一種發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì) 方法。
【背景技術(shù)】
[000引 同步相量測(cè)量單元（phasormeasurementunit,PMU)的出現(xiàn)為電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn) 定分析與控制提供了新的技術(shù)手段。然而，在干擾、測(cè)量設(shè)備故障、同步信號(hào)丟失等情況下， 往往導(dǎo)致壞數(shù)據(jù)的出現(xiàn)。壞數(shù)據(jù)可能使得PMU在應(yīng)用過程中導(dǎo)致錯(cuò)誤的分析結(jié)果和控制策 略。狀態(tài)估計(jì)能夠剔除量測(cè)量中存在的壞數(shù)據(jù)，因此，研究基于PMU的電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過 程中動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)至關(guān)重要。
[0003] 近年來，基于PMU的機(jī)電暫態(tài)過程發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)問題是電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)狀態(tài) 估計(jì)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。針對(duì)具有非線性的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)方程，其動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)問題是一個(gè)典型的 非線性問題，采用W卡爾曼濾波算法為基礎(chǔ)方案的是一種普遍的解決思路，如基于擴(kuò)展卡 爾曼濾波巧KF)、無跡卡爾曼濾波0JK巧的動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)。EKF的線性化過程導(dǎo)致截?cái)嗾`差 過大，UKF需要確定參數(shù)值，靈活性差，應(yīng)用不便。針對(duì)該問題，加拿大學(xué)者Simon化ykin 于2009年提出容積卡爾曼濾波（CK巧算法。然而，無論UKF還是CKF，當(dāng)量測(cè)量存在壞數(shù)據(jù) 時(shí)，估計(jì)精度都會(huì)在一定程度上受到影響，甚至導(dǎo)致估計(jì)結(jié)果嚴(yán)重偏離實(shí)際值，動(dòng)態(tài)狀態(tài)估 計(jì)失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法，該方法使其能夠在PMU量測(cè) 量含有壞數(shù)據(jù)的情況下對(duì)發(fā)電機(jī)狀態(tài)量預(yù)報(bào)值進(jìn)行準(zhǔn)確修正，得到準(zhǔn)確的狀態(tài)量估計(jì)值。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法，包括：
[0007] 根據(jù)系統(tǒng)方程對(duì)k-1時(shí)刻的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，獲得第k時(shí)刻發(fā) 電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果；
[0008] 利用CKF濾波算法對(duì)第k時(shí)刻發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果進(jìn)行預(yù)報(bào)與濾波處理；其 中，通過預(yù)報(bào)處理獲得k+1時(shí)刻的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)預(yù)報(bào)結(jié)果；在濾波處理時(shí)，引入時(shí)變多維 觀測(cè)噪聲尺度因子并結(jié)合PMU的實(shí)時(shí)量測(cè)值對(duì)k+1時(shí)刻的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行濾 波，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)結(jié)果的準(zhǔn)確估計(jì)。
[0009] 進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)方程為：
[0010]
[0011] 式中，下標(biāo)k+1與k均相應(yīng)的表示k+1時(shí)刻與k時(shí)刻；F和Η分別為狀態(tài)方程函數(shù) 和量測(cè)方程函數(shù)，X、U和Ζ分別為狀態(tài)量、控制量和量測(cè)量；V和W分別為系統(tǒng)噪聲和量測(cè) 噪聲，誤差方差陣分別為Q和R的正態(tài)分布；
[0012] 其中，狀態(tài)量X= [δωΕ'qE'd]T，控制量二[7；,,與.[/>,]' ·狀態(tài)方程的具體形式 為：
[0013]
[0014] 式中，δ和ω分別為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕對(duì)功角和電角速度標(biāo)么值；安和點(diǎn)是對(duì)時(shí)間微 分的簡(jiǎn)化寫法，字母上方的?表示dMt微分算子；Tj為發(fā)電機(jī)慣性時(shí)間常數(shù)；Tm為機(jī)械轉(zhuǎn) 矩；11,和@分別為發(fā)電機(jī)出口電壓相量的幅值和相角；X'q和X'd分別為q軸和d軸瞬變 電抗；E'q和E'd分別為q軸和d軸瞬態(tài)電動(dòng)勢(shì)；D為阻尼系數(shù)；τ'。。和Τ'd。分別為Q 軸和d軸開路瞬變時(shí)間常數(shù)；Ef為定子勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)；Xq和Xd分別為q軸和d軸同步電抗； [001引量測(cè)量Z= [δZω,PJT，量測(cè)方程的具體形式為：
[0016]
[0017] 式中，δ,、ω,和Pe分別為轉(zhuǎn)子絕對(duì)功角、電角速度和輸出電磁功率的PMU量測(cè) 值；
[0018] 根據(jù)上述狀態(tài)方程與量測(cè)方程的具體形式，W及k時(shí)刻系統(tǒng)噪聲方差矩陣Qk和 k+1時(shí)刻量測(cè)噪聲方差陣Rw，則能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)；
[001引其中的k+1時(shí)刻量測(cè)噪聲方差陣Rw根據(jù)PMU實(shí)際量測(cè)誤差進(jìn)行取值，k時(shí)刻系統(tǒng) 噪聲方差矩陣Qk表示為：
[0020]
[0021] 式中，泌、σ,心和記分別為k時(shí)刻δ、ω、Ε'q和E'd的系統(tǒng)噪聲 方差；
