一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置對(duì)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速及計(jì)算轉(zhuǎn)速的同步跟蹤方法
【專(zhuān)利摘要】一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置對(duì)轉(zhuǎn)速實(shí)測(cè)量及計(jì)算量的同步跟蹤方法，方法包括如下內(nèi)容：預(yù)處理發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子計(jì)算轉(zhuǎn)速和實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速的歷史數(shù)據(jù)，作為訓(xùn)練樣本；利用訓(xùn)練樣本對(duì)支持向量機(jī)模型進(jìn)行訓(xùn)練；待測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)支持向量機(jī)模型計(jì)算預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)速；將預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)速作為實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速的同步跟蹤。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速計(jì)算時(shí)不能完全考慮到過(guò)渡過(guò)程(或暫態(tài)過(guò)程)而引起的計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確問(wèn)題，并將計(jì)算的預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)速作為實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速的同步跟蹤，以防止轉(zhuǎn)速實(shí)測(cè)信號(hào)丟失，造成階躍甚至導(dǎo)致切機(jī)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置對(duì)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速及計(jì)算轉(zhuǎn)速的同步跟蹤方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及在多頻段電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PPS4B模型或其他 需要獲取發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置轉(zhuǎn)速的工業(yè)領(lǐng)域中，以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速計(jì)算量跟蹤實(shí)測(cè)量的同步 跟蹤技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 多頻段電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PPS4B模型的一個(gè)重要輸入?yún)?shù)就是轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速的精確與 否直接影響著模型的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置是根據(jù)機(jī)端電壓、定子電流計(jì)算電磁功 率（三表法或兩表法，視裝置模擬量采集通道是否采集B相電流而定），而后再根據(jù)電磁功 率的有功、無(wú)功分量，計(jì)算出實(shí)時(shí)功角，而后將功角對(duì)時(shí)間求微分，從而得到實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速?？紤] 到暫態(tài)下轉(zhuǎn)子搖擺，有改進(jìn)的計(jì)算實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速的方法，以考慮到諧波功率影響入手，采用瞬時(shí) 功率修正電磁功率的有功、無(wú)功分量，進(jìn)而計(jì)算功角及轉(zhuǎn)速。
[0003] 但以上兩種方法都存在難以較準(zhǔn)確適應(yīng)發(fā)電機(jī)各種工況的問(wèn)題。基于模式識(shí)別和 趨勢(shì)預(yù)測(cè)的方法，建立轉(zhuǎn)速的趨勢(shì)模型，可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的轉(zhuǎn)速。根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的 變化過(guò)程及模型的輸入需求，該模型需具有很高的快速性和準(zhǔn)確性。
[0004] 支持向量機(jī)基于統(tǒng)計(jì)推理規(guī)則，可以根據(jù)小樣本建模，不僅考慮了對(duì)漸進(jìn)性能的 要求，而且追求在現(xiàn)有有限信息的條件下得到最優(yōu)結(jié)果，充分發(fā)揮其泛化能力。通過(guò)解一個(gè) 線(xiàn)性約束的二次規(guī)劃問(wèn)題得到全局最優(yōu)解，不存在局部最小值問(wèn)題，快速算法保證了收斂 速度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置對(duì)轉(zhuǎn)速實(shí)測(cè)量及計(jì)算量的同步跟蹤 方法，用于對(duì)PSS4B模型的轉(zhuǎn)速輸入。本發(fā)明提出一種發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速計(jì)算量跟蹤實(shí)測(cè)量 的同步跟蹤方法，利用支持向量機(jī)模型對(duì)計(jì)算轉(zhuǎn)速進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)和跟蹤實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速，當(dāng)實(shí)測(cè) 轉(zhuǎn)速的脈沖信號(hào)丟失時(shí)，根據(jù)預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)速作為PSS4B的模型輸入，防止因轉(zhuǎn)速輸入量錯(cuò)誤而 引起造成階躍甚至導(dǎo)致切機(jī)。
[0006] 本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置對(duì)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速及計(jì)算轉(zhuǎn)速的同步跟蹤方法，其特征在于，所述 方法包括以下步驟：
