电力系统辨识

直接辨识法
第0章 系统辨识概论
0.2 系统辨识的基本概念
(5)系统辨识的过程
试验设计 数据获取 选择 模型类型 辨识方法 辨识 模型结构 模型参数 模型检验
第0章 系统辨识概论
0.1 系统仿真的基本概念
(3)系统模拟的基本原理——相似定理 ②相似定理： 相似第二定理：一个系统由n各不同量纲的物理量组成，其中有k个是独立 的基本量，则另外n-k个物理量与基本量所组成的n-k个无 量纲的比例系数可以用算式完全表达，这些比例系数就是 相似判据。
相似第三定理：如果两个现象的单值条件相似，且从单值条件引出的相似 判据数值相等，则此二现象相似。
i mi
;
t
t mt
i(t)
i'(t’)
各轴同比相似：
mi mt
各轴异比相似：
mi mt ; mt 1
第0章 系统辨识概论
0.1 系统仿真的基本概念
(2)系统相似及其基本类型 ③绝对相似： 2个系统中所产生的全部过程（物理量）完全相似——全部几 何尺寸和相应参数在时间和空间上所产生的全部变化完全相似 ④完全相似： 2个系统中所研究的某一（某些）现象的一切过程在时间和空 间上都是相似的。 例：2台同步发电机电磁现象完全相似：i(t)、u(t)、电场和磁场分布 相似。
本课程的基本内容与教学要求：
内容：
1、系统辨识的基本概念 2、 系统辨识应用——电力系统负荷建模的基本原理与方法
要求：了解——熟悉——应用
基本概念 基本原理 基本方法 基本应用
第0章 系统辨识概论
0.1 系统仿真的基本概念 (1)系统仿真及其作用
仿真的涵义：实际物理系统的模拟 ——根据模拟理论（相似理论）设计一个能够反应实际系统或过 程的模型，通过模型试验求得结论，进而分析得出实际系统结论 的研究过程。 仿真的作用：代替实际系统进行实验，分析系统运行状态——重要实验手段 仿真的方法：物理仿真、数字仿真 仿真的过程与步骤：（a）建立模型
(4)系统辨识的方法
间接辨识法
方法
经典 辨识法
卷积辨识法 相关辨识法 频域FFT法 最小二乘估计法
特点ห้องสมุดไป่ตู้
确定型、时域、非参数型 随机性、时域、非参数型 随机性、频域、非参数型
数学模型
时域脉冲响应 时域脉冲响应 频域，幅频特性、相频特性 状态空间方程 差分方程
现代 辨识法
极大自然法
卡尔曼滤波法
随机性、时域、参数型
①相似判据：在模拟某一现象是，所参与的物理量（即描述此现象的各有关物理量） 之间应当保持的某种固定关系。 ②相似定理：描述2个过程相似应当满足的充分必要条件。可以用相似判据应当满足 的关系来描述。 相似第一定理：相似系统应当有同样的相似判据,即其相似指标等于“1”
例如：研究电力系统稳态潮流或短路电流时，所参与的物理量包括V、I、S （P、Q）、
系统建模 三种情形
“白箱”(White-box)建 模 “黑箱”(Black-box)建 模 “灰箱”(Grey-box)建模
电力系统建模的主要情形
机理建模
辨识建模
第0章 系统辨识概论
0.2 系统辨识的基本概念
(3)系统辨识的定义和辨识原理 定义I：在测量获得系统输入、输出数据的基础上，从给定的一组模型中，确
（b）模拟试验； （c）结论分析和误差估计。
模型类型： 数学模型 物理模型
模拟理论
原型： 实际 物理
实际系统
模型 试验
模型： 模拟装置或 模拟系统
对象
实际结论
分析
模型结论
第0章 系统辨识概论
0.1 系统仿真的基本概念
(2)系统相似及其基本类型
相似：几何上 或 物理过程相同或相近 类型：6种基本的 “相似”类型 ①几何相似：空间测度成比例 各轴同比相似：
动态系统（过程）控制
现代控制理论与控制工程
系统运行状态 系统数学模型
状态估计
系统辨识
系统动态建模：
利用被控制系统的输入、输出数据，估计系统的数学模型 ——系统分析、控制、设计的基础
实现系统仿真的前提
0.2 系统辨识的基本概念
(2)系统建模的两条途径
第0章 系统辨识概论
机理建模——物理机理分析，写出模型。Ex.： Park方程、潮流模型 特点：物理概念清晰； 有局限性（假设与简化）； 无法计及某些实际因素 辨识建模——系统的输入、输出数据→估计出系统数学模型 特点：机理了解要求低； 可计及实际因素； 物理意义不够明确
Z 、Y ，它们之间将满足某种固定关系。 根据相似第一定理，原型系统（“0”）和模型系统（“1”）的各物理量之间应当满足：
V0 I S Z Y mv ; 0 mi ; 0 ms ; 0 mz ; 0 my V1 I1 S1 Z1 Y1
mv mi mv mv2 1 ; 1 ; 1 ; mz my 1 ms mz mi mz ms
单值条件相似包括： 几何相似； 物理参数相似； 其实条件相似； 边界条件相似； 时间相似。
第0章 系统辨识概论
0.2 系统辨识的基本概念
(1)系统辨识的内涵与意义 系统辨识（System Identification）是现代控制理论的学科分支 在现代控制理论与控制工程中具有重要地位
控制设计 （控制策略与方法） 控制理论
⑤局部相似（不完全相似）：个别方面的相似 例：2台同步发电机，i(t) 相似，但电场和磁场分布不相似。
⑥近似相似：在某些假设条件下的现象相似 例：研究2台同步发电机的机电暂态过程，可以不计定子电流中的直 流和倍频分量 以及 转子电流中的周期分量
第0章 系统辨识概论
0.1 系统仿真的基本概念
(3)系统模拟的基本原理——相似定理
X Y Z mx ; my ; mz x y z
mx my mz m
各轴异比相似：
Z
z
mx my mz
Y X
y
x
第0章 系统辨识概论
0.1 系统仿真的基本概念
(2)系统相似及其基本类型 ②现象相似： 不同系统所发生的过程中，各对应物理量存在一个固定的比例系数
i
定一个与实测系统等价的模型
定义II：按规定准则，在一类模型中，选择一个与数据拟合得最好的模型
基本原理：
实际系统 （原型 M M ）
+ -
ym
u
e
系统辨识
min J (e, θ) J (θ)
系统模型 （ Mθ ） 调整θ
yα
辨识三要素：（u,ym）、Mθ、J(θ )
第0章 系统辨识概论
0.2 系统辨识的基本概念