CN112886638B - 一种发电机惯量在线辨识方法及*** - Google Patents

一种发电机惯量在线辨识方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种发电机惯量在线辨识方法及***，包括：获取多个发电机的原始量测数据得到输入数据集合；采用基于摇摆方程的惯量估计方法对预设大扰动数据进行惯量辨识，得到第一有效惯量估计结果；采用基于***传递函数辨识的惯量估计方法对预设类噪声数据进行惯量辨识，得到第二有效惯量估计结果；由第一有效惯量估计结果对第二有效惯量估计结果进行处理，得到任一发电机连续惯量估计结果，并获得***中所有发电机的惯量在线监测结果。本发明通过根据不同扰动类型数据提出对应的惯量估计方法，形成全工况下的发电机惯量监测体系，达到了充分利用PMU量测数据中包含的动态信息的目的，为提升***频率稳定提供重要基础。

Description

一种发电机惯量在线辨识方法及***
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种发电机惯量在线辨识方法及***。
背景技术
随着电力***的发展，世界范围内相继发生了多起大停电事故。然而，由于现代电力***经历了重大变革，可再生能源发电、储能***、高压直流输电等电力电子接口设备广泛接入到电力***中，其功率-频率解耦特性使其不具有固有惯量。因此，当变流器接口发电设备逐渐替代***原有的传统同步发电机组，***的总惯量减小，恶化了有功功率扰动下频率动态特性。
考虑到***惯量的时变性和组成成分的复杂性，现有研究主要集中在估计***等效惯量上。估计的方法主要包括：基于大扰动的方法通过摇摆方程、机电传播理论或机电振荡过程等方法建立***发生大扰动后的频率动态和有功功率偏差之间的关系，获取***惯量参数；为了最小化估计过程对***安全的影响，提出的基于小扰动的方法，通过给***注入微小扰动以闭环辨识的方法识别具有复杂成分的电力***等效惯量；而基于类噪声数据的惯量估计可以实现在线连续监测***惯量。实际上，同步发电机惯量是***总惯量的主要组成成分。而考虑通过高压直流互联的区域***在线路闭锁时孤岛运行的故障情况，此时区域***的有效惯量不同于与其他***互联时的惯量。但是只有真实的有效惯量才能准确反映直流线路闭锁而产生有功功率缺额情况下的孤岛***维持频率稳定的能力。对***惯量的直接估计不适用于该种场景，会导致过高估计该区域***惯量的后果。
发明内容
本发明提供一种发电机惯量在线辨识方法及***，用以解决现有技术中存在的缺陷。
第一方面，本发明提供一种发电机惯量在线辨识方法，包括：
获取多个发电机的原始量测数据，基于所述原始量测数据得到输入数据集合；
根据设定的频率变化阈值将所述输入数据集合划分为预设大扰动数据和预设类噪声数据；
采用基于摇摆方程的惯量估计方法对所述预设大扰动数据进行惯量辨识，得到第一有效惯量估计结果；
采用基于***传递函数辨识的惯量估计方法对所述预设类噪声数据进行惯量辨识，得到第二有效惯量估计结果；
由所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行处理，得到任一发电机连续惯量估计结果；
基于所述任一发电机连续惯量估计结果获得***中所有发电机的惯量在线监测结果，并将所述惯量在线监测结果应用于***频率特性分析和频率稳定控制。
在一个实施例中，所述获取多个发电机的原始量测数据，基于所述原始量测数据得到输入数据集合，具体包括：
从PMU中获取***频率和发电机端口有功功率；
对所述***频率和所述发电机端口有功功率进行预处理，得到***频率变化数据和发电机有功功率变化数据；
其中，所述***频率变化数据表示所述***频率与额定频率的差值，所述发电机端口有功功率表示所述发电机端口有功功率与采样初始时刻有功功率的差值。
在一个实施例中，所述根据设定的频率变化阈值将所述输入数据集合划分为预设大扰动数据和预设类噪声数据，具体包括：
获取所述设定的频率变化阈值；
