电力系统动态建模和参数辨识研究新进展

在电力系统中,发电机、励磁系统、原动机及调速系统、运行特性负荷定义为电力系统的4大参数。其数学建模和辨识的研究是电力设计、规划、运行和分析决策的基础,具有重大的实际意义。清华大学电机工程系从1984年起在国内率先开展电力系统动态建模和参数辨识的研究,首先将信号分析技术与系统辨识技术结合,研究出第一套励磁系统参数辨识的方法和相关配套设备。经过科研人员的共同努力,逐步形成了从理论方法到分析软件、测试装置、工业试验、稳定计算、校核论证的整套理论和技术的一大批成果。“电力系统4大参数建模和参数数据库建立”通过了鉴…     

基于支持向量机和粒子群算法的励磁系统频域辨识

针对励磁系统参数实测及建模问题,提出了采用支持向量机和粒子群算法进行励磁系统参数频域辨识的方法.先用支持向量机方法来提取特征样本,然后采用粒子群算法和这些少量的特征样本对励磁系统进行参数辨识.用支持向量机筛选出的特征样本一方面可以减少粒子群算法的计算时间,另一方面还可以提高模型的辨识精度.实际算例表明粒子群算法用于频域辨识时实现过程简单,对简单模型和复杂模型都可以得到较好的辨识效果.     

大型同步发电机参数在线辨识系统校验与分析

为了评估参数辨识的准确性和由实测参数构成的数学模型对电力系统暂稳态计算的影响,针对已提出的动态在线辨识方法和得到的辨识参数结果,在东北通辽地区电网上进行了大规模系统校核试验和系统稳定计算分析。校核和分析结果表明：所得到的同步电机模型和参数符合实际系统,采用实测模型参数（包括励磁系统和调速系统）后,通辽电厂的发电机稳定极限可以提高５％左右。     

自校正PID控制器在同步发电机励磁系统中的应用

针对同步发电机励磁系统提出一种新的参数自校正的PID控制器,采用极点配置的设计方法,通过在线辨识同步发电机的参数,实时改变PID控制器的增益系数,从而实现同步发电机励磁的自适应最优控制.仿真结果表明该方法十分有效.     

励磁系统模型可辨识性研究

对于确定的励磁系统模型结构,研究励磁系统模型参数的可辨识性,提出利用参数之间存在的关系解决模型的不可辨识问题.通过现场工业试验和软件仿真,将仿真曲线与实测曲线对比,验证辨识方法可行和结果可信.     

发电厂电气主系统培训仿真实用模型

针对发电厂电气主系统培训仿真的建模问题,介绍了把发电机的一次调频特性作为分配因子的动态潮流方法。它很好地反映了由于有功扰动引起的系统频率变化特性。在考虑发电机的励磁调节特性的问题上对不同的励磁调节装置提出了相应的建模方法。给出了一种发电机饱和特性的解析算法,用以计算发电机的励磁电流。在一个实际的１２５０ＭＷ容器发电机组的大型发电厂电气培训仿真系统中,验证了这些方法的有效性。     

大型同步发电机参数在线辨识原理

提出一种测取大型同步电机参数的在线辨识方法。阐述和推导了参数辨识原理及辨识模型。首次提出运动方程和外部等效线路方程的辨识模型。在发电机带负载运行时,对励磁系统施加阶跃干扰,量测电机电压、电流及功角的暂态响应。采用简化大扰动数学模型,一次辨识出同步电机电磁参数和运动方程参数,以及等效无穷大电网电压Ｕｃ和等效线路阻抗Ｘｃ。该方法多次应用于我国大型火电站和水电站,先后对１００ＭＷ和２００ＭＷ汽轮发电机和７５ＭＷ水轮发电机进行了在线参数辨识。用辨识参数计算出的电机动态响应与实测结果有很好的一致性。     

