В этом примере показано, как выполнить оценку параметров при запуске системы в установившемся состоянии, используя пример модели системы возбуждения для электрогенератора электростанции.
Оценка параметров является мощным инструментом для работы энергосистемы, где точность моделей критична и может потребоваться по регулированию. Существует несколько причин, по которым может потребоваться выполнить оценку параметров в энергосистемах, в том числе:
Системные параметры могли быть неизвестны с самого начала. Например, если некоторые или все параметры не были предоставлены поставщиком.
Даже если параметры системы были известны в прошлом, эти параметры могут со временем дрейфовать из-за износа компонентов системы.
Некоторые параметры могут быть изменены для системы, что приведет к неизвестным воздействиям на параметры системы. Оценка параметров может использоваться для учета этих изменений настроек.
Возможно, система должна соответствовать какой-либо стандартизированной модели. Например, в этом примере мы подгоняем стандартную модель IEEE DC1A для систем возбуждения к нашей системе.
Генераторы создают энергию путем вращения магнитного поля и витых проводов относительно друг друга для индуцирования электрического тока. Для генераторов, использующих электромагниты, система возбуждения подает ток на катушки возбуждения генератора для создания магнитного поля. Управляя напряженностью магнитного поля внутри генератора, система возбуждения может управлять выходным напряжением генератора.
Модель Simulink ®spe_exciter моделирует систему возбуждения в офлайн-шаговом тесте. В этом испытании генератор переводят в автономный режим, затем на возбудитель подают ступенчатый вход напряжения и измеряют выходное напряжение для целей определения характеристик системы. Эта модель включает подсистему маркированная «Система Возбуждения DC1A», которая следует за образцовой структурой для системы возбуждения, обрисованной в общих чертах в стандарте IEEE DC1A. Блок содержит несколько параметров, таких как коэффициенты усиления и постоянные времени, которые определяют поведение системы и должны соответствовать нашей системе. Входы и выходы напряжения находятся в p.u. (на единицу).
Модель можно открыть с помощью следующей команды:
open_system('spe_exciter');
Дважды щелкните оранжевый блок с меткой Parameter Estimation with preloaded data в левом нижнем углу модели. В результате будет запущен сеанс оценки параметров, предварительно загруженный данными для данного проекта, включая экспериментальные данные, полученные в ходе тестирования шага в автономном режиме.
Сеанс оценки параметров загружается системными параметрами, которые были определены как требующие настройки по любой из причин, отмеченных ранее. Эти параметры включают в себя коэффициенты усиления Ka, Ke, и Kf; и константы времени Ta, Tb, Tc, Te, Tf, и Tr. Эти параметры должны использовать только положительные значения во время оценки.
Чтобы отобразить отклик модели по экспериментальным данным, нажмите кнопку «Распечатать отклик модели» на панели инструментов. Обратите внимание, что начальные условия для состояний в нашей модели в настоящее время неверны, что вызывает начальную динамику в смоделированной реакции и смещение между смоделированной и измеренной реакцией. На следующем шаге мы обновим опции в приложении Parameter Estimator, чтобы решить правильные начальные условия в нашей модели.
В экспериментальном ступенчатом испытании, которое дало измеренный отклик, система возбуждения находилась в устойчивом состоянии и выдавала около 1,1 п.е. перед началом тестовых измерений. Чтобы соответствовать этим условиям в нашей оценке параметров, мы уточним, что модель должна начинаться в установившейся рабочей точке во время оценки параметров. Нажмите «Дополнительные параметры» и выберите «Параметры рабочей точки».
Здесь отображается диалоговое окно, в котором можно указать способ вычисления рабочих точек в установившемся состоянии во время оценки параметров. Открыть диалоговое окно и установить флажок Estimate at steady-state чтобы модуль оценки параметров переводил модель в стационарное состояние каждый раз при изменении параметров и запуске модели. В этой модели имеется семь состояний, по умолчанию они будут установлены в неизвестное состояние и помечены как состояния, которые должны быть установлены в стационарное состояние. Это соответствует нашей системе, поэтому мы оставим эти варианты неизменными.
Входы в модель (напряжение на клеммах и опорное напряжение) известны из автономного шагового теста. Перейдя на вкладку Входы (Inputs) в разделе Спецификации (Specifications), можно задать эти условия. Мы видим, что входные данные помечены как известные по умолчанию со значением единицы. Они берутся из начального значения в измеренных данных, и мы оставим эти значения без изменений.
Перейдя на вкладку «Outputs» (Выходы) в разделе «Specifications» (Спецификации), мы помечаем выход (напряжение поля) нашей системы как известный, установив флажок «Knowledge» (Известные) и установим для него значение «Value» (Значение) 1.1028, которое является первым значением наших данных по испытаниям на полевое напряжение.
С помощью опций, которые мы установили, перед запуском каждого моделирования модели, оценка параметров будет решать для набора начальных условий, которые переведут все указанные состояния в устойчивое состояние на указанных входном и выходном уровнях. Чтобы увидеть результат этих изменений, снова щелкните График (Plot) Реакция модели (Model Response) и убедитесь, что смоделированный отклик находится в устойчивом состоянии на ожидаемом начальном выходе.
Перед оценкой параметров можно с помощью панели инструментов настроить представление оценки параметров для отображения интересующей нас информации. Кнопка «Добавить график» на панели инструментов используется для добавления графика «Траектория параметра» и графика «Оценочные затраты». Можно использовать вкладку Вид (View), чтобы настроить компоновку и сделать видимыми все графики.
Теперь мы готовы провести оценку параметров. На вкладке «Оценка параметров» нажмите кнопку «Оценка».. Из-за большого количества параметров, оцениваемых в этом примере, этот процесс может занять несколько минут.
Как только процесс оценки сходится, ответ новой модели отображается на графике эксперимента. Мы видим лучшее соответствие между моделью и измеренными данными, и ошибка в графике ExpCost значительно снизилась. Это указывает на то, что найден хороший набор параметров. График EquimateParams показывает, как каждый параметр изменялся в каждой итерации. Чтобы более четко увидеть, насколько каждый параметр изменился относительно его начального значения, щелкните правой кнопкой мыши график «Параметры» и выберите Show scaled values.
Из-за большого количества оцениваемых параметров оценка параметров может занять много времени. По мере увеличения числа параметров увеличивается и число запусков модели в каждой итерации. Это приводит к увеличению общего времени вычислений, необходимого для сходимости оценки параметров.
Для ускорения оценки параметров можно настроить параметры для использования параллельного пула. Затем наши параллельные работники могут выполнять моделирование одновременно, чтобы ускорить процесс оценки параметров.
Для этого потребуется MATLAB Parallel Computing Toolbox. Перед выполнением оценки параметров перейдите в раздел «Дополнительные параметры» > «Параллельные параметры» на панели инструментов «Оценка параметров». Затем выберитеUse parallel pool during estimation. Нажмите кнопку ОК, затем нажмите кнопку Оценка на панели инструментов.
Для параллельного пула с 8 работниками процесс оценки для этого примера был в 3,5 раза быстрее для завершения. Доступ к параметрам, связанным с параллельными вычислениями, таким как число работников и настройка кластера, см. в разделе «Определение параметров параллельной настройки».
Определение установившейся рабочей точки для оценки параметров
Что такое операционная точка? (Проект управления Simulink)
Что такое стационарная рабочая точка? (Проект управления Simulink)
Установить модель в устойчивое состояние при оценке параметров (GUI)
Установить модель в устойчивое состояние при оценке параметров (код)