一種基于wams的同步發(fā)電機(jī)參數(shù)辨識(shí)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于WAMS的同步發(fā)電機(jī)參數(shù)辨識(shí)及控制方法，WAMS系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用改進(jìn)飽和割集算法，同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)采用基于時(shí)域變換的方法，同步發(fā)電機(jī)的控制采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的勵(lì)磁反步控制。本發(fā)明將WAMS的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的改進(jìn)飽和割集算法、基于時(shí)域變換的方法的同步發(fā)電機(jī)參數(shù)辨識(shí)、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁反步控制方法結(jié)合在一起，從而使這種系統(tǒng)具有廣域性、智能型和可靠性。
【專利說明】-種基于WAMS的同步發(fā)電機(jī)參數(shù)辨識(shí)及控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于WAMS的同步發(fā)電機(jī)參數(shù)辨識(shí)及控制方法，對(duì)地域廣闊電力 系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)和勵(lì)磁控制，屬于電工【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] WAMS系統(tǒng)（廣域測(cè)量系統(tǒng)）是在同步相量測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是對(duì)地域 廣闊的電力系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和分析的系統(tǒng)。WAMS系統(tǒng)為智能電網(wǎng)提供了動(dòng)態(tài)信息平臺(tái)， 將推動(dòng)智能電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)劃、控制技術(shù)的發(fā)展。它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的狀態(tài)量，對(duì)電力系 統(tǒng)的擾動(dòng)進(jìn)行辨識(shí)，提前預(yù)測(cè)系統(tǒng)的問題，有著極其廣泛的應(yīng)用。
[0003] 當(dāng)前，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)可靠性的分析主要采用各項(xiàng)可靠性指標(biāo)來衡量，其中抗毀性指 標(biāo)的研究受到了越來越多的關(guān)注，但未見將抗毀性應(yīng)用到WAMS通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的文獻(xiàn)或 報(bào)道；發(fā)電機(jī)的暫態(tài)參數(shù)還是影響功率振蕩和系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素，然而，目前對(duì)同步發(fā) 電機(jī)參數(shù)尤其是暫態(tài)電抗及次暫態(tài)時(shí)間常數(shù)的準(zhǔn)確辨識(shí)仍未得到很好的解決；以往的線性 勵(lì)磁控制方法都是基于已有的相對(duì)精確的非線性系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)的，這對(duì)于包含眾 多不確定因素而不能明確知道其精確數(shù)學(xué)模型的電力系統(tǒng)來說，都存在著實(shí)際應(yīng)用上的問 題。
[0004] 現(xiàn)在的廣域測(cè)量系統(tǒng)還在初步發(fā)展中，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、同步發(fā)電機(jī)參數(shù)辨識(shí)和勵(lì)磁 控制方面的技術(shù)還不夠先進(jìn)。因此，發(fā)明一種基于WAMS的同步發(fā)電機(jī)參數(shù)辨識(shí)及控制方法 成為亟需解決的課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于WAMS的同步 發(fā)電機(jī)參數(shù)辨識(shí)及控制方法，WAMS系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用改進(jìn)飽和割集算法，同步發(fā)電機(jī) 的參數(shù)辨識(shí)采用基于時(shí)域變換的方法，同步發(fā)電機(jī)的控制采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的勵(lì)磁反步控 制。通過本發(fā)明中的方法，可使WAMS系統(tǒng)具有廣域性、智能型和可靠性。
[0006] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] -種基于WAMS的同步發(fā)電機(jī)參數(shù)辨識(shí)及控制方法，WAMS系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采 用改進(jìn)飽和割集算法，同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)采用基于時(shí)域變換的方法，同步發(fā)電機(jī)的控 制采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的勵(lì)磁反步控制；具體包括如下步驟：
