一种基于广域量测信息的同步发电机在线参数辨识方法

摘要

本发明提出了一种基于广域量测信息的同步发电机在线参数辨识方法，基于同步发电机的Park模型，充分利用广域量测系统量测到的发电机机端电信号，通过构造龙比格Luenberger降维观测器对无法量测的转子阻尼绕组电流假想值进行实时估计，并在前述状态量估计的基础上，采用最小二乘交替迭代方法对同步发电机参数进行实时辨识。本发明充分考虑了发电机饱和等非线性环节的影响，且方法的原理明确，计算简单快速，适用于在线连续运行，参数辨识的速度及精度均较高。

主权项

一种基于广域量测信息的同步发电机在线参数辨识方法，其特征在于，所述在线参数辨识方法包括以下步骤：(1)采集同步发电机机端电信号的WAMS扰动曲线实测值，具体包括：发电机机端电压幅值和相角、机端电流幅值和相角、励磁电压和励磁电流幅值、发电机有功出力和无功出力、以及发电机转速；(2)构造龙比格Luenberger降维观测器对无法量测的转子阻尼绕组电流假想值进行实时估计，根据下式，利用所述同步发电机参数和上一步长的状态值为已知量递推当前值：$i_D(t+\mathrm{\Delta t})=(1-\frac{r_D{\omega }_B\mathrm{\Delta t}}{L_{\mathrm{AD}}+l_D})i_D\left(t\right)-\frac{L_{\mathrm{AD}}\mathrm{\Delta t}}{L_{\mathrm{AD}}+l_D}(i_d^{\prime }\left(t\right)+i_F^{\prime }\left(t\right))$$\begin{array}{c}{i}_Q(t+\mathrm{\Delta t})=[1-\frac{(L_{\mathrm{AQ}}+l_G)r_Q{\omega }_B\mathrm{\Delta t}}{(L_{\mathrm{AQ}}+l_Q)(L_{\mathrm{AQ}}+l_G)-L_{\mathrm{AQ}}^2}]i_Q\left(t\right)+\left[\frac{L_{\mathrm{AQ}}{r}_G{\omega }_B\mathrm{\Delta t}}{(L_{\mathrm{AQ}}+l_Q)(L_{\mathrm{AQ}}+l_G)-L_{\mathrm{AQ}}^2}\right]i_G\left(t\right)\\ -\left[\frac{L_{\mathrm{AQ}}{l}_G\mathrm{\Delta t}}{(L_{\mathrm{AQ}}+l_Q)(L_{\mathrm{AQ}}+l_G)-L_{\mathrm{AQ}}^2}\right]i_q^{\prime }\left(t\right)\end{array}$$\begin{array}{c}{i}_G(t+\mathrm{\Delta t})=[1-\frac{(L_{\mathrm{AQ}}+l_Q)r_G{\omega }_B\mathrm{\Delta t}}{(L_{\mathrm{AQ}}+l_Q)(L_{\mathrm{AQ}}+l_G)-L_{\mathrm{AQ}}^2}]i_G\left(t\right)+\left[\frac{L_{\mathrm{AQ}}{r}_Q{\omega }_B\mathrm{\Delta t}}{(L_{\mathrm{AQ}}+l_Q)(L_{\mathrm{AQ}}+l_G)-L_{\mathrm{AQ}}^2}\right]i_Q\left(t\right)\\ -\frac{L_{\mathrm{AQ}}\mathrm{\Delta t}}{(L_{\mathrm{AQ}}+l_G)}[\frac{L_{\mathrm{AQ}}{l}_G}{(L_{\mathrm{AQ}}+l_Q)(L_{\mathrm{AQ}}+l_G)-L_{\mathrm{AQ}}^2}-1]i_q^{\prime }\left(t\right)\end{array};$式中各参数的含义如下：L_AD：d轴励磁互感；L_AQ：q轴励磁互感；l_D：转子阻尼D绕组漏电感；l_G：转子阻尼G绕组漏电感；l_Q：转子阻尼Q绕组漏电感；r_D：转子阻尼D绕组等效电阻；r_G：转子阻尼G绕组等效电阻；r_Q：转子阻尼Q绕组等效电阻；ω_B：同步发电机同步角频率基准值，单位为弧度/秒；i_D：转子阻尼D绕组电流；i_G：转子阻尼G绕组电流；i_Q：转子阻尼Q绕组电流；i_q：q轴电流；t：上一时步的时刻值；Δt：时间步长；i'：电流i对时间的导数；(3)对待辨识的同步发电机采用包含三个定子绕组、一个励磁绕组及三个转子阻尼绕组的Park模型，经Park变换，磁链用电流表示，并标幺化后的同步发电机模型通过以下发电机Park方程表示：$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{v}_0\\ v_d\\ v_q\\ -v_F\\ -v_D\\ -v_G\\ -v_Q\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{ccccccc}r+3r_n& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& r& \omega (L_{\mathrm{AQ}}+l_q)& 