将大于等于所述频率变化阈值的所述输入数据集合划分为所述预设大扰动数据；
将小于所述频率变化阈值的所述输入数据集合划分为所述预设类噪声数据。
在一个实施例中，所述采用基于摇摆方程的惯量估计方法对所述预设大扰动数据进行惯量辨识，得到第一有效惯量估计结果，具体包括：
确定任一时刻的发电机端口机械功率、发电机端口有功功率和***频率变化率；
基于所述发电机端口机械功率、所述发电机端口有功功率和所述***频率变化率得到所述摇摆方程；
设定所述发电机端口机械功率在包括扰动发生时刻的预设时间段内不产生变化，得到所述发电机端口机械功率等于所述发电机端口有功功率；
获取最大***频率变化率对应的时刻为扰动发生时刻，获取扰动发生时刻后第一采样时刻和扰动发生时刻前最后采样时刻，将所述扰动发生时刻后第一采样时刻和所述扰动发生时刻前最后采样时刻发电机端有功功率代入所述摇摆方程；
由所述扰动发生时刻确定对应的***频率变化和发电机有功功率变化，得到所述第一有效惯量估计结果。
在一个实施例中，所述采用基于***传递函数辨识的惯量估计方法对所述预设类噪声数据进行惯量辨识，得到第二有效惯量估计结果，具体包括：
根据时域内的摇摆方程转换为包括发电机阻尼系数的频域传递函数，得到***在有功功率扰动下，运用传递函数表征发电机频率变化与功率变化的关系，以及***传递函数辨识工具箱辨识***输入输出之间的传递函数；
将所述***频率变化数据和所述发电机有功功率变化数据按照预设窗口长度进行取值后输入至所述***传递函数辨识工具箱，得到发电机频率调节***传递函数；
计算所述发电机频率调节***传递函数的冲激响应初值，得到发电机惯量值；
以预设步长移动所述预设窗口长度，依次得到多个窗口分别对应的多个发电机惯量值；
剔除所述多个发电机惯量值中的离群值，并提取剔除后的发电机惯量值的平均值作为所述第二有效惯量估计结果。
在一个实施例中，所述由所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行处理，得到任一发电机连续惯量估计结果，具体包括：
基于所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行校正，得到所述任一发电机连续惯量估计结果。
在一个实施例中，所述基于所述任一发电机连续惯量估计结果获得***中所有发电机的惯量在线监测结果，并将所述惯量在线监测结果应用于***频率特性分析和频率稳定控制，具体包括：
获取任一发电机容量，将所述任一发电机容量和所述任一发电机连续惯量估计结果进行加权求和，得到所述所有发电机的惯量在线监测结果；
由所述所有发电机的惯量在线监测结果和***总容量，获取***等值惯量常数。
第二方面，本发明还提供一种发电机惯量在线辨识***，包括：
获取模块，用于获取多个发电机的原始量测数据，基于所述原始量测数据得到输入数据集合；
分类模块，用于根据设定的频率变化阈值将所述输入数据集合划分为预设大扰动数据和预设类噪声数据；
第一处理模块，用于采用基于摇摆方程的惯量估计方法对所述预设大扰动数据进行惯量辨识，得到第一有效惯量估计结果；
第二处理模块，用于采用基于***传递函数辨识的惯量估计方法对所述预设类噪声数据进行惯量辨识，得到第二有效惯量估计结果；
第三处理模块，用于由所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行处理，得到任一发电机连续惯量估计结果；
第四处理模块，用于基于所述任一发电机连续惯量估计结果获得***中所有发电机的惯量在线监测结果，并将所述惯量在线监测结果应用于***频率特性分析和频率稳定控制。
第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述发电机惯量在线辨识方法的步骤。
第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述发电机惯量在线辨识方法的步骤。
