一種基于振蕩能量注入的勵磁系統(tǒng)負阻尼檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于振蕩能量注入的勵磁系統(tǒng)負阻尼檢測方法，涉及電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定【技術(shù)領(lǐng)域】。對所述的勵磁系統(tǒng)振蕩能量注入由公式計算；通過辨識算法，只提取所關(guān)心的振蕩頻率的振蕩分量進行計算；以振蕩能量注入的正負來判定勵磁系統(tǒng)阻尼的負和正。采用直接測量的發(fā)電機勵磁電壓uf和勵磁電流if來檢測勵磁系統(tǒng)阻尼，避免對發(fā)電機內(nèi)部變量進行重構(gòu)，因此計算簡單；由于不需要用到發(fā)電機內(nèi)部參數(shù)，避免了因發(fā)電機參數(shù)不準(zhǔn)確而造成的誤差，因此計算更加準(zhǔn)確。從發(fā)電機監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中提取振蕩期間的勵磁電壓和勵磁電流進行勵磁系統(tǒng)阻尼特性分析；也可編程作為一個子程序，集成于發(fā)電機監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用。
【專利說明】一種基于振蕩能量注入的勵磁系統(tǒng)負阻尼檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于振蕩能量注入的勵磁系 統(tǒng)負阻尼檢測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，具有高放大倍數(shù)的快速勵磁裝置的使用是引起低頻振蕩的主要 原因之一。勵磁裝置可能在特殊的運行工況下可能會使發(fā)電機轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生一個負的阻尼轉(zhuǎn) 矩，導(dǎo)致發(fā)電機振蕩。
[0003] 另一方面，勵磁系統(tǒng)也是抑制低頻振蕩的關(guān)鍵所在。在勵磁系統(tǒng)正加裝電力系統(tǒng) 穩(wěn)定器（Power System Stabilizer, PSS)，通過反饋發(fā)電機轉(zhuǎn)速、機端頻率或者發(fā)電機功 率，經(jīng)濾波、放大、相位補償?shù)忍幚?，生成一個附加勵磁參考信號，作用于勵磁裝置，改變勵 磁電壓，以使其在發(fā)電機轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生一個正阻尼轉(zhuǎn)矩，可以起到抑制發(fā)電機振蕩的作用。
[0004] 當(dāng)PSS整定不當(dāng)也可能產(chǎn)生負阻尼。如不恰當(dāng)?shù)南辔谎a償參數(shù)，過大或過小的放 大倍數(shù)，都有可能導(dǎo)致PSS產(chǎn)生負阻尼。也可能在一個頻率范圍為發(fā)電機提供正阻尼，而在 另一個頻率范圍為發(fā)電機提供負阻尼。
[0005] 現(xiàn)有的勵磁系統(tǒng)負阻尼檢測方法經(jīng)檢索有如下幾種：
[0006] 方法1:檢測指標(biāo)/ Λ if Λ codt來判斷勵磁系統(tǒng)是否產(chǎn)生負阻尼（王茂海， 郭登峰，江長明.低頻振蕩過程中勵磁系統(tǒng)阻尼特性分析方法[J].電力系統(tǒng)自動 化，2013, 37(04) :47-50)。
