一種同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法，尤其涉及一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是指向同步發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁的所有部件的總和。勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì) 于電力系統(tǒng)的電壓控制與穩(wěn)定運(yùn)行起著十分重要的作用，因此，建立勵(lì)磁系統(tǒng)的模型并進(jìn) 行精確的參數(shù)辨識(shí)是很有必要的。一方面，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)外部擾動(dòng)的動(dòng)態(tài) 響應(yīng)結(jié)果，利用自動(dòng)控制原理的相關(guān)知識(shí)計(jì)算出上升時(shí)間、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間等階躍響應(yīng)指 標(biāo)，可以對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的工作性能進(jìn)行考核與評(píng)估，進(jìn)而為優(yōu)化勵(lì)磁系統(tǒng)的參數(shù)提供基礎(chǔ);另 一方面，上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)利用辨識(shí)得到的勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)據(jù)，代入電網(wǎng)進(jìn)行電力系統(tǒng)問(wèn)題的仿真 計(jì)算，可以監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)并預(yù)測(cè)電力系統(tǒng)運(yùn)行性能，從而為電網(wǎng)規(guī)劃和調(diào)度提供 依據(jù)。因此，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行辨識(shí)試驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù) 辨識(shí)是一項(xiàng)非常重要的工作。
[0003] 目前對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)研究已較為完善，在電力系統(tǒng)分析中可以列出模型結(jié)構(gòu)， 只是不清楚模型中的具體參數(shù)，即勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)屬于典型的"灰箱"問(wèn)題。一般來(lái)講，勵(lì) 磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)的步驟如下:首先，在停機(jī)的狀態(tài)下，給待辨識(shí)的真實(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)施加人為的 階躍信號(hào)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，獲取真實(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)的相應(yīng)數(shù)據(jù);然后，根據(jù)待辨識(shí)的真實(shí)勵(lì)磁系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行仿真模型的搭建;最后，利用所述真實(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)的相應(yīng)數(shù)據(jù)，應(yīng)用系統(tǒng)辨識(shí)的基 本原理，獲取模型參數(shù)來(lái)估計(jì)真實(shí)系統(tǒng)的等效模型。在參數(shù)辨識(shí)工作結(jié)束后，還應(yīng)對(duì)仿真模 型進(jìn)行參數(shù)校核與誤差分析，仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果的誤差需在DL/T1167-2012《同 步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)建模導(dǎo)則》（以下簡(jiǎn)稱《導(dǎo)則》)規(guī)定的允許范圍內(nèi)。
[0004] 有關(guān)參數(shù)辨識(shí)理論的研究已較為深入，但這些理論較為復(fù)雜，目前還沒(méi)有大范圍 應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)際中。在實(shí)際勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)工作中，傳統(tǒng)人工辨識(shí)方法的做法是:選定一 組系統(tǒng)參數(shù)，其仿真數(shù)據(jù)輸出結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果的誤差在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍之內(nèi)，即認(rèn)為 該組參數(shù)可以代表機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)實(shí)際參數(shù)。這種參數(shù)辨識(shí)方法比較簡(jiǎn)單且易操作，在很長(zhǎng) 一段時(shí)間內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。
