一种同步发电机q轴参数在线辨识方法

摘要

本发明公开了一种利用PMU扰动数据对同步发电机q轴参数进行在线辨识的方法，辨识理论的推导过程如下：根据发电机五阶模型推得q轴参数辨识的误差目标函数，然后，针对某实际电网的机组求得目标函数对于q轴各个参数的相对灵敏度，进而根据不同机组参数灵敏度的特点，将机组分为两种类型，即A型和B型，且提出了辨识A型机组q轴参数的方法。本发明的辨识方法简单、耗时少，且提高了同步电抗的辨识精度。

主权项

1.一种同步发电机q轴参数在线辨识方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）、同步发电机参数辨识采用的是发电机五阶模型，此五阶模型计及了励磁绕组、阻尼绕组D、Q的作用以及转子动态，但忽略了定子d绕组、q绕组的电磁暂态过程，即定子电压方程中pΨ_d＝pΨ_q＝0；发电机五阶模型方程为公式（1）：$T_{d0}^{\prime }\frac{{\mathrm{dE}}_q^{\prime }}{\mathrm{dt}}=E_{\mathrm{fd}}-[E_q^{\prime }+(x_d-x_d^{\prime })I_d+(K_G-1)E_q^{\prime }]---\left(1\right),$$T_{d0}^{\prime \prime }\frac{{\mathrm{dE}}_q^{\prime \prime }}{\mathrm{dt}}=-E_q^{\prime \prime }-(x_d^{\prime }-x_d^{\prime \prime })I_d+E_q^{\prime }+T_{d0}^{\prime \prime }\frac{{\mathrm{dE}}_q^{\prime }}{\mathrm{dt}}]$$T_{q0}^{\prime \prime }\frac{{\mathrm{dE}}_d^{\prime \prime }}{\mathrm{dt}}=-E_d^{\prime \prime }+(x_q-x_q^{\prime \prime })I_q$$T_J\frac{\mathrm{d\omega }}{\mathrm{dt}}=\frac{P_T}{\omega }-({\psi }_d{I}_q-{\psi }_q{I}_d)-D(\omega -\overline{{\omega }_0})2\pi f_0$$\frac{\mathrm{d\delta }}{\mathrm{dt}}=(\omega -1)2\pi f_0$u_q＝E″_q-X″_dI_du_d＝E″_d+X″_qI_q（2）、对于发电机q轴参数辨识问题，取电压Ud作为输入量，电流Iq作为输出观测量；目标函数如下：$\min J\left(\theta \right)=\underset{i=1}{\overset{K}{\Sigma }}{[I_{\mathrm{qm}}\left(t_i\right)-I_{\mathrm{qc}}(\theta ,t_i)]}^2$$s.t.{\theta }_i\in [{\theta }_i^{\mathrm{Min}},{\theta }_i^{\mathrm{Max}}]$S_i(θ)≤0    （2），其中，θ为待辨识参数，即Xq、X″_q或T″_q0；K为采样点总数；t_i为采样时刻；I_qm(t_i)为t_i时刻时实际测量获得的q轴机端电流，I_qc(θ，t_i)是参数为θ时根据公式（1）计算所得的发电机q轴机端电流，待辨识参数满足上下界约束和其他特殊约束公式（2）表示为了根据测量的值求解辨识的q轴参数，也就是对于输入变量电压，有实际测量的电流输出值I_qm(t_i)，而根据公式（1）有输入变量时，也有个计算值I_qc(θ，t_i)，在满足公式（2）值实际测量的电流输出值I_qm(t_i)与计算值I_qc(θ，t_i)差值最小的情况下，根据公式（1）推算出待辨识的q轴参数；（3）、灵敏度是指随着模型待辨识q轴参数的变化，其输入输出特性变化的程度；目标函数对某q轴参数的灵敏度能反映该参数变化对目标函数的影响程度；假定目标函数为：$J\left(\theta \right)=\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}{[Y_c\left(k\right)-Y_m\left(k\right)]}^2---\left(3\right),$绝对灵敏度：$\frac{\partial J\left(\theta \right)}{\partial \theta }=2\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}(Y_c\left(k\right)-Y_m\left(k\right))\frac{\partial Y_c(\theta ,k)}{\partial \theta }$$\approx \frac{J({\theta }_0+\mathrm{\Delta \theta })-J({\theta }_0-\mathrm{\Delta \theta })}{2\mathrm{\Delta \theta }}---\left(4\right)$$=\frac{\partial J\left(\mathrm{\Delta \theta }\right)}{\partial \theta }$相对灵敏度：$\frac{\partial J\left(\mathrm{\Delta \theta }\right)/J\left({\theta }_0\right)}{\partial \theta /{\theta }_0}=\frac{\partial J\left(\mathrm{\Delta \theta }\right)}{\partial \theta }\frac{{\theta }_0}{J\left({\theta }_0\right)}---\left(5\right)$其中，J(θ)表示目标函数、Y_c(k)表示k时刻辨识计算值、Y_m(k)表示k时刻实际测量输出值、θ₀表示待辨识量的初值、Δθ表示待辨识量θ的增量；式（3）表示以待辨识的q轴参数为自变量，求解其对目标函数J(θ)的影响，即三个q轴参数分别微增量时，目标函数（3）的变化，用以判定三个q轴参数哪一个对目标函数的影响大，即以灵敏度大的优先进行辨识；（4）、利用PMU获得的实际扰动数据，即输入电压和输出电流值，按公式（5）进行求解相对灵敏度，得出发电机机组q轴参数灵敏度特性图，然后观察发电机机组q轴参数灵敏度特性图判定三个q轴参数哪一个对目标函数的影响大，即某一q轴参数变化时，目标函数的变化量相对于其他两个q轴参数变化时大；（5）、将灵敏度小的两个q轴参数——次暂态参数取厂家提供的设计值，即为定值，然后只对灵敏度大的q轴参数进行辨识，即将两个灵敏度小的q轴参数的定值带入公式（1）和（2），只对敏度大的q轴参数进行辨识，得出敏度大的q轴参数的辨识结果。