本发明提供的发电机惯量在线辨识方法及***，通过根据不同扰动类型数据提出对应的惯量估计方法，形成全工况下的发电机惯量监测体系，达到了充分利用PMU量测数据中包含的动态信息的目的，为提升***频率稳定提供重要基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的发电机惯量在线辨识方法的流程示意图；
图2是本发明提供的基于全工况PMU数据的发电机惯量在线辨识体系示意图；
图3是本发明提供的基于实测数据实现发电机惯量在线监测示意图；
图4是本发明提供的基于***辨识的惯量估计方法示意图；
图5是本发明提供的发电机惯量在线辨识***的结构示意图；
图6是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有技术存在的问题，本发明充分利用PMU数据中包含的***频率-有功的动态信息，提出一种基于全工况PMU数据的发电机惯量在线辨识方法。该方法针对不同扰动量信息的特点选取不同惯量估计方法，以实现准确、可靠且连续地监测发电机惯量。最终实现连续在线监测特定区域电力***的总惯量，为***频率特性分析和频率稳定控制提供重要基础。
图1是本发明提供的发电机惯量在线辨识方法的流程示意图，如图1所示，包括：
S1，获取多个发电机的原始量测数据，基于所述原始量测数据得到输入数据集合；
首先是从安装在发电机厂站的PMU中获取能够反映发电机在功率扰动下频率动态过程的参数：***频率f，发电机端口有功功率Pe，并将原始PMU数据进行预处理，得到发电机惯量在线估计算法的输入数据。
S2，根据设定的频率变化阈值将所述输入数据集合划分为预设大扰动数据和预设类噪声数据；
进行扰动信号的判断与划分，根据所设定的频率变化门槛值Δfth判断扰动所属的类型，判断是属于大扰动测量数据，还是类噪声测量数据。
S3，采用基于摇摆方程的惯量估计方法对所述预设大扰动数据进行惯量辨识，得到第一有效惯量估计结果；
当判断扰动所属的类型为大扰动测量数据时，采用基于摇摆方程的惯量辨识方法实现发电机有效惯量估计。
S4，采用基于***传递函数辨识的惯量估计方法对所述预设类噪声数据进行惯量辨识，得到第二有效惯量估计结果；
当判断扰动所属的类型为类噪声测量数据时，采用基于***传递函数辨识的惯量辨识方法实现发电机有效惯量估计。
S5，由所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行处理，得到任一发电机连续惯量估计结果；
进一步地，利用大扰动数据估计的结果对基于类噪声数据估计的结果进行校正，得到***中第m个发电机连续惯量估计结果Hm(t)。
S6，基于所述任一发电机连续惯量估计结果获得***中所有发电机的惯量在线监测结果，并将所述惯量在线监测结果应用于***频率特性分析和频率稳定控制。
最后利用所获取的区域***所有发电机惯量实现***惯量在线监测，并为***频率特性分析和频率稳定控制应用提供重要参数基础。特定区域***的等值惯量常数Hsys可以运用连接在该***的所有发电机惯量进行等效计算，***整体实现的逻辑如图2所示。
本发明通过根据不同扰动类型数据提出对应的惯量估计方法，形成全工况下的发电机惯量监测体系，达到了充分利用PMU量测数据中包含的动态信息的目的，为提升***频率稳定提供重要基础。
基于上述任一实施例，该方法中步骤S1具体包括：
从PMU中获取***频率和发电机端口有功功率；
对所述***频率和所述发电机端口有功功率进行预处理，得到***频率变化数据和发电机有功功率变化数据；
其中，所述***频率变化数据表示所述***频率与额定频率的差值，所述发电机端口有功功率表示所述发电机端口有功功率与采样初始时刻有功功率的差值。
具体地，在发电机各参数中，发电机惯量表征存储在发电机转子上的转动动能，在***发生功率不平衡扰动时，发电机组通过释放转动动能平衡有功功率缺额以减缓***频率变化。通常可以采用惯性常数H来表征，其表达式如下式所示。其中EK为发电机以额定转速ωn运行时的转动能量，J(kg·m2)为转动惯量，SG为发电机的额定容量。