[0008] (1)WAMS系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用改進(jìn)飽和割集算法：由人造衛(wèi)星為主站和各測(cè) 試點(diǎn)的PMU (相量測(cè)量裝置）提供時(shí)鐘同步信號(hào)，各測(cè)試點(diǎn)的PMU進(jìn)行同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)辨 識(shí)，再由主站根據(jù)整個(gè)電網(wǎng)的情況來對(duì)同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制；對(duì)于WAMS系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)架 構(gòu)，首先建立滿足性能指標(biāo)要求下的成本最小化通信網(wǎng)絡(luò)模型，結(jié)合通信網(wǎng)絡(luò)的流量狀況， 采用改進(jìn)的飽和割集算法（ICSA)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行求解，在保證WAMS系統(tǒng)性能要求的 前提下，獲得優(yōu)化的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0009] (2)同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)采用基于時(shí)域變換的方法：首先將發(fā)電機(jī)時(shí)域內(nèi)的微 分方程組變換為頻域內(nèi)的代數(shù)方程，消去中間變量并經(jīng)適當(dāng)變形后再將原方程變換為時(shí)域 內(nèi)的積分方程；之后利用最小二乘法辨識(shí)出積分方程系數(shù)，進(jìn)而根據(jù)積分方程系數(shù)與發(fā)電 機(jī)參數(shù)之間的關(guān)系求解出發(fā)電機(jī)參數(shù)；
[0010] (3)同步發(fā)電機(jī)的控制采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的勵(lì)磁反步控制：基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反步 控制方法，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)量的勵(lì)磁控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了特殊的在線權(quán)值修正算法，不需要離 線學(xué)習(xí)階段。
[0011] 所述步驟（1)具體包括如下過程：
[0012] (11)初始的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用最短路徑Dijkstra算法獲得滿足跳數(shù)不大于 K的最小費(fèi)用的最小生成樹（MST);若K為偶數(shù)，最小生成樹的深度D = K/2 ;若K為奇數(shù)， 最小生成樹的深度D = (K-l)/2 ;這使得初始的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中任何兩節(jié)點(diǎn)之間的跳 數(shù)都不大于K，符合通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的跳數(shù)限制；
[0013] (12)選取不同點(diǎn)作為最小生成樹頂點(diǎn)時(shí)會(huì)導(dǎo)致不同的代價(jià)，通過計(jì)算選擇其中最 小代價(jià)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)作為最小生成樹頂點(diǎn)；
[0014] (13)基于步驟（11)和步驟（12)，由當(dāng)前的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流 量分布矩陣B確定飽和割集，其中通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量分布矩陣B由通信網(wǎng)絡(luò)的路由算法和 通信網(wǎng)絡(luò)的流量請(qǐng)求矩陣決定；在確定飽和割集前，由于當(dāng)前的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的葉 子節(jié)點(diǎn)均只有一條邊與之相連，還不能滿足通信網(wǎng)絡(luò)模型的可靠性要求，因此，首先必須對(duì) 每個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，具體為：每個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)都增加一條以上的鏈路，保證滿足通信網(wǎng)絡(luò) 模型的N-1要求；同樣，在確定飽和割集前，由于當(dāng)前的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的其他節(jié)點(diǎn)也 均只有一條邊與之相連，還不能滿足通信網(wǎng)絡(luò)模型的可靠性要求，因此，也必須對(duì)其他節(jié)點(diǎn) 的優(yōu)化方法與葉子節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化方法相同或相類似；在對(duì)當(dāng)前的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的葉子 節(jié)點(diǎn)和其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化后，計(jì)算當(dāng)前的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的所有割集，從中尋找飽和割 集，并在飽和割集兩端增加代價(jià)盡量小的鏈路；
[0015] (14)搜索高代價(jià)鏈路，即搜索利用率低且費(fèi)用高的鏈路，在保證WAMS系統(tǒng)性能要 求的前提下，對(duì)該鏈路進(jìn)行刪除或減少該鏈路的容量，最終獲得優(yōu)化的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0016] 將各區(qū)域通信網(wǎng)絡(luò)中的同步發(fā)電機(jī)抽象成點(diǎn)集V，通信鏈路抽象成邊集E，兩者共 同組成的無向圖G= (V，E)代表WAMS系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè) 計(jì)首先要確定各通信終端的地理位置（影響終端間的建設(shè)成本）以及各終端之間的業(yè)務(wù)流 量矩陣（即各節(jié)點(diǎn)問的業(yè)務(wù)量需求），然后建立滿足網(wǎng)絡(luò)抗毀性和延時(shí)要求并盡量保持流 量均衡的情況下獲得成本最小化的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型，來實(shí)現(xiàn)鏈路的選擇。針對(duì)電力系統(tǒng)WAMS 通信網(wǎng)絡(luò)的自身特殊性，模型的建立需要滿足以下條件。
