專利名稱：一種基于pmu穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的發(fā)電機(jī)直軸同步電抗在線辨識的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及同步發(fā)電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于PMU穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的發(fā)電機(jī)直軸同步電抗在線辨識的方法。
背景技術(shù)：
目前，發(fā)電機(jī)同步電抗參數(shù)是決定發(fā)電機(jī)運(yùn)行情況和行為的重要因素之一，其準(zhǔn)確性關(guān)系到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。電力系統(tǒng)分析計(jì)算仿真所用的發(fā)電機(jī)同步電抗多是廠家所提供的理論值或設(shè)計(jì)值，由于不能計(jì)及渦流、磁滯、飽和等實(shí)際運(yùn)行工況的影響，所得結(jié)果常常與實(shí)際工況不符。有現(xiàn)場試驗(yàn)證明，對于水輪發(fā)電機(jī)，飽和后的發(fā)電機(jī)直軸同步電抗 Xd和交軸同步電抗Xq比非飽和值減少25%左右；對于汽輪發(fā)電機(jī)，則將減少15°/Γ25%，在過電壓及強(qiáng)勵(lì)磁的情況下，飽和程度會大大增加。如果采用廠家所提供的理論值或設(shè)計(jì)值，將嚴(yán)重影響系統(tǒng)分析計(jì)算的準(zhǔn)確度和可信度。因此實(shí)時(shí)獲取準(zhǔn)確的發(fā)電機(jī)同步電抗參數(shù)具有重要意義。
基于全球定位系統(tǒng)(GPS)的相量測量單元(PMU)的出現(xiàn)，為發(fā)電機(jī)參數(shù)的在線辨識提供了有力的工具。隨著信息、通信等技術(shù)的發(fā)展，同步相量技術(shù)在國內(nèi)得到了很大發(fā)展和廣泛應(yīng)用，逐漸形成了一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域。與傳統(tǒng)測量相比，PMU裝置除了提供機(jī)端的電流、電壓、有功、無功外，還提供傳統(tǒng)測量無法提供的功角信息，為發(fā)電機(jī)參數(shù)在線辨識提供了基礎(chǔ)。此外，辨識工作的目標(biāo)是期望能找到與實(shí)際系統(tǒng)完全等效的數(shù)學(xué)模型，包括模型結(jié)構(gòu)方程和模型參數(shù)，以發(fā)電機(jī)同步參數(shù)辨識為例，期望對于相同的輸入X，模型的計(jì)算輸出 Y’和同步發(fā)電機(jī)的實(shí)際輸出Y無誤差。辨識的過程就是根據(jù)Y和Y’之間的誤差來不斷調(diào)節(jié)模型參數(shù)，直到定位到能使Y和Y’之間無誤差的參數(shù)向量Θ，此時(shí)的模型就是同步發(fā)電機(jī)的等效1吳型?，F(xiàn)有技術(shù)中包含幾種在線辨識發(fā)電機(jī)直軸同步電抗Xd的方法，例如分步辨識法， 該方法首先對定轉(zhuǎn)子匝數(shù)比a進(jìn)行辨識，然后將a代入Xd的辨識方程以辨識Xd。該方法的實(shí)現(xiàn)途徑主要有兩種一種是利用發(fā)電機(jī)輕載、欠勵(lì)時(shí)的勵(lì)磁小擾動(dòng)數(shù)據(jù)，另一種是利用恒功率、不同勵(lì)磁水平下的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)。對于實(shí)際現(xiàn)場運(yùn)行的機(jī)組來講，這兩類數(shù)據(jù)都不易獲得，故此方法的實(shí)用性受到限制。針對發(fā)電機(jī)同步參數(shù)辨識的仿真過程發(fā)現(xiàn)，參數(shù)辨識結(jié)果對初值的設(shè)定非常敏感，現(xiàn)有辨識方法一般采用廠家提供的設(shè)計(jì)值作為初值，由于廠家提供的設(shè)計(jì)值為不計(jì)飽和下的值，與發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)計(jì)及飽和的電抗值差別較大，易使辨識結(jié)果陷入局部極小值而影響辨識精度。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于PMU穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的發(fā)電機(jī)直軸同步電抗在線辨識的方法，該方法簡單易行，可以有效提高搜索工作的效率和辨識結(jié)果的精度。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種基于PMU穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的發(fā)電機(jī)直軸同步電抗在線辨識的方法，所述方法包括
根據(jù)同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性，建立描述發(fā)電機(jī)直軸同步電抗的辨識模型；
根據(jù)所建立的辨識模型所需要的電氣量，進(jìn)行相量測量單元PMU穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的篩選;
將篩選后PMU測量的各電氣量有名值轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一形式下的標(biāo)幺值；
根據(jù)派克Park變換，利用轉(zhuǎn)換后的各電氣量信息，依據(jù)下式計(jì)算得出辨識所需的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓交軸分量Uq、發(fā)電機(jī)機(jī)端電流直軸分量Id {U =Ucosd toon] II Zi=Zsin(C)-hi )
其中，U，I為測量的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和電流，δ為測量的發(fā)電機(jī)功角，Θ為機(jī)端電壓與電 流的相角差；
根據(jù)所建立的辨識模型，計(jì)算獲得發(fā)電機(jī)直軸同步電抗最小二乘辨識結(jié)果。
所述方法還包括對待辨識的參數(shù)進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的靈敏度分析,并由此選擇合理的辨識初值。
所述選擇合理的辨識初值,具體包括選取參數(shù)靈敏度為O所對應(yīng)的參數(shù)值作為最小二乘辨識的初值。
所述進(jìn)行相量測量單元PMU穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的篩選，具體包括
