计算机论文：基于实测频率轨迹的机组调速器参数辨识

 　　摘要：提出了一种基于实测频率轨迹曲线实现调速系统参数辨识新方法。建立了调速器系统的输入输出模型，并证明了相应参数的可辨识性。通过设计接口直接调用 PSASP 软件的机电暂态仿真计算模块，获得电力系统受扰之后的仿真频率曲线；进而基于粒子群优化算法对调速器参数进行调节，使得仿真频率曲线与实测频率曲线尽可能接近，从而实现基于实测频率轨迹曲线的发电机组调速系统参数的辨识。实际系统的算例证明了所提出方法的有效性和正确性，同时所设计的接口在一定程度上扩展了 PSASP 软件的应用范围。
　　关键词：调速器；参数辨识；可辨识性；实测频率轨迹；优化算法
　　调速系统作为发电机控制系统的重要组成部分，其参数的正确与否直接影响着电网运行的稳定性和安全性。由于系统运行方式变换频繁，各个机组的调速系统为了适应系统的运行方式的变换，往往也需要进行频繁调整。对于调度中心来说，如何及时地获得系统所有机组调速系统的参数，是系统运行安全性及稳定性的有力保证之一。
　　关于调速系统的参数辨识问题，研究及工程技术人员提出了许多有意义的方法，目前大致可以分为两类方法。第一类方法是试验结合辨识技术而获得调速系统的参数。提出通过离线试验获得汽轮机电液调节系统的输入和输出曲线，然后采用最小二乘法对调速系统各个环节的参数进行辨识而获得相应的调速系统参数。依据差分进化算法并结合汽轮机负荷扰动实验提出了汽轮机调速系统参数辨识的方法。通过分析燃煤机组与燃气轮机在进行转速阶跃试验时的典型响应特性，提出了响应特性模型并获取了该模型的适用范围。该类方法的优点是所获得的模型及参数比较准确，缺点是必须在机组检修情况下才能进行。第二类方法是基于实测曲线，进行相应机组调速系统参数的辨识。提出了利用系统故障实测频率波动轨迹实现机组调速系统参数辨识的构想，但并没提出具体算法。分析了与频率波动轨迹具有强相关关系的调速系统的系数类型，并得到如下结论：调速器调差系数影响频率下降的最低点和回升频率，调速器死区影响频率下降的最低点。提出了所谓的系统频率稳定评价指标，包括初始频降、频降时间、频降斜率、回升频率等；并分析了对频率轨迹波动影响较大的参数。
　　但该文所提的指标其实质是系统频率轨迹的波动大小的评价指标，并非频率稳定指标。因此，从上述可以看出，目前并没有具体有效方法实现基于实测频率轨迹的调速系统参数辨识。本文提出了一种基于实测频率轨迹曲线实现调速系统参数辨识新方法。该方法首先建立调速器系统的输入输出模型，并证明了相应参数的可辨识性；然后通过设计接口而直接调用 PSASP 软件的机电暂态仿真计算模块而获得电力系统受扰之后的仿真频率曲线，进而基于粒子群优化算法对调速器参数进行调节使得仿真频率曲线与实测频率曲线尽可能接近；通过反复的参数优化而得到最优调速器参数，从而实现了基于实测频率曲线的发电机组调速系统参数的辨识。此外，由于 PSASP 软件是成熟的商用软件，本文通过设计接口而直接调用其仿真计算模块，在一定程度上扩展了该软件的应用范围。实际系统的算例则证明了该方法的有效性和正确性。
　　因对频率轨迹波动影响较大的参数主要集中于电液调节系统，故本文只对调速器电液调节系统进行详细建模，调速器的电液伺服机构，汽轮机模型，以及发电机系统、励磁系统以及网络等均为已知系统。在调速器电液调节系统作用下的包括励磁、发电机以及网络的整个系统的传递函数框图。由于在整个过程中电液伺服机构、汽轮机模型等调速器内部其余部分，发电机系统、励磁系统以及网络的所有参数均为已知且不变，因此1G ( s )，2G ( s )是固定不变的。
　　基本思路为：对于除调速器以外的所有系统（励磁系统、发电机系统、网络）均已知的s条频率录波曲线，初选一组调速器电液调节系统初始参数，利用 PSASP 软件获得对应于此组调速器电液调节系统参数的 s 条频率仿真轨迹，并分别计算s 条频率仿真轨迹相对于实测轨迹的偏差，选取仿真与相应实测频率曲线对中偏差值最大的 1 对曲线，依据优化算法对已有调速器电液调节系统参数进行修正，而获得新的调速器电液调节系统参数；并按上述方法进行新一轮计算及修正，如此循环迭代，直到停止计算判据满足要求。为了对多组频率录波曲线的仿真逼近，需要进行 PSASP 计算模块的反复调用。而 PSASP 系统只提供一次计算，且计算的触发须通过交互界面的启动按钮的人为操作才能进行，并没提供计算的自动进行。本文的方法是通过批处理模块 hstbatcal.exe，SetCursorPos() 函数及 mouse_event() 函数来实现PSASP 计算模块的反复多次自动调用。具体是通过函数 ShellExecute()打开 hstbatcal.exe 程序界面，然后通过 SetCursorPos()函数与 mouse_event()函数调用获取 hstbatcal.exe 交互界面中启动按钮位置并点击，从而实现在对于计算模块的多次自动调用。本文将上述方法用于东北电网的调速系统参数辨识中，以验证该方法的有效性。东北电网 100MW 以下机组是采用机械式调速系统，并已有现场实测参数，但 100 MW 及以上机组，均安装电气液压式调速系统，东北电网已开展典型机组的调速器模型参数实测工作，其中：绥中厂#2 机采用 PSASP3 型调速器模型及实测参数；白山厂#5 机采用PSASP 7 型调速器模型及实测参数；伊敏厂#1 机，#4 机采用 PSASP 4 型调速器模型及实测参数，而对于其他机组的调速系统并没有实测数据。
　　本文对已实测机组所在电厂的其他机组的调速系统直接套用该厂已实测参数，对机组容量 100MW 以上未实测的调速系统均东北电网调度建议的PSASP 4 型调速器模型（即本文前述模型），并按照机组容量把相应调速系统的参数分成三类：机组容量在 100 MW 到 300 MW 的，其调速器参数为第一类；机组容量在 300 MW 到 500 MW 的，其调速器参数为第二类；机组容量在 500 MW 以上的，其调速器参数为第三类。利用本文方法分别辨识出以上三组调速器的参数，并与实测频率曲线进行对比，以证明其有效性。