一种发电机参数辨识方法技术

本发明专利技术涉及一种发电机参数辨识方法，其特征在于包括以下步骤：(1)根据所要辨识的同步电机系统，建立同步电机模型，获取待辨识信号并计算出该待辨识信号的直流分量的衰减时间常数；(2)采用水循环算法，基于建立的同步电机模型，对获取的待辨识信号中的其他参数进行辨识，得到同步电机参数辨识的最优结果。本发明专利技术具有很好的收敛性和较高的参数辨识精度，与采用遗传算法的参数辨识结果比较，该方法具有参数设置少、收敛性好和辨识误差小的优点，可以广泛应用于发电机参数辨识领域。

A Method of Generator Parameter Identification

【技术实现步骤摘要】
一种发电机参数辨识方法
本专利技术涉及一种发电机参数辨识方法，特别是关于一种基于水循环算法的同步发电机非线性模型参数辨识方法。
技术介绍
同步发电机是电力系统的重要设备，它的参数的准确性直接影响到电力系统分析计算、控制系统设计、稳定运行和控制。受多重因素影响，厂家提供的参数难以精确描述同步发电机的实际动态过程。现场工程实际中，主要通过三相突然短路试验来获得同步电机的瞬态参数。参数辨识是获取同步发电机参数的重要手段，常用的参数辨识方法有：最小二乘法、Prony(普罗尼)法和智能优化算法。最小二乘法对噪声非常敏感，容易陷入局部最优，参数辨识存在较大误差；Prony法对噪声非常敏感，且阶数确定困难，严重影响参数辨识精度。智能优化算法中遗传算法需要进行复制、交叉与变异操作，进化速度较慢，易出现早熟收敛，并且其性能对参数有较大的依赖性；粒子群优化算法容易陷入局部最优解，产生早熟现象，且优化性能对参数设置有较大的依赖。水循环算法(WaterCycleAlgorithm,WCA)受启发于大自然，是根据观察大自然水循环过程中水由江、河、湖泊流向海洋的过程，而提出的一种新型优化算法。该算法具有良好的收敛速度、收敛精度和稳定性，能很好地辨识出同步发电机非线性模型的参数。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种发电机参数辨识方法，基于水循环算法对同步发电机的参数进行辨识，具有很好的收敛性和较高的参数辨识精度。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种发电机参数辨识方法，其包括以下步骤：(1)根据所要辨识的同步电机系统，建立同步电机模型，获取待辨识信号并计算出待辨识信号的直流分量的衰减时间常数Ta；(2)采用水循环算法，基于建立的同步电机模型，对获取的待辨识信号的其他参数进行辨识，得到同步电机参数辨识的最优结果；所述其他参数包括纵轴超瞬态电抗x″d、横轴超瞬态电抗x″q、纵轴瞬态电抗x′d、纵轴超瞬态时间常数T″d、纵轴瞬态时间常数T′d、短路初相角φ0、同步电抗xd。进一步的，所述步骤(1)中，根据所要辨识的同步电机系统，建立同步电机模型，获取待辨识信号并计算待辨识信号的直流分量的衰减时间常数的方法，包括以下步骤：(1.1)分析所要辨识的同步电机系统，建立符合实际情况的同步电机模型，所述同步电机模型中包含待辨识的全部参数以及各待辨识参数的辨识范围；(1.2)获取所要辨识的同步电机系统发生三相突然短路时的短路电流信号作为待辨识信号；(1.3)根据获取的待辨识信号，计算得到其直流分量的衰减时间常数Ta。进一步的，所述步骤(1.3)中，计算待辨识参数的直流分量的衰减时间常数Ta的方法为：首先提取短路电流的上包络线和下包络线，计算包络线的和的一半，得到直流分量i0；其次对直流分量i0的绝对值取对数得到ln(|-i0|)；然后进行曲线拟合，得到直流分量的衰减时间常数Ta。