基于在線數(shù)據(jù)的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)新方法

金冬鳴， 苑開波

1.同濟(jì)大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院 上海 201804 2.上海電力學(xué)院 電氣工程學(xué)院 上海 210082

1 研究背景

近年來(lái)，我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展迅速，特高壓輸送電網(wǎng)和大容量發(fā)電機(jī)組相繼投入使用，對(duì)電力系統(tǒng)的分析計(jì)算提出了更高的要求。準(zhǔn)確的元件模型和正確的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)是電力系統(tǒng)分析計(jì)算的基礎(chǔ)，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行、控制等均具有決定性意義［1-3］。

目前，在電力系統(tǒng)中分析計(jì)算過(guò)程使用的勵(lì)磁系統(tǒng)模型都是由計(jì)算程序給出的，由于沒(méi)有實(shí)際參數(shù)值，分析或仿真時(shí)參數(shù)取值只能是查詢制造商的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或相關(guān)手冊(cè)。然而，東北電力協(xié)調(diào)委員會(huì)指出，穩(wěn)定分析中一般使用精確的系統(tǒng)參數(shù)比使用詳細(xì)復(fù)雜的模型更重要，使用參數(shù)不夠精確的詳細(xì)模型帶來(lái)的誤差可能比用簡(jiǎn)化的模型帶來(lái)的誤差更大［4-10］。

現(xiàn)有的勵(lì)磁系統(tǒng)建模主要基于現(xiàn)場(chǎng)的空載建模試驗(yàn)等，并通過(guò)后期數(shù)據(jù)處理分析獲取相應(yīng)模型和參數(shù)。這些方法得到的參數(shù)具有一定程度的通用性，但并沒(méi)有考慮實(shí)際工作狀態(tài)和工作環(huán)境，因此這些試驗(yàn)所獲取的參數(shù)不能真正地表達(dá)電機(jī)在實(shí)際工況下所受到其它因素的影響。離線辨識(shí)需要在電廠現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，試驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程較為煩瑣，且存在給發(fā)電機(jī)自身帶來(lái)安全隱患的風(fēng)險(xiǎn)。另外，傳統(tǒng)的空載測(cè)量數(shù)據(jù)，依賴于參考電壓變化而引起勵(lì)磁系統(tǒng)的響應(yīng)，需要將發(fā)電機(jī)與勵(lì)磁系統(tǒng)耦合起來(lái)辨識(shí)，這樣在勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)中，引入了發(fā)電機(jī)的不確定參數(shù)，給勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)帶來(lái)了誤差［11-12］。

勵(lì)磁機(jī)是有刷或無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)模塊［13］?，F(xiàn)有勵(lì)磁系統(tǒng)辨識(shí)文獻(xiàn)中，主要對(duì)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)中的電壓調(diào)節(jié)器及功率環(huán)節(jié)等做了辨識(shí)，很少有文獻(xiàn)對(duì)勵(lì)磁機(jī)做辨識(shí)。

針對(duì)上述問(wèn)題，筆者構(gòu)建了有刷或無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)中勵(lì)磁機(jī)和發(fā)電機(jī)的混合辨識(shí)模型，以勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓為輸入，以發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為輸出，實(shí)現(xiàn)了勵(lì)磁機(jī)參數(shù)的辨識(shí)。

筆者采用了在線辨識(shí)。與離線辨識(shí)不同，在線辨識(shí)避免了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的各種煩瑣及不便，且辨識(shí)過(guò)程往往基于發(fā)電機(jī)的擾動(dòng)或在故障運(yùn)行工況下進(jìn)行，獲得的相應(yīng)參數(shù)也更接近于實(shí)際運(yùn)行工況。同時(shí)，在線數(shù)據(jù)辨識(shí)采用同步向量測(cè)量單元（PMU）實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁控制器的相互解耦，從而單獨(dú)辨識(shí)勵(lì)磁控制器參數(shù)。上述解耦可有效減小因發(fā)電機(jī)模型及參數(shù)不準(zhǔn)確而帶來(lái)的誤差，并加快計(jì)算速度。

2 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)概述

2.1 辨識(shí)原理

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)的基本原理是根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，構(gòu)建以發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、發(fā)電機(jī)機(jī)端電流及勵(lì)磁輔助控制信號(hào)等為輸入，以各環(huán)節(jié)待辨識(shí)參數(shù)為變量，以勵(lì)磁電壓為輸出的優(yōu)化函數(shù)，使函數(shù)輸出逼近于PMU在線測(cè)量的勵(lì)磁電壓。勵(lì)磁系統(tǒng)的參數(shù)辨識(shí)原理如圖1所示。

