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專利名稱：電力系統(tǒng)非侵入式感應電動機動態(tài)參數(shù)辨識方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)感應電動機參數(shù)辨識方法。特別是涉及一種供電方不必侵入電力用戶內(nèi)部，而僅憑負荷電氣入口處的電流、電壓信息就可以得到電力用戶感應電動機的使用情況及相應的動態(tài)參數(shù)的電力系統(tǒng)非侵入式感應電動機動態(tài)參數(shù)辨識方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)動態(tài)仿真是研究整個電力系統(tǒng)動態(tài)特性不可替代的工具，是電力系統(tǒng)設計、規(guī)劃、運行的基礎(chǔ)。研究表明負荷動態(tài)參數(shù)對電力系統(tǒng)的動態(tài)特性有重要的影響，負荷模型的過分粗糙是制約仿真準確度提高的主要因數(shù)之一。因負荷模型不準確而得出的過于樂觀或悲觀的系統(tǒng)分析結(jié)果，可能給電力系統(tǒng)的規(guī)劃、運行帶來不可估量的損失。采用現(xiàn)有的負荷模型不足以仿真實際系統(tǒng)的動態(tài)過程，所以建立符合實際的精確的動態(tài)負荷模型具有十分重要的現(xiàn)實意義。
感應電動機在電力系統(tǒng)負荷尤其是工業(yè)負荷中占有很大的比重，是重要的動態(tài)負荷，準確的感應電動機動態(tài)參數(shù)辨識對電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和小擾動穩(wěn)定等都有十分重要的意義。傳統(tǒng)的感應電動機參數(shù)辨識通過電動機的空載實驗和短路堵轉(zhuǎn)實驗來完成。近期提出一些應用最小二乘法、擴展卡爾曼濾波法、遺傳算法、動態(tài)解碼搜尋法等最優(yōu)方法來進行感應電動機參數(shù)辨識。
雖然上述方法或技術(shù)都有一定的應用成效，但也都存在著明顯的不足1)傳統(tǒng)方法費時費力，不利于現(xiàn)場測量；2)需要使用現(xiàn)場不能方便提供的特殊測試信號；3)要求電動機運行在特殊條件下；4)需要測試一些不便測量的信號，比如轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種供電方不必侵入電力用戶內(nèi)部，而僅憑負荷電氣入口處的電流、電壓信息就可以得到電力用戶感應電動機的使用情況及相應的動態(tài)參數(shù)的電力系統(tǒng)非侵入式感應電動機動態(tài)參數(shù)辨識方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種電力系統(tǒng)非侵入式感應電動機動態(tài)參數(shù)辨識方法，是由如下步驟完成第一步在不影響電力用戶正常使用的情況下，監(jiān)測電力負荷電氣信息，如果有感應電動機投入運行，則進入第二步，否則繼續(xù)監(jiān)測；第二步記錄任意負載下感應電動機完整啟動過程的機端電壓、電流數(shù)據(jù)；
第三步將測量到的電壓、電流數(shù)據(jù)進行濾波，去除噪聲干擾，并平滑數(shù)據(jù)；第四步依據(jù)平滑后的數(shù)據(jù)，進行圓的曲線擬合，得到電機圓圖；第五步根據(jù)電機圓圖的基本屬性結(jié)合現(xiàn)代數(shù)學方法進行感應電動機參數(shù)辨識，得到參數(shù)合理最優(yōu)解并依據(jù)參數(shù)求出電動機穩(wěn)態(tài)運行點的轉(zhuǎn)速；第六步將辨識得到的感應電動機動態(tài)參數(shù)和轉(zhuǎn)速回代到測量數(shù)據(jù)中，計算參數(shù)偏差指標；第七步判斷偏差指標是否滿足設定的標準，若不滿足則返回第四步，從第四步到第七步形成一個內(nèi)循環(huán)，直到偏差指標滿足標準為止；如果偏差指標滿足標準則說明辨識參數(shù)滿足數(shù)據(jù)精度的要求，辨識成功，過程結(jié)束；如果循環(huán)過程迭代次數(shù)超出設定值則返回第一步，重新監(jiān)測負荷信息。