[0008] (1)預(yù)處理發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子計(jì)算轉(zhuǎn)速和實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速的歷史數(shù)據(jù)，分別作為支持向量機(jī)模 型的訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本；
[0009] (2)利用訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本對(duì)支持向量機(jī)模型進(jìn)行訓(xùn)練；
[0010] (3)利用由傳統(tǒng)方法計(jì)算得到的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)通過(guò)支持向量機(jī)模型計(jì)算預(yù) 測(cè)轉(zhuǎn)速；
[0011] ⑷將預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)速作為實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速的同步跟蹤。
[0012] 本發(fā)明給出了一種通過(guò)轉(zhuǎn)速計(jì)算量預(yù)測(cè)下一時(shí)刻轉(zhuǎn)速并作為實(shí)測(cè)量的同步跟蹤 的技術(shù)。該預(yù)測(cè)方法具有小樣本訓(xùn)練，訓(xùn)練時(shí)間短，泛化能力強(qiáng)，避免出現(xiàn)局部最小和維數(shù) 災(zāi)難的現(xiàn)象，對(duì)解決發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)測(cè)和跟蹤具有重大意義。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1示意了本發(fā)明發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置對(duì)轉(zhuǎn)速實(shí)測(cè)量及計(jì)算量的同步跟蹤方法的流 程不意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0015] 如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置對(duì)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速及計(jì)算轉(zhuǎn)速的同步跟蹤方 法，按照以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0016] 步驟1 :預(yù)處理發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子計(jì)算轉(zhuǎn)速和實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速的歷史數(shù)據(jù)，分別作為支持向量 機(jī)模型的訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本；
[0017] I. 1計(jì)算發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；本發(fā)明采用傳統(tǒng)方法計(jì)算發(fā)電機(jī)計(jì)算轉(zhuǎn)速：傳統(tǒng)發(fā)電 機(jī)勵(lì)磁裝置是根據(jù)機(jī)端電壓、定子電流計(jì)算電磁功率（三表法或兩表法，視裝置模擬量采 集通道是否采集B相電流而定），而后再根據(jù)電磁功率的有功、無(wú)功分量，計(jì)算出實(shí)時(shí)功角， 而后將功角對(duì)時(shí)間求微分，從而得到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的計(jì)算轉(zhuǎn)速。給定發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài) 時(shí)，可由已知的PV和QV，按下式計(jì)算出發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)功角S :

【權(quán)利要求】
1. 一種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置對(duì)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速及計(jì)算轉(zhuǎn)速的同步跟蹤方法，其特征在于：利用支 持向量機(jī)模型對(duì)計(jì)算轉(zhuǎn)速進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)和跟蹤實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速，當(dāng)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速的脈沖信號(hào)丟失時(shí)， 根據(jù)預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)速作為多頻段電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型的輸入。
2. -種發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置對(duì)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速及計(jì)算轉(zhuǎn)速的同步跟蹤方法，其特征在于，所述方 法包括以下步驟： (1) 預(yù)處理發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子計(jì)算轉(zhuǎn)速和實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速的歷史數(shù)據(jù)，分別作為支持向量機(jī)模型的 訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本； (2) 利用訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本對(duì)支持向量機(jī)模型進(jìn)行訓(xùn)練； (3) 利用由傳統(tǒng)方法計(jì)算得到的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)通過(guò)支持向量機(jī)模型計(jì)算預(yù)測(cè)轉(zhuǎn) 速； (4) 將預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)速作為實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速的同步跟蹤。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的同步跟蹤方法，其特征在于： 在步驟⑴中： 按下式計(jì)算出發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)功角S:
其中，S為發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)功角6,Pv為發(fā)電機(jī)輸送到電力系統(tǒng)的有功功率，Qv為發(fā)電 機(jī)輸送到電力系統(tǒng)的無(wú)功功率，Xu為電力系統(tǒng)總電抗的橫軸分量，V為電力系統(tǒng)電壓； 將發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)功角S對(duì)時(shí)間求微分，從而得到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子計(jì)算轉(zhuǎn)速； 對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的計(jì)算轉(zhuǎn)速和實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，以去除奇異點(diǎn)； 對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的計(jì)算轉(zhuǎn)速和實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，作為支持向量機(jī)模 型的訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本； 歸一化的公式如下：
其中，X為計(jì)算轉(zhuǎn)速或?qū)崪y(cè)轉(zhuǎn)速的原始值，X'為歸一化后的值，1_和Xmin分別為計(jì)算 轉(zhuǎn)速或?qū)崪y(cè)轉(zhuǎn)速的歷史數(shù)據(jù)在原始時(shí)間序列中該變量的最大值和最小值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的同步跟蹤方法，其特征在于： 在步驟（2)中，利用實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速的歷史序列值預(yù)測(cè)當(dāng)前時(shí)刻轉(zhuǎn)速值的方法如下： 對(duì)于歸一化后的實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速時(shí)間序列x' =[x' 1>X' 2，…，x' n]，將先前的時(shí)間序列 [x' n-2,…，x' 作為相關(guān)量，則根據(jù)前k個(gè)相關(guān)輸入量預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)速的數(shù)學(xué)模型為：
其中，yt為t時(shí)刻的轉(zhuǎn)速預(yù)測(cè)輸出值，n為目標(biāo)維數(shù)，k為嵌入的相關(guān)維數(shù)，ai和<為 引入的拉格朗日乘子，X' 1和1't為實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速歸一化后的時(shí)間序列，b為支持向量機(jī)超平 面的偏移值，K(x' t)為核函數(shù)，關(guān)于嵌入的相關(guān)維數(shù)k的選擇，根據(jù)FPR準(zhǔn)則確定， 找到一個(gè)最優(yōu)值k使FPE達(dá)到最小，公式如下：

然后利用交叉檢驗(yàn)法得到最佳的懲罰因子C和損失函數(shù)e ; 選擇徑向基核函數(shù)作為支持向量機(jī)的核函數(shù)； 最后根據(jù)訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本，選用支持向量機(jī)的上述三個(gè)超參數(shù)即懲罰因子、損失 函數(shù)和徑向基核函數(shù)，進(jìn)行支持向量機(jī)的模型訓(xùn)練。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的同步跟蹤方法，其特征在于： 所述步驟（3)具體包括以下內(nèi)容： 3. 1將根據(jù)步驟（1)預(yù)處理后的最新一組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子計(jì)算轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)作為待預(yù)測(cè)樣本輸 入經(jīng)步驟（2)訓(xùn)練后的支持向量機(jī)，進(jìn)行發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速單步預(yù)測(cè)，即輸出結(jié)果僅為下一 時(shí)刻的轉(zhuǎn)速預(yù)測(cè)值，不進(jìn)行未來(lái)多個(gè)時(shí)刻的轉(zhuǎn)速預(yù)測(cè)； 3. 2將單步預(yù)測(cè)值加入到新的待預(yù)測(cè)樣本中，剔除原待預(yù)測(cè)樣本集中最舊的一個(gè)值，形 成最新的樣本集，再輸入支持向量模型中； 3. 3循環(huán)以上兩個(gè)步驟3. 1、3. 2,得到未來(lái)多個(gè)時(shí)刻的轉(zhuǎn)速預(yù)測(cè)值； 3. 4按照下式將轉(zhuǎn)速預(yù)測(cè)值進(jìn)行還原。 y=y'X(ymax-ymin) +ymin (5) y'為通過(guò)向量機(jī)模型轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速預(yù)測(cè)值，y_^Pymin分別為測(cè)試樣本中的實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速最大 值和最小值，y為實(shí)際預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)速結(jié)果。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的同步跟蹤方法，其特征在于： 所述步驟（4)具體包括以下內(nèi)容： 4. 1計(jì)算本次實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速和上次實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速值的偏差：
n(t)為最新時(shí)刻實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速值，n(t-l)為上一采樣時(shí)刻的實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速值； 4.2根據(jù)E(t)的大小，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速值進(jìn)行計(jì)算轉(zhuǎn)速與實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速的同步跟蹤，即：
其中，E(t)為4. 1中所述偏差，n' (t)為同步跟蹤后的該時(shí)刻的轉(zhuǎn)速值。
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK104407516SQ201410767217
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】張?zhí)靷b, 高銳 申請(qǐng)人:北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司