[發(fā)明專利]一種基于魯棒無跡H無窮濾波的發(fā)電機(jī)動態(tài)估計(jì)方法

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• 申請日: 2019-04-28
• 公開（公告）號: CN109918862A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王義;孫永輝;呂欣欣;侯棟宸;王森;熊俊杰;曹陽
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張婧

本發(fā)明公開了一種基于魯棒無跡H無窮濾波的發(fā)電機(jī)動態(tài)估計(jì)方法，用于實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)不確定情形下發(fā)電機(jī)動態(tài)狀態(tài)的準(zhǔn)確估計(jì)。具體包含如下步驟：首先，基于發(fā)電機(jī)四階動態(tài)方程，建立發(fā)電機(jī)動態(tài)狀態(tài)估計(jì)的狀態(tài)空間模型；其次，依據(jù)H無窮濾波中的參數(shù)不確定性約束準(zhǔn)則，結(jié)合無跡變換技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于魯棒無跡H無窮濾波動態(tài)狀態(tài)估計(jì)器。該方法能夠利用參數(shù)不確定約束準(zhǔn)則，有效界定參數(shù)不確定性對狀態(tài)估計(jì)器性能的影響，增強(qiáng)對模型參數(shù)不確定性的魯棒性，提升狀態(tài)估計(jì)精度。本發(fā)明方法流程清晰，實(shí)現(xiàn)簡單，便于工程實(shí)施。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及動態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法，尤其涉及一種基于魯棒無跡H無窮濾波的發(fā)電機(jī)動態(tài)估計(jì)方法。

背景技術(shù)

近年來，在電力系統(tǒng)監(jiān)測領(lǐng)域，能夠提供帶時(shí)標(biāo)高頻率采樣信息的同步相量量測單元(PMU)被逐漸推廣和應(yīng)用，為電力系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)分析提供了可能。然而，PMU作為一個(gè)量測單元，在量測過程中會不可避免受到隨機(jī)干擾等因素的影響，造成量測數(shù)據(jù)的污染。因此，由PMU獲取的量測生數(shù)據(jù)無法直接用于電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)分析。動態(tài)狀態(tài)估計(jì)不僅可以有效的濾除量測數(shù)據(jù)中的誤差和噪聲值，而且，借助其預(yù)測功能可以為系統(tǒng)未來可能的變化制定相應(yīng)的控制策略。所以，提高電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)動態(tài)狀態(tài)估計(jì)跟蹤精度對于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要意義。

目前，動態(tài)狀態(tài)估計(jì)常見方法主要包括擴(kuò)展卡爾曼濾波及其改進(jìn)方法(extendedKalman filter,EKF)，但是由于EKF采用泰勒級數(shù)對非線性函數(shù)進(jìn)行線性化時(shí)未計(jì)及高階項(xiàng)，截?cái)嗾`差較大濾波精度有待提高。為了改善EKF的不足，以無跡變換卡爾曼濾波(unscented Kalman filter,UKF)為代表的粒子濾波采用多樣本或采樣點(diǎn)逼近非線性函數(shù)的概率分布，有效提高了狀態(tài)估計(jì)精度。不過，值得注意的是，無論EKF和UKF狀態(tài)估計(jì)方法，它們的有效性均需滿足一定的假設(shè)條件。比如，假定發(fā)電機(jī)動態(tài)狀態(tài)估計(jì)模型所涉及參數(shù)的均能夠準(zhǔn)確獲取，但是，相關(guān)研究人員已經(jīng)證明，由于發(fā)電機(jī)老化和運(yùn)行溫度的變化，發(fā)電機(jī)動態(tài)狀態(tài)估計(jì)模型的一些默認(rèn)為常數(shù)參數(shù)，也為隨時(shí)間動態(tài)變化，即發(fā)電機(jī)狀態(tài)空間估計(jì)模型的某些參數(shù)存在不確定性。這些不確定性因素將會嚴(yán)重影響動態(tài)狀態(tài)估計(jì)器的性能，降低狀態(tài)估計(jì)精度。

因此，亟待解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種僅能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)不確定情形下發(fā)電機(jī)狀態(tài)的準(zhǔn)確估計(jì)，且算法流程清晰，實(shí)現(xiàn)簡單，便于工程實(shí)施的基于魯棒無跡H無窮濾波的動態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明公開了一種基于魯棒無跡H無窮濾波的發(fā)電機(jī)動態(tài)估計(jì)方法，包括如下步驟：

(1)狀態(tài)空間模型建立

發(fā)電機(jī)動態(tài)狀態(tài)估計(jì)的狀態(tài)方程與量測方程，其一般形式可以表示為：

式中f(·)表示發(fā)電機(jī)狀態(tài)方程，h(·)表示量測方程，x，u，z分別對應(yīng)表示狀態(tài)變量，控制變量及量測向量；下標(biāo)k-1和k表示時(shí)刻，w表示系統(tǒng)噪聲，v為量測噪聲，假設(shè)二者分別滿足w～N(0,Q)，v～N(0,R)的高斯分布，其中Q與R分別表示系統(tǒng)噪聲和量測噪聲滿足的協(xié)方差矩陣，w與v相互獨(dú)立且和狀態(tài)變量無關(guān)；

(2)設(shè)定魯棒無跡H無窮濾波的參數(shù)初始值，包含設(shè)定初始時(shí)刻狀態(tài)變量值初始狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差矩陣控制變量值u₀取為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行值，尺度參數(shù)κ；設(shè)定系統(tǒng)噪聲和量測噪聲所滿足的協(xié)方差矩陣Q₀，R₀，以及最大估計(jì)時(shí)刻N(yùn)；

(3)利用無跡變換技術(shù)產(chǎn)生圍繞狀態(tài)估計(jì)值的2n+1個(gè)Sigma狀態(tài)采樣點(diǎn)l＝0,1,2,3…2n，其中n表示發(fā)電機(jī)狀態(tài)變量維度；

(4)利用魯棒無跡H無窮濾波的狀態(tài)預(yù)測步，計(jì)算k時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測值狀態(tài)預(yù)測誤差協(xié)方差矩陣

(5)基于發(fā)電機(jī)量測函數(shù)，計(jì)算k時(shí)刻發(fā)電機(jī)量測預(yù)測值