本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)，具體為一種基于抗差容積卡爾曼濾波的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、狀態(tài)感知技術(shù)是電力系統(tǒng)態(tài)勢(shì)感知的重要手段之一，基于pmu的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)可以提高數(shù)據(jù)的精度，為配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化、負(fù)荷調(diào)控和分布式電源出力提供更加可靠的數(shù)據(jù)支持。另外，同步發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)中也占據(jù)著不可估量的地位，在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，估計(jì)故障后發(fā)電機(jī)機(jī)電暫態(tài)過程中的狀態(tài)，可得到與真實(shí)狀態(tài)相近的估計(jì)值。然后采取適當(dāng)措施，能夠有效地遏制故障擴(kuò)大，最大化挽救經(jīng)濟(jì)損失。因此，開展發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)相關(guān)研究對(duì)于電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)安全監(jiān)管與在線故障診斷都具有十分重要的意義。

2、在已知準(zhǔn)確噪聲統(tǒng)計(jì)特性和系統(tǒng)模型的情況下，相關(guān)算法都能夠有效的解決非線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)問題；但是在實(shí)際工程作業(yè)中，受環(huán)境變化、生產(chǎn)因素及其他干擾的影響，量測(cè)噪聲中可能存在非正常高斯白噪聲或不服從高斯分布的其他噪聲；這些復(fù)雜噪聲將導(dǎo)致量測(cè)噪聲的統(tǒng)計(jì)特性與先驗(yàn)概率分布不符；為解決噪聲不確定性問題，又在卡爾曼濾波的基礎(chǔ)上加入了模型自適應(yīng)算法；該算法通過將多個(gè)濾波器并行，不斷比較多個(gè)濾波結(jié)果來獲得更加接近真實(shí)噪聲的噪聲特性；但該方法傳感器的傳輸誤差較高，而且計(jì)算壓力大，在工程應(yīng)用上的實(shí)現(xiàn)比較困難；又有一部分學(xué)者提出利用新息向量和殘差對(duì)噪聲協(xié)方差矩陣進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，但是當(dāng)出現(xiàn)噪聲突變的情況時(shí)就無法對(duì)噪聲進(jìn)行正確的處理。

3、針對(duì)由于自然環(huán)境和工業(yè)生產(chǎn)等因素，環(huán)境噪聲可能包含異常噪聲，或量測(cè)噪聲的統(tǒng)計(jì)特性與實(shí)際存在偏差甚至未知的情況發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)問題，提供一種基于抗差容積卡爾曼濾波的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的缺陷而提供的一種基于抗差容積卡爾曼濾波的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法，解決了因異常噪聲或量測(cè)噪聲的統(tǒng)計(jì)特性與實(shí)際存在偏差甚至未知的情況發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)問題。

2、實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：

3、一種基于抗差容積卡爾曼濾波的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，包括：

4、步驟s1，設(shè)置初始值，預(yù)測(cè)k時(shí)刻的誤差協(xié)方差，利用奇異值分解方法對(duì)誤差協(xié)方差進(jìn)行分解并計(jì)算該時(shí)刻狀態(tài)量的容積點(diǎn)；

5、步驟s2，計(jì)算出k時(shí)刻量測(cè)估計(jì)值、卡爾曼增益；

6、步驟s3，根據(jù)抗差原則選擇合適的抗差方法，對(duì)狀態(tài)預(yù)測(cè)值或卡爾曼增益進(jìn)行修正；

7、步驟s4，計(jì)算出k時(shí)刻狀態(tài)估計(jì)值和估計(jì)誤差協(xié)方差；

8、步驟s5，判斷當(dāng)前狀態(tài)是否選擇了任意一種抗差方法，若有，則對(duì)估計(jì)誤差協(xié)方差進(jìn)行補(bǔ)償，若沒有，則不需要補(bǔ)償，繼續(xù)執(zhí)行所述步驟s2-s4，計(jì)算下一時(shí)刻狀態(tài)估計(jì)值。

