一种发电机惯量在线辨识方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种发电机惯量在线辨识方法及系统，包括：获取多个发电机的原始量测数据得到输入数据集合；采用基于摇摆方程的惯量估计方法对预设大扰动数据进行惯量辨识，得到第一有效惯量估计结果；采用基于系统传递函数辨识的惯量估计方法对预设类噪声数据进行惯量辨识，得到第二有效惯量估计结果；由第一有效惯量估计结果对第二有效惯量估计结果进行处理，得到任一发电机连续惯量估计结果，并获得系统中所有发电机的惯量在线监测结果。本发明专利技术通过根据不同扰动类型数据提出对应的惯量估计方法，形成全工况下的发电机惯量监测体系，达到了充分利用PMU量测数据中包含的动态信息的目的，为提升系统频率稳定提供重要基础。

【技术实现步骤摘要】
一种发电机惯量在线辨识方法及系统
本专利技术涉及电力
，尤其涉及一种发电机惯量在线辨识方法及系统。
技术介绍
随着电力系统的发展，世界范围内相继发生了多起大停电事故。然而，由于现代电力系统经历了重大变革，可再生能源发电、储能系统、高压直流输电等电力电子接口设备广泛接入到电力系统中，其功率-频率解耦特性使其不具有固有惯量。因此，当变流器接口发电设备逐渐替代系统原有的传统同步发电机组，系统的总惯量减小，恶化了有功功率扰动下频率动态特性。考虑到系统惯量的时变性和组成成分的复杂性，现有研究主要集中在估计系统等效惯量上。估计的方法主要包括：基于大扰动的方法通过摇摆方程、机电传播理论或机电振荡过程等方法建立系统发生大扰动后的频率动态和有功功率偏差之间的关系，获取系统惯量参数；为了最小化估计过程对系统安全的影响，提出的基于小扰动的方法，通过给系统注入微小扰动以闭环辨识的方法识别具有复杂成分的电力系统等效惯量；而基于类噪声数据的惯量估计可以实现在线连续监测系统惯量。实际上，同步发电机惯量是系统总惯量的主要组成成分。而考虑通过高压直流互联的区域系统在线路闭锁时孤岛运行的故障情况，此时区域系统的有效惯量不同于与其他系统互联时的惯量。但是只有真实的有效惯量才能准确反映直流线路闭锁而产生有功功率缺额情况下的孤岛系统维持频率稳定的能力。对系统惯量的直接估计不适用于该种场景，会导致过高估计该区域系统惯量的后果。
技术实现思路
本专利技术提供一种发电机惯量在线辨识方法及系统，用以解决现有技术中存在的缺陷。第一方面，本专利技术提供一种发电机惯量在线辨识方法，包括：获取多个发电机的原始量测数据，基于所述原始量测数据得到输入数据集合；根据设定的频率变化阈值将所述输入数据集合划分为预设大扰动数据和预设类噪声数据；采用基于摇摆方程的惯量估计方法对所述预设大扰动数据进行惯量辨识，得到第一有效惯量估计结果；采用基于系统传递函数辨识的惯量估计方法对所述预设类噪声数据进行惯量辨识，得到第二有效惯量估计结果；由所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行处理，得到任一发电机连续惯量估计结果；基于所述任一发电机连续惯量估计结果获得系统中所有发电机的惯量在线监测结果，并将所述惯量在线监测结果应用于系统频率特性分析和频率稳定控制。在一个实施例中，所述获取多个发电机的原始量测数据，基于所述原始量测数据得到输入数据集合，具体包括：从PMU中获取系统频率和发电机端口有功功率；对所述系统频率和所述发电机端口有功功率进行预处理，得到系统频率变化数据和发电机有功功率变化数据；其中，所述系统频率变化数据表示所述系统频率与额定频率的差值，所述发电机端口有功功率表示所述发电机端口有功功率与采样初始时刻有功功率的差值。在一个实施例中，所述根据设定的频率变化阈值将所述输入数据集合划分为预设大扰动数据和预设类噪声数据，具体包括：获取所述设定的频率变化阈值；将大于等于所述频率变化阈值的所述输入数据集合划分为所述预设大扰动数据；将小于所述频率变化阈值的所述输入数据集合划分为所述预设类噪声数据。在一个实施例中，所述采用基于摇摆方程的惯量估计方法对所述预设大扰动数据进行惯量辨识，得到第一有效惯量估计结果，具体包括：确定任一时刻的发电机端口机械功率、发电机端口有功功率和系统频率变化率；基于所述发电机端口机械功率、所述发电机端口有功功率和所述系统频率变化率得到所述摇摆方程；设定所述发电机端口机械功率在包括扰动发生时刻的预设时间段内不产生变化，得到所述发电机端口机械功率等于所述发电机端口有功功率；获取最大系统频率变化率对应的时刻为扰动发生时刻，获取扰动发生时刻后第一采样时刻和扰动发生时刻前最后采样时刻，将所述扰动发生时刻后第一采样时刻和所述扰动发生时刻前最后采样时刻发电机端有功功率代入所述摇摆方程；由所述扰动发生时刻确定对应的系统频率变化和发电机有功功率变化，得到所述第一有效惯量估计结果。