圖1 勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)原理

在圖1中：u為系統(tǒng)輸入，即發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、發(fā)電機(jī)機(jī)端電流、勵(lì)磁輔助控制信號(hào)等；i為數(shù)據(jù)采樣次數(shù)；z＾i與zi分別為實(shí)際勵(lì)磁系統(tǒng)與所構(gòu)建的辨識(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)在輸入u下得到的輸出，即勵(lì)磁電壓。兩者差值Δzi即為優(yōu)化目標(biāo)，通過(guò)不斷優(yōu)化調(diào)整辨識(shí)系統(tǒng)中待辨識(shí)的參數(shù)，使Δzi為最小，即可認(rèn)為所構(gòu)建的辨識(shí)系統(tǒng)接近于實(shí)際系統(tǒng)模型，所構(gòu)建辨識(shí)系統(tǒng)的參數(shù)即可認(rèn)為是實(shí)際系統(tǒng)的參數(shù)，這樣便實(shí)現(xiàn)了勵(lì)磁系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)參數(shù)的辨識(shí)。

若將勵(lì)磁系統(tǒng)中的待辨識(shí)參數(shù)用x＾表示，所構(gòu)建的辨識(shí)系統(tǒng)的輸出用z＝f（x＾，u）表示，輸入變量用u表示，則勵(lì)磁系統(tǒng)辨識(shí)問(wèn)題即為尋找滿足如下目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)化解：

對(duì)于式（1）的求解，筆者采用了文化粒子群算法，它可以有效避免普通粒子群算法的早熟問(wèn)題［14］，提高辨識(shí)參數(shù)的精度。同時(shí)，文化粒子群算法可以提供相應(yīng)辨識(shí)參數(shù)的置信空間，具有更好的工程適用性。

2.2 辨識(shí)模型

在確定勵(lì)磁系統(tǒng)辨識(shí)中所需的全部輸入輸出信號(hào)，以及待辨識(shí)參數(shù)后，根據(jù)參數(shù)辨識(shí)原理，還需要搭建勵(lì)磁系統(tǒng)模型，以便根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)輸入得到估計(jì)的輸出值，并與實(shí)際系統(tǒng)輸出值進(jìn)行比較和校正。

在實(shí)際電力系統(tǒng)中，勵(lì)磁系統(tǒng)種類繁多，各不相同，因此一般在系統(tǒng)分析程序中均有多種典型的勵(lì)磁系統(tǒng)模型供選用。以電力系統(tǒng)分析軟件BPA為例，它所能處理的勵(lì)磁系統(tǒng)模型有FA、FB、FC、FD、FE、FF、FG、FH、FJ、FK、FL，以及新勵(lì)磁系統(tǒng)模型FM、FN、FO、FP、FQ、FR、FS、FT、FU、FV。筆者主要以BPA中的FV型自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)模型、改進(jìn)FV型自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)模型和FS型有刷或無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)模型為例進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)。勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)及含義見表1。

2.3 參數(shù)可辨識(shí)性分析

一種勵(lì)磁系統(tǒng)往往是由多個(gè)環(huán)節(jié)串、并及成環(huán)等組成的，每一環(huán)節(jié)的參數(shù)之間存在一定的耦合關(guān)系，造成不一定每一參數(shù)均是可辨識(shí)的［15-16］。以自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)模型為例，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的參數(shù)可辨識(shí)性進(jìn)行分析，給出其各個(gè)參數(shù)的可辨識(shí)性，其它勵(lì)磁系統(tǒng)模型類似。

對(duì)于自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)模型，僅考慮線性環(huán)節(jié)時(shí)，其對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁系統(tǒng)輸出函數(shù)為：

式中：EF為勵(lì)磁系統(tǒng)輸出的勵(lì)磁電壓；s代表復(fù)頻率；Ga（s）為勵(lì)磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)；VT（s）和VR（s）分別為勵(lì)磁系統(tǒng)輸入的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和勵(lì)磁系統(tǒng)輔助控制信號(hào)。

表1 勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)與含義

對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的輸入作進(jìn)一步簡(jiǎn)化，以Vm（s）＝VT（s）＋VR（s）表示勵(lì)磁系統(tǒng)輸入，則式（2）可簡(jiǎn)化為：