[0017] 1)系統(tǒng)的建立必須滿足N-1原則，即單條鏈路故障后，網(wǎng)絡(luò)仍是連通的，因此，要 求網(wǎng)絡(luò)的連通度至少為2。
[0018] 2)滿足延時(shí)的要求。如果網(wǎng)絡(luò)中兩節(jié)點(diǎn)之間跳數(shù)太多，就會(huì)增加通信設(shè)備的中 轉(zhuǎn)及路由開銷，尤其是路由經(jīng)過較擁塞鏈路的情況下，更會(huì)延長(zhǎng)信息傳輸時(shí)間，降低傳輸質(zhì) 量。所以在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)任意2個(gè)節(jié)點(diǎn)間的跳數(shù)也要加以考慮。將通信網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)轉(zhuǎn)化為 對(duì)節(jié)點(diǎn)之間跳數(shù)的限制。
[0019] 根據(jù)前述內(nèi)容，建立WAMS通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型如下。
[0020] 目標(biāo)函數(shù)為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于WAMS的同步發(fā)電機(jī)參數(shù)辨識(shí)及控制方法，其特征在于：WAMS系統(tǒng)的通信網(wǎng) 絡(luò)架構(gòu)采用改進(jìn)飽和割集算法，同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)采用基于時(shí)域變換的方法，同步發(fā) 電機(jī)的控制采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的勵(lì)磁反步控制；具體包括如下步驟： (1)MMS系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用改進(jìn)飽和害Ij集算法：由人造衛(wèi)星為主站和各測(cè)試點(diǎn) 的PMU提供時(shí)鐘同步信號(hào)，各測(cè)試點(diǎn)的PMU進(jìn)行同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)，再由主站根據(jù)整個(gè) 電網(wǎng)的情況來對(duì)同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制；對(duì)于WAMS系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，首先建立滿足性能 指標(biāo)要求下的成本最小化通信網(wǎng)絡(luò)模型，結(jié)合通信網(wǎng)絡(luò)的流量狀況，采用改進(jìn)的飽和割集 算法對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行求解，在保證WAMS系統(tǒng)性能要求的前提下，獲得優(yōu)化的通信網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； (2) 同步發(fā)電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)采用基于時(shí)域變換的方法：首先將發(fā)電機(jī)時(shí)域內(nèi)的微分方 程組變換為頻域內(nèi)的代數(shù)方程，消去中間變量并經(jīng)適當(dāng)變形后再將原方程變換為時(shí)域內(nèi)的 積分方程；之后利用最小二乘法辨識(shí)出積分方程系數(shù)，進(jìn)而根據(jù)積分方程系數(shù)與發(fā)電機(jī)參 數(shù)之間的關(guān)系求解出發(fā)電機(jī)參數(shù)； (3) 同步發(fā)電機(jī)的控制采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的勵(lì)磁反步控制：基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反步控制 方法，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)量的勵(lì)磁控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WAMS的同步發(fā)電機(jī)參數(shù)辨識(shí)及控制方法，其特征在于： 所述步驟（1)具體包括如下過程： (11) 初始的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用最短路徑Dijkstra算法獲得滿足跳數(shù)不大于K的 最小費(fèi)用的最小生成樹；若K為偶數(shù)，最小生成樹的深度D=K/2 ;若K為奇數(shù)，最小生成樹 的深度D= (K-l)/2 ;這使得初始的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中任何兩節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)都不大于 K，符合通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的跳數(shù)限制； (12) 選取不同點(diǎn)作為最小生成樹頂點(diǎn)時(shí)會(huì)導(dǎo)致不同的代價(jià)，通過計(jì)算選擇其中最小代 價(jià)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)作為最小生成樹頂點(diǎn)； (13) 基于步驟（11)和步驟（12)，由當(dāng)前的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量分 布矩陣B確定飽和割集，其中通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量分布矩陣B由通信網(wǎng)絡(luò)的路由算法和通信 