所述的在不影響電力用戶正常使用的情況下，監(jiān)測電力負荷電氣信息，是采用非侵入式的方法，僅憑負荷電氣入口處的電流、電壓信息得到電力用戶感應電動機的使用情況及相應的動態(tài)參數(shù)。
第五步中所述的根據(jù)電機圓圖的基本屬性結(jié)合現(xiàn)代數(shù)學方法進行感應電動機參數(shù)辨識，其電機圓圖基本的數(shù)學方程為圓心的坐標(a，b)a=(2Xs+Xm)(Xr+Xm)+XrXm2(Rs2(Xr+Xm)+(Xs+Xm)(Xs(Xr+Xm)+XrXm))]]>b=Rs(Xr+Xm)Rs2(Xr+Xm)+(Xs+Xm)(Xs(Xr+Xm)+XrXm)]]>s＝0處的機端電流Ix,s=0=RsRs2+(Xs+Xm)2]]>s＝1處的機端電流Iy,s=0=-j(Xs+Xm)Rs2+(Xs+Xm)2]]>Ix,s=1=Rr[RrRs-(XsXm+XsXr+XmXr)]-(Xm+Xr)(RsXm+RsXr+XsRr+XmRr)[RrRs-(XsXm+XsXr+XmXr)]2+(RsXm+RsXs+XsRr+XmRr)2]]>Iy,s=1=Rr(RsXm+RsXr+XsRr+XmRr)+(Xm+Xr)[RrRs-(XsXm+XsXr+XmXr)][RrRs-(XsXm+XsXr+XmXr)]2+(RsXm+RsXs+XsRr+XmRr)2]]>圓的直徑D≈1Xs(1+XsXm)+Xr(1+XsXm)2]]>
本發(fā)明的電力系統(tǒng)非侵入式感應電動機動態(tài)參數(shù)辨識方法，其最獨到之處是非侵入式參數(shù)辨識，即在供電公司不必侵入電力用戶內(nèi)部，而僅憑負荷電氣入口處的電流、電壓信息就可以得到電力用戶感應電動機的使用情況及相應的動態(tài)參數(shù)。本發(fā)明還具有較高的數(shù)學精度，適合普通現(xiàn)場環(huán)境、不需外加任何測試信號、無需測量特殊量等優(yōu)點。


圖1是感應電動機等值電路圖；圖2是本發(fā)明所提出的非侵入式感應電動機動態(tài)參數(shù)辨識方法的流程圖；圖3是感應電動機電機圓圖；圖4是平滑后數(shù)據(jù)在電機圓圖上的投影；圖5是擬合后的圓圖與真實參數(shù)圓圖的比較圖；圖6a和圖6b是應用電機圓圖辨識方法可行性說明圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明的電力系統(tǒng)非侵入式感應電動機動態(tài)參數(shù)辨識方法作詳細說明。
本發(fā)明提出的非侵入式的感應電動機動態(tài)參數(shù)辨識方法，用于電力系統(tǒng)精確負荷建模、參數(shù)辨識的研究中，如圖1和圖2所示，以Y100L2-4型感應電動機為實施例，詳細說明如下第一步在不影響電力用戶正常使用的情況下，監(jiān)測電力負荷電氣信息，如果有感應電動機投入運行，則進入第二步，否則繼續(xù)監(jiān)測；所述的在不影響電力用戶正常使用的情況下，監(jiān)測電力負荷電氣信息，是采用非侵入式的方法，僅憑負荷電氣入口處的電流、電壓信息得到電力用戶感應電動機的使用情況及相應的動態(tài)參數(shù)。
第二步記錄任意負載下感應電動機完整啟動過程的機端電壓、電流數(shù)據(jù)；對于本實施例，我們用測量裝置在用戶入口處測量記錄Y100L2-4型感應電動機起動過程中的機端電壓、電流數(shù)據(jù)。
第三步將測量到的電壓、電流數(shù)據(jù)進行濾波，去除噪聲干擾，并平滑數(shù)據(jù)；如圖4所示第四步依據(jù)平滑后的數(shù)據(jù)，進行圓的曲線擬合，得到電機圓圖；如圖5所示第五步根據(jù)電機圓圖的基本屬性結(jié)合現(xiàn)代數(shù)學方法進行感應電動機參數(shù)辨識，得到參數(shù)合理最優(yōu)解并依據(jù)參數(shù)求出電動機運行點的轉(zhuǎn)速；第六步將辨識得到的感應電動機動態(tài)參數(shù)和轉(zhuǎn)速回代到測量數(shù)據(jù)中，計算參數(shù)偏差指標；第七步判斷偏差指標是否滿足標準，若不滿足則返回第四步，從第四步到第七步形成一個內(nèi)循環(huán)，直到偏差指標滿足標準為止；如果偏差指標滿足標準則說明辨識參數(shù)滿足數(shù)據(jù)精度的要求，辨識成功，過程結(jié)束。如果循環(huán)過程迭代次數(shù)超出規(guī)定值則返回第一步，重新監(jiān)測負荷信息。