[0005]但是傳統(tǒng)人工辨識(shí)方法存在著一定的缺陷。一方面，從給定待辨識(shí)參數(shù)初值到根 據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行參數(shù)調(diào)整的過(guò)程主要根據(jù)工作人員的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)資深專家的依賴性較 強(qiáng)，缺乏經(jīng)驗(yàn)的新員工很難根據(jù)仿真輸出結(jié)果判斷應(yīng)該增加或減小哪個(gè)參數(shù);另一方面，當(dāng) 一組參數(shù)調(diào)整到輸出符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的誤差時(shí)，即認(rèn)為該組參數(shù)已能代表機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的實(shí) 際參數(shù)，但該組參數(shù)只是參數(shù)解集簇中的一個(gè)解，該解不一定是最優(yōu)解，可能存在另一組參 數(shù)可以使仿真誤差更小。如何在參數(shù)解集簇中找到最優(yōu)解，是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。
[0006]系統(tǒng)辨識(shí)的實(shí)質(zhì)為數(shù)據(jù)擬合的優(yōu)化，其原理如圖1所示。其中，Mr為待辨識(shí)系統(tǒng)真 實(shí)模型,M1為待辨識(shí)系統(tǒng)仿真模型。撕和此在相同的激勵(lì)信號(hào)X的作用下，分別產(chǎn)生真實(shí)輸出 信號(hào)Yr和仿真輸出信號(hào)￥:，這兩者之間誤差為e。規(guī)定等價(jià)標(biāo)準(zhǔn)J，參數(shù)辨識(shí)就是通過(guò)特定的 辨識(shí)算法的計(jì)算，修正模型參數(shù)Θ，使誤差e小于等價(jià)標(biāo)準(zhǔn)J，0即可認(rèn)為是模型的真實(shí)參數(shù)。 在滿足等價(jià)標(biāo)準(zhǔn)J的所有Θ簇中，使誤差e最小的模型參數(shù)Qe3是參數(shù)辨識(shí)的最優(yōu)解。如何快速 準(zhǔn)確地找到最優(yōu)解是參數(shù)辨識(shí)理論的主要內(nèi)容。
[0007] 根據(jù)辨識(shí)理論，辨識(shí)算法可分為經(jīng)典傳統(tǒng)辨識(shí)算法和現(xiàn)代智能辨識(shí)算法兩類。經(jīng) 典辨識(shí)算法又分為時(shí)域辨識(shí)算法與頻域辨識(shí)算法兩大類。時(shí)域辨識(shí)算法包括最小二乘法、 狀態(tài)濾波法、矩形脈沖函數(shù)法、分段線性多項(xiàng)式函數(shù)法等;頻域辨識(shí)算法包括快速傅里葉變 換法、頻率響應(yīng)法等；智能辨識(shí)算法包括粒子群算法、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、禁忌算法 等。總體來(lái)說(shuō)，智能辨識(shí)算法在速度和精度兩方面對(duì)經(jīng)典辨識(shí)算法進(jìn)行了不同程度的改進(jìn)， 但是速度和精度兩方面本身是矛盾的，若要追求高精度必然要犧牲速度為代價(jià)，因此需要 對(duì)算法進(jìn)行優(yōu)化，在可接受的精度范圍內(nèi)盡量提高辨識(shí)速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法，其能夠在同步發(fā) 電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的參數(shù)解集簇中找到最優(yōu)解，并且在可接受的精度范圍內(nèi)盡量提高辨識(shí)速 度。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法，該方 法用于輸出同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的參數(shù)Θ的最優(yōu)解，包括步驟:構(gòu)建所述同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系 統(tǒng)的勵(lì)磁系統(tǒng)仿真模型M 1;確定等價(jià)標(biāo)準(zhǔn)J;對(duì)所述同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)以信號(hào)X作為擾動(dòng) 信號(hào)進(jìn)行擾動(dòng)試驗(yàn)，獲取各真實(shí)響應(yīng)指標(biāo)YRi ;還包括步驟:確定各真實(shí)響應(yīng)指標(biāo)YRi對(duì)應(yīng)的 權(quán)重Wi，其中Σ1 = 1;以及