从安装在发电机厂站的PMU中获取能够反映发电机在功率扰动下频率动态过程的参数：***频率f，发电机端口有功功率Pe，并将原始PMU数据进行预处理，得到发电机惯量在线估计算法的输入数据
数据预处理过程包括：坏数据查找与剔除、去噪、去趋势等等。通过预处理后得到发电机惯量在线估计算法的输入数据：频率变化Δf，发电机有功功率变化ΔP。其中时刻t频率变化Δf(t)代表与***频率f(t)与额定频率fn的差值，如公式(1)所示；时刻t发电机有功功率变化ΔP(t)是发电机端口有功功率Pe(t)与采样初始时刻t0时有功功率差值，如公式(2)所示：
Δf(t)＝f(t)-fn (1)
ΔP(t)＝Pe(t)-Pe(t0) (2)
本发明通过提取发电机初始参数中的***频率和有功功率，并进行预处理和分类，为后续的惯量在线辨识提供了明确的数据依据。
基于上述任一实施例，该方法中步骤S2具体包括：
获取所述设定的频率变化阈值；
将大于等于所述频率变化阈值的所述输入数据集合划分为所述预设大扰动数据；
将小于所述频率变化阈值的所述输入数据集合划分为所述预设类噪声数据。
具体地，预先设定一个频率变化门槛值Δfth，根据所设定的频率变化门槛值Δfth判断扰动所属的类型：当Δf≥Δfth时，则认为数据为大扰动量测数据，采用基于摇摆方程的惯量辨识方法实现发电机有效惯量估计；当Δf<Δfth时，认为数据为类噪声测量数据，则采用基于***传递函数辨识的惯量辨识方法实现发电机有效惯量估计。
此处，频率变化门槛值Δfth的设定规则为选取发电机一次调频动作死区的门槛值。对于***有功功率扰动，除发电机固有的惯量响应以减缓***频率变化外，以一次调频、二次调频为主的发电机频率控制在保持***频率稳定中起关键性作用。其中一次调频主要过程为：当***频率变化超过调速器动作死区的门槛值Δfth后，触发调速器-涡轮机响应，通过改变发电机有功功率设定值调节发电机出力值。因此，选取Δfth作为扰动分界线，当***频率变化超过该分界值时，此时***动态中同时包含惯量响应和一次调频动作，***功率扰动较大，界定为大扰动事件；同理，当***变化长期处于分界线以下时，则认为***只采用了惯量响应以应对微小的功率扰动，属于***日常运行时的量测数据，界定为类噪声信号。对于常规火电机组，Δfth不超过±0.033Hz。
本发明通过设定的频率变化阈值将数据划分为两个类型，方便后续对不同类型的扰动数据进行不同的惯量辨识处理，能更准确获得对应的处理结果。
基于上述任一实施例，该方法中步骤S3具体包括：
确定任一时刻的发电机端口机械功率、发电机端口有功功率和***频率变化率；
基于所述发电机端口机械功率、所述发电机端口有功功率和所述***频率变化率得到所述摇摆方程；
设定所述发电机端口机械功率在包括扰动发生时刻的预设时间段内不产生变化，得到所述发电机端口机械功率等于所述发电机端口有功功率；
获取最大***频率变化率对应的时刻为扰动发生时刻，获取扰动发生时刻后第一采样时刻和扰动发生时刻前最后采样时刻，将所述扰动发生时刻后第一采样时刻和所述扰动发生时刻前最后采样时刻代入所述摇摆方程；
由所述扰动发生时刻确定对应的***频率变化和发电机有功功率变化，得到所述第一有效惯量估计结果。
具体地，对于大扰动量测数据，选取采用基于摇摆方程的惯量估计方法实现发电机惯量辨识。
通常而言，只有基于当前扰动信息的惯量估计才能真实反映出发电机的有效惯量，因此，基于大扰动数据的惯量估计结果更加准确和可靠。在电力***中，如式(3)所示的摇摆方程被广泛用于描述***发生功率不平衡扰动后短时间内的发电机动态过程。由(3)可知，发电机有效惯量反映了***频率变化率(Rate of Change of Frequency,RoCoF)与发电机端机械功率Pm和电功率Pe不平衡量之间的灵敏度。
由于发电机调速***动作存在触发条件和延时，因此在扰动发生后短时间内，发电机端机械功率不发生改变，且认为***发生扰动前处于稳定状态，Pm＝Pe成立。基于这样的假设，式(3)所示的摇摆方程可以进一步转化成下式所示：