基于直接积分最小二乘法的同步发电机的参数辨识

针对同步发电机模型参数中多个不可观测量的存在使得需要求解复杂的微分方程组对电机参数进行辨识,进而导致了辨识困难,提出了一种完全由可观测量表示的同步发电机辨识模型,即状态量均为由发电机出口电流、励磁电压、励磁电流以及功角,转速变量增量表示的可量测量,并基于该模型提出用直接积分最小二乘原理(DILS)来辨识发电机参数.这样既避免了复杂微分方程的求解过程,简化了参数辨识方法,又提高了辨识效率.辨识后,利用MATLAB进行算例仿真,通过实测曲线和辨识曲线的拟合表明了所采用的辨识模型与算法是正确、有效的.     

换相重叠角的计算机仿真及辩识

为避免繁杂的等效电抗测量计算,在确定发电机无刷励磁系统换相重叠角时,将其作为系统辨识的一个待估参数.在估计出电枢电感参数的基础上,从二极管的广义牛顿拉夫逊迭代模型与储能元件的离散化伴随模型出发,对无刷励磁系统的三相不可控整流电路进行仿真.并与换相重叠角的近似解析公式比较.经验证,仿真结果与解析式相对误差均值在1%以内,说明模型在这两个参数变动范围内有良好的泛化与逼近能力,可作为进一步发电机评估建模基础.仿真程序可以代替实际的无刷励磁模型,参与换相重叠角的辩识及可行的重叠值范围估计.     

基于DSP的参数自适应电机励磁控制系统的实现

在对谐波励磁无刷同步发电机的励磁控制系统进行了综合分析后,设计并实现了一套基于DSP控制的发电机励磁控制系统,对该系统的硬件和软件构成分别作了详细地说明,该系统励磁控制策略采用参数自适应模糊PID控制,对各信号的实时检测采用交流采样方式;该励磁控制系统现场试验的结果证明,系统稳态和暂态性能指标完全符合发电机对励磁系统的要求,并且对各参数量具有很高的测量精度,完全满足各项指标要求。     

船舶操纵运动建模中的参数可辨识性问题

为保证系统辨识方法应用于船舶操纵运动建模中的有效性,提高建模精度,研究了船舶操纵运动辨识建模中的参数可辨识性问题.从系统辨识原理和船舶操纵运动数学模型结构特点的角度讨论了参数可辨识性的机理,并结合Mariner船试验数据,应用细长体理论分别计算了附加质量和黏性力导数,并与约束模试验结果进行对比.结果表明,附加质量的理论计算结果具有足够的精度,而黏性力导数的计算结果存在较大误差.为此,在应用系统辨识进行船舶操纵运动建模过程中,可将附加质量预先给定以解决参数可辨识性和提高辨识精度.     

基于改进粒子群算法的双馈感应发电机参数辨识

基本粒子群算法(PSO)存在早熟问题,且惯性权重对参数辨识结果的影响较大,为此提出将变权重PSO算法和全局最优位置变异PSO算法相结合的改进PSO算法,并将其应用于双馈感应发电机(DFIG)的参数辨识。分析了DFIG中各参数的可辨识性和辨识难易度,给出了基于改进PSO算法的参数辨识步骤。与采用基本PSO算法、变权重PSO算法和全局最优位置变异PSO算法的参数辨识结果相比较,该方法具有收敛速度快、辨识误差小的优点,即使在较大的搜索范围内仍具有较高的辨识精度。     

适用于励磁系统建模的模糊神经网络方法

基于原有励磁建模方法,将模糊理论和神经网络相结合,充分利用模糊理论处理不精确问题和神经网络较强的泛化能力等优势,形成一种模糊神经网络(FNN),并推导了FNN的学习算法.将此FNN用于发电机的控制环节——励磁系统建模.仿真结果显示,FNN模型能够较精确地对实际系统进行拟合.     

