面向抽水蓄能电机的多变量先进辨识方法研究

发布时间：2020-07-08 00:06

【摘要】：随着风电和核电的大力发展,电网事故造成的影响变得日益严重,电网的安全和稳定问题变得日益突出,为了提高风电、核电与电网的协调性,从而保障电网的安全和稳定,大力发展抽水蓄能电站势在必行。抽水蓄能电机作为抽水蓄能电站的关键设备,其模型的准确建立具有重要意义。本文将研究基于辨识算法的抽水蓄能电机模型辨识问题,以准确分析抽水蓄能电机的运行状态,从而保障抽水蓄能电机的合理设计和电力系统的稳定运行。对抽水蓄能电机进行闭环子空间辨识。首先,对基于闭环子空间辨识过程的抽水蓄能电机的模型建立进行介绍,设计了抽水蓄能电机的闭环子空间辨识算法框架;然后,利用闭环控制对象抽水蓄能电机的非线性模型进行构建,进而选取与设计辨识算法,对抽水蓄能电机进行辨识的主要目的是获得抽水蓄能电机的精确数学模型,进而提升抽水蓄能电机的控制效果。基于闭环非线性模型获得的闭环辨识模型,可用于对抽水蓄能电机的闭环辨识,并可用在抽水蓄能电机的自适应控制过程中;最后,基于所设计的抽水蓄能电机闭环辨识模型对电机参数辨识误差进行了研究。对抽水蓄能电机进行相关函数子空间辨识。采用相关函数方法进行子空间辨识算法的改进,可以实现闭环条件下对线性系统的无偏估计,建立基于扩展卡尔曼滤波器抽水蓄能电机模型,构建模型协同工作循环辨识算法,并采用分块Hankel矩阵的子空间辨识算法,实现系统参数矩阵的有效辨识。实验结果验证了所提算法在抽水蓄能电机转速、转子电阻、励磁电感等参数辨识上的有效性。其基本的思想是基于抽水蓄能电机模型的平移不变特性,通过相关函数子空间辨识过程实现对抽水蓄能电机模型的有效估计,实现了对抽水蓄能电机模型的有效建立。对抽水蓄能电机稳定运行工况下的机组负荷辨识问题进行研究。采用的方法是基于双线性模型的子空间辩识策略,并且通过仿真对于算法的性能进行验证。研究结果显示:虽然抽水蓄能电机模型在理论上呈现出较强的非线性、耦合性等特征,很难利用数学方式进行模型的构建,但是基于双线性模型的子空间辩识策略可较好的实现对抽水蓄能电机模型的辨识,并且具有较高的辨识精度。通过本文辨识方法得到的抽水蓄能电机模型,可应用在抽水蓄能电机的控制器设计中,提升抽水蓄能电机的控制效果。提出一种具有学习功能的GPC控制器用于抽水蓄能电机的预测控制,对于采取不同工况的抽水蓄能电机,本文方法可实现更好的控制调节效果,并可有效降低控制过程的在线辨识的计算复杂度。通过在标准测试函数上以及选取的抽水蓄能电机实际机组上的仿真测试,验证了所提方法在控制精度和控制效率两项指标上的控制优势,验证了所提方法对于工况突变所引起的控制过程的控制响应的快速性。本文针对抽水蓄能电机的模型辨识和控制方法进行了研究,通过仿真和实验结果的对比分析,验证了抽水蓄能电机模型辨识方法的有效性,本文提供的实验数据具有重要价值,为真实抽水蓄能电机的模型辨识和控制过程的实现提供了现实的指导意义。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV743;TM30
【图文】：

框图,子空间辨识,步骤,框图

图 2-1 子空间辨识模型步骤框图Fig. 2-1 Block diagram of subspace identification空间辨识的正交投影理论先，给出子空间辨识理论的相关矩阵参量j。对于闭环控制区间中，模型的矩阵参数 A，B向量参数的线性基。参数BΠ 则表征矩阵行在B ∈影过程：( ) T T T=BΠ B B B B（2-1）中，有关参量的上标指的是 Moore-Penp jA R×∈ 的行向量相对于 B 的向量的投影是 A B ，( ) T T TBA B A Π =AB B B B中参量B⊥Π 作用是将原始矩阵的行向量在矩阵 B正交补操作：BA B A⊥⊥ Π（2-3）中：f BBI⊥Π = Π

子空间辨识,参量

front r colum ，子空间辨识过程的斜向投影符合下列关系：/ 0, /B BB C C C C基于上述两个关系特性，可对子空间辨识过程参量p jA R×∈ 的行向量沿着参量r jB R×∈ 的行向投影过程为： / / /BA C A B C B C⊥ ⊥ ，如果参量取值 B = 0或参量 B 的行向量以及参时，可将斜向投影进行正交形式的简化：/ /BA C = A C模型理论统状态空间模型，状态空间模型是近年来兴起和研究的热点，子空间辨识算法就是根据多变量系统的输入和输计，从而得到控制对象状态空间模型的过程。在中，其直观的图形化描述过程可见图 2-4 所示。

状态图,抽水蓄能电机,闭环辨识,状态

采取机理原理对闭环控制对象的模型进行构建，首先需要对辨识进行先验获知，然后基于状态空间辨识方法实现未知模型的辨识现辨识算法性能的提升。首先，利用闭环控制对象抽水蓄能电机型进行构建，进而选取与设计辨识算法，对抽水蓄能电机进行辨的是获得抽水蓄能电机的精确数学模型，进而提升抽水蓄能电机。基于闭环非线性模型获得的闭环辨识模型，可用于对抽水蓄能辨识，并可用在抽水蓄能电机的自适应控制过程中。但是在抽水自适应控制过程中，所使用到的抽水蓄能电机的参数数据的计算均会涉及到噪声问题，并且这种噪声存在非线性问题。若要实现电机的闭环辨识，就需要对抽水蓄能电机的关键模型部分进行模进而可实现对模型偏差的有效分析。抽水蓄能电机闭环辨识系统利用闭环控制对象抽水蓄能电机的非线性模型进行构建，主要目水蓄能电机的精确数学模型，本章给出的抽水蓄能电机的闭环辨见图 3-1 所示。

【参考文献】