發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)參數(shù)辨識方法綜述

蘇宇++王政

摘 要：勵磁系統(tǒng)具有保持發(fā)電機(jī)端或樞紐點(diǎn)電壓穩(wěn)定，控制并行發(fā)電機(jī)無功功率分配等功能，對發(fā)電機(jī)乃至電力系統(tǒng)影響很大，因此勵磁系統(tǒng)的精確建模十分重要。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果采用參數(shù)辨識方法是確定勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)的主要方法，該方法能夠很好地擬合現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果，具有辨識結(jié)果精確性高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于勵磁系統(tǒng)建模中。目前，參數(shù)辨識算法眾多，該文將常見辨識算法進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：勵磁系統(tǒng) 參數(shù)辨識 靈敏度 遺傳算法 粒子群算法

中圖分類號：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）11（b）-0057-02

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電力網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)已逐步成為高維度、非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，電網(wǎng)安全也成為當(dāng)今的重要研究課題。發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)對于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定起著十分重要的作用[1]，它可以保持電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)電壓控制，尤其對電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定起著更加重要的作用。

勵磁系統(tǒng)的優(yōu)劣主要由其參數(shù)決定，良好的參數(shù)選擇可以增加系統(tǒng)的阻尼特性，提升系統(tǒng)的安全穩(wěn)定邊界；不當(dāng)?shù)膮?shù)選擇不但不能穩(wěn)定系統(tǒng)，還會起相反作用[2]。當(dāng)前的模型軟件中已經(jīng)有多種常見的勵磁系統(tǒng)模型[3]，而參數(shù)的確定是使用參數(shù)辨識的方法依據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)計算得來[4]，是當(dāng)今確定勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)的主要方法。

勵磁系統(tǒng)中各參數(shù)數(shù)值的常見計算方法主要有解析法和參數(shù)靈敏度法兩種[5]，其中解析法是用數(shù)學(xué)算法來計算勵磁系統(tǒng)參數(shù)的解析解，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是計算出來的解析解是勵磁系統(tǒng)的精確參數(shù)，但隨著系統(tǒng)的增大和辨識參數(shù)數(shù)量的增加，數(shù)學(xué)解析的難度大幅提高，導(dǎo)致解析速度大幅降低，嚴(yán)重影響了該方法的應(yīng)用范圍。因此，參數(shù)靈敏度法進(jìn)入了人們的視野，它包括時域靈敏度法和頻域靈敏度法兩種。文獻(xiàn)[5]提出了一種辨識重點(diǎn)參數(shù)的方法。該方法首先分析了各參數(shù)靈敏度與各參數(shù)的關(guān)系，再提出重點(diǎn)參數(shù)評價指標(biāo)，反復(fù)采用該指標(biāo)進(jìn)行計算，降低不同參數(shù)間的關(guān)聯(lián)程度，直到區(qū)分出重點(diǎn)參數(shù)為止。該方法可提高重點(diǎn)參數(shù)的準(zhǔn)確性，提高辨識效率。

1 系統(tǒng)辨識的理論基礎(chǔ)

系統(tǒng)辨識指的是觀測系統(tǒng)輸入與輸出的關(guān)系，以明確系統(tǒng)特性的數(shù)學(xué)模型。用連續(xù)動態(tài)系統(tǒng)方程式表達(dá)為

系統(tǒng)辨識的原理圖如圖1所示。

系統(tǒng)辨識的原理是將輸入T（t）同時輸入到原型系統(tǒng)和模型系統(tǒng)，分別得到輸出O1（t）和O2（t），偏差是△O（t）。通過辨識算法后，產(chǎn)生一個修正量d，將d反饋到模型系統(tǒng)中，補(bǔ)償原型系統(tǒng)與模型系統(tǒng)間偏差，如此反復(fù)上述過程，直到輸出偏差△O（t）滿足系統(tǒng)要求。

2 發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)參數(shù)辨識方法介紹

2.1 時域靈敏度法

首先介紹時域靈敏度的定義，所謂某個參數(shù)的時域靈敏度就是輸出量的變化量與該參數(shù)變化量的比值，用來體現(xiàn)該變量對于輸出量的影響程度[6]，計算公式如下：

其中，為待計算靈敏度的參數(shù)，為的初值，為該參數(shù)的攝動量，為采樣點(diǎn)，為系統(tǒng)輸出，為系統(tǒng)輸出的初值。

從公式可以看出，時域靈敏度法只是以時間為尺度，計算得到某參數(shù)的時域靈敏度特性，但若要采用總體時域靈敏度時，難以完全將重要參數(shù)和非重要參數(shù)分開。若選取的時間尺度不同時，參數(shù)靈敏度在不同時間段內(nèi)的辨識結(jié)果有時會出現(xiàn)相左的結(jié)論，因此，文獻(xiàn)[7]提出了頻域靈敏度法。

2.2 頻域靈敏度法

首先介紹時域靈敏度的定義，所謂頻域靈敏度就是傳遞函數(shù)的變化量與某參數(shù)的變化量的比值，用來體現(xiàn)該變量對于傳遞函數(shù)的影響程度。其中，這里用傳遞函數(shù)對線性系統(tǒng)進(jìn)行描述，采用中值法計算頻域靈敏度，計算公式如下：

其中，為第個頻率采樣點(diǎn)，為該參數(shù)的傳遞函數(shù)靈敏度，為參數(shù)總量，為線性系統(tǒng)中的某個參數(shù)。

對于頻域靈敏度，若某參數(shù)的頻域靈敏度大，表明該參數(shù)對于系統(tǒng)靈敏，它的變化會引起系統(tǒng)輸出更大的變化；反之，若某參數(shù)的頻域靈敏度小，表明該參數(shù)對于系統(tǒng)不靈敏，它的變化對系統(tǒng)輸出變化的影響很有限。

3 結(jié)語

文章對發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)參數(shù)辨識的原理進(jìn)行了介紹，并對常見的參數(shù)辨識方法——時域靈敏度、頻域靈敏度、遺傳算法、粒子群算法等方法進(jìn)行了介紹。勵磁系統(tǒng)參數(shù)的確定對于勵磁系統(tǒng)本身，甚至對于電力系統(tǒng)有重要的作用，是電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證。

參考文獻(xiàn)

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[2]賀仁睦，沈峰，韓冬，等.發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)建模與參數(shù)辨識綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2007，31（14）：62-67.

[3]Ju Ping，Handschin E.Parameter Estimation of Composite Induction Motor Loads Using Genetic Algorithms [J].Proc.Of Power Tech symp， Stockholm，Sweden，1995（6）：97-102.

[4]程鑫.發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)參數(shù)可辨識性問題研究及辨識軟件包開發(fā)[D].武漢：華中科技大學(xué)，2011.

[5]鞠平，郭磊，高昌培，等.頻域靈敏度及其在電力系統(tǒng)參數(shù)辨識中的應(yīng)用[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2010，30（28）：19-24.

[6]Angeline P J.Evolutionary optimization versus particle swarm optimization and philosophy and performance difference[C]//Proceedings of 7th annual Conference on Evolutionary Programming.San Diego（USA）：601-610.