一種提高電力系統閉環辨識準確性的激勵信號優化方法
2023-10-18 04:13:54 3
一種提高電力系統閉環辨識準確性的激勵信號優化方法
【專利摘要】本發明公開了一種提高電力系統閉環辨識準確性的激勵信號優化方法，屬於電力系統辨識與控制【技術領域】。該方法採用偽隨機碼二進位信號或正弦信號作為初始激勵信號，辨識得到初始辨識模型；基於自適應離散卡爾曼濾波的優化方法求出第K-1步的辨識模型，根據第K-1步的辨識模型求出優化激勵信號功率譜密度並轉化為有限維FIR作為激勵信號激勵閉環電力系統，得出第K步的辨識模型及該模型相應的控制器Wk；通過第K步的辨識模型及該模型相應的控制器Wk判斷該第K步的辨識模型是否滿足閉環電力系統魯棒穩定性，若是將得到的有限維FIR作為最終的優化激勵信號。通過本發明方法可以得到較為準確的電力系統辨識模型，從而進一步地解決電力系統辨識模型的準確性問題。
【專利說明】一種提高電力系統閉環辨識準確性的激勵信號優化方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於電力系統控制與辨識【技術領域】；特別涉及一種提高電力系統閉環辨識準確性的激勵信號優化方法，該方法基於自適應離散卡爾曼濾波的優化方法得到電力系統激勵信號進行優化後的優化電力系統模型，從而提高電力系統閉環辨識的準確性。
【背景技術】
[0002]系統辨識通常是指利用系統己知的和觀測到的信息，構造該系統的數學模型的理論和方法，也就是按照一定的準則，在一組模型類中，選擇一個與數據擬合得最好的模型。系統辨識理論和應用發展從20世紀60年代到90年代初逐漸走向成熟的關鍵時期。常用的系統辨識方法有最小二乘法，輔助變量，極大似然，隨機逼近，預報誤差等，除此之外，還有擴展的辨識方法和求解算法。
[0003]系統辨識的輸入信號設計問題最早在1960年左右開始研究，在70年代該問題的研究逐漸深入，成為系統辨識領域研究的重要課題之一。常用的優化假定輸入辨識信號是由白噪聲通過有限維FIR濾波得到，將最優化問題轉化為一個線性矩陣不等式問題，通過求解線性矩陣不等式得到有限維FIR濾波器的相關係數，再設計有限維FIR濾波器。閉環電力系統條件下的激勵信號優化主要採用是迭代方法進行優化信號，考慮控制器和閉環電力系統魯棒性穩定性，求取激勵信號的優化能量譜，從而得到滿足閉環系統性能的系統模型和相應的激勵信號。
[0004]此外，卡爾曼濾波算法已廣泛應用於信號優化和數據處理之中，它是從系統的測量參數中恢復一些動態參數的最主要方法之一，在使用卡爾曼濾波算法時會產生過程噪聲協方差矩陣Q和測量噪聲協方差矩陣R。自適應濾波基本思想就是在利用觀測數據進行濾波的同時，不斷地對未知的或不確知的系統模型參數和噪聲統計特性和狀態增益陣進行在線估計或修正，實現濾波器設計參數的在線改進，以縮小實際的濾波誤差，提高濾波的精度，獲得狀態變量的最佳估計值。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種提高電力系統閉環辨識準確性的激勵信號優化方法，該方法基於自適應離散卡爾曼濾波的方法得到對電力系統激勵信號進行優化後的電力系統優化模型，從而解決由於不完全的先驗信息和不準確估計時間的因素給激勵信號優化設計帶來的難度，最終提高了電力系統閉環辨識的準確性。
[0006]本發明提出的提高電力系統閉環辨識準確性的激勵信號的優化方法，其特徵在於，該方法包括:選擇一個接近真實電力系統的初始模型Gtl及其相應的初始控制器W。；
[0007]I)採用偽隨機碼二進位信號或正弦信號作為初始激勵信號&辨識得到初始辨識
模型(4，成)；
[0008]2)基於自適應離散卡爾曼濾波的優化方法求出第K-1步的辨識模型，然後根據第K-1步的辨識模型J求出優化激勵信號功率譜密度Φ；1:0)，其中r為第K步的激勵信號，K為1、2、".Κ-1、Κ、Κ+Ρ..;
[0009]3)將步驟2)中的功率譜密度轉化為有限維FIR，以有限維FIR為激勵信號激勵閉環電力系統，得出第K步的辨識模型及該模型相應的控制器Wk;
[0010]4)通過第K步的辨識模型(it, ΑΛ.)及該模型相應的控制器Wk判斷該第K步的辨
識模型^.，Αλ.:)是否滿足閉環電力系統魯棒穩定性，若是則轉步驟5)，否則令Κ=Κ+1轉步驟2)；
[0011]5)將步驟4)得到的有限維FIR作為最終的優化激勵信號。
[0012]本發明的特點及有益效果:
[0013]本發明提出了一種提高電力系統閉環辨識準確性的激勵信號優化設計方法，結合一種自適應離散卡爾曼濾波方法，得到電力系統激勵信號優化設計後的電力系統優化模型，而且使過程噪聲Q和測量噪聲R陣在線適應當前的高動態、高機動以及環境的多變性，為解決電力系統辨識準確性問題提出了一種新的思路。本發明的理論和實施例都表明該方法優化了電力系統激勵信號並得到了優化後的電力系統模型，並最終達到提高電力系統閉環辨識準確性的目的，使之更加適用於電力系統辨識與控制中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的提 高電力系統閉環辨識準確性的激勵信號優化方法流程圖；
[0015]圖2是本發明方法中的自適應離散卡爾曼濾波的方法具體框圖。
【具體實施方式】
