一种发电机励磁系统参数可辨识性判定方法
【专利摘要】本发明公开了一种发电机励磁系统参数可辨识性判定方法，涉及发电机励磁系统参数可辨识性的判定。该方法通过构建参数时域灵敏度矩阵实现关联性参数的判断，将待辨识参数划分为良态参数集和病态参数集，取病态参数集中拟频域灵敏度之和最小的作为赋值代表，对赋值代表赋以经验值，并对其所对应的良态参数集进行参数辨识。优点是：有效地提高了发电机励磁系统参数辨识结果的准确性和稳定性，有助于提高电力系统安全稳定的运行水平，具有较高的工程实用价值。
【专利说明】一种发电机励磁系统参数可辨识性判定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统参数辨识，更具体涉及发电机励磁系统参数可辨识性判定方 法。
【背景技术】
[0002] 发电机励磁系统模型结构与参数的准确性是电力系统仿真计算分析基础，国 内外针对发电机励磁系统建模做了大量工作，IEEE等国际组织由IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies， IEEE Standard421. 5-2005.和中国电力科学研究院由励磁系统数学模型专家组.计算电力系统 稳定用励磁系统数学模型[J].中国电机工程学报，1991,19(5) :65-71.针对励磁系统提 出了多种标准化模型结构，其中励磁系统模型参数主要是由现场试验数据通过辨识算法得 至IJ。李德丰等.电力系统综合负荷模型的可辨识性研究[J]·电力系统自动化，1997, 21 (7): 10-14.和鞠平.电力系统建模理论与方法[M].科学出版社，2010.的研究和实践表明：利 用辨识方法得到的模型参数虽然可以很好拟合系统的现场试验数据，但某些参数的辨识结 果仍可能不稳定。该现象属于参数的可辨识性问题，若模型本身的结构决定了参数不能被 唯一辨识，则仅通过测量数据来辨识参数是不准确的。因此，进行参数的可辨识性判定是开 展参数辨识工作的基础，已引起广泛重视和关注。
[0003] 参数可辨识性问题根据分析方法的不同主要分为两种：解析法和灵敏度法。鞠平 等·电力负荷模型可辨识性分析方法[J]·电力系统自动化，1999,23(19) :29-33.首先提 出了解析法，解析法是根据模型的状态方程和传递函数，解析出参数之间的关系。对于解析 法而言，随着模型阶次和辨识参数个数的增加，其实现难度急剧增大，大大降低了其自身的 应用价值和使用范围。因此，基于灵敏度分析的参数可辨识性研究得到了广泛发展。谢会 玲等.基于灵敏度计算的电力系统参数可辨识性分析[J].电力系统自动化，2009,33(7): 17-21.最早提出了灵敏度法，给出了带辨识参数的时域灵敏度的计算方法，并由伍双喜 等.电力系统关联性参数的辨识与评估[J].中国电机工程学报，2011,31 (22) :73-79.进 行深入研究。灵敏度法是根据电力系统参数的可辨识性与时域灵敏度之间的关系，判断出 参数灵敏度轨迹同相或反相的参数。由于灵敏度轨迹同相或反相的参数是相互关联的，故 它们是不可全部辨识的。因而需要根据时域灵敏度与参数易辨识性之间的关系，仅对重点 参数进行辨识，可有效提高参数辨识的精确性。但考虑到时域灵敏度不能完全区分重要参 数和次要参数，频域灵敏度在衡量参数辨识难易程度上应该作为主要指标。对励磁系统参 数可辨识性的研究，鞠平等.频域灵敏度及其在电力系统参数辨识中的应用[J].中国电机 工程学报，2010,30(28) :19-24.提出将励磁系统转换为线性化的标准系统，应用频域法辨 识发电机励磁系统参数，但这种方法没有考虑励磁系统非线性环节的影响。由于发电机励 磁系统结构相对复杂，需要辨识的参数较多，相互之间存在关联现象，同时由于饱和、限幅 等非线性因素的存在，超出了频域灵敏度分析的应用范围，非线性系统参数的频域灵敏度 分析有待进一步深入研究。
[0004] 基于此，本发明针对非线性系统，通过构建参数时域灵敏度矩阵实现关联性参数 的判断，将参数划分为良态参数集和病态参数集，列出所有良态参数集及其对应的病态参 数集，根据病态参数集中拟频域灵敏度的和选取赋值代表，对赋值代表进行赋值，并对相应 的良态参数集进行辨识。本发明为非线性系统参数易辨识性的评估提供了可靠的衡量指 标，能够有效提高发电机励磁系统参数的辨识精度，提高电力系统安全稳定计算精度，有利 于电力系统的安全稳定运行与控制。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种发电机励磁系统参数可辨识性判定方法。该方法通过 构建参数时域灵敏度矩阵实现关联性参数的判断，将待辨识参数划分为良态参数集和病态 参数集，取病态参数集中拟频域灵敏度之和最小的作为赋值代表，对赋值代表赋以经验值， 并对其所对应的良态参数集进行参数辨识。优点是：有效地提高了发电机励磁系统参数辨 识结果的准确性和稳定性，有助于提高电力系统安全稳定的运行水平，具有较高的工程实 用价值。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0007] 一种发电机励磁系统参数可辨识性判定方法，该方法包含以下步骤：