0& 0& \omega L_{\mathrm{AQ}}& \omega L_{\mathrm{AQ}}\\ 0& -\omega (L_{\mathrm{AD}}+l_d)& r& -\omega L_{\mathrm{AD}}& -\omega L_{\mathrm{AD}}& 0& 0\\ 0& 0& 0& r_F& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& r_D& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& r_G& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& r_Q\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_0\\ i_d\\ i_q\\ i_F\\ i_D\\ i_G\\ i_G\end{array}\right]\\ -\frac{1}{{\omega }_B}\left[\begin{array}{ccccccc}{L}_0+3L_n& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& L_{\mathrm{AD}}+l_d& 0& L_{\mathrm{AD}}& L_{\mathrm{AD}}& 0& 0\\ 0& 0& L_{\mathrm{AQ}}+l_q& 0& 0& L_{\mathrm{AQ}}& L_{\mathrm{AQ}}\\ 0& L_{\mathrm{AD}}& 0& L_{\mathrm{AD}}+l_F& L_{\mathrm{AD}}& 0& 0\\ 0& L_{\mathrm{AD}}& 0& L_{\mathrm{AD}}& L_{\mathrm{AD}}+l_D& 0& 0\\ 0& 0& L_{\mathrm{AQ}}& 0& 0& L_{\mathrm{AQ}}+l_G& L_{\mathrm{AQ}}\\ 0& 0& L_{\mathrm{AQ}}& 0& 0& L_{\mathrm{AQ}}& L_{\mathrm{AQ}}+l_Q\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_0^{\prime }\\ i_d^{\prime }\\ i_q^{\prime }\\ i_F^{\prime }\\ i_D^{\prime }\\ i_G^{\prime }\\ i_Q^{\prime }\end{array}\right]\end{array}$式中各参数的意义如下：v₀：0轴电压；v_d：d轴电压；v_q：q轴电压；v_F：励磁绕组电压；v_D：转子阻尼D绕组电压；v_G：转子阻尼G绕组电压；v_Q：转子阻尼Q绕组电压；i₀：0轴电流；i_d：d轴电流；i_q：q轴电流；i_F：励磁绕组电流；i_D：转子阻尼D绕组电流；i_G：转子阻尼G绕组电流；i_Q：转子阻尼Q绕组电流；r：定子电阻；r_n：中性点等效电阻；ω：发电机同步角频率，单位为弧度/秒；ω_B：发电机同步角频率基准值，单位为弧度/秒；L_AD：d轴励磁互感；L_AQ：q轴励磁互感；L₀：零序等效电感；L_n：中性点等效电感；r_F：励磁绕组等效电阻；r_D：转子阻尼D绕组等效电阻；r_G：转子阻尼G绕组等效电阻；r_Q：转子阻尼Q绕组等效电阻；l_d：d轴漏电感；l_q：q轴漏电感；l_F：励磁绕组漏电感；l_D：转子阻尼D绕组漏电感；l_G：转子阻尼G绕组漏电感；l_Q：转子阻尼Q绕组漏电感；式中，除时间单位为秒、角频率单位为弧度/秒外，其它所有参数均为标么值，可辨识参数列表为p＝[r L_AD l_d r_F l_F r_D l_D L_AQ l_q r_G l_G r_Q l_Q]^T；(4)从上述可辨识参数列表中选择当前循环需要辨识的3个参数作为一组，通过对步骤(3)中所示的发电机Park方程进行线性变换，构造形如常规状态估计问题的发电机参数辨识模型，其中，表示当前循环待辨识的发电机参数向量、即状态量，表示待辨识参数经过辨识模型线性变换过程后的理论输出向量，所述理论输出向量中的所有元素均可通过外部量测直接获取，H为代表待辨识参数向量与理论输出向量之间线性关系的变换矩阵，z表示理论输出向量的实际测量值、即实测量，r为辨识模型中，理论输出向量与所述实测量z之间的残差向量；(5)采用最小二乘法对所述发电机参数辨识模型进行参数循环辨识，根据最小二乘法，残差向量r的二范数最小为当前循环的优化目标，当前循环中的同步发电机参数辨识结果用下式表示：x＝(H^TH)^‑1H^Tz对于尚未被辨识的参数，其初值采用发电机铭牌值；(6)以残差向量r的二范数小于一个设定的门限值作为收敛条件，判断当前辨识循环是否收敛，若当前循环不收敛，则重新选择一组、即3个待辨识的发电机参数，转向步骤(4)，进行新一轮辨识；若当前循环收敛，转向步骤(7)；(7)存储当前循环的参数辨识结果，并判断是否仍有未辨识的发电机参数，若仍有未辨识参数，则将当前循环的参数辨识结果作为后续辨识循环的已知量，转向步骤(4)，重新选择一组，即另外3个待辨识的发电机参数，进行下一轮辨识；若所有参数均已辨识完毕，转向步骤(8)；(8)保存并显示所有参数辨识结果，结束辨识过程。