【摘要】：隨著風(fēng)電和核電的大力發(fā)展,電網(wǎng)事故造成的影響變得日益嚴(yán)重,電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定問題變得日益突出,為了提高風(fēng)電、核電與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性,從而保障電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定,大力發(fā)展抽水蓄能電站勢在必行。抽水蓄能電機(jī)作為抽水蓄能電站的關(guān)鍵設(shè)備,其模型的準(zhǔn)確建立具有重要意義。本文將研究基于辨識算法的抽水蓄能電機(jī)模型辨識問題,以準(zhǔn)確分析抽水蓄能電機(jī)的運行狀態(tài),從而保障抽水蓄能電機(jī)的合理設(shè)計和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。對抽水蓄能電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)子空間辨識。首先,對基于閉環(huán)子空間辨識過程的抽水蓄能電機(jī)的模型建立進(jìn)行介紹,設(shè)計了抽水蓄能電機(jī)的閉環(huán)子空間辨識算法框架;然后,利用閉環(huán)控制對象抽水蓄能電機(jī)的非線性模型進(jìn)行構(gòu)建,進(jìn)而選取與設(shè)計辨識算法,對抽水蓄能電機(jī)進(jìn)行辨識的主要目的是獲得抽水蓄能電機(jī)的精確數(shù)學(xué)模型,進(jìn)而提升抽水蓄能電機(jī)的控制效果�；陂]環(huán)非線性模型獲得的閉環(huán)辨識模型,可用于對抽水蓄能電機(jī)的閉環(huán)辨識,并可用在抽水蓄能電機(jī)的自適應(yīng)控制過程中;最后,基于所設(shè)計的抽水蓄能電機(jī)閉環(huán)辨識模型對電機(jī)參數(shù)辨識誤差進(jìn)行了研究。對抽水蓄能電機(jī)進(jìn)行相關(guān)函數(shù)子空間辨識。采用相關(guān)函數(shù)方法進(jìn)行子空間辨識算法的改進(jìn),可以實現(xiàn)閉環(huán)條件下對線性系統(tǒng)的無偏估計,建立基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器抽水蓄能電機(jī)模型,構(gòu)建模型協(xié)同工作循環(huán)辨識算法,并采用分塊Hankel矩陣的子空間辨識算法,實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)矩陣的有效辨識。實驗結(jié)果驗證了所提算法在抽水蓄能電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子電阻、勵磁電感等參數(shù)辨識上的有效性。其基本的思想是基于抽水蓄能電機(jī)模型的平移不變特性,通過相關(guān)函數(shù)子空間辨識過程實現(xiàn)對抽水蓄能電機(jī)模型的有效估計,實現(xiàn)了對抽水蓄能電機(jī)模型的有效建立。對抽水蓄能電機(jī)穩(wěn)定運行工況下的機(jī)組負(fù)荷辨識問題進(jìn)行研究。采用的方法是基于雙線性模型的子空間辯識策略,并且通過仿真對于算法的性能進(jìn)行驗證。研究結(jié)果顯示:雖然抽水蓄能電機(jī)模型在理論上呈現(xiàn)出較強(qiáng)的非線性、耦合性等特征,很難利用數(shù)學(xué)方式進(jìn)行模型的構(gòu)建,但是基于雙線性模型的子空間辯識策略可較好的實現(xiàn)對抽水蓄能電機(jī)模型的辨識,并且具有較高的辨識精度。通過本文辨識方法得到的抽水蓄能電機(jī)模型,可應(yīng)用在抽水蓄能電機(jī)的控制器設(shè)計中,提升抽水蓄能電機(jī)的控制效果。提出一種具有學(xué)習(xí)功能的GPC控制器用于抽水蓄能電機(jī)的預(yù)測控制,對于采取不同工況的抽水蓄能電機(jī),本文方法可實現(xiàn)更好的控制調(diào)節(jié)效果,并可有效降低控制過程的在線辨識的計算復(fù)雜度。通過在標(biāo)準(zhǔn)測試函數(shù)上以及選取的抽水蓄能電機(jī)實際機(jī)組上的仿真測試,驗證了所提方法在控制精度和控制效率兩項指標(biāo)上的控制優(yōu)勢,驗證了所提方法對于工況突變所引起的控制過程的控制響應(yīng)的快速性。本文針對抽水蓄能電機(jī)的模型辨識和控制方法進(jìn)行了研究,通過仿真和實驗結(jié)果的對比分析,驗證了抽水蓄能電機(jī)模型辨識方法的有效性,本文提供的實驗數(shù)據(jù)具有重要價值,為真實抽水蓄能電機(jī)的模型辨識和控制過程的實現(xiàn)提供了現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TV743;TM30
【圖文】：