9、優(yōu)選的，所述步驟s1中，通過奇異值分解代替抗差容積卡爾曼濾波算法中的cholesky分解，對(duì)對(duì)誤差協(xié)方差進(jìn)行分解并計(jì)算該時(shí)刻狀態(tài)量的容積點(diǎn)。

10、優(yōu)選的，所述步驟s3中，利用量測(cè)新息和噪聲協(xié)方差矩陣設(shè)置抗差原則，利用該原則，引入新息向量直接調(diào)節(jié)狀態(tài)預(yù)測(cè)值或通過修正卡爾曼增益調(diào)整量測(cè)預(yù)測(cè)值在濾波器中的比例。

11、優(yōu)選的，所述步驟s3中，新息向量的大小與量測(cè)噪聲統(tǒng)計(jì)特性的大小關(guān)系是確定是否進(jìn)行抗差和選擇何種抗差方法的決定因素，因此，根據(jù)噪聲統(tǒng)計(jì)特性來設(shè)置上下限，結(jié)合新息向量和上下限進(jìn)行判斷，從而選擇合適的抗差方法，即，

12、量測(cè)協(xié)方差與量測(cè)新息大小息息相關(guān)，因此以時(shí)刻的量測(cè)預(yù)測(cè)值為圓心，以為半徑畫一個(gè)圓，稱該圓為量測(cè)圓，再分別以和為半徑畫兩個(gè)修正圓，分別稱為修正圓和修正圓，其中，和為調(diào)節(jié)因子，范圍均為[0.6,?0.9]，并令，當(dāng)沒有出現(xiàn)不良量測(cè)時(shí)，量測(cè)圓則在修正圓內(nèi)部，則出現(xiàn)不良量測(cè)或狀態(tài)突變時(shí)，量測(cè)圓會(huì)位于修正圓之外，此時(shí)的量測(cè)預(yù)測(cè)值需要進(jìn)行抗差處理。

13、優(yōu)選的，所述步驟s3中，設(shè)，表示對(duì)角線上的第個(gè)分量，該分量是對(duì)應(yīng)維度上變量的量測(cè)誤差，和分別為兩個(gè)修正圓的判定門限，則抗差準(zhǔn)則可以概括為：

14、當(dāng)量測(cè)新息的第個(gè)分量的絕對(duì)值時(shí)，則不需進(jìn)行抗差；

15、當(dāng)時(shí)，則認(rèn)為此時(shí)狀態(tài)變量發(fā)生了突變，對(duì)量測(cè)預(yù)測(cè)值進(jìn)行抗差處理；

16、當(dāng)時(shí)，則認(rèn)為是出現(xiàn)了不良量測(cè)，認(rèn)為量測(cè)新息的增大是不良量測(cè)造成的，進(jìn)而減小卡爾曼增益，降低量測(cè)在濾波中的占比;

17、具體的抗差方法，通過如下公式表示：

18、；

19、式中，為抗差系數(shù)，關(guān)于的值的選取時(shí)需要考慮量測(cè)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變量的量測(cè)精度，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整；為卡爾曼增益矩陣對(duì)角線上第個(gè)分量，為卡爾曼增益調(diào)節(jié)因子，選取范圍為[0.5,?0.9]。

20、優(yōu)選的，所述步驟s4中，狀態(tài)估計(jì)值是由狀態(tài)預(yù)測(cè)值和量測(cè)新息決定的。

21、優(yōu)選的，所述步驟s5中，若選擇了任意一種抗差方法，則對(duì)估計(jì)誤差協(xié)方差進(jìn)行補(bǔ)償，其補(bǔ)償公式如下：

22、；

23、式中，為估計(jì)誤差協(xié)方差的補(bǔ)償矩陣，為估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣，、均為噪聲對(duì)估計(jì)協(xié)方差的影響大小，為對(duì)量測(cè)協(xié)方差進(jìn)行平方根。