进一步的，所述步骤(2)中，采用水循环算法，基于建立的同步电机模型，对获取的待辨识信号中的其他参数进行辨识，得到同步电机参数辨识的最优结果的方法，包括以下步骤：(2.1)确定代价函数计算公式；(2.2)设定水循环算法控制参数，包括降雨层个数Npop，河流和海洋总数Nsr，极小值初始值dmax、水循环算法最大迭代次数T，优化参数个数Nvar，并根据厂家提供参数或经验值为每个待辨识参数设定辨识范围；(2.3)随机生成初始种群，形成初始溪流、河流和海洋；(2.4)将溪流种群划分为多个溪流层作为模型参数分别输入到同步电机模型，计算同步电机模型发生三相突然短路时信号，并计算每个溪流层的代价函数值Ji；(2.5)比较每个溪流层代价函数的大小，选择最小的代价函数值Ji对应的溪流层作为海洋，选择N河个次小的代价函数值Ji对应的溪流层作为河流，并确定流向指定河流和海洋的溪流个数；(2.6)分别对溪流流向河流的位置、溪流流向海洋的位置以及河流流向海洋的位置进行更新，并根据更新后每个溪流、河流、海洋的代价函数值进行位置对换；(2.7)判断是否满足蒸发条件，如果满足则进入步骤(2.8)，否则进入步骤(2.9)；(2.8)根据河流和溪流是否足够接近海洋，采用不同的方式进行降雨过程，形成新的降水；(2.9)对当前次迭代的极小值进行更新；(2.10)判断是否达到最大迭代次数，如果是，则结束迭代，输出同步电机参数辨识的最优结果，否则，返回步骤(2.6)，直到迭代结束。进一步的，所述步骤(2.1)中，确定的代价函数计算公式为：式中：N为采集数据的个数；yi为实际系统输出的第i个采样值；为辨识参数模型输出的第i个采样值。进一步的，所述步骤(2.6)中，分别对溪流流向河流的位置、溪流流向海洋的位置以及河流流向海洋的位置进行更新，并根据更新后每个溪流、河流、海洋的代价函数值进行位置对换的方法，包括以下步骤：(2.6.1)分别对溪流流向河流的位置和溪流流向海洋的位置进行更新；式中：rand为0到1之间均匀分布的随机数；分别表示第i次迭代过程中，溪流、河流和海洋的当前位置；表示溪流新的位置；C为位置更新的系数；(2.6.2)将溪流新的位置作为模型参数输入到同步电机模型，计算该同步电机模型发生三相突然短路时信号，并根据步骤(2.1)计算每个溪流的代价函数值；若溪流的代价函数值小于河流的代价函数值，则河流和溪流的位置对换；若溪流的代价函数值小于海洋的代价函数值，则海洋和溪流的位置对换；(2.6.3)对河流流向海洋的位置进行更新，计算公式为：式中：rand为0到1之间均匀分布的随机数；分别表示第i次迭代过程中，河流和海洋的当前位置；表示河流的新的位置；C为位置更新的系数；(2.6.4)将河流新的位置作为模型参数输入到同步电机模型，计算该同步电机模型发生三相突然短路时信号，并计算每个河流的代价函数值；若河流的代价函数小于海洋的代价函数值，则海洋和河流的位置对换。进一步的，所述步骤(2.7)中，蒸发条件为：式中，和分别为第i次迭代过程中，海洋和河流的位置；i＝1，2，…，Nsr-1。进一步的，所述步骤(2.8)中，根据河流和溪流是否足够接近海洋，采用不同的方式进行降雨过程，形成新的降水的方法为：如果或者rand<0.1，i＝1，2，…，Nsr-1，则利用下式进行降雨过程，形成新的降水：式中：为新形成溪流的最新位置，UB和LB分别为变量的上、下边界，rand为0到1之间均匀分布的随机数；如果利用下式进行降雨过程，形成新的降水：式中：randn是正态分布的随机数；μ表示海洋附近搜索区域范围的系数。进一步的，所述步骤(2.9)中，极小值的更新公式为：式中：T为水循环算法最大迭代次数，第i次迭代过程中的极小值，为第i+1次迭代过程中的极小值。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术根据待辨识参数的不同，采用不同的方法对同步电机系统的参数进行辨识，根据同步电机发生三相突然短路的实际短路电流计算直流分量的衰减时间常数，计算结果更加准确。2、本专利技术采用水循环算法，基于建立的同步电机模型，对同步电机的除衰减时间常数外的其他参数进行辨识，具有很好的收敛性和较高的参数辨识精度，与采用遗传算法的参数辨识结果比较，该方法具有参数设置少、收敛性好和辨识误差小的优点。因此，本专利技术可以广泛应用于发电机参数辨识本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发电机参数辨识方法，其特征在于包括以下步骤：(1)根据所要辨识的同步电机系统，建立同步电机模型，获取待辨识信号并计算出待辨识信号的直流分量的衰减时间常数Ta；(2)采用水循环算法，基于建立的同步电机模型，对获取的待辨识信号的其他参数进行辨识，得到同步电机参数辨识的最优结果；所述其他参数包括纵轴超瞬态电抗x″d、横轴超瞬态电抗x″q、纵轴瞬态电抗x′d、纵轴超瞬态时间常数T″d、纵轴瞬态时间常数T′d、短路初相角φ0、同步电抗xd。

