[發明專利]一種基于自適應無跡H∞濾波的發電機動態狀態估計方法

在審

• 申請號: 201910347770.6
• 申請日: 2019-04-28
• 公開（公告）號: CN110069870A
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 王義;孫永輝;侯棟宸;王森;曹陽;王朋;呂欣欣
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張婧

1.一種基于自適應無跡H∞濾波的發電機動態狀態估計方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)狀態估計模型建立

發電機動態狀態估計的狀態方程與量測方程，其一般形式可以表示為：

式中f(·)表示發電機狀態方程，h(·)表示量測方程，x，u，z分別對應表示狀態變量，控制變量及量測向量；下標k和k+1表示時刻，w表示系統噪聲，v為量測噪聲，假設二者分別滿足w～N(0,Q)，v～N(0,R)的高斯分布，其中Q與R分別表示系統噪聲和量測噪聲滿足的協方差矩陣，w與v相互獨立且和狀態變量無關；

(2)設定自適應無跡H_∞濾波的參數初始值，包含設定初始時刻狀態估計值初始狀態估計誤差協方差矩陣初始控制變量u₀，尺度參數κ；設定系統噪聲和量測噪聲所滿足的協方差矩陣Q₀，R₀，以及最大估計時刻N；

(3)利用無跡變換技術，產生圍繞狀態估計值的2n+1個Sigma采樣點其中n為狀態變量維度；

(4)計算k時刻的狀態預測值并求解k時刻狀態預測誤差協方差矩陣

(5)計算狀態預測點經發電機量測方程傳遞的對應點值，求解k時刻發電機量測預測值

(6)求解更新k時刻量測預測誤差協方差矩陣和交互協方差矩陣P_xz,k；

(7)利用自適應無跡H_∞濾波的校正步驟，求解k時刻的濾波增益K_k，并基于k時刻的量測信息值z_k，對狀態預測值進行修正更新，計算公式分別為

式中表示k時刻的狀態估計值，上標(·)^-1表示矩陣的求逆運算；

(8)基于H_∞濾波理論，利用自適應技術，設計抑制模型不確定性對狀態估計結果的影響的狀態估計誤差協方差自適應調整更新策略，自適應計算并更新k時刻估計誤差協方差矩陣計算公式如下

式中α是一個待設定的正常數，用于調節動態過程中估計誤差協方差自適應變換的閾值，其中R_e,k的計算方法分別為

式中為k時刻信息序列，表示k時刻的信息矩陣，ρ＝0.98為遺忘因子，γ為界定模型不確定性引起狀態估計誤差的正標量參數，L_k矩陣計算公式為

式中表示對矩陣進行Cholesky分解運算，I為適當維度的單位矩陣，為估計誤差協方差最大上界設置參數；

(9)按照(2)-(8)所示步驟依據量測信息時間序列進行發電機動態狀態估計，直至k+1＞N時狀態估計程序結束，輸出發電機動態估計結果。

2.根據權利要求1所述一種基于自適應無跡H∞濾波的發電機動態狀態估計方法，其特征在于，所述步驟(3)中具體計算公式如下

式中為k-1時刻狀態估計誤差協方差矩陣，表示對矩陣進行Cholesky分解運算，κ∈[10^-4，1]表示尺度參數。

3.根據權利要求1所述一種基于自適應無跡H∞濾波的發電機動態狀態估計方法，其特征在于，所述步驟(4)中具體計算公式分別為

式中表示Sigma狀態采樣點經發電機狀態方程傳遞的對應點值，上標T表示矩陣的轉置運算，Q_k-1表示k-1時刻系統噪聲滿足的協方差矩陣，W_l為對應于Sigma狀態采樣點的權重值，計算公式如下

4.根據權利要求1所述一種基于自適應無跡H∞濾波的發電機動態狀態估計方法，其特征在于，所述步驟(5)中具體計算公式為

式中表示狀態預測點經量測方程傳遞的對應點值。

5.根據權利要求1所述一種基于自適應無跡H∞濾波的發電機動態狀態估計方法，其特征在于，所述步驟(6)中具體計算公式為

式中上標T表示矩陣的轉置運算，R_k-1表示k-1時刻量測噪聲滿足的協方差矩陣。