[0007] 方法2 :檢測指標(biāo)來判斷勵磁系統(tǒng)是否產(chǎn)生負阻尼（李穎，沈 沉，劉鋒.基于Hamilton實現(xiàn)的電力系統(tǒng)振蕩源設(shè)備級定位[J].電力系統(tǒng)自動 化，2012, 36(23) :6-11.)。
[0008] 方法3 :檢測指標(biāo)/ ΛΕ' codt來判斷勵磁系統(tǒng)是否產(chǎn)生負阻尼，（李文鋒，李 瑩，周孝信，等.基于WAMS的電力系統(tǒng)功率振蕩分析與振蕩源定位（2)力矩分解法[J]. 中國電機工程學(xué)報，2013, 33 (25) : 47-53.)。
[0009] 上述方法的缺陷表現(xiàn)在：方法1，這一方法的導(dǎo)出依靠工程經(jīng)驗，缺少嚴(yán)格數(shù)學(xué)依 據(jù)；
[0010] 方法2 :檢測的兩個變量是不能直接測量的，需要通過可以測量的量來重 構(gòu)，這使得計算較為復(fù)雜；重構(gòu)變量需要用到某些發(fā)電機內(nèi)部參數(shù)，如果設(shè)備生產(chǎn)商給出的 參數(shù)不準(zhǔn)確，或在運行過程中參數(shù)發(fā)生變化，可能造成檢測誤差；
[0011] 方法3:與方法2的缺點類似，變量ΛΕ',是不能直接測量的，需要通過可以測量 的量來重構(gòu)，這使得計算較為復(fù)雜；重構(gòu)變量需要用到某些發(fā)電機內(nèi)部參數(shù)，如果設(shè)備生產(chǎn) 商給出的參數(shù)不準(zhǔn)確，或在運行過程中參數(shù)發(fā)生變化，可能造成檢測誤差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的克服上述技術(shù)缺陷與不足，采用直接測量發(fā)電機勵磁電壓和勵磁電 流來檢測勵磁系統(tǒng)阻尼，計算簡單；不會因發(fā)電機內(nèi)部參數(shù)發(fā)生變化帶來計算誤差，計算準(zhǔn) 確；檢測勵磁系統(tǒng)是否產(chǎn)生了負阻尼，提供一種基于振蕩能量注入的勵磁系統(tǒng)負阻尼檢測 方法。
[0013] 勵磁系統(tǒng)負阻尼是造成電力系統(tǒng)低頻振蕩的主要原因。本發(fā)明要解決的問題是檢 測勵磁系統(tǒng)是否產(chǎn)生了負阻尼。
[0014] 實現(xiàn)本發(fā)明目的之技術(shù)解決方案如下：一種基于振蕩能量注入的勵磁系統(tǒng)負阻尼 檢測方法，包括如下步驟：
[0015] 1)選擇振蕩期間待檢測發(fā)電機的勵磁電壓和勵磁電流進行分析；
[0016] 2)利用辨識算法對測量獲得的的勵磁電壓和勵磁電流進行辨識，分別辨識出所選 擇時間窗口內(nèi)勵磁電壓和勵磁電流的振蕩幅值A(chǔ)、衰減因子σ、振蕩頻率f和初始相位f I
[0017] 3)選擇待分析振蕩模式，根據(jù)勵磁電壓和勵磁電流重構(gòu)公式以及所要分析的振蕩 頻率對應(yīng)的振蕩幅值Α、衰減因子σ、振蕩頻率f和初始相位φ，在時域內(nèi)分別重構(gòu)勵磁電 壓振蕩分量和勵磁電流振蕩分量，得到Au f(t)和Aif(t);
[0018] 4)勵磁系統(tǒng)向發(fā)電機中注入的振蕩能量為：
[0019] - j' (16)
[0020] 式中：Λ uf為勵磁電壓的主振蕩模式分量，Λ if為勵磁電流待分析振蕩模式分量；
[0021] 5)將式（16)離散化，得到式（22) k
[0022] = X Α--Λ (22) 丨丨：.:.-
[0023] 將式（22)進一步化簡為遞推的振蕩能量計算公式：
[0024] ffex (0) = 0 (23)
[0025]
