基于拋載試驗(yàn)和在線時(shí)域測(cè)試的同步發(fā)電機(jī)參數(shù)辨識(shí)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(duì)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(jì),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(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)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(shí)仍然是一個(gè)頗具挑戰(zhàn)性的課題。拋載試驗(yàn)和在線時(shí)域測(cè)試法與現(xiàn)有的其它方法相比有很多優(yōu)點(diǎn),因而近年來(lái)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(cè)試的方法中,至今已有的研究還存在不足和缺點(diǎn)。對(duì)于拋載試驗(yàn)而言,在有測(cè)量噪聲時(shí),圖形法難以被應(yīng)用,而測(cè)量噪聲是任何測(cè)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(cè)量噪聲時(shí)也可能導(dǎo)致較大的估計(jì)誤差。在拋載試驗(yàn)下,由于計(jì)算需要,經(jīng)常要在基于時(shí)間常數(shù)的運(yùn)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(jì)算公式,但并沒(méi)有提到轉(zhuǎn)換中由于誤差傳遞造成的參數(shù)誤差問(wèn)題,實(shí)際

3、上,還沒(méi)有任何文獻(xiàn)對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行過(guò)研究。對(duì)于在線時(shí)域測(cè)試法而言,大多數(shù)現(xiàn)有的研究沒(méi)有考慮飽和在擾動(dòng)過(guò)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(shí),但已有的辨識(shí)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(jì)方法。
　　 本論文主要針對(duì)測(cè)量噪聲對(duì)參數(shù)估計(jì)結(jié)果的影響、模型參數(shù)轉(zhuǎn)換中的誤差問(wèn)題及其解決方案、磁路飽和在擾動(dòng)過(guò)程中的非線性影響,以及三階模型的非線性特點(diǎn),基于拋載試驗(yàn)和在線時(shí)域測(cè)試方法,對(duì)同步

4、發(fā)電機(jī)的辨識(shí)模型和參數(shù)估計(jì)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(jì)的精度和估計(jì)中的抗噪聲能力。
　　 論文提出了一種在d軸拋載試驗(yàn)條件下估計(jì)同步發(fā)電機(jī)d軸同步電感和時(shí)間常數(shù)等參數(shù)的新方法。該方法的本質(zhì)是同時(shí)辨識(shí)兩個(gè)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(shí)基于時(shí)問(wèn)常數(shù)的運(yùn)算電感模型。首先,利用q軸電壓、磁場(chǎng)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(cè)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(jì)算d軸參數(shù)。算例的大量測(cè)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(jì)性能。
　　 論文直接引入上述辨識(shí)單輸入單輸出傳遞函數(shù)的方法,在q軸拋載試驗(yàn)條件下,對(duì)同步發(fā)電機(jī)的q軸同步電感和時(shí)間常數(shù)也進(jìn)行了估計(jì)。該方法實(shí)質(zhì)上是辨識(shí)q軸運(yùn)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(shí)得到的運(yùn)算電感模型來(lái)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(yàn)下,現(xiàn)有的研究或以辨識(shí)

6、運(yùn)算電感模型的參數(shù)為目的,或以辨識(shí)等值電路參數(shù)為目的,但沒(méi)有探討兩類參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。當(dāng)辨識(shí)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(shí),必須進(jìn)行參數(shù)的轉(zhuǎn)換。對(duì)于d軸只有1個(gè)阻尼繞組并且運(yùn)算電感模型的參數(shù)已經(jīng)估計(jì)得到的情況,IEEE Std1110-2002標(biāo)準(zhǔn)建議采用解析公式直接計(jì)算等值電路參數(shù)。但是,由于辨識(shí)得到的運(yùn)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(méi)有文獻(xiàn)指出和研究過(guò)

7、這個(gè)問(wèn)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(jì)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(cè)誤差法對(duì)等值電路參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。數(shù)值仿真結(jié)果表明按解析公式直接計(jì)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(gè)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(gè)新的在線估計(jì)器

8、。該估計(jì)器被用來(lái)辨識(shí)磁場(chǎng)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(shí)的過(guò)程中不考慮飽和作用,會(huì)造成較大的估計(jì)誤差。大量噪聲樣本下的仿真結(jié)果表明提出的估計(jì)器既可以準(zhǔn)確的捕獲飽和在擾動(dòng)過(guò)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(gè)運(yùn)用平方根無(wú)跡卡爾曼濾波器(Square-root unscentedKalman filter,SRIJKF)來(lái)估計(jì)同步發(fā)電機(jī)參

9、數(shù)的方法。首先,從參數(shù)估計(jì)的角度,發(fā)展了一個(gè)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(duì)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(jì)。估計(jì)方法的基本特點(diǎn)是考慮模型的非線性。在測(cè)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(jì)的過(guò)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(jì)的狀態(tài)變量也與數(shù)值仿真得到的動(dòng)態(tài)響應(yīng)吻合。通過(guò)與常規(guī)的擴(kuò)展卡爾曼濾波(Extended Kalman filter,EKF)方法的仿真比較,