一种水轮机调速器微分环节系数及时间常数辨识方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种辨识方法，特别涉及一种水轮机调速器微分环节系数及时间常数 辨识方法。
【背景技术】
[0002] 获取准确的水轮机调节系统（包括：调速器、液压执行机构、水轮机及引水系统） 参数对于保证电力系统仿真的准确性，预测电力系统的动态响应及电力系统故障重现具有 重要意义。目前电力系统中励磁调节系统、发电机等环节的参数辨识较为成熟，但水轮机调 节调节系统参数辨识相对滞后，严重制约了电力系统仿真的精度，故水轮机调节系统参数 辨识理论与实践亟需完善。在开展调速器参数辨识中，需要辨识调速器实际微分环节的参 数。通常激励信号采用阶跃扰动，系统响应通常采用导叶控制信号yPID。然而工程实际中由 于实际阶跃扰动信号并非理想的阶跃扰动，扰动过程持续时间较长，导致阶跃扰动信号中 难以激发实际微分环节所有模态；另一方面，部分调速器仿真测试仪使用阶跃扰动，部分调 速器使用斜坡信号扰动；此外，工程实测信号含有大量的干扰，信号具有"毛刺"特征，影响 了辨识结果的准确性，限制了一些辨识方法的应用。
[0003] 因此，急需提出一种适合工程实测数据的水轮机调速器微分环节系数及时间常数 辨识方法，要求该方法能够适用于导叶接力器行程信号，适用于不同的激励信号，且对工程 实测信号具有一定的抗干扰性。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种水轮机调速器微分环节系数及时间常数辨识方法，提 高微分环节参数辨识精度、确保调速器建模的准确度。
[0005] -种水轮机调速器微分环节系数及时间常数辨识方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤1 :获取水轮机实际微分环节数据；
[0007] 选择斜坡函数作为水轮机调速器的激励信号，通过信号发生器或调速器综合测试 仪发出模拟机组频率扰动，采集导叶控制信号YPID和模拟机组频率信号；
[0008] 步骤2 :对步骤1获取的导叶控制信号进行去均值处理；
[0009] 步骤3 :构建实际的导叶控制信号的响应函数；
[0011] 其中，1为待辨识的微分系数，T lv为待辨识的微分环节时间常数，t为时间，k为 斜坡信号斜率，yPID为去均值后的实测导叶控制信号，τ_为实测的导叶控制信号yPID取最 大值yPID_所对应的时刻；
[0012] 步骤4 :依据t = Tmax+Tlv时，y pID从最大值衰减1个T lv时间后，y PI[^将下降 36. 8%，并结合以下公式辨识微分环节时间常数Tlv:
[0014] 步骤5 :利用当t = Τ_时，获得待辨识的微分系数Kd:
[0015] 所述步骤2中对导叶控制信号进行去均值处理公式如下：
[0017] 式中，t为采样时刻，YPID(i · Δ t)为t = i · Δ t时刻去均值前的导叶控制信号， yPID(i · A t)为t = i · Δ t时亥丨J去均值后的导叶控制信号，Δ t为时域采样间隔，N为阶跃 扰动前稳态导叶控制信号数值点数，N= S/At，S表示导叶控制信号扰动前的稳态数据时 长。
[0018] 对导叶控制信号进行去均值处理前，先进行数据分段处理，采用机组频率微分法 确定扰动发生时刻，自动获得导叶控制信号扰动前稳态数据时长；
[0019] 所述机组频率微分法是指对机组频率信号进行差分操作，根据突变值可以确定扰 动的发生时刻。
[0020] 有益效果
[0021] 本发明提供了一种水轮机调速器微分环节系数及时间常数辨识方法，包括：实际 微分环节数据获取、数据预处理、构建实际的导叶控制信号的响应函数及实际微分环节参 数辨识。所述实际微分环节数据获取使用信号发生器或调速器综合测试仪模拟机组频率 扰动信号，并使用调速器综合测试仪录取导叶控制信号及模拟机频信号；所述数据预处理 包括扰动数据分段、数据去均值处理；对工程实际中激励信号与理想激励信号分析，确定出 理论分析激励信号传递函数表达式；通过理论推导建立了微分环节参数与微分环节响应输 出特征值间关系；所述实际微分环节参数辨识基于实测数据实现对实际微分环节参数辨 识。本发明通过实现了调速器实际微分环节的参数辨识，实现了多次频率扰动的数据自动 分段，提出的实际微分环节时间参数UP K d系数的辨识公式，适用于现场实测数据及仿真 数据，具有较强的抗干扰性。
【附图说明】
[0022] 图1为调速器实际微分环节参数测试流程图；
[0023] 图2为实际微分环节数据获取现场试验接线示意图；
[0024] 图3为机组频率微分法示意图，其中，（a)为机组频率实测波形，（b)机组频率微分 波形；
[0025] 图4为理想阶跃信号与实际阶跃信号对比图其中，（a)为理想阶跃扰动，（b)为实 际阶跃扰动信号放大图，（c)为理想上升斜坡激励信号，（d)为理想下降斜坡激励信号；
[0026] 图5为实际阶跃信号与实际导叶PID响应图，其中，（a)为实际频率阶跃激励信号， (b)为实际导叶PID响应曲线。
【具体实施方式】
[0027] 下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0028] 如图1所示，一种水轮机调速器微分环节系数及时间常数辨识方法，包括以下步 骤：
[0029] 步骤1 :获取水轮机实际微分环节数据；
[0030] 选择斜坡函数作为水轮机调速器的激励信号，通过信号发生器或调速器综合测试 仪发出模拟机组频率扰动，采集导叶控制信号YPID和模拟机组频率信号；
[0031] 实际微分环节数据获取包括现场试验接线、模拟机组频率扰动。如图2所示，现场 试验接线主要为调速器电器柜引取导叶控制信号YPID、调速器综合测试仪或信号发生器发 送给调速器电器柜的模拟机组频率信号。模拟机组频率扰动前将调速器人工频率死区设 置为零、比例项系数、积分项系数、永态差值系数设置为零，断路器信号短接，操作调速器综 合测试仪或信号发生器按照 50. 0Hz - >50. 1Hz - >50. 0Hz - >49. 9Hz - >50. 0Hz、50. 0Hz- >50. 2Hz->50. 0Hz->49. 8Hz->50. 0Hz、50. 0Hz->50. 3Hz->50. 0Hz->49. 7Hz->50. 0Hz 的顺序进行频率扰动，使用调速器综合测试仪录取导叶控制信号YPID、模拟机组频率信号。
[0032] 步骤2 :对步骤1获取的导叶控制信号进行去均值处理；
[0033] 对导叶控制信号进行去均值处理前，先进行数据分段处理，采用机组频率微分法 确定扰动发生时刻，自动获得导叶控制信号扰动前稳态数据时长；
[0034] 所述机组频率微分法是指对机组频率信号进行差分操作，根据突变值可以确定扰 动的发生时刻。
[0035] 所述数据分段处理的关键在于找到频率扰动的发生时刻，由于频率扰动为近似阶 跃扰动，对机组频率信号进行差分操作，可以发现在扰动时刻机组频率信号发生显著突变， 其示意图见图3。根据突变值可以确定扰动的发生时刻，根据扰动时刻可以选择指定的扰 动。<