[0016]本發明提供了一種提高電力系統閉環辨識準確性的激勵信號優化設計方法。下面是參照附圖及實施例對本方法進行詳細的說明。
[0017]本發明提出的一種自適應離散卡爾曼濾波的激勵信號優化方法，如圖1所示，該方法包括:選擇一個接近真實電力系統的初始模型Gtl及其相應的初始控制器W。；
[0018]I)採用偽隨機碼二進位信號或正弦信號作為初始激勵信號IV使用迭代辨識的方
法得到電力系統初始辨識模型((K,);可選擇的常用的電力系統激勵信號的類型有很多，例如:脈衝信號、階躍信號、偽隨機碼二進位信號、正弦信號、餘弦信號等。
[0019]2)基於自適應離散卡爾曼濾波的優化方法求出第K-1步的辨識模型,Jk J ,
然後根據第K-1步的辨識模型求出優化激勵信號功率譜密度,其中r為第K步的激勵信號，K為1、2、".Κ-1、Κ、Κ+Ρ..;
[0020]步驟2)中基於自適應離散卡爾曼濾波的優化方法求出第K-1步的辨識模型(Α ,太,)具體如圖2所示，包括以下步驟:[0021]21)首先定義真實電力系統模型的最優參數GiQO和故(10的離散狀態向量表達式(I):
[0022]χΜ) = [(,,α) HAk) L (Vvi⑷ Hs (/C)]'⑴
[0023]式(I) φ Gi(k) Hi(k)表示尚待估計的電力系統參數，以GiQO和_)建立電力系統轉移方程如式(2)所示:
[0024]χ , (Ji + O - ' xJ (々.)+ (眾)⑵
[0025]式(2)中，A是2(N-1)X2(N_1)的單位轉移矩陣；A(幻是過程噪聲(均值為零、協方差矩陣為Qj(k)的高斯白噪聲序列)，k= 1，2，K
[0026]式(2)中，％(幻的數學期望為0，即:
[0027]Ι?\ω:{1?) \ = O
[0028]%(々)和A(k + τ)τ的數學期望為Qj (k) g δ ( τ )，如式(3)所示:
[0029]E^mj (k), ajj (I + r)r} = Qj (k).S(t)⑶
[0030]δ (τ)為單位脈衝函數，若電力系統的測量值用N-1維的向量7；#)表示，則有:
[0031]yj(k) = H{k)-x!{k) + vi(/<)⑷
[0032]式(4)中，H(k)是(N-1) X 2 (N-1)常值矩陣，且N_1維向量巧(幻是測量噪聲(均值為零、協方差矩陣為Rj (k)的高斯白噪聲序列)，且巧#)和巧認)互不相關，k= 1，2，K，式(4)中，巧W和+ 的數學期望`為Rj(k).δ (τ)，即
[0033]/:: {Vj V, (k + τ? } = Ri (k).δ(τ)(5)
[0034]5#)和％(& + ^.)的數學期望為0，即:
[0035]E j v.(k),ω.(k + τ)1} = O
_1 Tyj k O O OLO O "
O O I Tlj k 0L00
，
[0036]H(k)=_I^k表示第j個狀態值；
00 0 L O O I Trik
_?--κ _
[0037]22)利用卡爾曼濾波方法中的測量更新的公式(6)- (10)求出第K_1步的辨識模型(4.'太的值:
【權利要求】
1.一種提高閉環電力系統辨識準確性的激勵信號的優化方法，其特徵在於，該方法包括:選擇'~*個接近真實電力系統的初始t旲型Gci及其相應的初始控制器Wci ； .1)釆用偽隨機碼二進位信號或正弦信號作為初始激勵信號r。，辨識得到初始辨識模型(?0,?0)； .2)基於自適應離散卡爾曼濾波的優化方法求出第K-1步的辨識模型,?，然後根據第K-1步的辨識模型J求出優化激勵信號功率譜密度Φ--?),其中r為第K步的激勵信號，K為1、2、".Κ-1、Κ、Κ+Ρ..; .3)將步驟2)中的功率譜密度Φ?:(6>)轉化為有限維FIR，以有限維FIR為激勵信號激勵閉環電力系統，得出第K步的辨識模型及該模型相應的控制器Wk; .4)通過第K步的辨識模型H)及該模型相應的控制器Wk判斷該第K步的辨識模型/}v )是否滿足閉環電力系統魯棒穩定性，若是則轉步驟5)，否則令K=K+1轉步驟2); .5)將步驟4)得到的有限維FIR作為最終的優化激勵信號。
2.如權利要求1所述的方法，所述步驟2)基於自適應離散卡爾曼濾波的優化方法求出第K-1步的辨識模型,),具體包括以下步驟: .21)首先定義真實電力系統模型的最優參數GiGO和故(10的離散狀態向量表達式:
3.如權利要求1所述方法，其特徵在於，所述步驟4)中通過電力系統辨識得到的模型(?Α_)及相應的控制器Wk判斷電力系統模型(?Α_)是否滿足電力系統閉環電力系統魯棒穩定性具體為:若用控制器Wk控制真實系統(?,?)是穩定的，且滿足I I Δ I I A 1，其中，A = T(Gu-0)0 '為加權相對模型誤差，T = GoKl+Goff)-1為電力系統補靈敏度函數；根據魯棒控制理論，將I I ΔI I I轉化為Var(A) ( 1，Var(A)表示方差。
【文檔編號】G05B13/00GK103488078SQ201310303686
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年7月18日 優先權日:2013年7月18日
【發明者】陸超, 柳勇軍, 於淼 申請人:清華大學, 南方電網科學研究院有限責任公司, 北京建築大學