對于參數(shù)辨識結(jié)果的正確性，發(fā)明中用參數(shù)偏差指標作為檢查依據(jù)。
如上所述，利用本發(fā)明對感應電動機進行參數(shù)辨識時，需要用到感應電機圓圖的相關(guān)知識，下面對電機圓圖及應用可行性作簡單介紹。
三相平衡的單勵磁感應電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時單相基本方程為U·1=-E·1+I·1(r1+jx1)E·1=-I·m(jxm)E·1=E2′·E2′·=I2′·(r2′s+jx2′)I·m=I·1+I2′·---(1)]]>上式中 是機端電壓， 是定子電勢， 是機端電流，r1是定子電阻，x1是定子電抗， 是勵磁電流，xm是勵磁電抗(方程中忽略勵磁電阻)， 是轉(zhuǎn)子電勢， 是轉(zhuǎn)子電流，r2′是轉(zhuǎn)子電阻，s是轉(zhuǎn)差率，x2′轉(zhuǎn)子電抗。
根據(jù)基本方程式，可以畫出感應電動機在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的等值電路，如圖1所示。
依據(jù)等值電路有I·1=U·1(r1+jx1)+[(jxm)//(r2′s+jx2′)]---(2)]]>將(2)式進一步展開得I·1=A·+B·sC·+D·s---(3)]]>其中A·=Rr+j0]]>B·=0+j(Xm+Xr)]]>C·=RrRs+j(XsRr+XmRr)]]>D·=-(XsXm+XsXr+XmXr)+j(RsXm+RsXr)]]>式(3)描述的是一個不通過坐標原點的圓的方程，即感應電動機機端口處穩(wěn)態(tài)電流對應不同運行狀況時的軌跡是一個圓，如圖3所示。機端電流以機端電壓作為參考向量，圖中橫軸表示負虛軸，縱軸表示正實軸。粗線圓弧部分表示感應電動機正常運行時可能的運行軌跡，圓弧的兩端分別對應s＝1時和s＝0時的機端電流。圓心的坐標為(a，b)，圓的半徑為R。
圓心的坐標(a，b)a=(2Xs+Xm)(Xr+Xm)+XrXm2(Rs2(Xr+Xm)+(Xs+Xm)(Xs(Xr+Xm)+XrXm))]]>b=Rs(Xr+Xm)Rs2(Xr+Xm)+(Xs+Xm)(Xs(Xr+Xm)+XrXm)]]>s＝0處的機端電流Ix,s=0=RsRs2+(Xs+Xm)2]]>s＝1處的機端電流Iy,s=0=-j(Xs+Xm)Rs2+(Xs+Xm)2]]>Ix,s=1=Rr[RrRs-(XsXm+XsXr+XmXr)]-(Xm+Xr)(RsXm+RsXr+XsRr+XmRr)[RrRs-(XsXm+XsXr+XmXr)]2+(RsXm+RsXs+XsRr+XmRr)2]]>Iy,s=1=Rr(RsXm+RsXr+XsRr+XmRr)+(Xm+Xr)[RrRs-(XsXm+XsXr+XmXr)][RrRs-(XsXm+XsXr+XmXr)]2+(RsXm+RsXs+XsRr+XmRr)2]]>圓的直徑D≈1Xs(1+XsXm)+Xr(1+XsXm)2]]>感應電動機的起動過程式較為明顯的暫態(tài)過程，這一過程由最初的靜止狀態(tài)(s＝1)到某一個正常運行點(一般為s比較小的點)，是一個復雜的電磁暫態(tài)和機電暫態(tài)的過程。這一過程機端側(cè)電流波形如圖3所示。
這一啟動過程從定子側(cè)電流來看可以分為四個階段，如圖6a、圖6b所示1、電動機剛開始啟動引起電壓驟降、電流陡增的快動態(tài)階段；2、s＝1附近電流平穩(wěn)過渡階段，此時電動機轉(zhuǎn)子增速并不明顯，是一個慢動態(tài)階段；3、電動機轉(zhuǎn)子增速階段，電流逐漸下降到正常運行值，是一個快動態(tài)階段；4、電動機轉(zhuǎn)速接近正常工作值，電流穩(wěn)定在正常運行值，是一個慢動態(tài)階段。
從圖6可以看出上述兩個慢動態(tài)階段具有機端電流穩(wěn)態(tài)時的圓弧特征，可以利用這一特性進行感應電動機參數(shù)辨識。
權(quán)利要求