基于励磁注入激励法测试并辨识机组扭振模态参数

该文提出一种基于励磁注入激励法来测试和辨识机组模态频率和模态阻尼的方法,用以正确评估次同步谐振风险和研究应对策略。方法包括3个步骤:首先对运行机组励磁系统注入模态信号激发可控扭振,精确检测轴系次同步模态频率;然后采用模态滤波和DFT(discrete Fouriertransform)校正算法计算各扭振模态幅值;最后利用最小二乘算法辨识模态阻尼。采用仿真分析验证了方法的理论正确性,并将其成功应用于上都电厂4台机组的扭振参数测试。结果表明:该方法具有精度高、试验成本低、激发模态可控等优点。     

汽轮发电机组励磁系统参数辨识

通过对典型的励磁系统进行分析,确定其模型机构和需要辨识的具体参数,进行汽轮同步发电机组励磁系统参数可辨识性研究,得出在该模型下,通过设置合适的观测点,励磁系统的参数可唯一辨识的结论.以误差平方和最小为目标函数,采用进化策略法进行参数辨识,确定该模型结构下,励磁系统的各项具体参数.算例进一步验证能有效地辨识出励磁系统的参数.为汽轮同步发电机组励磁系统参数的辨识奠定了理论依据.     

基于果蝇优化算法的船舶操纵响应模型的辨识

应用果蝇优化算法对船舶操纵运动响应模型的结构参数进行辨识,并用辨识得到的响应模型进行自航模变Z形试验预报.预报结果与自航模试验结果的对比验证了所提算法的有效性.研究结果表明,基于果蝇优化算法的参数辨识方法具有算法设置简单、调整参数少以及不易陷入局部极小值等优点.     

基于演化参数辨识的流体网络建模

应用演化计算理论研究了热动力系统中热工流体网络的仿真建模问题.从基本物理规律出发,建立了热工流体网络的通用仿真数学模型;采用演化算法对流体网络的参数进行辨识,避免了以往采用经验值或者网络在理想状态下的试验数据作为建模参数所造成的偏差,在提高计算精度的同时使模型的动态特性更加符合实际.将该方法应用于某蒸汽动力装置新蒸汽系统的仿真建模中,通过仿真结果和实测值的对比,证明采用演化算法辨识后的流体网络模型具有较高的计算精度,能够很好地反映网络对象的特性,在工程上是实用的.     

改进遗传规划算法在系统辨识中的应用

为了解决工业过程中数据丰富但机理不完全可知的非线性动态系统建模问题,提出了一种改进的遗传规划算法,以辨识模型结构和参数.该算法首先基于多层次辨识和反馈的基本思想,对系统进行多次辨识,直到把辨识误差缩小到可接受的范围;然后,采用最小二乘法估测模型参数,避免优良模型结构因低劣参数而被淘汰;最后,实施M估计技术,削弱强噪声对建模的影响,增强模型泛化能力.针对满足Lotka-Volterra方程的非线性动态系统进行建模仿真,试验结果表明该算法能较好地辨识满足Lotka-Volterra方程的一类非线性动态系统.     

基于等效磁路的并列结构混合励磁发电机磁场仿真分析

分析了切向永磁和爪极电励磁在转子中并列组合的混合励磁发电机的结构特点和工作原理,建立了等效磁路模型．由等效磁路模型推导了气隙磁密与励磁电流、磁钢厚度和极对数等参数的关系式,给出了参数计算的方法,并计算了等效磁路模型不同励磁电流下的气隙磁密大小．采用有限元分析软件对发电机建模,仿真分析了发电机的磁场分布,得到气隙磁密与各参数之间的变化关系曲线．仿真结果与等效磁路模型相符,验证了等效磁路模型的正确性和参数计算的有效性,为并列结构混合励磁发电机的设计和参数分析提供了参考．     

发电机励磁系统的运行分析

发电机励磁系统是同步发电机的重要组成部分,它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。在电力系统的运行中,同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用,它不仅控制发电机的端电压,而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。