通過(guò)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)進(jìn)行化簡(jiǎn)，可得：

在EF、Vm（s）已知的情況下，a0、a1、a2、a3、b0、b1、b2、b3、b4均可辨識(shí)?？紤]到a0、a1、a2、a3、b0、b1、b2、b3、b4與K、Kv、T1、T2、T3、T4、Ka、Ta、Kf、Tf之間存在著復(fù)雜的非線性關(guān)系，并且式（5）～式（13）中包含了十個(gè)待辨識(shí)參數(shù)，這也就說(shuō)明K、Kv、T1、T2、T3、T4、Ka、Ta、Kf、Tf不是唯一辨識(shí)的。

在這種情況下，有兩種方法可以解決：第一種是增加測(cè)量點(diǎn)，如增加電壓調(diào)節(jié)器的輸出或者勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸出；第二種是利用經(jīng)驗(yàn)得到某兩個(gè)或者某幾個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系，增加一個(gè)方程關(guān)系使參數(shù)成為唯一可辨識(shí)的。

筆者采用第二種方法。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于目前廣泛使用的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，其環(huán)節(jié)參數(shù)不需要辨識(shí)，而只需要根據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行條件進(jìn)行調(diào)節(jié)整定，使發(fā)電機(jī)及其勵(lì)磁系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性符合GB／T 7409.3—2007《同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng) 大、中型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)要求》，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行勵(lì)磁功率及測(cè)量環(huán)節(jié)的辨識(shí)。據(jù)此，各類勵(lì)磁系統(tǒng)模型待辨識(shí)參數(shù)見表2。

表2 勵(lì)磁系統(tǒng)模型待辨識(shí)參數(shù)

3 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)解耦原理

3.1 發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)

在自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的整體辨識(shí)模型中，需要將發(fā)電機(jī)與勵(lì)磁系統(tǒng)耦合起來(lái)辨識(shí)，這樣會(huì)在勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)中引入發(fā)電機(jī)中的不確定參數(shù)，給勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)帶來(lái)誤差。同時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)所對(duì)應(yīng)的整體模型維數(shù)較高，造成辨識(shí)所消耗的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

筆者采用PMU在線數(shù)據(jù)辨識(shí)，測(cè)量點(diǎn)較多，可以實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)的解耦。解耦原理如圖2所示，通過(guò)獲取勵(lì)磁系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)系統(tǒng)之間的勵(lì)磁電壓，在勵(lì)磁系統(tǒng)一端獲得解耦后勵(lì)磁系統(tǒng)的輸出量，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)一側(cè)的解耦；在發(fā)電機(jī)一端，獲得解耦后發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸入量，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)一側(cè)的解耦。

由圖2可以看出，解耦模型不需要考慮發(fā)電機(jī)的參數(shù)，而只需要測(cè)量相關(guān)聯(lián)的參數(shù)即可。對(duì)于任何勵(lì)磁系統(tǒng)，只需要測(cè)量發(fā)電機(jī)輸出端的電壓和電流，即可將勵(lì)磁系統(tǒng)解耦。解耦后的模型去掉了發(fā)電機(jī)部分，降低了模型階次，可以大大簡(jiǎn)化計(jì)算。

圖2 自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)解耦原理

3.2 發(fā)電機(jī)無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)

在無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)模型發(fā)電機(jī)的PMU在線測(cè)量數(shù)據(jù)中包含了勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電壓和發(fā)電機(jī)交、直軸電流，以這些量為輸入輸出，可以將無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)器和勵(lì)磁機(jī)解耦，分解為前半部分的電壓調(diào)節(jié)器辨識(shí)和后半部分的勵(lì)磁機(jī)辨識(shí)。其中，電壓調(diào)節(jié)器的辨識(shí)與自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)模型的辨識(shí)過(guò)程基本一致，在此不再重復(fù)。無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)解耦原理如圖3所示。

圖3 無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)解耦原理

由圖3可以看出，除了勵(lì)磁機(jī)模型外還需要用到發(fā)電機(jī)模型，鑒于發(fā)電機(jī)模型并非筆者的研究重點(diǎn)，在此不再詳述。當(dāng)然，這里需要注意的是，勵(lì)磁系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)系統(tǒng)之間的銜接包括兩個(gè)系統(tǒng)不同標(biāo)幺體系的處理，以及勵(lì)磁電流的計(jì)算。

