发电机励磁系统参数辨识扰动信号与辨识精度分析_孙黎霞

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1、第３１卷第６期水电能源科学Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．６２０１３年６月ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＰｏｗｅｒＪｕｎ．２０１３文章编号：１０００－７７０９（２０１３）０６－０１７７－０５发电机励磁系统参数辨识扰动信号与辨识精度分析孙黎霞，宋洪刚，龚成亚，马骙军（河海大学能源与电气学院，江苏南京２１００９８）摘要：为提高发电机励磁系统参数辨识精度，以ＭＥＣ３３００Ｔ型励磁系统为例，提出分别采用伪随机信号和阶跃信号作为扰动信号，利用混沌遗传算法对励磁系统的参数进行辨识，分析了不同的采样频率下不同扰动信号与参

2、数辨识精度的关系及在相同的采样频率下不同信噪比的扰动信号对参数辨识精度的影响。结果表明，采用ＰＲＢＳ信号作为扰动信号时，辨识结果的相对误差随着采样频率的改变有一定的波动，而ＳＴＥＰ信号为扰动信号时辨识结果的相对误差相对稳定；同一采样频率下，采样ＰＲＢＳ与ＳＴＥＰ信号辨识结果的相对误差均随信噪比的增加呈指数增长。关键词：励磁系统；扰动信号；混沌遗传算法；辨识精度中图分类号：ＴＭ３１文献标志码：Ａ随着电力系统互联特别是全国电力系统联网还需考虑如下要求：①扰动信号的功率或幅度不的发展，超高压输电线路与大

3、容量机组相继投入宜过大，以免发电机的运行状态进入非线性区；也电网运行，对电力系统暂态稳定计算、策略研究、不能过小，否则数据所含的信息量下降，尤其在噪安全监控、故障分析等提出了更高的要求，需以实声较大情况下会直接影响辨识精度。②扰动信号际的数学模型和实测参数作为分析计算的基对工程的“净扰动”要小，即正、负向扰动几乎相［１～４］础。发电机励磁系统作为同步发电机的重要等。③工程上易实现，成本低。组成部分，与电力系统运行稳定性密切相关。提１．２采样频率的选择高励磁系统的控制性能，是提高电力系统运行稳目前，

4、对现场数据的采集一般均采用计算机，定性、挖掘稳定储备和改善系统动态品质的有力故扰动输出信号需经过采样处理。为确保辨识模手段。采用何种辨识方法以提高励磁系统参数的型精度，采样频率选择要求：①最终应用的采样频［５～７］辨识精度已有较多研究，但很少分析扰动信率；②满足香农采样定理，即采样频率需高于过程［８］号对辨识精度的影响。鉴此，本文根据参数辨模型频率特性截止频率的２倍。③若采样频率太识的优化算法，研究了何种扰动信号有利于提高高，会使数据的相关程度明显增加，就会使求参数励磁系统参数的辨识精度，更适合现

5、场参数辨识估计时出现病态方程，出现计算上的困难。的需求，以ＭＥＣ３３００Ｔ型励磁系统为例，验证仿一般采样频率最大与最小之间的范围很宽，真分析结果。根据系统的过渡过程时间可确定采样频率：ｆ＝（５～１５）／Ｔ９５（１）１参数辨识扰动信号的要求式中，Ｔ９５为系统过渡过程时间的９５％。１．１扰动信号的选择一般采用二进制伪随机信号（ＰＲＢＳ）代替白为使过程可辨识，扰动信号在辨识时间内过噪声信号进行系统辨识。在励磁系统参数辨识程必须被扰动信号持续激励，或在试验期间扰动中，采用阶跃信号（ＳＴＥＰ）作为扰动信号进

6、行辨信号必须充分激励过程的所有模态。这就是扰动识，但阶跃信号对系统有较大扰动，易影响系统的信号的最优设计问题，要求扰动信号的频谱覆盖正常运行，且幅值越大越易干扰系统。因此，本文过程所有频谱。在实际工程中，扰动信号的选择分别采用伪ＰＲＢＳ和ＳＴＥＰ作为扰动信号。收稿日期：２０１２－０９－２３，修回日期：２０１２－１０－３０基金项目：国家自然科学基金资助重点项目（５１１３７００２）；江苏省自然科学基金资助项目（ＢＫ２０１１０２６）作者简介：孙黎霞（１９７８－），女，副教授，研究方向为电力系统建模与控制

7、，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｘｉａｓｕｎ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ·１７８·水电能源科学２０１３年Ｕｇ（θ１，θ２，…，θｎ，ｋ）为在原型模型下发电机输出２发电机励磁系统的参数辨识的第ｋ个计算值；Ｕｇｍ为在实际励磁系统下发电机输出的第ｋ个测量值；Ｍ为权重系数，由于励磁２．１励磁系统的模型结构电压与机端电压幅值不在同一数量级上，因此需以ＭＥＣ３３００Ｔ励磁系统为例，ＭＥＣ３３００Ｔ加一个权重系数Ｍ。的原型模型为ＰＳＡＳＰ下的ＡＶＲ－Ⅱ型励磁系统为进行辨识精度的分析，采用相对误差：［９］Ｅ（图１），Ｋ。因此，需要辨

8、识参数为ｎ＝８，ｆｄ（θ１，θ２，…，θｎ，ｋ）－Ｅｆｄｍ（ｋ）２＝１ｅ（ｋ）ｅｆｄ％＝（３）Ｅｆｄｍ（ｋ）分别为Ｋｒ、Ｔｒ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｋａ、Ｔａ。图中，Ｕｔ式中，ｅ（ｋ）Ｅｆｄ％为第ｋ个测量点励磁电压的相对为发电机输出电压；Ｕｓ为电压稳定器输出电压；误差。每一个测量点上励磁端输出的相对误差，Ｕｒ为给定参考电压；Ｋｒ、Ｔｒ分别为放大控制环节０而不是整个测量时间段上的误差总和，有利于分的放大系数、时间常数；Ｋａ、Ｔａ分别为量测环节的时端进行误差分析。放大系数、时间常数；