本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和控制技術(shù)，特別涉及一種電力系統(tǒng)中基于遞歸系統(tǒng)辨識(shí)的發(fā)電機(jī)慣量評(píng)估方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性依賴(lài)于多種因素，其中同步發(fā)電機(jī)(sgs)提供的慣性響應(yīng)是關(guān)鍵之一。這種慣性響應(yīng)是電力系統(tǒng)面對(duì)功率不平衡時(shí)的第一道防線(xiàn)，有助于限制頻率變化的速率和最低頻率，從而維持系統(tǒng)運(yùn)行在安全范圍內(nèi)，避免保護(hù)系統(tǒng)的意外觸發(fā)。然而，隨著電力系統(tǒng)中變流器接口發(fā)電機(jī)(cigs)的逐漸集成，這些系統(tǒng)的傳統(tǒng)慣性正在減少，給電力系統(tǒng)的運(yùn)行和控制帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。

2、在過(guò)去幾十年中，變流器接口發(fā)電機(jī)逐漸取代了同步發(fā)電機(jī)，導(dǎo)致系統(tǒng)慣性降低。為了在電力系統(tǒng)中安全地增加非同步發(fā)電的比例，變流器接口發(fā)電機(jī)需要提供模擬慣性以及其他服務(wù)，如初頻率控制(pfc)、阻尼和無(wú)功功率控制。然而，變流器接口發(fā)電機(jī)的控制參數(shù)可能隨時(shí)間變化，如果控制服務(wù)未能提供，可能會(huì)使電力系統(tǒng)面臨安全問(wèn)題。

3、傳統(tǒng)上，電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(tsos)依賴(lài)于模型和假設(shè)來(lái)估計(jì)系統(tǒng)慣性。但隨著變流器接口發(fā)電機(jī)的加入，這些模型和假設(shè)可能不再準(zhǔn)確。因此，開(kāi)發(fā)一種能夠準(zhǔn)確估計(jì)同步發(fā)電機(jī)和變流器接口發(fā)電機(jī)慣性參數(shù)的在線(xiàn)參數(shù)估計(jì)方法對(duì)于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

4、現(xiàn)有的慣性估計(jì)方法主要分為兩大類(lèi)：基于模型的方法和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法。基于模型的方法依賴(lài)于對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的深入理解，需要準(zhǔn)確的系統(tǒng)參數(shù)和模型。但這些方法在實(shí)際應(yīng)用中可能受限于模型的準(zhǔn)確性和可用性?；跀?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法則利用歷史數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)系統(tǒng)行為，但它們可能需要大量的數(shù)據(jù)收集和復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是要提供一種基于遞歸系統(tǒng)辨識(shí)的電力系統(tǒng)慣性參數(shù)實(shí)時(shí)評(píng)估方法及其系統(tǒng)，該方法基于先進(jìn)的遞歸算法和實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)慣性進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，能夠適應(yīng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化，提供更為準(zhǔn)確的評(píng)估結(jié)果。

2、一種基于遞歸系統(tǒng)辨識(shí)的電力系統(tǒng)慣性參數(shù)實(shí)時(shí)評(píng)估方法，包含步驟如下：

3、s1、利用安裝在發(fā)電母線(xiàn)上的相量測(cè)量單元進(jìn)行測(cè)量，實(shí)時(shí)采集有功功率和母線(xiàn)頻率測(cè)量值，為后續(xù)的信號(hào)處理和系統(tǒng)辨識(shí)提供原始數(shù)據(jù)；

4、s2、對(duì)步驟s1采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括單位制轉(zhuǎn)換、去趨勢(shì)和濾波，以提高后續(xù)評(píng)估的準(zhǔn)確性；

5、s3、在步驟s2中預(yù)處理后的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過(guò)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計(jì)算法來(lái)計(jì)算同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度變化或變流器接口發(fā)電機(jī)的內(nèi)部頻率變化；

6、s4、通過(guò)遞歸最小二乘方程誤差算法構(gòu)建適應(yīng)性無(wú)限輸入響應(yīng)濾波器模型，由所述濾波器模型得到z域傳遞函數(shù)；

7、s5、將得到的z域傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換為s域傳遞函數(shù)，提取發(fā)電機(jī)的機(jī)械時(shí)間常數(shù)、阻尼系數(shù)和下垂增益，即為待評(píng)估的電力系統(tǒng)慣性參數(shù)。

8、作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述s3中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計(jì)算法為：

9、δωg＝(dtd)-1dtδωb＝d+δωb????(1)