[0008] (1)确定励磁系统模型类型；
[0009] (2)依据励磁系统模型的类型，分别计算待辨识参数的时域灵敏度矩阵和拟频域 灵敏度的值；对于确定的励磁系统模型类型，计算待辨识参数的时域灵敏度矩阵是现有技 术；
[0010] (3)求出时域灵敏度矩阵的秩，该秩的值R即为该励磁系统模型最多可辨识的参 数的个数R;
[0011] (4)在时域灵敏度矩阵中选取R个线性无关的列向量所对应的参数作为良态参数 集，其余参数作为该良态参数集对应的病态参数集；列出时域灵敏度矩阵所有的良态参数 集及其所对应的病态参数集；
[0012] (5)计算每个病态参数集中参数的拟频域灵敏度之和，取和最小的作为赋值代 表；
[0013] (6)对赋值代表赋以经验值（采取建模导则中推荐使用的典型参数值），并对其所 对应的良态参数集进行参数辨识；
[0014] 其中，上述步骤（2)待辨识参数的拟频域灵敏度的值按下列方法计算：
[0015] (2. 1)对步骤（1)所确定励磁系统模型，给定扰动及参数参考值Θ i，其中i = 1，2,…，n，n为励磁系统模型参数的总个数，能仿真得到模型输出变量y的时域动态曲线；
[0016] (2.2)对该时域输出变量y的自相关函数进行傅氏变换，计算功率谱密度，取其幅 值自起始点至衰减到f倍时的频段区间fef作为有效频率范围；
[0017] (2. 3)取Λ Θ i = 〇· 01X Θ i，给定参数Θ i+A Θ i，维持其它参数和输入扰动不变， 能仿真得到输出变量y的时域动态曲线，对其进行傅氏变换，得到时域曲线y在不同频率情 况下的振荡幅值YjUQi，θ 2，…，θ?+Λ θ^···，0n)，fj)，其中fj代表时域曲线y所包含的 第j个频率；
[0018] (2.4)再给定参数Λ ，维持其他参数和输入扰动不变，重复步骤（2. 3)，获 得该种情况下的 YjU% θ2，···，Θ 厂Δ 0〇···，θη)，；^.);
[0019] (2. 5)按照下式计算待辨识参数的拟频域灵敏度曲线~ :
[0020]
【权利要求】
1. 一种发电机励磁系统参数可辨识性判定方法，其特征在于，该方法包含下列步骤： (1) 确定励磁系统模型类型； (2) 依据励磁系统模型的类型，分别计算待辨识参数的时域灵敏度矩阵和拟频域灵敏 度的值； (3) 求出时域灵敏度矩阵的秩，该秩的值R即为该励磁系统模型最多可辨识的参数的 个数R; (4) 在时域灵敏度矩阵中选取R个线性无关的列向量所对应的参数作为良态参数集， 其余参数作为该良态参数集对应的病态参数集；列出时域灵敏度矩阵所有的良态参数集及 其所对应的病态参数集； (5) 计算每个病态参数集中参数的拟频域灵敏度之和，取和最小的作为赋值代表； (6) 对赋值代表赋以经验值，并对其所对应的良态参数集进行参数辨识； 其中，上述步骤（2)待辨识参数的拟频域灵敏度的值按下列方法计算： (2. 1)对步骤（1)所确定励磁系统模型，给定扰动及参数参考值Θ i，其中i = 1，2,…， η，η为励磁系统模型参数的总个数，能仿真得到模型输出变量y的时域动态曲线； (2. 2)对该时域输出变量y的自相关函数进行傅氏变换，计算功率谱密度，取其幅值自 起始点至衰减到j倍时的频段区间frf作为有效频率范围； (2. 3)取Λ Θ i = 〇. 01X Θ i，给定参数Θ i+A Θ i，维持其它参数和输入扰动不变，能仿 真得到输出变量y的时域动态曲线，对其进行傅氏变换，得到时域曲线y在不同频率情况下 的振荡幅值θ2，…，θ?+Λ Θ。···，0n)，fj)，其中fj代表时域曲线y所包含的第j 个频率； (2.4)再给定参数Λ ，维持其他参数和输入扰动不变，重复步骤（2. 3)，获得该 种情况下的 YjU9" θ2，···，Θ 厂Δ θ"···，; (2. 5)按照下式计算待辨识参数的拟频域灵敏度曲线/? ? m^)= __為，…4 + Δυχ)| - |r, ((^, a, (2. 6)按照下式计算参数拟频域灵敏度曲线在有效频率范围f；f内的绝对值的平均值
其中，fk为fj中第k个小于frf的频率采样点，Krf为fk的总采样点数。
【文档编号】G06F17/50GK104156504SQ201410347835
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2014年7月21日
【发明者】彭昌勇, 杜治, 马蕊, 徐敬友, 文劲宇, 杨东俊 申请人:国家电网公司, 国网湖北省电力公司经济技术研究院, 华中科技大学