進(jìn)行相量測量單元PMU穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的篩選和判定，并確定數(shù)據(jù)時(shí)間窗長為5s。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，所述方法根據(jù)同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性，建立描述發(fā)電機(jī)直軸同步電抗的辨識模型；根據(jù)所建立的辨識模型所需要的電氣量，進(jìn)行相量測量單元PMU穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的篩選；將篩選后的PMU測量得到的各電氣量數(shù)值轉(zhuǎn)換為標(biāo)幺值；根據(jù)Park變換，對發(fā)電機(jī)進(jìn)行直軸、交軸解耦；根據(jù)所建立的辨識模型，利用最小二乘法進(jìn)行發(fā)電機(jī)直軸同步電抗的辨識。該方法簡單易行，可以有效提高搜索工作的效率和辨識結(jié)果的精度。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于PMU穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的發(fā)電機(jī)直軸同步電抗在線辨識的方法流程示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例所舉實(shí)例中基于PSCAD的目標(biāo)函數(shù)關(guān)于參數(shù)K的靈敏度示意圖3為本發(fā)明實(shí)施例所舉實(shí)例中基于PSCAD的目標(biāo)函數(shù)關(guān)于參數(shù)Xd的靈敏度示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于PMU穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的發(fā)電機(jī)直軸同步電抗在線辨識的方法流程示意圖，所述方法包括
步驟11 :根據(jù)同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性，建立描述發(fā)電機(jī)直軸同步電抗的辨識模型。
在該步驟中，根據(jù)同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性建立了發(fā)電機(jī)直軸同步電抗的辨識模型，即:
首先根據(jù)同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性，忽略定子繞組電阻，直軸d軸的電壓方程為
Eq=Uq+IdXd(I)
又，穩(wěn)態(tài)時(shí)內(nèi)電勢與勵(lì)磁電流的關(guān)系如下
Eq = XadIfd = (Xd-X1) Ifd(2)
其中，各個(gè)量均為標(biāo)么值，且其意義如下
Eq為發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢；Uq為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓交軸分量；Id為發(fā)電機(jī)機(jī)端電流直軸分量；xd為發(fā)電機(jī)直軸同步電抗；xad為發(fā)電機(jī)電樞反應(yīng)電抗；ifd為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。
根據(jù)上述方程(I)和(2)可知，發(fā)電機(jī)直軸同步電抗Xd可表示為
權(quán)利要求
1.一種基于PMU穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的發(fā)電機(jī)直軸同步電抗在線辨識的方法,其特征在于,所述方法包括 根據(jù)同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性，建立描述發(fā)電機(jī)直軸同步電抗的辨識模型； 根據(jù)所建立的辨識模型所需要的電氣量，進(jìn)行相量測量單元PMU穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的篩選； 將篩選后PMU測量的各電氣量有名值轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一形式下的標(biāo)幺值； 根據(jù)派克Park變換，利用轉(zhuǎn)換后的各電氣量信息，依據(jù)下式計(jì)算得出辨識所需的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓交軸分量Uq、發(fā)電機(jī)機(jī)端電流直軸分量Id \Uq=U cos δ [Id=I sin(S + θ) 其中，U，I為測量的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和電流，δ為測量的發(fā)電機(jī)功角，Θ為機(jī)端電壓與電流的相角差； 根據(jù)所建立的辨識模型，計(jì)算獲得發(fā)電機(jī)直軸同步電抗最小二乘辨識結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于PMU穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的發(fā)電機(jī)直軸同步電抗在線辨識的方法，其特征在于，所述方法還包括 對待辨識的參數(shù)進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的靈敏度分析，并由此選擇合理的辨識初值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于PMU穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的發(fā)電機(jī)直軸同步電抗在線辨識的方法，其特征在于，所述選擇合理的辨識初值，具體包括 選取參數(shù)靈敏度為O所對應(yīng)的參數(shù)值作為最小二乘辨識的初值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于PMU穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的發(fā)電機(jī)直軸同步電抗在線辨識的方法，其特征在于，所述進(jìn)行相量測量單元PMU穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的篩選,具體包括 進(jìn)行相量測量單元PMU穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的篩選和判定，并確定數(shù)據(jù)時(shí)間窗長為5s。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于PMU穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的發(fā)電機(jī)直軸同步電抗在線辨識的方法。所述方法根據(jù)同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性，建立描述發(fā)電機(jī)直軸同步電抗的辨識模型；根據(jù)所建立的辨識模型所需要的電氣量，進(jìn)行相量測量單元PMU穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的篩選；將篩選后的PMU測量得到的各電氣量數(shù)值轉(zhuǎn)換為標(biāo)幺值；根據(jù)Park變換，對發(fā)電機(jī)進(jìn)行直軸、交軸解耦；根據(jù)所建立的辨識模型，利用最小二乘法進(jìn)行發(fā)電機(jī)直軸同步電抗的辨識。該方法簡單易行，可以有效提高搜索工作的效率和辨識結(jié)果的精度。
文檔編號H02P21/14GK102983808SQ20121058122
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者畢天姝, 張俊利, 薛安成, 楊奇遜 申請人:華北電力大學(xué)