在一个实施例中，所述采用基于系统传递函数辨识的惯量估计方法对所述预设类噪声数据进行惯量辨识，得到第二有效惯量估计结果，具体包括：根据时域内的摇摆方程转换为包括发电机阻尼系数的频域传递函数，得到系统在有功功率扰动下，运用传递函数表征发电机频率变化与功率变化的关系，以及系统传递函数辨识工具箱辨识系统输入输出之间的传递函数；将所述系统频率变化数据和所述发电机有功功率变化数据按照预设窗口长度进行取值后输入至所述系统传递函数辨识工具箱，得到发电机频率调节系统传递函数；计算所述发电机频率调节系统传递函数的冲激响应初值，得到发电机惯量值；以预设步长移动所述预设窗口长度，依次得到多个窗口分别对应的多个发电机惯量值；剔除所述多个发电机惯量值中的离群值，并提取剔除后的发电机惯量值的平均值作为所述第二有效惯量估计结果。在一个实施例中，所述由所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行处理，得到任一发电机连续惯量估计结果，具体包括：基于所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行校正，得到所述任一发电机连续惯量估计结果。在一个实施例中，所述基于所述任一发电机连续惯量估计结果获得系统中所有发电机的惯量在线监测结果，并将所述惯量在线监测结果应用于系统频率特性分析和频率稳定控制，具体包括：获取任一发电机容量，将所述任一发电机容量和所述任一发电机连续惯量估计结果进行加权求和，得到所述所有发电机的惯量在线监测结果；由所述所有发电机的惯量在线监测结果和系统总容量，获取系统等值惯量常数。第二方面，本专利技术还提供一种发电机惯量在线辨识系统，包括：获取模块，用于获取多个发电机的原始量测数据，基于所述原始量测数据得到输入数据集合；分类模块，用于根据设定的频率变化阈值将所述输入数据集合划分为预设大扰动数据和预设类噪声数据；第一处理模块，用于采用基于摇摆方程的惯量估计方法对所述预设大扰动数据进行惯量辨识，得到第一有效惯量估计结果；第二处理模块，用于采用基于系统传递函数辨识的惯量估计方法对所述预设类噪声数据进行惯量辨识，得到第二有效惯量估计结果；第三处理模块，用于由所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行处理，得到任一发电机连续惯量估计结果；第四处理模块，用于基于所述任一发电机连续惯量估计结果获得系统中所有发电机的惯量在线监测结果，并将所述惯量在线监测结果应用于系统频率特性分析和频率稳定控制。第三方面，本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述发电机惯量在线辨识方法的步骤。第四方面，本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述发电机惯量在线辨识方法的步骤。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发电机惯量在线辨识方法，其特征在于，包括：/n获取多个发电机的原始量测数据，基于所述原始量测数据得到输入数据集合；/n根据设定的频率变化阈值将所述输入数据集合划分为预设大扰动数据和预设类噪声数据；/n采用基于摇摆方程的惯量估计方法对所述预设大扰动数据进行惯量辨识，得到第一有效惯量估计结果；/n采用基于系统传递函数辨识的惯量估计方法对所述预设类噪声数据进行惯量辨识，得到第二有效惯量估计结果；/n由所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行处理，得到任一发电机连续惯量估计结果；/n基于所述任一发电机连续惯量估计结果获得系统中所有发电机的惯量在线监测结果，并将所述惯量在线监测结果应用于系统频率特性分析和频率稳定控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种发电机惯量在线辨识方法，其特征在于，包括：
获取多个发电机的原始量测数据，基于所述原始量测数据得到输入数据集合；
根据设定的频率变化阈值将所述输入数据集合划分为预设大扰动数据和预设类噪声数据；
采用基于摇摆方程的惯量估计方法对所述预设大扰动数据进行惯量辨识，得到第一有效惯量估计结果；
采用基于系统传递函数辨识的惯量估计方法对所述预设类噪声数据进行惯量辨识，得到第二有效惯量估计结果；
由所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行处理，得到任一发电机连续惯量估计结果；
基于所述任一发电机连续惯量估计结果获得系统中所有发电机的惯量在线监测结果，并将所述惯量在线监测结果应用于系统频率特性分析和频率稳定控制。