其中，td +表示扰动发生时刻td后第一个采样时刻，td—表示td前的最后一个采样时刻。对于发电机量测数据Δf，ΔP采用式(4)实现发电机惯量估计的关键是鉴定扰动发生时刻td，根据摇摆方程可知，扰动发生瞬间的频率变化最快，因此通过计算大扰动数据期间内的RoCoF，最大频率变化率RoCoFmax对应的时刻为扰动发生时刻td，通过选取td前后采样时刻的发电机量测数据Δf，ΔP即可计算出发电机有效惯量H。
本发明通过采用基于摇摆方程以及根据扰动发生前后时刻的瞬时频率值和瞬时功率值，得到最大频率变化率及对应的扰动发生时刻，最后得到对应的发电机有效惯量。
基于上述任一实施例，该方法中步骤S4具体包括：
根据时域内的摇摆方程转换为包括发电机阻尼系数的频域传递函数得到***在有功功率扰动下，运用传递函数表征发电机频率变化与功率变化的关系，并通过传递函数对应的冲激响应初值与发电机惯量相联，以及***传递函数辨识工具箱辨识***输入输出之间的传递函数；
将所述***频率变化数据和所述发电机有功功率变化数据按照预设窗口长度进行取值后输入至所述***传递函数辨识工具箱，得到发电机频率调节***传递函数；
计算所述发电机频率调节***传递函数的冲激响应初值，得到发电机惯量值；
以预设步长移动所述预设窗口长度，依次得到多个窗口分别对应的多个发电机惯量值；
剔除所述多个发电机惯量值中的离群值，并提取剔除后的发电机惯量值的平均值作为所述第二有效惯量估计结果。
具体地，对于类噪声数据，采用基于***传递函数辨识的惯量估计方法实现发电机惯量在线连续辨识。
由于***通常处于稳定运行状态，大扰动数据不易获取，因此基于大扰动数据进行惯量估计获取的是发电机惯量离散的估计结果。同时扰动发生后再进行惯量估计所产生的计算时间会降低扰动后***频率稳定性。为了连续实时监测发电机惯量，需要有效利用PMU量测数据中大量存在的日常运行数据，即类噪声数据。理论上，***的不平衡负荷扰动是时刻存在的，引起发电机组转子转速和动能持续变化，产生惯量响应，并生成频率偏差扰动。PMU记录的***正常运行数据中包含了发电机有功-频率变化的动态过程，因此可以利用连续变化过程中的数据信息实现发电机有效惯量的辨识。
描述发电机有功功率缺额ΔP(t)和***频率变化Δf(t)的摇摆方程(如式(3)所示)可以转换成式(5)所示的传递函数形式，其中D为发电机阻尼系数。由***冲激响应初值的表达式(6)可知，发电机惯量可以通过求解模型的初始冲激响应来获得，数值上等于2倍惯量的负倒数。真实的发电机控制***比式(5)更复杂，对应的基于***辨识方法获取的以有功功率缺额ΔP(t)为输入，以频率变化Δf(t)为输出的传递函数也较式(5)更详尽，但可以认为***在有功不平衡下的频率初始动态主要取决于发电机惯量，因此可以采用式(6)实现基于***传递函数辨识的发电机惯量估计。
以图3所示的一组PMU实测数据为例说明针对类噪声数据采用基于传递函数辨识的发电机惯量估计的过程，主要包括：
1)根据所选取的一段时间序列的数据，选取合适窗长Wd的数据窗口(图3中为1min数据)，将固定窗长的数据ΔP(t),Δf(t)(t0≤t＜t0+Wd)输入到***传递函数辨识工具箱中；
2)通过***传递函数辨识工具箱辨识出以ΔP(t)为输入，以Δf(t)为输出的发电机频率调节***的传递函数Ges，过程如图4所示；
3)计算所辨识的传递函数对应的冲激响应初值，根据式(6)计算发电机惯量值；
4)以步长NL移动数据窗，得到下一个窗长数据ΔP(t),Δf(t),(t0+(i-1)NLWd≤t<t0+iNLWd)，其中i表示第i个数据窗(1≤i≤N，N为估计时段划分的窗长个数)，并返回到2)实行滚动计算，当i＝N时，输出所辨识的一组惯量结果[H1,H2,…，HN]，执行5)；
5)剔除多窗口辨识结果中的离群值，并选取均值作为估计时段内的最终惯量估计结果。
本发明通过采用固定窗长、滚动计算和剔除离群值取平均值等方式可以进一步提升基于***传递函数辨识的发电机惯量估计结果的准确性和可靠性，避免类噪声数据中的随机误差对惯量估计的影响。
基于上述任一实施例，该方法中步骤S5具体包括：