1.一種電力系統(tǒng)非侵入式感應電動機動態(tài)參數(shù)辨識方法，其特征在于，是由如下步驟完成第一步在不影響電力用戶正常使用的情況下，監(jiān)測電力負荷電氣信息，如果有感應電動機投入運行，則進入第二步，否則繼續(xù)監(jiān)測；第二步記錄任意負載下感應電動機完整啟動過程的機端電壓、電流數(shù)據(jù)；第三步將測量到的電壓、電流數(shù)據(jù)進行濾波，去除噪聲干擾，并平滑數(shù)據(jù)；第四步依據(jù)平滑后的數(shù)據(jù)，進行圓的曲線擬合，得到電機圓圖；第五步根據(jù)電機圓圖的基本屬性結(jié)合現(xiàn)代數(shù)學方法進行感應電動機參數(shù)辨識，得到參數(shù)合理最優(yōu)解并依據(jù)參數(shù)求出電動機穩(wěn)態(tài)運行點的轉(zhuǎn)速；第六步將辨識得到的感應電動機動態(tài)參數(shù)和轉(zhuǎn)速回代到測量數(shù)據(jù)中，計算參數(shù)偏差指標；第七步判斷偏差指標是否滿足設定的標準，若不滿足則返回第四步，從第四步到第七步形成一個內(nèi)循環(huán)，直到偏差指標滿足標準為止；如果偏差指標滿足標準則說明辨識參數(shù)滿足數(shù)據(jù)精度的要求，辨識成功，過程結(jié)束；如果循環(huán)過程迭代次數(shù)超出設定值則返回第一步，重新監(jiān)測負荷信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)非侵入式感應電動機動態(tài)參數(shù)辨識方法，其特征在于，所述的在不影響電力用戶正常使用的情況下，監(jiān)測電力負荷電氣信息，是采用非侵入式的方法，僅憑負荷電氣入口處的電流、電壓信息得到電力用戶感應電動機的使用情況及相應的動態(tài)參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)非侵入式感應電動機動態(tài)參數(shù)辨識方法，其特征在于，第五步中所述的根據(jù)電機圓圖的基本屬性結(jié)合現(xiàn)代數(shù)學方法進行感應電動機參數(shù)辨識，其電機圓圖基本的數(shù)學方程為圓心的坐標(a，b)a=(2Xs+Xm)(Xr+Xm)+XrXm2(Rs2(Xr+Xm)+(Xs+Xm)(Xs(Xr+Xm)+XrXm))]]>b=Rs(Xr+Xm)Rs2(Xr+Xm)+(Xs+Xm)(Xs(Xr+Xm)+XrXm)]]>s＝0處的機端電流Ix,s=0=RsRs2+(Xs+Xm)2]]>s＝1處的機端電流Iy,s=0=-j(Xs+Xm)Rs2+(Xs+Xm)2]]>Ix,s=1=Rr[RrRs-(XsXm+XsXr+XmXr)]-(Xm+Xr)(RsXm+RsXr+XsRr+XmRr)[RrRs-(XsXm+XsXr+XmXr)]2+(RsXm+RsXr+XsRr+XmRr)2]]>Iy,s=1=Rr(RsXm+RsXr+XsRr+XmRr)+(Xm+Xr)[RrRs-(XsXm+XsXr+XmXr)][RrRs-(XsXm+XsXr+Xm1Xr)]2+(RsXm+RsXr+XsRr+XmRr)2]]>圓的直徑D≈1Xs(1+XsXm)+Xr(1+XsXm)2]]>
全文摘要
一種電力系統(tǒng)非侵入式感應電動機動態(tài)參數(shù)辨識方法，由如下步驟完成在不影響電力用戶正常使用的情況下，監(jiān)測電力負荷電氣信息，如果有感應電動機投入運行，進入下一步，否則繼續(xù)監(jiān)測；記錄任意負載下感應電動機完整啟動過程的機端電壓、電流數(shù)據(jù)；將測量到的電壓、電流數(shù)據(jù)進行濾波，并平滑數(shù)據(jù)；依據(jù)平滑后的數(shù)據(jù)，得到電機圓圖；根據(jù)電機圓圖的基本屬性結(jié)合現(xiàn)代數(shù)學方法進行感應電動機參數(shù)辨識，得到參數(shù)合理最優(yōu)解并依據(jù)參數(shù)求出電動機穩(wěn)態(tài)運行點的轉(zhuǎn)速；計算參數(shù)偏差指標；判斷偏差指標是否滿足設定的標準，直到偏差指標滿足標準為止。本發(fā)明采用非侵入式參數(shù)辨識，僅憑負荷電氣入口處的電流、電壓信息就可以得到電力用戶感應電動機的使用情況及相應的動態(tài)參數(shù)。
文檔編號G01R31/34GK101038327SQ200710057060
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月3日
發(fā)明者余貽鑫, 黎鵬, 郭金川 申請人:天津大學