網(wǎng)絡(luò)的流量請(qǐng)求矩陣決定；在確定飽和割集前，由于當(dāng)前的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的葉子節(jié) 點(diǎn)均只有一條邊與之相連，還不能滿足通信網(wǎng)絡(luò)模型的可靠性要求，因此，首先必須對(duì)每個(gè) 葉子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，具體為：每個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)都增加一條以上的鏈路，保證滿足通信網(wǎng)絡(luò)模型 的N-I要求；同樣，在確定飽和割集前，由于當(dāng)前的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的其他節(jié)點(diǎn)也均只 有一條邊與之相連，還不能滿足通信網(wǎng)絡(luò)模型的可靠性要求，因此，也必須對(duì)其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行 優(yōu)化，對(duì)其他節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化方法與葉子節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化方法相同；在對(duì)當(dāng)前的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 中的葉子節(jié)點(diǎn)和其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化后，計(jì)算當(dāng)前的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的所有割集，從中尋 找飽和割集，并在飽和割集兩端增加代價(jià)盡量小的鏈路； (14) 搜索高代價(jià)鏈路，即搜索利用率低且費(fèi)用高的鏈路，在保證WAMS系統(tǒng)性能要求的 前提下，對(duì)該鏈路進(jìn)行刪除或減少該鏈路的容量，最終獲得優(yōu)化的通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WAMS的同步發(fā)電機(jī)參數(shù)辨識(shí)及控制方法，其特征在于： 所述步驟（2)具體包括如下過程： (21) 計(jì)算同步發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓、電流的有效值UMS、Ims及甩負(fù)荷前的功率因數(shù)角P; (22) 根據(jù)測(cè)得的功角和式（1)、⑵得到同步發(fā)電機(jī)d軸電壓ud、q軸電壓ivd軸電流 id、q軸電流i<i和勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)ef;
式中為功率因數(shù)角；δ為同步發(fā)電機(jī)的功角；UMS為發(fā)電機(jī)端電壓有效值；I"s為發(fā) 電機(jī)端電流有效值；efS勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)；ef#為當(dāng)前勵(lì)磁電流下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；uf為當(dāng)前的勵(lì) 磁電壓；IfΣ為勵(lì)磁電流和電樞電流的合成值；Rf為勵(lì)磁繞組電阻； (23)將步驟（2)計(jì)算得到的數(shù)據(jù)代入辨識(shí)方程式（3)并選擇合適的權(quán)函數(shù)矩陣可得到 積分系數(shù)X，求解式（4)得到所有發(fā)電機(jī)參數(shù)；
式中：U為NX5的可測(cè)矩陣；Y為NXl的可測(cè)列相量；X為5X1的待辨識(shí)列向量；N為試驗(yàn)數(shù)據(jù)的樣點(diǎn)數(shù)；Uq為發(fā)電機(jī)q軸電壓，UqtlS發(fā)電機(jī)q軸電壓初始值，id為發(fā)電機(jī)d 軸電流，id〇為發(fā)電機(jī)d軸電流初始值，T'd(l，T"d(l為電機(jī)的時(shí)間常數(shù)，k= (Xd-X" d)/ (X'd-x"d)，Xd為直軸同步電抗，td為直軸暫態(tài)電抗，X"d為直軸次暫態(tài)電抗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WAMS的同步發(fā)電機(jī)參數(shù)辨識(shí)及控制方法，其特征在于： 所述步驟（3)具體包括如下過程： 令X1代表發(fā)電機(jī)的功角S，X2代表發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子角速度ω，以X龍X2為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的 輸入，而P1(Z1)和為(X2)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出量，用兩層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來逼近F1 (X1)和F2 (X2):
式中為理想的逼近加權(quán)系數(shù)，ki，k2為控制增益，ΦJXDUX2)為基函數(shù)，Ui 為逼近誤差；μiN為最佳逼近誤差，而且： IhII=VA2+mi卜u F^F2的估計(jì)值為：
取<的調(diào)整規(guī)則為：
式中：r>rt>o,r2=r【>o,rjpr2為調(diào)整系數(shù)，kw>o為常數(shù)；? = [/ν#,濾波 誤差跟蹤r=e2+Xe1,λ為大于〇的常數(shù)A=X1-Xld,G2=X2-X2t^x1=δ,叉1(1為發(fā)電機(jī) 的功角δ的給定值，χ2= ω，X2^發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子角速度ω的給定值，η = x3-x3d，X3 = E，q，E，軸暫態(tài)電抗的電動(dòng)勢(shì)，X3d=勾[-A(X1)-V],A(Z1) =AV1(^hVkrX) 均為控制增益。
【文檔編號(hào)】H02P21/14GK104467601SQ201410796504
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】胡敏強(qiáng), 徐鳴飛, 余海濤, 黃磊, 王亞魯, 沈蛟驍, 陳輝 申請(qǐng)人:東南大學(xué)