4 勵(lì)磁系統(tǒng)輸入信號(hào)處理

在采用在線數(shù)據(jù)辨識(shí)時(shí)，相比于空載數(shù)據(jù)，增加了發(fā)電機(jī)機(jī)端電流信號(hào)和勵(lì)磁電壓輔助控制電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）信號(hào)。

雖然在PMU在線測(cè)量數(shù)據(jù)中有PSS信號(hào)值，但是不同發(fā)電機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊，存在部分PSS信號(hào)測(cè)量異常，這些信號(hào)經(jīng)常會(huì)給勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)帶來(lái)較大的困難。筆者以福建412在線數(shù)據(jù)中的南浦3號(hào)機(jī)為例，對(duì)PSS信號(hào)的相關(guān)處理作介紹。

南浦3號(hào)機(jī)PMU在線測(cè)量得到的PSS信號(hào)與模型仿真PSS信號(hào)如圖4所示。

圖4 南浦3號(hào)機(jī)PSS信號(hào)

由圖4可以看出，PSS信號(hào)測(cè)量數(shù)據(jù)明顯存在異常。若直接以PMU在線測(cè)量得到的PSS信號(hào)作為勵(lì)磁輔助控制信號(hào)進(jìn)行輸入，則勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)得到的結(jié)果如圖5所示。

圖5 在線測(cè)量PSS信號(hào)擬合結(jié)果

若直接去掉PSS信號(hào)，則得到的勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)結(jié)果如圖6所示。

圖6 去除PSS信號(hào)擬合結(jié)果

由圖5、圖6辨識(shí)結(jié)果對(duì)比可以看出，PSS信號(hào)對(duì)于勵(lì)磁系統(tǒng)辨識(shí)非常重要，而在實(shí)際發(fā)電機(jī)的PMU在線測(cè)量中，又經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)PSS信號(hào)測(cè)量失真的現(xiàn)象。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，筆者在勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)中引入了PSS模型，通過(guò)給定PSS模型輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)程序仿真，獲取PSS信號(hào)。

采用程序仿真獲取PSS信號(hào)，需要輸入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)功率的PMU在線測(cè)量值。通過(guò)觀察勵(lì)磁系統(tǒng)PMU在線測(cè)量數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，通常情況下，功率測(cè)量是正常的，但轉(zhuǎn)速測(cè)量時(shí)存在一定的誤差，所以可以用頻率測(cè)量值計(jì)算發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，來(lái)代替PMU在線測(cè)量的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，兩種轉(zhuǎn)速對(duì)比如圖7所示。

圖7 南浦3號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)速比較

由圖7可以發(fā)現(xiàn)，福建412是在89 s附近發(fā)生了故障，但是PMU在線測(cè)量轉(zhuǎn)速中并沒(méi)有體現(xiàn)出來(lái)，這對(duì)于擬合故障處的曲線動(dòng)態(tài)特性會(huì)帶來(lái)較大影響，且PMU在線測(cè)量轉(zhuǎn)速在此之后發(fā)生了較大振蕩。除此以外，無(wú)論是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量還是發(fā)電機(jī)功率測(cè)量，雖然采樣有足夠大的頻率，但是采樣值精度還是較低，例如轉(zhuǎn)速采樣分辨率為0.1，使得曲線不夠光滑，因此還需要進(jìn)行去噪處理，使曲線光滑。

模型仿真獲得的PSS信號(hào)輸入辨識(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)模型之后，得到擬合結(jié)果，如圖8所示。

經(jīng)過(guò)上述分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PMU在線測(cè)量獲得的PSS信號(hào)正常時(shí)，采用PMU在線測(cè)量的PSS信號(hào)辨識(shí)比較準(zhǔn)確，PMU在線實(shí)測(cè)勵(lì)磁電壓曲線與擬合曲線擬合結(jié)果較好。當(dāng)PMU在線測(cè)量獲得的PSS信號(hào)嚴(yán)重失真時(shí)，可以輸入PSS模型仿真得到的PSS信號(hào)，這樣擬合結(jié)果較好。

