軸拋載試驗條件下,對同步發(fā)電機(jī)的q軸同步電感和時間常數(shù)也進(jìn)行了估計。該方法實質(zhì)上是辨識q軸運算電感。仿真結(jié)果表明了引入的這種方法的有效性。
　　 論文提出了一種利用辨識得到的運算電感模型來確定同步發(fā)電機(jī)d軸等值電路參數(shù)的方法。在拋載試驗下,現(xiàn)有的研究或以辨識

6、運算電感模型的參數(shù)為目的,或以辨識等值電路參數(shù)為目的,但沒有探討兩類參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換問題。當(dāng)辨識得到的參數(shù)在類型上不同于穩(wěn)定分析軟件需要的參數(shù)時,必須進(jìn)行參數(shù)的轉(zhuǎn)換。對于d軸只有1個阻尼繞組并且運算電感模型的參數(shù)已經(jīng)估計得到的情況,IEEE Std1110-2002標(biāo)準(zhǔn)建議采用解析公式直接計算等值電路參數(shù)。但是,由于辨識得到的運算電感模型的參數(shù)通常帶有誤差,用這種方式求取的等值電路參數(shù)值可能遠(yuǎn)離其真值。文獻(xiàn)檢索表明:還沒有文獻(xiàn)指出和研究過

7、這個問題。為獲得較為準(zhǔn)確的等值電路參數(shù)值,論文將解析公式計算得到的等值電路參數(shù)值作為初值,然后基于發(fā)電機(jī)的混合狀態(tài)模型,用預(yù)測誤差法對等值電路參數(shù)進(jìn)行估計。數(shù)值仿真結(jié)果表明按解析公式直接計算的方式存在大的誤差,也表明所提方法在各種噪聲情況下均能得到較準(zhǔn)確的結(jié)果。本文所提方法能夠作為IEEE Std1110-2002標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于該解析公式方法的一個補(bǔ)充。
　　 論文考慮了當(dāng)前大多數(shù)研究中所忽視的非線性飽和影響,提出了一個新的在線估計器

8、。該估計器被用來辨識磁場繞組和d軸阻尼繞組的參數(shù),不僅適用于凸極機(jī),也適用于圓柱轉(zhuǎn)子電機(jī)。仿真結(jié)果表明,若在參數(shù)辨識的過程中不考慮飽和作用,會造成較大的估計誤差。大量噪聲樣本下的仿真結(jié)果表明提出的估計器既可以準(zhǔn)確的捕獲飽和在擾動過程中的非線性影響,而且具有較好的處理噪聲的能力。
　　 論文還提出了一個運用平方根無跡卡爾曼濾波器(Square-root unscentedKalman filter,SRIJKF)來估計同步發(fā)電機(jī)參

9、數(shù)的方法。首先,從參數(shù)估計的角度,發(fā)展了一個既適用于凸極機(jī)也適用于圓柱轉(zhuǎn)子電機(jī)的三階模型。然后,利用SRUKF對該模型進(jìn)行了狀態(tài)變量和未知參數(shù)的聯(lián)合非線性估計。估計方法的基本特點是考慮模型的非線性。在測試系統(tǒng)上的仿真結(jié)果表明了所提方法的有效性。在聯(lián)合估計的過程中,發(fā)電機(jī)參數(shù)穩(wěn)定地收斂于穩(wěn)態(tài)值,而估計的狀態(tài)變量也與數(shù)值仿真得到的動態(tài)響應(yīng)吻合。通過與常規(guī)的擴(kuò)展卡爾曼濾波(Extended Kalman filter,EKF)方法的仿真比較,