一种计及饱和特性的发电机实用参数辨识模型及其辨识方法技术

本发明专利技术涉及一种计及饱和特性的发电机实用参数辨识模型及其辨识方法，首先，运用Laplace变换，把发电机六阶实用时域模型方程组转换为频域模型方程组，对频域方程组进行代数变换，消去不可观测量e′

A practical parameter identification model and method of generator Considering Saturation Characteristics

【技术实现步骤摘要】
一种计及饱和特性的发电机实用参数辨识模型及其辨识方法
本专利技术涉及发电机实用参数辨识精度领域，特别是一种计及饱和特性的发电机实用参数辨识模型及其辨识方法。
技术介绍
我国正加快推进电力系统精细化建模工作，其中励磁调速系统及PSS参数入库工作正逐年完善，但同步发电机参数仍采用铭牌参数进行仿真计算。发电机模型参数的准确性是导致电力系统时域仿真结果与实际情况偏差的重要因素，将直接影响到系统的隐患排查、事故复现、安全稳定和规划设计。近年来，利用同步相量量测装置PMU(PhasorMeasurementUnit)实现电力系统模型参数在线辨识成为重要的研究方向，其具备测量发电机实时状态变量的特点，可实现发电机自身与电网、励磁和调速系统解耦，有利于优化辨识策略，且量测到的系统扰动数据计及发电机真实运行工况，具有较高的可信度。在实用模型不可观测量及导数项的处理方面，国内学者提出了适用于甩负荷试验的时频变换处理方法，将实用模型的微分方程组变换为积分方程，并消去中间变量，构建仅含有可观测电气量与待辨识参数的方程，避免中间变量反复迭代的误差。其中，提出的励磁感应电动势ef修正方法，计及了发电机饱和特性对参数辨识精度的影响。但该方法需使用励磁电流和电枢电流合成值If∑，由于扰动时电枢电流突变，矢量叠加合成的If∑实时值在突变瞬间存在误差，影响辨识精度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种计及饱和特性的发电机实用参数辨识模型及其辨识方法，用参数辨识模型为dq解耦方程，降低参数辨识的维度，且避免对不可观测状态变量反复迭代的计算过程，提高辨识的快速性。本专利技术采用以下方案实现：一种计及饱和特性的发电机实用参数辨识模型，具体为：式中，Xq,X′q,X″q,T′q0,T″q0分别为交轴同步电抗、交轴暂态和次暂态电抗、交轴暂态和次暂态开路时间常数；Xd,X′d,X″d,T′d0,T″d0分别为直轴同步电抗、直轴暂态和次暂态电抗、直轴暂态和次暂态开路时间常数；所述Xq,X′q,X″q,T′q0,T″q0和所述Xd,X′d,X″d,T′d0,T″d0均为辨识参数；Xl为定子漏抗；id,iq分别为发电机机端电流在d、q轴分量；ef为励磁感应电动势；令式中，ud0,uq0,id0,iq0为扰动发生前发电机机端稳态电压电流在d、q轴分量；令k3＝1+Sd，Sd,Sq分别为d、q轴饱和因数。进一步地，本专利技术还提供一种基于计及饱和特性的发电机实用参数辨识模型的建立方法，包括以下步骤：步骤S1：利用Laplace变换，将发电机六阶实用时域模型方程组转换为频域模型方程组，并对频域方程组进行代数变换，消去不可观测量e′q,e″q,e′q0,e″q0,e′d,e″d,e′d0,e″d0；步骤S2：对步骤S1中消去不可观测量得到后的方程组进行Laplace反变换，转换为以积分形式表示的消去不可观测量的计及饱和特性的发电机实用参数辨识模型。进一步地，所述步骤S1具体包括以下内容：忽略定子绕组的电磁暂态过程和电枢电阻Ra，计及励磁绕组f、转子d、q轴的瞬变过程和发电机饱和特性，考虑饱和特性影响的同步发电机六阶实用模型为：式中，Xq,X′q,X″q,T′q0,T″q0分别为交轴同步电抗、交轴暂态和次暂态电抗、交轴暂态和次暂态开路时间常数；Xd,X′d,X″d,T′d0,T″d0分别为直轴同步电抗、直轴暂态和次暂态电抗、直轴暂态和次暂态开路时间常数；所述Xq,X′q,X″q,T′q0,T″q0和所述Xd,X′d,X″d,T″d0,T″d0均为辨识参数；Xl为定子漏抗；ud,id,uq,iq分别为发电机机端电压电流在d、q轴分量；ef为励磁感应电动势；e′q,e″q,e′d,e″d分别为为发电机交、直轴暂态及次暂态电动势，均为状态变量；Sd,Sq分别为d、q轴饱和因数；δ,ω,TJ,Tm,Te,D依次为发电机功角、角速度、转动惯量、机械转矩、电磁转矩和阻尼系数；p为微分算子；令式(3)中p＝0，得发电机稳态方程令k1＝X′d-X″d,k4＝X′q-X″q,k6＝1+Sq，并将式(3)作Laplace变换，得式中，e′q0,e″q0,e′d0,e″d0分别为发电机交直轴暂态和次暂态电动势初始值；将式(5)方程组中第3式和第5式转换为e″q和e″d的表达式，为将式(6)代入式(5)方程组中的第4式和第6式，得将式(5)方程组中式1和式2转换为e″q和e″d的表达式，为同理，给出不计阻尼回路时的发电机暂态电动势e′q和e′d的表达式，为同理，将发电机交直轴暂态和次暂态电动势初始值e′q0,e″q0,e′d0,e″d0也用式(8)和式(9)表示；将e′q,e″q,e′q0,e″q0,e′d,e″d,e′d0,e″d0表达式一并代入式(7)。进一步地，所述步骤S2具体包括以下内容：令代入式(7)，最后对公式(7)作Laplace反变换，消去不可观测量e′q,e″q,e′q0,e″q0,e′d,e″d,e′d0,e″d0，得式中，ud0,uq0,id0,iq0分别为扰动发生前发电机机端稳态电压电流在d、q轴分量；式(10)～式(11)便是计及饱和特性的发电机实用参数辨识模型。进一步地，本专利技术还提供一种计及饱和特性的发电机实用参数辨识模型的辨识方法，首先，将所述辨识模型离散化，构造以dq轴电流计算值与实测值差值最小为目标的优化函数；然后，在优化函数的基础上所述辨识方法包括以下步骤：步骤SA：对同步相量量测装置PMU量测数据进行标幺化；步骤SB：将步骤SA中处理后的量测数据代入式(4)求解稳态参数；步骤SC：提供厂家的发电机铭牌参数作为辨识参数初值；步骤SD：将稳态参数Xd,Xq代入式(12)～式(13)，采用遗传算法求解得到dq轴的暂态及次暂态参数；步骤SE：若发电机参数辨识模型输出的dq轴电流值和实际电流值差值满足误差2.5％要求，则迭代结束，输出本次发电机dq轴的暂态及次暂态参数；若不满足要求，则进行下一次迭代，重复步骤SD。进一步的，将所述辨识模型离散化，构造以dq轴电流计算值与实测值差值最小为目标的优化函数；具体包括以下内容：对式(1)～式(2)离散化，以dq轴电流的拟合值和实测值差值最小作为寻优目标值构建函数，并设定辨识的边界条件，表示为：其中，tn表示第n个采样时刻；N为总采样点数；含有下标c的参数为厂家给定参数值；边界条件限制辨识参数X′q,X″q,T′q0,T″q0,X′d,X″d,T′d0,T″d0在厂家给定参数的0.7倍到1.3倍范围内。与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：(1)本专利技术的实用参数辨识模型为dq解耦方程，降低参数辨识的维度，且避免对不可观测状态变量反复迭代的计算过程，提高辨识本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计及饱和特性的发电机实用参数辨识模型，其特征在于：具体为：/n