10、其中，δωg為待估算的發(fā)電機(jī)內(nèi)部頻率向量，δωb為母線(xiàn)頻率測(cè)量向量，d為構(gòu)建的頻率分配矩陣，d+為其左逆矩陣；

11、通過(guò)上述公式計(jì)算出δωg，對(duì)于傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)，直接代表了轉(zhuǎn)子速度的變化；對(duì)于變流器接口發(fā)電機(jī)，則反映了它們提供的虛擬慣性作用下的內(nèi)部頻率變化。

12、作為進(jìn)一步優(yōu)選，s4中，構(gòu)建所述濾波器模型的步驟如下：

13、(a)定義信息向量φ(k)，該向量包含當(dāng)前和過(guò)去的輸入信號(hào)即有功功率變化和輸出信號(hào)即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化的測(cè)量值，φ(k)的具體表達(dá)式如下：

14、φ(k)＝[d(k-1)...d(k-nd)x(k)x(k-1)...x(k-nx)]t????(2)

15、其中，k是迭代指數(shù)，矢量d代表測(cè)量的輸出信號(hào)，x是輸入信號(hào)矢量，nd和nx分別是傳遞函數(shù)分母和分子階數(shù)，t表示矩陣轉(zhuǎn)置。

16、(b)定義參數(shù)向量θ(k)，其元素對(duì)應(yīng)于濾波器傳遞函數(shù)的參數(shù)；所述參數(shù)向量θ(k)的定義如下：

17、

18、其中a1,...,and和b0,...,bnx分別是z域傳遞函數(shù)的分母和分子系數(shù)，t表示矩陣轉(zhuǎn)置；

19、方程誤差e(k)表示實(shí)際測(cè)量值與預(yù)測(cè)值之間的差異，定義為測(cè)量輸出d(k)與參數(shù)向量θ(k)轉(zhuǎn)置和信息向量φ(k)乘積之差：

20、e(k)＝d(k)-θ(k)tφ(k).????(4)

21、(c)將以下最小二乘法函數(shù)作為最小化目標(biāo)函數(shù)：

22、

23、其中，λ是遺忘因子，用于更新系數(shù)時(shí)降低過(guò)去信息的權(quán)重，通常選擇范圍為0＜λ＜1，e(i)表示第i時(shí)刻的誤差，d(i)表示第i時(shí)刻的實(shí)際測(cè)量值，θ(k)是參數(shù)向量，φ(i)表示第i時(shí)刻信息向量。

24、(d)采用遞歸最小二乘方程誤差算法調(diào)整參數(shù)向量θ(k)，使計(jì)算出的輸出信號(hào)y(k)＝θ(k)tφ(k)與測(cè)量輸出d(k)匹配，在每k次迭代中，更新參數(shù)向量θ(k)步驟包括：

25、計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻的方程誤差：

26、e(k)＝d(k)-y(k)????(6)

27、其用于更新每次迭代中實(shí)際測(cè)量輸出d(k)和參數(shù)計(jì)算的輸出y(k)的實(shí)時(shí)誤差；

28、更新協(xié)方差矩陣sde(k+1)：

29、

30、其中，λ是遺忘因子，φ(k)是信息向量，t表示矩陣轉(zhuǎn)置；

31、更新參數(shù)向量θ(k+1)：

32、θ(k+1)＝θ(k)+sde(k+1)φ(k)e(k)????(8)

33、其中，sde是(nd+nx，nd+nx)維的系數(shù)-誤差-向量協(xié)方差矩陣，sde(k+1)是協(xié)方差矩陣，φ(k)是信息向量，e(k)是方程誤差。

34、通過(guò)上述步驟，濾波器模型可以有效地從測(cè)量數(shù)據(jù)中估計(jì)出z域傳遞函數(shù)。

35、作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述s5的具體步驟包括：

36、(a)構(gòu)造s域傳遞函數(shù)，對(duì)同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子速度動(dòng)態(tài)的著名微分方程進(jìn)行拉普拉斯變換，便可推導(dǎo)出同步發(fā)電機(jī)的s域傳遞函數(shù)；

37、

38、其中δωg代表同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子速度變化，δpg代表發(fā)電機(jī)提供的電磁功率變化，mg是同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械時(shí)間常數(shù)，d是機(jī)器阻尼系數(shù)；