基于所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行校正，得到所述任一发电机连续惯量估计结果。
具体地，在前述实施例基础上，利用大扰动数据估计的结果对基于类噪声数据估计的结果进行校正，得到***中第m个发电机连续惯量估计结果Hm(t)。
根据上述介绍的大扰动数据下基于摇摆方程的发电机惯量估计方法和类噪声数据下基于传递函数辨识的发电机惯量估计方法的原理，可得到如表1所示的两者对比说明。表1为不同扰动数据的惯量估计方法对比，由表1可知，基于大扰动数据的发电机惯量辨识结果精度更高，但其存在着数据不易获取、离散性的缺陷，因此在发电机惯量在线连续辨识过程中，以类噪声数据辨识为主，同时当能够获取基于大扰动数据的惯量估计结果时，可以对最终估计结果进行校准，以实现发电机惯量估计体系兼具完整性、准确性、连续性和可靠性。
表1
本发明通过对比不同扰动数据的惯量估计方法，获取各自的优缺点，并进一步对最终估计结果进行校准，以实现发电机惯量估计体系兼具完整性、准确性、连续性和可靠性。
基于上述任一实施例，该方法中步骤S6具体包括：
获取任一发电机容量，将所述任一发电机容量和所述任一发电机连续惯量估计结果进行加权求和，得到所述所有发电机的惯量在线监测结果；
由所述所有发电机的惯量在线监测结果和***总容量，获取***等值惯量常数。
具体地，利用所获取的区域***所有发电机惯量实现***惯量在线监测，并为***频率特性分析和频率稳定控制应用提供重要参数基础。特定区域***的等值惯量常数Hsys可以运用连接在该***的所有发电机惯量进行等效计算，如式(7)所示：
其中，Ssys表示***总容量，M为连接在该***的发电机个数，Sm为第m个发电机的运行容量。
本发明通过得到的最终***等效惯量是表征***频率稳定的重要参数，也是***实现频率特性分析和进行稳定控制的基础。
下面对本发明提供的发电机惯量在线辨识***进行描述，下文描述的发电机惯量在线辨识***与上文描述的发电机惯量在线辨识方法可相互对应参照。
图5是本发明提供的发电机惯量在线辨识***的结构示意图，如图5所示，包括：获取模块51、分类模块52、第一处理模块53、第二处理模块54、第三处理模块55和第四处理模块56；其中：
获取模块51用于获取多个发电机的原始量测数据，基于所述原始量测数据得到输入数据集合；分类模块52用于根据设定的频率变化阈值将所述输入数据集合划分为预设大扰动数据和预设类噪声数据；第一处理模块53用于采用基于摇摆方程的惯量估计方法对所述预设大扰动数据进行惯量辨识，得到第一有效惯量估计结果；第二处理模块54用于采用基于***传递函数辨识的惯量估计方法对所述预设类噪声数据进行惯量辨识，得到第二有效惯量估计结果；第三处理模块55用于由所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行处理，得到任一发电机连续惯量估计结果；第四处理模块56用于基于所述任一发电机连续惯量估计结果获得***中所有发电机的惯量在线监测结果，并将所述惯量在线监测结果应用于***频率特性分析和频率稳定控制。
本发明通过根据不同扰动类型数据提出对应的惯量估计方法，形成全工况下的发电机惯量监测体系，达到了充分利用PMU量测数据中包含的动态信息的目的，为提升***频率稳定提供重要基础。
图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(CommunicationsInterface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行发电机惯量在线辨识方法，该方法包括：获取多个发电机的原始量测数据，基于所述原始量测数据得到输入数据集合；根据设定的频率变化阈值将所述输入数据集合划分为预设大扰动数据和预设类噪声数据；采用基于摇摆方程的惯量估计方法对所述预设大扰动数据进行惯量辨识，得到第一有效惯量估计结果；采用基于***传递函数辨识的惯量估计方法对所述预设类噪声数据进行惯量辨识，得到第二有效惯量估计结果；由所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行处理，得到任一发电机连续惯量估计结果；基于所述任一发电机连续惯量估计结果获得***中所有发电机的惯量在线监测结果，并将所述惯量在线监测结果应用于***频率特性分析和频率稳定控制。