[0010] S1、對(duì)所述參數(shù)Θ的值進(jìn)行選取，將該參數(shù)Θ的值代入所述勵(lì)磁系統(tǒng)仿真模型M1，并 對(duì)該勵(lì)磁系統(tǒng)仿真模型此以所述信號(hào)X作為擾動(dòng)信號(hào)進(jìn)行擾動(dòng)試驗(yàn)，獲取各仿真響應(yīng)指標(biāo) Yii;
[0011] S2、計(jì)算各仿真響應(yīng)指標(biāo)Yii與各真實(shí)響應(yīng)指標(biāo)YRi之間的誤差ei，若該誤差ei滿足 等價(jià)標(biāo)準(zhǔn)J，則進(jìn)入步驟S3，否則返回步驟Sl;
[0012] S3、基于所述權(quán)重Wi計(jì)算所述誤差ei的加權(quán)值ew，其中ew= Σθ? · Wi;若該ew為最小 值ew min，則進(jìn)入步驟S4，否則返回步驟SI;
[0013] S4、將所述參數(shù)Θ的值作為最優(yōu)解輸出；
[0014]其中，各真實(shí)響應(yīng)指標(biāo)YRi與各仿真響應(yīng)指標(biāo)Yn的數(shù)量均為N，i = l，2……N。
[0015] 本發(fā)明所述的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法的構(gòu)思是，利用導(dǎo)則約束和最優(yōu) 解約束兩步判定來(lái)尋找參數(shù)Θ的最優(yōu)解;其中，導(dǎo)則約束用于使誤差&保持在可接受的精度 范圍內(nèi)；最優(yōu)解約束用于提高辨識(shí)速度。
[0016] 具體來(lái)說(shuō)，所述導(dǎo)則約束反映在步驟S2中，即用《導(dǎo)則》中的等價(jià)標(biāo)準(zhǔn)J來(lái)約束誤差 W，使之保持在可接受的精度范圍內(nèi)，從而平衡了精度和速度，優(yōu)化了算法;所述最優(yōu)解約 束反映在步驟S3中，即用加權(quán)法將N個(gè)誤差 ei統(tǒng)一用單個(gè)加權(quán)值ew進(jìn)行衡量，從而簡(jiǎn)化了算 法，提高了辨識(shí)速度，同時(shí)也方便了根據(jù)對(duì)各誤差&重要度的要求的不同而對(duì)其賦予相應(yīng) 的不同的權(quán)重W 1，從而很好地滿足了用戶的實(shí)際需求。
[0017] 在描述進(jìn)一步的技術(shù)方案前，下面對(duì)本發(fā)明涉及的概念和原理再作一些補(bǔ)充以幫 助理解本發(fā)明。
[0018] 關(guān)于最優(yōu)解概念：
[0019] 目前通常通過(guò)對(duì)比仿真模型與實(shí)際模型的階躍響應(yīng)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)的參數(shù) 辨識(shí)工作。根據(jù)自動(dòng)控制原理的有關(guān)知識(shí)，階躍響應(yīng)指標(biāo)主要包括上升時(shí)間、超調(diào)量、調(diào)節(jié) 時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、振蕩次數(shù)等。根據(jù)《導(dǎo)則》，其中上升時(shí)間、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間這三項(xiàng)是必須 校核的項(xiàng)目，穩(wěn)定時(shí)間和振蕩次數(shù)是可選校核項(xiàng)目。在所述三個(gè)必須校核指標(biāo)中，上升時(shí)間 反映系統(tǒng)響應(yīng)初始階段的快慢，超調(diào)量反映系統(tǒng)響應(yīng)過(guò)程的平穩(wěn)性，穩(wěn)定時(shí)間反映過(guò)渡過(guò) 程持續(xù)時(shí)間，從總體上反映了系統(tǒng)的快速性。由此可見，這三個(gè)指標(biāo)分別從不同角度對(duì)階躍 響應(yīng)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。勵(lì)磁系統(tǒng)階躍響應(yīng)的這三項(xiàng)指標(biāo)在電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)中也有著不同的意義， 在電力系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，上升時(shí)間小的勵(lì)磁系統(tǒng)能較早感知并采取調(diào)整措施，超調(diào)量小的 勵(lì)磁系統(tǒng)能進(jìn)行平穩(wěn)調(diào)節(jié)以免對(duì)電網(wǎng)造成二次擾動(dòng)，調(diào)節(jié)時(shí)間小的勵(lì)磁系統(tǒng)則能盡快完成 勵(lì)磁調(diào)節(jié)過(guò)程。在進(jìn)行電力系統(tǒng)調(diào)度時(shí)，某個(gè)指標(biāo)的仿真值越準(zhǔn)確，電網(wǎng)整體調(diào)節(jié)效果越會(huì) 偏向相應(yīng)指標(biāo)。因此，當(dāng)追求不同調(diào)節(jié)效果時(shí)，系統(tǒng)參數(shù)的最優(yōu)解也必然不同。統(tǒng)計(jì)學(xué)認(rèn)為， 在計(jì)算若干個(gè)數(shù)量的平均數(shù)等指標(biāo)時(shí)，為了考慮到每個(gè)數(shù)量在總量中所具有的重要性不同 可以給予