39、(b)考慮到一般的變流器接口發(fā)電機(jī)采用虛擬同步機(jī)成網(wǎng)控制方案，使用拉普拉斯變換，可以得到以下s域傳遞函數(shù)；

40、

41、其中，δωcig代表內(nèi)部頻率變化，δpcig代表發(fā)電機(jī)提供的電磁功率變化，g表示下垂增益的倒數(shù)，mcig是變流器接口發(fā)電機(jī)提供的虛擬機(jī)械時(shí)間常數(shù)；

42、(c)根據(jù)s域傳遞函數(shù)都有相應(yīng)的z域?qū)?yīng)函數(shù)，將公式(9)和(10)與一般z域傳遞函數(shù)形式進(jìn)行比較，可以得到相對(duì)應(yīng)的s域傳遞函數(shù)參數(shù)；

43、

44、其中，公式(11)為適用于同步發(fā)電機(jī)的s域傳遞函數(shù)參數(shù)，公式(12)為變流器接口發(fā)電機(jī)的s域傳遞函數(shù)參數(shù)；mg是同步發(fā)電機(jī)的機(jī)械時(shí)間常數(shù)，d是機(jī)器阻尼系數(shù)，ts是采樣周期，mcig是變流器接口發(fā)電機(jī)的虛擬機(jī)械時(shí)間常數(shù)，g表示下垂增益的倒數(shù)，b0和a1是使用遞歸最小二乘方程誤差算法確定的系數(shù)。

45、一種基于遞歸系統(tǒng)辨識(shí)的發(fā)電機(jī)慣量評(píng)估系統(tǒng)，包括：

46、數(shù)據(jù)采集模塊；通過(guò)安裝在發(fā)電總線(xiàn)上的相量測(cè)量單元，實(shí)時(shí)采集實(shí)時(shí)收集電力系統(tǒng)的有功功率和母線(xiàn)頻率數(shù)據(jù)，為后續(xù)的分析和估計(jì)提供原始數(shù)據(jù)；

47、信號(hào)預(yù)處理模塊；對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行必要的預(yù)處理，對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊收集的信號(hào)進(jìn)行必要的預(yù)處理，包括濾波、去趨勢(shì)、歸一化等，以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量并準(zhǔn)備數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析；

48、模型獨(dú)立估計(jì)器模塊：提供一個(gè)獨(dú)立于具體發(fā)電機(jī)模型的轉(zhuǎn)子速度估計(jì)，適用于不同類(lèi)型的發(fā)電機(jī)，包括同步發(fā)電機(jī)和變流器接口發(fā)電機(jī)，為系統(tǒng)辨識(shí)提供關(guān)鍵動(dòng)態(tài)參數(shù)；

49、遞歸系統(tǒng)辨識(shí)算法模塊；實(shí)現(xiàn)遞歸最小二乘方程誤差算法，遞歸更新系統(tǒng)參數(shù)估計(jì)，以適應(yīng)電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化；

50、參數(shù)實(shí)時(shí)更新轉(zhuǎn)換模塊；將最小二乘方程誤差算法得到的z域傳遞參數(shù)轉(zhuǎn)換為s域傳遞參數(shù)，并實(shí)時(shí)更新這些參數(shù)估計(jì)，從而獲得具有物理意義的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)，確保系統(tǒng)分析的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

51、本發(fā)明的具有如下優(yōu)點(diǎn)：

52、1、該方法通過(guò)先進(jìn)的遞歸算法和實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，能夠快速準(zhǔn)確地估計(jì)同步發(fā)電機(jī)和變流器接口發(fā)電機(jī)的慣性參數(shù)，與傳統(tǒng)的慣性估計(jì)方法相比，本發(fā)明的方法不依賴(lài)于具體的系統(tǒng)模型，能夠適應(yīng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化，提供更為準(zhǔn)確的估計(jì)結(jié)果。即使在電力系統(tǒng)經(jīng)歷快速變化或不平衡事件時(shí)也能提供可靠的估計(jì)結(jié)果，能夠更好地理解和控制電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)行為，確保電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。

53、2、該方法能夠處理正常運(yùn)行條件下的環(huán)境測(cè)量數(shù)據(jù)和功率不平衡事件后的信號(hào)測(cè)量數(shù)據(jù)，適用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制應(yīng)用。通過(guò)機(jī)械時(shí)間常數(shù)mg或mcig反映了發(fā)電機(jī)對(duì)功率不平衡的響應(yīng)速度，對(duì)于傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)，mg越大，表明發(fā)電機(jī)的慣性越大，頻率變化越慢，有助于維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)于變流器接口發(fā)電機(jī)，mcig反映了其提供的虛擬慣性水平。