圖8 仿真PSS信號(hào)擬合結(jié)果

PMU在線測(cè)量獲得的PSS信號(hào)失真是比較常見的現(xiàn)象，而要想準(zhǔn)確辨識(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)，必須要有準(zhǔn)確的PSS信號(hào)。要解決這個(gè)問(wèn)題，除了需要對(duì)PSS模型輸入信號(hào)進(jìn)行處理外，還需要獲取PSS模型中的準(zhǔn)確參數(shù)。筆者對(duì)于PSS測(cè)量信號(hào)嚴(yán)重失真的算例，嘗試用PSS模型仿真獲取PSS信號(hào)，仿真獲取的PSS信號(hào)不理想時(shí)則采用不輸入PSS信號(hào)的方式。

對(duì)于PMU在線測(cè)量引入的發(fā)電機(jī)機(jī)端電流信號(hào)，在模型中還需要引入負(fù)載補(bǔ)償單元，如圖9所示。

圖9 負(fù)載補(bǔ)償單元

在圖9中，IT為發(fā)電機(jī)機(jī)端電流，Rc為負(fù)載補(bǔ)償有功因數(shù)，通常為0，據(jù)此獲得負(fù)載補(bǔ)償后的電壓Vc為：

式中：φ為功率因數(shù)角，可以通過(guò)有功和無(wú)功功率計(jì)算獲得。

5 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)步驟

基于PMU在線測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)時(shí)，將發(fā)電機(jī)開始并網(wǎng)時(shí)的在線測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)預(yù)處理，然后根據(jù)具體模型選擇對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)作為模型輸入和輸出。例如：在自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)模型中，將發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、發(fā)電機(jī)機(jī)端電流反饋?zhàn)鳛閯?lì)磁系統(tǒng)模型輸入，將勵(lì)磁機(jī)電壓作為勵(lì)磁系統(tǒng)模型輸出；而在無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)模型中，將勵(lì)磁機(jī)電壓作為模型輸入，將發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓作為模型輸出。結(jié)合文化粒子群算法對(duì)模型參數(shù)在初始值給定的基礎(chǔ)上進(jìn)行辨識(shí)，最后將與勵(lì)磁電壓幅值實(shí)際測(cè)量值擬合度最高的勵(lì)磁電壓幅值的仿真值所對(duì)應(yīng)的各勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)作為參數(shù)辨識(shí)結(jié)果輸出，并傳遞給接口?；谠诰€數(shù)據(jù)的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)基本流程如圖10所示。

圖10 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)基本流程

6 實(shí)例驗(yàn)證

6.1 電廠空載測(cè)量數(shù)據(jù)驗(yàn)證

通過(guò)前述研究，確認(rèn)勵(lì)磁系統(tǒng)辨識(shí)結(jié)果會(huì)受到系統(tǒng)輸入PSS信號(hào)與負(fù)載補(bǔ)償單元的較大影響。為驗(yàn)證筆者提出的勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法的有效性，首先基于空載數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)，排除輸入PSS信號(hào)的影響。

（1）伍堡3號(hào)機(jī)。

采用筆者提出的勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法對(duì)伍堡3號(hào)機(jī)進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)，辨識(shí)結(jié)果與發(fā)電機(jī)廠家給定參數(shù)對(duì)比見表3。

表3 伍堡3號(hào)機(jī)空載測(cè)量參數(shù)辨識(shí)結(jié)果對(duì)比

由表3可見，辨識(shí)結(jié)果與廠家給定參數(shù)完全一致。分別采用辨識(shí)結(jié)果與廠家給定參數(shù)進(jìn)行勵(lì)磁電壓的擬合，擬合結(jié)果如圖11所示。

圖11 伍堡3號(hào)機(jī)空載測(cè)量勵(lì)磁電壓擬合曲線

由圖11可見，根據(jù)辨識(shí)結(jié)果和廠家給定參數(shù)獲得的勵(lì)磁電壓曲線是完全一致的，而且與PMU在線實(shí)測(cè)曲線也基本上重合，說(shuō)明在這一實(shí)例中，廠家給定參數(shù)及辨識(shí)結(jié)果與勵(lì)磁系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)基本一致，證明了筆者所述參數(shù)辨識(shí)方法的有效性。

（2）南浦3號(hào)機(jī)。

基于空載數(shù)據(jù)，采用筆者提出的勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法對(duì)南浦3號(hào)機(jī)進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)，辨識(shí)結(jié)果與發(fā)電機(jī)廠家給定參數(shù)對(duì)比見表4。