此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的发电机惯量在线辨识方法，该方法包括：获取多个发电机的原始量测数据，基于所述原始量测数据得到输入数据集合；根据设定的频率变化阈值将所述输入数据集合划分为预设大扰动数据和预设类噪声数据；采用基于摇摆方程的惯量估计方法对所述预设大扰动数据进行惯量辨识，得到第一有效惯量估计结果；采用基于***传递函数辨识的惯量估计方法对所述预设类噪声数据进行惯量辨识，得到第二有效惯量估计结果；由所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行处理，得到任一发电机连续惯量估计结果；基于所述任一发电机连续惯量估计结果获得***中所有发电机的惯量在线监测结果，并将所述惯量在线监测结果应用于***频率特性分析和频率稳定控制。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的发电机惯量在线辨识方法，该方法包括：获取多个发电机的原始量测数据，基于所述原始量测数据得到输入数据集合；根据设定的频率变化阈值将所述输入数据集合划分为预设大扰动数据和预设类噪声数据；采用基于摇摆方程的惯量估计方法对所述预设大扰动数据进行惯量辨识，得到第一有效惯量估计结果；采用基于***传递函数辨识的惯量估计方法对所述预设类噪声数据进行惯量辨识，得到第二有效惯量估计结果；由所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行处理，得到任一发电机连续惯量估计结果；基于所述任一发电机连续惯量估计结果获得***中所有发电机的惯量在线监测结果，并将所述惯量在线监测结果应用于***频率特性分析和频率稳定控制。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种发电机惯量在线辨识方法，其特征在于，包括：
获取多个发电机的原始量测数据，基于所述原始量测数据得到输入数据集合；
根据设定的频率变化阈值将所述输入数据集合划分为预设大扰动数据和预设类噪声数据；
采用基于摇摆方程的惯量估计方法对所述预设大扰动数据进行惯量辨识，得到第一有效惯量估计结果；
采用基于***传递函数辨识的惯量估计方法对所述预设类噪声数据进行惯量辨识，得到第二有效惯量估计结果；
由所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行处理，得到任一发电机连续惯量估计结果；
基于所述任一发电机连续惯量估计结果获得***中所有发电机的惯量在线监测结果，并将所述惯量在线监测结果应用于***频率特性分析和频率稳定控制。
2.根据权利要求1所述的发电机惯量在线辨识方法，其特征在于，所述获取多个发电机的原始量测数据，基于所述原始量测数据得到输入数据集合，具体包括：
从PMU中获取***频率和发电机端口有功功率；
对所述***频率和所述发电机端口有功功率进行预处理，得到***频率变化数据和发电机有功功率变化数据；
其中，所述***频率变化数据表示所述***频率与额定频率的差值，所述发电机端口有功功率表示所述发电机端口有功功率与采样初始时刻有功功率的差值。
3.根据权利要求1所述的发电机惯量在线辨识方法，其特征在于，所述根据设定的频率变化阈值将所述输入数据集合划分为预设大扰动数据和预设类噪声数据，具体包括：
获取所述设定的频率变化阈值；
将大于等于所述频率变化阈值的所述输入数据集合划分为所述预设大扰动数据；
将小于所述频率变化阈值的所述输入数据集合划分为所述预设类噪声数据。
4.根据权利要求1所述的发电机惯量在线辨识方法，其特征在于，所述采用基于摇摆方程的惯量估计方法对所述预设大扰动数据进行惯量辨识，得到第一有效惯量估计结果，具体包括：