圖 2-1 子空間辨識模型步驟框圖Fig. 2-1 Block diagram of subspace identification空間辨識的正交投影理論先，給出子空間辨識理論的相關(guān)矩陣參量j。對于閉環(huán)控制區(qū)間中，模型的矩陣參數(shù) A，B向量參數(shù)的線性基。參數(shù)BΠ 則表征矩陣行在B ∈影過程：( ) T T T=BΠ B B B B（2-1）中，有關(guān)參量的上標(biāo) 指的是 Moore-Penp jA R×∈ 的行向量相對于 B 的向量的投影是 A B ，( ) T T TBA B A Π =AB B B B中參量B⊥Π 作用是將原始矩陣的行向量在矩陣 B正交補(bǔ)操作：BA B A⊥⊥ Π（2-3）中：f BBI⊥Π = Π

front r colum ，子空間辨識過程的斜向投影符合下列關(guān)系：/ 0, /B BB C C C C基于上述兩個關(guān)系特性，可對子空間辨識過程參量p jA R×∈ 的行向量沿著參量r jB R×∈ 的行向投影過程為： / / /BA C A B C B C⊥ ⊥ ，如果參量取值 B = 0或參量 B 的行向量以及參時，可將斜向投影進(jìn)行正交形式的簡化：/ /BA C = A C模型理論統(tǒng)狀態(tài)空間模型，狀態(tài)空間模型是近年來興起和研究的熱點，子空間辨識算法就是根據(jù)多變量系統(tǒng)的輸入和輸計，從而得到控制對象狀態(tài)空間模型的過程。在中，其直觀的圖形化描述過程可見圖 2-4 所示。

采取機(jī)理原理對閉環(huán)控制對象的模型進(jìn)行構(gòu)建，首先需要對辨識進(jìn)行先驗獲知，然后基于狀態(tài)空間辨識方法實現(xiàn)未知模型的辨識現(xiàn)辨識算法性能的提升。首先，利用閉環(huán)控制對象抽水蓄能電機(jī)型進(jìn)行構(gòu)建，進(jìn)而選取與設(shè)計辨識算法，對抽水蓄能電機(jī)進(jìn)行辨的是獲得抽水蓄能電機(jī)的精確數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而提升抽水蓄能電機(jī)。基于閉環(huán)非線性模型獲得的閉環(huán)辨識模型，可用于對抽水蓄能辨識，并可用在抽水蓄能電機(jī)的自適應(yīng)控制過程中。但是在抽水自適應(yīng)控制過程中，所使用到的抽水蓄能電機(jī)的參數(shù)數(shù)據(jù)的計算均會涉及到噪聲問題，并且這種噪聲存在非線性問題。若要實現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)辨識，就需要對抽水蓄能電機(jī)的關(guān)鍵模型部分進(jìn)行模進(jìn)而可實現(xiàn)對模型偏差的有效分析。 抽水蓄能電機(jī)閉環(huán)辨識系統(tǒng)利用閉環(huán)控制對象抽水蓄能電機(jī)的非線性模型進(jìn)行構(gòu)建，主要目水蓄能電機(jī)的精確數(shù)學(xué)模型，本章給出的抽水蓄能電機(jī)的閉環(huán)辨見圖 3-1 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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