2.根据权利要求1所述的发电机惯量在线辨识方法，其特征在于，所述获取多个发电机的原始量测数据，基于所述原始量测数据得到输入数据集合，具体包括：
从PMU中获取系统频率和发电机端口有功功率；
对所述系统频率和所述发电机端口有功功率进行预处理，得到系统频率变化数据和发电机有功功率变化数据；
其中，所述系统频率变化数据表示所述系统频率与额定频率的差值，所述发电机端口有功功率表示所述发电机端口有功功率与采样初始时刻有功功率的差值。


3.根据权利要求1所述的发电机惯量在线辨识方法，其特征在于，所述根据设定的频率变化阈值将所述输入数据集合划分为预设大扰动数据和预设类噪声数据，具体包括：
获取所述设定的频率变化阈值；
将大于等于所述频率变化阈值的所述输入数据集合划分为所述预设大扰动数据；
将小于所述频率变化阈值的所述输入数据集合划分为所述预设类噪声数据。


4.根据权利要求1所述的发电机惯量在线辨识方法，其特征在于，所述采用基于摇摆方程的惯量估计方法对所述预设大扰动数据进行惯量辨识，得到第一有效惯量估计结果，具体包括：
确定任一时刻的发电机端口机械功率、发电机端口有功功率和系统频率变化率；
基于所述发电机端口机械功率、所述发电机端口有功功率和所述系统频率变化率得到所述摇摆方程；
设定所述发电机端口机械功率在包括扰动发生时刻的预设时间段内不产生变化，得到所述发电机端口机械功率等于所述发电机端口有功功率；
获取最大系统频率变化率对应的时刻为扰动发生时刻，获取扰动发生时刻后第一采样时刻和扰动发生时刻前最后采样时刻，将所述扰动发生时刻后第一采样时刻和所述扰动发生时刻前最后采样时刻发电机端有功功率代入所述摇摆方程；
由所述扰动发生时刻确定对应的系统频率变化和发电机有功功率变化，得到所述第一有效惯量估计结果。


5.根据权利要求2所述的发电机惯量在线辨识方法，其特征在于，所述采用基于系统传递函数辨识的惯量估计方法对所述预设类噪声数据进行惯量辨识，得到第二有效惯量估计结果，具体包括：
根据时域内的摇摆方程转换为包括发电机阻尼...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶洪波，陈雪梅，谢伟，陆超，崔勇，吴沛萱，凌晓波，顾军，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31