【技术特征摘要】
1.一种发电机参数辨识方法，其特征在于包括以下步骤：(1)根据所要辨识的同步电机系统，建立同步电机模型，获取待辨识信号并计算出待辨识信号的直流分量的衰减时间常数Ta；(2)采用水循环算法，基于建立的同步电机模型，对获取的待辨识信号的其他参数进行辨识，得到同步电机参数辨识的最优结果；所述其他参数包括纵轴超瞬态电抗x″d、横轴超瞬态电抗x″q、纵轴瞬态电抗x′d、纵轴超瞬态时间常数T″d、纵轴瞬态时间常数T′d、短路初相角φ0、同步电抗xd。2.如权利要求1所述的一种发电机参数辨识方法，其特征在于：所述步骤(1)中，根据所要辨识的同步电机系统，建立同步电机模型，获取待辨识信号并计算待辨识信号的直流分量的衰减时间常数的方法，包括以下步骤：(1.1)分析所要辨识的同步电机系统，建立符合实际情况的同步电机模型，所述同步电机模型中包含待辨识的全部参数以及各待辨识参数的辨识范围；(1.2)获取所要辨识的同步电机系统发生三相突然短路时的短路电流信号作为待辨识信号；(1.3)根据获取的待辨识信号，计算得到其直流分量的衰减时间常数Ta。3.如权利要求2所述的一种发电机参数辨识方法，其特征在于：所述步骤(1.3)中，计算待辨识参数的直流分量的衰减时间常数Ta的方法为：首先提取短路电流的上包络线和下包络线，计算包络线的和的一半，得到直流分量i0；其次对直流分量i0的绝对值取对数得到ln(|-i0|)；然后进行曲线拟合，得到直流分量的衰减时间常数Ta。4.如权利要求1所述的一种发电机参数辨识方法，其特征在于：所述步骤(2)中，采用水循环算法，基于建立的同步电机模型，对获取的待辨识信号中的其他参数进行辨识，得到同步电机参数辨识的最优结果的方法，包括以下步骤：(2.1)确定代价函数计算公式；(2.2)设定水循环算法控制参数，包括降雨层个数Npop，河流和海洋总数Nsr，极小值初始值dmax、水循环算法最大迭代次数T，优化参数个数Nvar，并根据厂家提供参数或经验值为每个待辨识参数x″d、x″q、x′d、T″d、T′d、φ0、xd设定辨识范围；(2.3)随机生成初始种群，形成初始溪流、河流和海洋；(2.4)将溪流种群划分为多个溪流层作为模型参数分别输入到同步电机模型，计算同步电机模型发生三相突然短路时信号，并计算每个溪流层的代价函数值Ji；(2.5)比较每个溪流层代价函数的大小，选择最小的代价函数值Ji对应的溪流层作为海洋，选择N河个次小的代价函数值Ji对应的溪流层作为河流，并确定流向指定河流和海洋的溪流个数；(2.6)分别对溪流流向河流的位置、溪流流向海洋的位置以及河流流向海洋的位置进行更新，并根据更新后每个溪流、河流、海洋的代价函数值进行位置对换；(2.7)判断是否满足蒸发条件，如果满足则进入步骤(2.8)，否则进入步骤(2.9)；(2.8)根据河流和溪流是否足...

【专利技术属性】
技术研发人员：安学利，付婧，郭曦龙，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11