[0022] 通過誤差傳遞公式進(jìn)行計(jì)算：
[0023]
[0024] 式中：0為噪聲方差；0。和分別為發(fā)電機(jī)出口電壓相量的幅值和相角PMU量 測(cè)誤差標(biāo)準(zhǔn)差；
[002引則有：
[0030] 式中，At為步長(zhǎng)。
[0031] 進(jìn)一步的，所述通過預(yù)報(bào)處理獲得k+1時(shí)刻的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)預(yù)報(bào)結(jié)果的步驟包 括：
[0032] 所述的第k時(shí)刻發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果包括：第k時(shí)刻發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)量的估 計(jì)值而《與估計(jì)誤差方差陣Pklk;
[003引對(duì)Pki進(jìn)行化olesky分解，得到k時(shí)刻估計(jì)誤差方差陣的平方根矩陣Skik:
[0034]
[0035] 利用下式對(duì)第k時(shí)刻發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)量的估計(jì)值生成一組等權(quán)值的容積點(diǎn) Xi,k|k:
[0036]
[0037]式中，參數(shù)苗=，/=1，2，...，2? :，η為狀態(tài)量維數(shù)；
[0038] 利用下式對(duì)每一個(gè)容積點(diǎn)進(jìn)行變換，得到所有容積點(diǎn)的預(yù)報(bào)值
[0039]
[0040] 對(duì)所有發(fā)電機(jī)狀態(tài)量容積點(diǎn)的預(yù)報(bào)值進(jìn)行加權(quán)求和，得到狀態(tài)量預(yù)報(bào)值兩+1'5
[0041]
[0042] 并通過下式獲得預(yù)報(bào)誤差協(xié)方差陣PwIk:
[0043]
[0044] 進(jìn)一步的，所述在濾波處理時(shí)，引入時(shí)變多維觀測(cè)噪聲尺度因子并結(jié)合PMU的實(shí) 時(shí)量測(cè)值對(duì)k+1時(shí)刻的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行濾波，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)結(jié)果 的準(zhǔn)確估計(jì)包括：
[0045] 所述的k+1時(shí)刻的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)預(yù)報(bào)結(jié)果包括：k+1時(shí)刻的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)量 預(yù)報(bào)值而+?μ與發(fā)電機(jī)狀態(tài)量預(yù)報(bào)誤差協(xié)方差陣Pwik;
[0046] 對(duì)預(yù)報(bào)誤差協(xié)方差陣Pwik進(jìn)行化olesky分解，得到k+1時(shí)刻發(fā)電機(jī)狀態(tài)量預(yù)報(bào) 誤差協(xié)方差陣的平方根矩陣SwIk:
[0047]
[004引利用下式對(duì)k+1時(shí)刻的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)量預(yù)報(bào)值兩-+!μ生成一組等權(quán)值的狀態(tài)量預(yù) 報(bào)值容積點(diǎn)Xi,w|k:
[0049]
[0050] 利用下式對(duì)每一個(gè)狀態(tài)量預(yù)報(bào)值容積點(diǎn)進(jìn)行變換，得到PMU量測(cè)量預(yù)報(bào)值的容積 點(diǎn)Z;,k+1Ik:
[0051] Zi,k+i|k=Η狂i,k+i|k,Uk);
[0052] 對(duì)所有PMU量測(cè)量預(yù)報(bào)值的容積點(diǎn)進(jìn)行加權(quán)求和，進(jìn)而得到PMU量測(cè)量預(yù)報(bào)值 ^aiA·
[0053]
[0054] 計(jì)算PMU量測(cè)量預(yù)報(bào)誤差方差陣Pvv,w:
[00巧]
[005引利用得到PMU的實(shí)時(shí)量測(cè)值Zk4= [δ心1 "心1PekJT計(jì)算新息向量eW，進(jìn)而得 到時(shí)變多維觀測(cè)噪聲尺度因子丫
[0057]
[0059] 式中，Μ為開窗估計(jì)法的窗長(zhǎng)；
[0060] 再利用下式計(jì)算對(duì)角陣丫 '
[006" 丫 'w=diag(丫' 1，丫 ' 2,…，丫 'm);
[006引式中，對(duì)角元素丫 '1的取值為：丫'i=max{l, 丫化ii}，i= 1，2,…，η; 丫k+i,ii為Tw的第i個(gè)對(duì)角元素；
[0063] 根據(jù)下式計(jì)算發(fā)電機(jī)狀態(tài)量預(yù)報(bào)值和PMU量測(cè)量預(yù)報(bào)值之間的互協(xié)方差矩陣 Pjiz,k+l|k:
[0064]
[0065] 再計(jì)算卡爾曼濾波增益Ww:
[006引 Ww=Pxz到k(Pvv,w+丫 'wRw) 1;
[0067] 利用k+1時(shí)刻新息向量ew，并通過卡爾曼濾波增益Wk+i對(duì)k+1時(shí)刻的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài) 狀態(tài)量預(yù)報(bào)值而1￥-進(jìn)行濾波，獲得k+1時(shí)刻發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)量的估計(jì)值而;
[0068]
[0069] 并通過下式計(jì)算獲得發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)量估計(jì)誤差方差陣Pwiw:
[0070]
[0071] 由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可W看出，該估計(jì)方法針對(duì)PMU量測(cè)量中壞數(shù)據(jù)導(dǎo) 致發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果偏離真實(shí)值的問題，將時(shí)變多維觀測(cè)噪聲尺度因子引入到CKF 濾波算法中，不僅提高了該方法的魯棒性，還可得到準(zhǔn)確的狀態(tài)量估計(jì)值。
【附圖說明】
[0072] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可W根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他 附圖。
[0073] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法的簡(jiǎn)要流程圖；