发电机励磁参数辨识研究——PSS低通滤波环节参数辨识

发电机励磁参数辨识研究——PSS低通滤波环节参数辨识

徐涛梅鸿罗德刚陈启阳陈晨

（1、2、3、4：贵州省水城县经济和信息化局；5：贵州电网公司六盘水供电局贵州六盘水553000）

摘要：本文首先用最小二乘法对PSS低通滤波环节的数学模型进行了详细推导。对于推导结果，所得的数学模型是非线性方程，因此采用牛顿法来求解，使用牛顿法时要进行多次迭代，结合这个特点，最终选择使用MATLAB软件来求解方程。运用MATLAB软件辨识后得到的PSS低通滤波环节参数辨识结果与国家标准相比较，进而验证辨识的实用性和合理性。

关键词：励磁系统，PSS低通滤波环节，参数辨识，最小二乘法

ResearchOnGeneratorexcitationparameteridentification——PSSlow-passlinkparameteridentification

XUTao,MEIHong,LUODe-gang,CHENQi-yang，CHENChen

Abstract:Firstly,theLeastSquaresmethodisdeducedindetailonmathematicalmodelofPSSLowPassFilter.Fortheresults,becauseofthemathematicalmodelissolvingnonlinearequations,.sotheNewtonmethodisused.WhenusingNewtoniterations,withthisfeature,choosetouseMATLABsoftwaretosolvetheequation.IdentificationoftheuseofMATLABsoftwarelagsafterthePSSlow-passparametersobtainedrecognitionresultscomparedwithnationalstandards,identifyingandverifyingthepracticability.

Keywords:excitationsystems,PSSlow-passlink,parameteridentification,LeastSquaremethod

0引言

同步发电机尤其是大型同步发电机的励磁控制系统对电力系统的安全稳定运行有重要影响。励磁控制系统的任务虽然可以很多，但主要任务是维持发电机的电压在给定值水平上和提高电力系统运行的稳定性。

励磁系统是同步电机的重要组成部分，它是供给电机直流励磁电源的一套系统。当发电机正常运行时，励磁系统能供给维持一定电压和功率输出的励磁电流；当电力系统发生突然短路或突然加、减负荷时，能对发电机强行励磁或强行减磁，提高发电机或电力系统运行的稳定性和可靠性；当电机内部出现短路时，能对电机灭磁，避免事故扩大[1]。因此同步发电机的励磁系统对电网的运行有着非常重要的作用。

励磁系统参数辨识结果是否合理需要运用相应的标准来衡量，国家标准对参数辨识的误差有以下如下规定[2]：

计算近似计算模型在较宽低频范围（一般取0.1Hz～2.0Hz）内的励磁系统频率特性。将近似计算模型和实测模型两种模型的励磁系统频域特性进行比较，各项性能指标的偏差允许值见表1。

1PSS低通滤波环节参数辨识

最小二乘法不仅是19世纪最重要的统计方法，而且还可成为数理统计学之灵魂。由最小二乘法（LS）获得的估计在一定条件下有最佳的统计特性，即估计的具有一致性、无偏性及有效性。另外许多用于系统辨识的估计算法，如经典法中的相关辨识法，频域辨识法都可以演绎成最小二乘法程序，因此有可能通过最小二乘理论将许多辨识技术统一起来。

最小二乘估计在电力系统的应用中也存在着十分引人的前景。它在电力系统的状态估计、参数估计、动态系统等值以及自适应控制中有着广泛的应用。

2数学模型推导

本次研究内容为线性环节，最小二乘法容易实现。因此这次设计研究方法选择了最小二乘法，且最小二乘法十分符合发电机励磁系统参数辨识的PSS低通滤波环节的参数辨识[3]。

PSS低通滤波环节的传递函数为：

将代入得：

3PSS低通滤波环节参数辨识实测数据及辨识结果

由实验可得具体的实际数据，并在已知模型的前提下用实际数据对PSS低通滤波环节进行参数辨识。

通过将实测数据输入MATLAB辨识软件包，得辨识参数Tr、辨识后拟合后的增益及相位的表格（表3），运用所得的频率和相位分别绘出了对应的坐标图1和图2如下：

辨识结果：Tr=0.10179。

上面的图形中，“+”表示为实测值；“”表示为拟合值。通过对比实测值与拟合值，进行分析，验证辨识结果是否符合国家标准规定。

4.辨识结果验证

近似模型与实测模型之间存在较大的差异，所以还需通过计算来比较励磁系统实测模型与近似计算模型的频率特性，调整和确认近似计算模型及参数。

通过比较MATLAB仿真后的拟合结果与实测数据进行对比分析，可得到如下数据：

上表中，可以看出频率在0.09~8.01Hz变化时，在增益和相位拟合中，实测值与拟合值相差均满足国家标准，并不影响整体的拟合结果。说明了拟合结果与实际环节很好的吻合与体现，同时也说明了最小二乘法在参数估计中有很好的实用性。

5．总结

发电机励磁系统可以提高电力系统运行稳定性、也被认为是改善系统动态品质的有力手段。随着我国电力系统的发展和全国各大电网的互联，对各大电网中的发电机励磁系统进行参数测试并逐步建立励磁系统模型参数数据库是非常有必要的。因此，很有必要对励磁系统进行参数辨识。

图1频率响应曲线（相位）

利用最小二乘法，对PSS低通滤波环节做了数学模型推导，通过MATLAB软件仿真，得出辨识结果，对辨识结果分析发现，相频特性和幅频特性均在国家标准所规定的数值范围内。这个结论也说明参数辨识的有效性和最小二乘法具有很好的实用性。

图1频率响应曲线（增益）

参考文献

[1]郝满江.发电厂励磁系统参数时域辨识[D].北京：北京交通大学，2005.

[2]徐涛，张靖，邵天龙，张东方.发电机励磁参数辨识研究——PID滞后环节参数辨识[J].通信电源技术,2013,30:42~44.

[3]XuTao,ShaoTianlong,ZhangDongfang.ResearchOnGeneratorexcitationparameteridentification——PSS

low-passlinkparameteridentification[J].AdvancedMaterialsResearchVols.805-806(2013)716-720.

[4]郝满江.发电厂励磁系统参数时域辨识[D].北京：北京交通大学，2005.

作者简介

徐涛（1988-），男，汉，贵州六盘水，贵州省六盘水市水城县经济和信息化局，邮编：553000。