由表4可見，辨識(shí)結(jié)果與廠家給定參數(shù)有一定的差別，分別采用辨識(shí)結(jié)果與廠家給定參數(shù)進(jìn)行勵(lì)磁電壓的擬合，擬合結(jié)果如圖12所示。

由圖12可見，相比于廠家給定參數(shù)，辨識(shí)獲得的參數(shù)代入勵(lì)磁模型后獲得的勵(lì)磁電壓曲線更為接近PMU在線實(shí)測(cè)曲線，說(shuō)明辨識(shí)結(jié)果參數(shù)更為接近發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，證明了筆者提出的勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法的有效性。

表4 南浦3號(hào)機(jī)空載測(cè)量參數(shù)辨識(shí)結(jié)果對(duì)比

圖12 南浦3號(hào)機(jī)空載測(cè)量勵(lì)磁電壓擬合曲線

6.2 電廠勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)結(jié)果

（1）南浦2號(hào)機(jī)。

采用筆者提出的勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法對(duì)南浦2號(hào)機(jī)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，辨識(shí)結(jié)果與勵(lì)磁系統(tǒng)廠家給定的參數(shù)對(duì)比見表5。

表5 南浦2號(hào)機(jī)參數(shù)辨識(shí)結(jié)果對(duì)比

由表5可見，辨識(shí)結(jié)果與廠家給定參數(shù)有一定的差別，分別采用辨識(shí)結(jié)果與廠家給定參數(shù)進(jìn)行勵(lì)磁電壓的擬合，擬合結(jié)果如圖13所示。

圖13 南浦2號(hào)機(jī)勵(lì)磁電壓擬合曲線

由圖13可見，相比于廠家給定參數(shù)，辨識(shí)結(jié)果參數(shù)代入勵(lì)磁系統(tǒng)模型后獲得的勵(lì)磁電壓曲線更為接近PMU在線實(shí)測(cè)曲線，說(shuō)明辨識(shí)得到的參數(shù)更為接近勵(lì)磁系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，證明了筆者提出的勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法的有效性。

（2）伍堡3號(hào)機(jī)。

采用筆者提出的勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法對(duì)伍堡電廠3號(hào)機(jī)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，辨識(shí)結(jié)果與勵(lì)磁系統(tǒng)廠家給定的參數(shù)對(duì)比見表6。

表6 伍堡3號(hào)機(jī)參數(shù)辨識(shí)結(jié)果對(duì)比

由表6可見，辨識(shí)結(jié)果與廠家給定參數(shù)有一定的差別，分別采用辨識(shí)結(jié)果與廠家給定參數(shù)進(jìn)行勵(lì)磁電壓的擬合，擬合結(jié)果如圖14所示。

圖14 伍堡3號(hào)機(jī)勵(lì)磁電壓擬合曲線

由圖14可見，相比于廠家給定參數(shù)，辨識(shí)獲得的參數(shù)代入勵(lì)磁模型后獲得的勵(lì)磁電壓曲線更為接近PMU在線實(shí)測(cè)曲線，說(shuō)明辨識(shí)結(jié)果參數(shù)更為接近勵(lì)磁系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，證明了筆者提出的勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法的有效性。

7 結(jié)論

筆者提出了基于在線數(shù)據(jù)的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)新方法，在自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)模型中將勵(lì)磁系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)解耦，在無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)模型中將勵(lì)磁系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)器與勵(lì)磁機(jī)解耦，避免了將勵(lì)磁系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)耦合起來(lái)辨識(shí)所帶來(lái)的發(fā)電機(jī)參數(shù)誤差，同時(shí)也降低了辨識(shí)系統(tǒng)階次，簡(jiǎn)化了計(jì)算。針對(duì)在線測(cè)量PSS信號(hào)容易失真等問(wèn)題，筆者構(gòu)建了PSS模型，通過(guò)程序仿真得到PSS信號(hào)，并代替PSS測(cè)量信號(hào)，提高了辨識(shí)精度。針對(duì)構(gòu)建的勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)函數(shù)，筆者采用文化粒子群算法進(jìn)行求解。文化粒子群算法穩(wěn)定性好，適用于處理傳統(tǒng)搜索方法無(wú)法解決的復(fù)雜和非線性問(wèn)題。經(jīng)過(guò)實(shí)例驗(yàn)證，確認(rèn)筆者提出的在線數(shù)據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法切實(shí)有效，具有較高的參數(shù)辨識(shí)精度。