确定任一时刻的发电机端口机械功率、发电机端口有功功率和***频率变化率；
基于所述发电机端口机械功率、所述发电机端口有功功率和所述***频率变化率得到所述摇摆方程；
设定所述发电机端口机械功率在包括扰动发生时刻的预设时间段内不产生变化，得到所述发电机端口机械功率等于所述发电机端口有功功率；
获取最大***频率变化率对应的时刻为扰动发生时刻，获取扰动发生时刻后第一采样时刻和扰动发生时刻前最后采样时刻，将所述扰动发生时刻后第一采样时刻和所述扰动发生时刻前最后采样时刻发电机端口有功功率代入所述摇摆方程；
由所述扰动发生时刻确定对应的***频率变化和发电机有功功率变化，得到所述第一有效惯量估计结果。
5.根据权利要求2所述的发电机惯量在线辨识方法，其特征在于，所述采用基于***传递函数辨识的惯量估计方法对所述预设类噪声数据进行惯量辨识，得到第二有效惯量估计结果，具体包括：
根据时域内的摇摆方程转换为包括发电机阻尼系数的频域传递函数得到***在有功功率扰动下，运用传递函数表征发电机频率变化与功率变化的关系，并通过传递函数对应的冲激响应初值与发电机惯量相联，以及***传递函数辨识工具箱辨识***输入输出之间的传递函数；
将所述***频率变化数据和所述发电机有功功率变化数据按照预设窗口长度进行取值后输入至所述***传递函数辨识工具箱，得到发电机频率调节***传递函数；
计算所述发电机频率调节***传递函数的冲激响应初值，得到发电机惯量值；
以预设步长移动所述预设窗口长度，依次得到多个窗口分别对应的多个发电机惯量值；
剔除所述多个发电机惯量值中的离群值，并提取剔除后的发电机惯量值的平均值作为所述第二有效惯量估计结果。
6.根据权利要求1所述的发电机惯量在线辨识方法，其特征在于，所述由所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行处理，得到任一发电机连续惯量估计结果，具体包括：
基于所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行校正，得到所述任一发电机连续惯量估计结果。
7.根据权利要求1所述的发电机惯量在线辨识方法，其特征在于，所述基于所述任一发电机连续惯量估计结果获得***中所有发电机的惯量在线监测结果，并将所述惯量在线监测结果应用于***频率特性分析和频率稳定控制，具体包括：
获取任一发电机容量，将所述任一发电机容量和所述任一发电机连续惯量估计结果进行加权求和，得到所述所有发电机的惯量在线监测结果；
由所述所有发电机的惯量在线监测结果和***总容量，获取***等值惯量常数。
8.一种发电机惯量在线辨识***，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取多个发电机的原始量测数据，基于所述原始量测数据得到输入数据集合；
分类模块，用于根据设定的频率变化阈值将所述输入数据集合划分为预设大扰动数据和预设类噪声数据；
第一处理模块，用于采用基于摇摆方程的惯量估计方法对所述预设大扰动数据进行惯量辨识，得到第一有效惯量估计结果；
第二处理模块，用于采用基于***传递函数辨识的惯量估计方法对所述预设类噪声数据进行惯量辨识，得到第二有效惯量估计结果；
第三处理模块，用于由所述第一有效惯量估计结果对所述第二有效惯量估计结果进行处理，得到任一发电机连续惯量估计结果；
第四处理模块，用于基于所述任一发电机连续惯量估计结果获得***中所有发电机的惯量在线监测结果，并将所述惯量在线监测结果应用于***频率特性分析和频率稳定控制。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述发电机惯量在线辨识方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述发电机惯量在线辨识方法的步骤。
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