24、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明針對(duì)容積卡爾曼濾波算法在發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)中存在跟蹤能力不強(qiáng)和濾波不穩(wěn)定的問題，提出了基于奇異值分解的抗差容積卡爾曼濾波算法，該算法利用奇異值分解代替原有的cholesky分解，能夠避免先驗(yàn)協(xié)方差矩陣為負(fù)定的情況，可以提高濾波的穩(wěn)定性；利用測(cè)量新息和噪聲協(xié)方差矩陣設(shè)置抗差原則，直接修正狀態(tài)預(yù)測(cè)值或卡爾曼增益矩陣，減少計(jì)算量的同時(shí)獲得更加精確的狀態(tài)估計(jì)值。

技術(shù)特征：

1.一種基于抗差容積卡爾曼濾波的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于抗差容積卡爾曼濾波的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟s1中，通過奇異值分解代替抗差容積卡爾曼濾波算法中的cholesky分解，對(duì)對(duì)誤差協(xié)方差進(jìn)行分解并計(jì)算該時(shí)刻狀態(tài)量的容積點(diǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于抗差容積卡爾曼濾波的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟s3中，利用量測(cè)新息和噪聲協(xié)方差矩陣設(shè)置抗差原則，利用該原則，引入新息向量直接調(diào)節(jié)狀態(tài)預(yù)測(cè)值或通過修正卡爾曼增益調(diào)整量測(cè)預(yù)測(cè)值在濾波器中的比例。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于抗差容積卡爾曼濾波的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟s3中，新息向量的大小與量測(cè)噪聲統(tǒng)計(jì)特性的大小關(guān)系是確定是否進(jìn)行抗差和選擇何種抗差方法的決定因素，因此，根據(jù)噪聲統(tǒng)計(jì)特性來設(shè)置上下限，結(jié)合新息向量和上下限進(jìn)行判斷，從而選擇合適的抗差方法，即，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于抗差容積卡爾曼濾波的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟s3中，設(shè)，表示對(duì)角線上的第個(gè)分量，該分量是對(duì)應(yīng)維度上變量的量測(cè)誤差，和分別為兩個(gè)修正圓的判定門限，則抗差準(zhǔn)則可以概括為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于抗差容積卡爾曼濾波的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟s4中，狀態(tài)估計(jì)值是由狀態(tài)預(yù)測(cè)值和量測(cè)新息決定的。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于抗差容積卡爾曼濾波的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟s5中，若選擇了任意一種抗差方法，則對(duì)估計(jì)誤差協(xié)方差進(jìn)行補(bǔ)償，其補(bǔ)償公式如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于抗差容積卡爾曼濾波的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，包括：步驟S1，設(shè)置初始值，預(yù)測(cè)k時(shí)刻的誤差協(xié)方差，利用奇異值分解方法對(duì)誤差協(xié)方差進(jìn)行分解并計(jì)算該時(shí)刻狀態(tài)量的容積點(diǎn)；步驟S2，計(jì)算出k時(shí)刻量測(cè)估計(jì)值、卡爾曼增益；步驟S3，根據(jù)抗差原則選擇合適的抗差方法，對(duì)狀態(tài)預(yù)測(cè)值或卡爾曼增益進(jìn)行修正；步驟S4，計(jì)算出k時(shí)刻狀態(tài)估計(jì)值和估計(jì)誤差協(xié)方差；步驟S5，判斷當(dāng)前狀態(tài)是否選擇了任意一種抗差方法，若有，則對(duì)估計(jì)誤差協(xié)方差進(jìn)行補(bǔ)償，若沒有，則不需要補(bǔ)償，繼續(xù)執(zhí)行所述步驟S2?S4，計(jì)算下一時(shí)刻狀態(tài)估計(jì)值。本發(fā)明解決了因異常噪聲或量測(cè)噪聲的統(tǒng)計(jì)特性與實(shí)際存在偏差甚至未知的情況發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)狀態(tài)估計(jì)問題。

技術(shù)研發(fā)人員：李蛟,王康樂,李興邦,王盛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：航天科工空天動(dòng)力研究院（蘇州）有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26