【技术特征摘要】
1.一种计及饱和特性的发电机实用参数辨识模型，其特征在于：具体为：






式中，Xq,X′q,X″q,T′q0,T″q0分别为交轴同步电抗、交轴暂态和次暂态电抗、交轴暂态和次暂态开路时间常数；Xd,X′d,X″d,T′d0,T″d0分别为直轴同步电抗、直轴暂态和次暂态电抗、直轴暂态和次暂态开路时间常数；所述Xq,X′q,X″q,T′q0,T″q0和所述Xd,X′d,X″d,T′d0,T″d0均为辨识参数；Xl为定子漏抗；id,iq分别为发电机机端电流在d、q轴分量；ef为励磁感应电动势；令式中，ud0,uq0,id0,iq0为扰动发生前发电机机端稳态电压电流在d、q轴分量；令k3＝1+Sd，k6＝1+Sq；Sd,Sq分别为d、q轴饱和因数。


2.一种根据权利要求1所述的计及饱和特性的发电机实用参数辨识模型的建立方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：利用Laplace变换，将发电机六阶实用时域模型方程组转换为频域模型方程组，并对频域方程组进行代数变换，消去不可观测量e′q,e″q,e′q0,e″q0,e′d,e″d,e′d0,e″d0；
步骤S2：对步骤S1中消去不可观测量得到后的方程组进行Laplace反变换，转换为以积分形式表示的消去不可观测量的计及饱和特性的发电机实用参数辨识模型。


3.根据权利要求2所述的一种计及饱和特性的发电机实用参数辨识模型的建立方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下内容：
忽略定子绕组的电磁暂态过程和电枢电阻Ra；计及励磁绕组f、转子d、q轴的瞬变过程和发电机饱和特性；考虑饱和特性影响的同步发电机六阶实用模型为：



式中，Xq,X′q,X″q,T′q0,T″q0分别为交轴同步电抗、交轴暂态和次暂态电抗、交轴暂态和次暂态开路时间常数；Xd,X′d,X″d,T′d0,T″d0分别为直轴同步电抗、直轴暂态和次暂态电抗、直轴暂态和次暂态开路时间常数；所述Xq,X′q,X″q,T′q0,T″q0和所述Xd,X′d,X″d,T′d0,T″d0均为辨识参数；Xl为定子漏抗；ud,id,uq,iq分别为发电机机端电压电流在d、q轴分量；ef为励磁感应电动势；e′q,e″q,e′d,e″d分别为为发电机交、直轴暂态及次暂态电动势，均为状态变量；Sd,Sq分别为d、q轴饱和因数；δ,ω,TJ,Tm,Te,D依次为发电机功角、角速度、转动惯量、机械转矩、电磁转矩和阻尼系数；p为微分算子；
令式(3)中p＝0，得发电机稳态方程



令k1＝X′d-X″d,k4＝X′q-X″q,k6＝1+Sq，并将式(3)作Laplace变换，得



式中，e′q0,e″q0,e′d0,e″d0分别为发电机交直轴暂态和次暂态电动势初始值；
将式(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟骏，刘智煖，蔡冰君，黄霆，方日升，张永树，林芳，苏清梅，张慧瑜，陈伯建，王文坚，杜培，黄道姗，吴丹岳，陈绍君，林文彬，李兆祥，陈宁，钱敏慧，陈卫东，郁琛，王松岩，胡晓燕，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司电力科学研究院，国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35