[0026] ffex (k) = ffex (k-1) + Δ uf (k) Δ if (k) At (k > 0)
[0027] 按照振蕩能量計算公式（23)計算待分析振蕩模式注入的振蕩能量，形成勵磁系 統(tǒng)注入能流曲線W ex ;
[0028] 6)計算機判定，如果勵磁系統(tǒng)注入能流曲線Wex曲線斜率為正，勵磁系統(tǒng)呈現(xiàn)負阻 尼，勵磁系統(tǒng)使電力系統(tǒng)待分析振蕩模式的阻尼比降低；如果注入能流曲線W ex曲線斜率為 負，該系統(tǒng)呈現(xiàn)正阻尼，勵磁系統(tǒng)使電力系統(tǒng)待分析振蕩模式阻尼比增加。
[0029] 進一步地，所述的一種基于振蕩能量注入的勵磁系統(tǒng)負阻尼檢測方法，步驟6)所 述的計算機判定，其具體步驟如下：
[0030] 2. 1)、選擇所要分析的時間段，輸入該時間段內(nèi)的勵磁電壓和勵磁電流；
[0031] 2. 2)、輸入采樣周期At，辨識程序階數(shù)P，大致的振蕩周期數(shù)m;
[0032] 2. 3)、估算主振蕩頻率段，主振蕩頻率滿足彡&彡f_其中 m .? m ? > ?廣:-.: * - -：： J s ? η Μ n A r
[0033] 2. 4)、啟動辨識程序，辨識出該時間段內(nèi)勵磁電壓和勵磁電流的振蕩幅值A(chǔ)、衰減 因子〇、振蕩頻率f和初始相位φ;
[0034] 2. 5)、選擇待分析振蕩模式，根據(jù)勵磁電壓重構(gòu)公式：
[0035] .Σ七叫咖,,加細+在時域內(nèi)重構(gòu)勵磁電壓待分析 'mm - J ? - J mss 振蕩模式振蕩分量，得AUfU);
[0036] 2. 6)、根據(jù)勵磁電流重構(gòu)公式：
[0037] Λ/'⑷=.Σ 々eXp(<x (+M_S(2〇M +? >在時域內(nèi)重構(gòu)勵磁電流待分析 Jmm -- Jmmw 振蕩模式振蕩分量，得△ if (t);
[0038] 2. 7)、計算時間與采樣點的對應(yīng)關(guān)系為：t (k) = Δ t · k ;
[0039] 2. 8)、根據(jù)遞推的振蕩能量計算公式計算振蕩能流：
[0040] ffex (0) = 0
[0041] ffex (k) = ffex (k-1) + Δ uf (k) Δ if (k) At (k > 0)
[0042] 計算勵磁系統(tǒng)注入的振蕩能量；
[0043] 2.9)、打印曲線Wex(t)，判斷曲線Wex⑴斜率是否大于0 ?如果是，勵磁系統(tǒng)呈現(xiàn) 負阻尼，勵磁系統(tǒng)使電力系統(tǒng)待分析振蕩模式阻尼比降低；如果否，勵磁系統(tǒng)呈現(xiàn)正阻尼， 勵磁系統(tǒng)使電力系統(tǒng)待分析振蕩模式阻尼比增加。
[0044] 進一步地，所述的基于振蕩能量注入的勵磁系統(tǒng)負阻尼檢測方法，所述的辨識程 序包括Prony算法或者TLS-Esprit算法中的任意一種辨識程序。
[0045] 本發(fā)明所述的勵磁系統(tǒng)振蕩能量注入計算的原理是有理論依據(jù)的，以下是振蕩能 量計算的嚴(yán)格數(shù)學(xué)依據(jù)。
[0046] 根據(jù)發(fā)電機三階模型：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于振蕩能量注入的勵磁系統(tǒng)負阻尼檢測方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 選擇振蕩期間待檢測發(fā)電機的勵磁電壓和勵磁電流進行分析； 2) 利用辨識算法對測量獲得的的勵磁電壓和勵磁電流進行辨識，分別辨識出所選擇時 間窗口內(nèi)勵磁電壓和勵磁電流的振蕩幅值A(chǔ)、衰減因子〇、振蕩頻率f和初始相位φ ; 3) 選擇待分析振蕩模式，根據(jù)勵磁電壓和勵磁電流重構(gòu)公式以及所要分析的振蕩頻率 對應(yīng)的振蕩幅值Α、衰減因子〇、振蕩頻率f和初始相位φ，在時域內(nèi)分別重構(gòu)勵磁電壓振 蕩分量和勵磁電流振蕩分量，得到Au f(t)和Aif(t); 4) 勵磁系統(tǒng)向發(fā)電機中注入的振蕩能量為：
式中：Auf為勵磁電壓的待分析振蕩模式分量，△ if為勵磁電流待分析振蕩模式分量； 5) 將式（16)離散化，得到式（22)
將式（22)進一步化簡為遞推的振蕩能量計算公式： Wex(0) = 0 (23) ffex (k) = ffex (k-1) + Δ uf (k) Δ if (k) At (k > 0) 按照振蕩能量計算公式（23)計算待分析振蕩模式注入的振蕩能量，形成勵磁系統(tǒng)注 入能流曲線Wex ; 6) 計算機判定，如果勵磁系統(tǒng)注入能流曲線Wex曲線斜率為正，勵磁系統(tǒng)呈現(xiàn)負阻尼， 勵磁系統(tǒng)使電力系統(tǒng)待分析振蕩模式的阻尼比降低；如果注入能流曲線W ex曲線斜率為負， 該系統(tǒng)呈現(xiàn)正阻尼，勵磁系統(tǒng)使電力系統(tǒng)待分析振蕩模式阻尼比增加。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于振蕩能量注入的勵磁系統(tǒng)負阻尼檢測方法，其特征 在于，步驟6)所述的計算機判定，其具體步驟如下： 2. 1)、選擇所要分析的時間段，輸入該時間段內(nèi)的勵磁電壓和勵磁電流； 2. 2)、輸入采樣周期Λ t，辨識程序階數(shù)P，大致的振蕩周期數(shù)m ; 2. 3)、估算主振蕩頻率段，主振蕩頻率滿足
2. 4)、啟動辨識程序，辨識出該時間段內(nèi)勵磁電壓和勵磁電流的振蕩幅值A(chǔ)、衰減因子 〇、振蕩頻率f和初始相位Φ ; 2. 5)、選擇待分析振蕩模式，根據(jù)勵磁電壓重構(gòu)公式： ΔΜ"=,
主時域內(nèi)重構(gòu)勵磁電壓待分析振 蕩模式振蕩分量，得△%(0 ; 2. 6)、根據(jù)勵磁電流重構(gòu)公式： Ai'.(k、=
生時域內(nèi)重構(gòu)勵磁電流待分析振蕩 模式振蕩分量，得Aif(t); 2. 7)、計算時間與采樣點的對應(yīng)關(guān)系為：t(k) = At · k ; 2. 8)、根據(jù)遞推的振蕩能量計算公式計算振蕩能流： Wex(〇) = 〇 Wex(k) = Wex(k-1) + Auf(k) Aif(k) At (k > 0),計算厲力磁系統(tǒng)注入的振蕩能量； 2. 9)、打印曲線Wex⑴，判斷曲線⑴斜率是否大于0 ?如果是，勵磁系統(tǒng)呈現(xiàn)負阻 尼，勵磁系統(tǒng)使電力系統(tǒng)待分析振蕩模式阻尼比降低；如果否，勵磁系統(tǒng)呈現(xiàn)正阻尼，勵磁 系統(tǒng)使電力系統(tǒng)待分析振蕩模式阻尼比增加。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于振蕩能量注入的勵磁系統(tǒng)負阻尼檢測方法，其特征 在于，所述的辨識程序包括Prony算法或者TLS-Esprit算法中的任意一種辨識程序。
【文檔編號】G01R31/00GK104101805SQ201410336446
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】劉天琪, 楊毅強, 王峰 申請人:四川大學(xué)