基于統(tǒng)一模型的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)聚合方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于統(tǒng)一模型的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)聚合方法，本發(fā)明首先提出聚合后勵磁系統(tǒng)模型的選取原則；然后通過勵磁系統(tǒng)狀態(tài)相量系數(shù)矩陣構(gòu)建了統(tǒng)一結(jié)構(gòu)模型；最后利用等值機模型系數(shù)矩陣與統(tǒng)一模型分塊對角陣之間結(jié)構(gòu)相似與等值前后電氣特征相似的約束關(guān)系，可直接獲取勵磁系統(tǒng)的參數(shù)。與基于頻域傳遞函數(shù)擬合和時域仿真優(yōu)化的方法相比，本發(fā)明的方法對工作點設(shè)置或?qū)?yōu)方向選取不具有依賴性，是一種時域非迭代的聚合參數(shù)解析求解方法，尤其適用于含有多種勵磁模型的實際大電網(wǎng)，能有效簡化計算，提高等值精度。計算量小、等值精度高，無需迭代即可獲取勵磁模型及參數(shù)，適用于含多種勵磁模型的復(fù)雜機群聚合。
【專利說明】基于統(tǒng)一模型的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)聚合方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種基于統(tǒng)一模型的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)聚合方法，屬于電力系統(tǒng)動態(tài)等值 技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 勵磁系統(tǒng)聚合是發(fā)電機聚合的一項關(guān)鍵環(huán)節(jié)，會直接影響發(fā)電機的暫態(tài)性能。目 前勵磁系統(tǒng)聚合使用較多的是加權(quán)平均法，該方法過程簡單且計算量小，適用于模型結(jié)構(gòu) 相同且參數(shù)不存在明顯差異的勵磁系統(tǒng)聚合。而實際系統(tǒng)中待聚合的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)往往 存在模型與參數(shù)的差異，簡單套用是千差萬別的加權(quán)平均的方式無法適用這一現(xiàn)狀。且加 權(quán)平均法只能聚合模型相同的勵磁系統(tǒng)，從而每個同調(diào)機群需被等值為若干臺模型不同的 等值機，使得化簡規(guī)模受到極大的限制。
[0003] 為解決不同模型勵磁系統(tǒng)的聚合問題，電力工作者進行了大量的科學(xué)研究，取得 了一些成果。不少學(xué)者使用了頻域擬合及參數(shù)辨識方法進行聚合。頻域方法可采用標準傳 遞函數(shù)的方式，通過將高階聚合傳遞函數(shù)降為低階，并引入分段線性多項式函數(shù)對低階標 準傳遞函數(shù)模型進行參數(shù)辨識，但不能確定降低階次，只能反復(fù)嘗試對比。頻域聚合方法具 有過程復(fù)雜、計算量大、實施過程不易掌控、對信息具有較強依賴性等缺陷，難以應(yīng)用于大 規(guī)模電網(wǎng)勵磁系統(tǒng)聚合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種能有效簡化計算，提高等值精度的簡 單實用的基于統(tǒng)一模型的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)聚合方法。本發(fā)明能適用于模型不同的發(fā)電機 勵磁系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)加權(quán)平均法無法聚合模型不同的勵磁系統(tǒng)的問題。本發(fā)明對工作點 設(shè)置或?qū)?yōu)方向選取不具有依賴性，是一種時域非迭代的聚合參數(shù)解析求解方法，尤其適 用于含有多種勵磁模型的實際大電網(wǎng)。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：本發(fā)明的基于統(tǒng)一模型的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)聚合方法，包括 如下步驟：
[0006] 1)根據(jù)等值勵磁模型選取方法選取等值機模型；
[0007] 2)對各聚合發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)進行建模，建立其各自狀態(tài)空間表達式，并推導(dǎo)出 各聚合發(fā)電機的狀態(tài)相量系數(shù)矩陣；
[0008] 3)構(gòu)造以各聚合機狀態(tài)相量系數(shù)矩陣為主對角元的分塊對角矩陣，該分塊對角矩 陣就是一個由型號不同的勵磁系統(tǒng)組成的統(tǒng)一模型，其中的每一分塊對角矩陣表示待聚合 的勵磁系統(tǒng)；
[0009] 4)通過等值機模型狀態(tài)相量系數(shù)矩陣與統(tǒng)一模型分塊對角陣間的結(jié)構(gòu)約束關(guān)系， 推導(dǎo)出等值機參數(shù)解析表達式，獲取聚合后發(fā)電機勵磁系統(tǒng)解析參數(shù)；包括調(diào)壓器穩(wěn)定回 路時間常數(shù)K，調(diào)壓器放大時間常數(shù)7：，調(diào)節(jié)器增益，勵磁機時間常數(shù)Γ〗，調(diào)壓器穩(wěn) 定回路增益I;，自勵磁時間常數(shù)，最大勵磁電壓《UMCIf ?調(diào)壓器輸出最大值，最大 勵磁電壓時勵磁機飽和系數(shù)I
[0010] 5)用前一步得到的等值機參數(shù)進行時域仿真，觀測對比聚合前后發(fā)電機轉(zhuǎn)子角、 母線電壓、線路有功功率等動態(tài)性能，若誤差超過一定范圍則返回第一步重新選定等值機 勵磁系統(tǒng)模型；若誤差在可接受的范圍內(nèi)則結(jié)束，輸出結(jié)果。
[0011] 本發(fā)明基于統(tǒng)一模型的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)聚合方法，根據(jù)所提出的等值勵磁模型選 取方法選取等值機模型后，由解析推導(dǎo)構(gòu)造出統(tǒng)一模型復(fù)合系數(shù)矩陣，利用模型系數(shù)矩陣 聚合前后結(jié)構(gòu)不變的特性，直接獲得等值機勵磁模型及參數(shù)。
[0012] 本發(fā)明基于統(tǒng)一模型的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)聚合方法，求解得到的發(fā)電機的參數(shù)是解 析解，無須迭代、尋優(yōu)過程，適應(yīng)于大規(guī)模電網(wǎng)在線化簡應(yīng)用。
[0013] 本發(fā)明基于統(tǒng)一模型的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)聚合方法，能獲取聚合后發(fā)電機包括調(diào)壓 器穩(wěn)定回路時間常數(shù)？；，調(diào)壓器放大時間常數(shù)Γ] ?調(diào)節(jié)器增益勵磁機時間常數(shù) 調(diào)壓器穩(wěn)定回路增益I》，自勵磁時間常數(shù)[【，最大勵磁電壓?，調(diào)壓器輸出最大值 ，最大勵磁電壓時勵磁機飽和系數(shù)·這9項等值發(fā)電機參數(shù)。
[0014] 本發(fā)明是一種基于統(tǒng)一模型的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)聚合方法，本發(fā)明首先提出聚合后 勵磁系統(tǒng)模型的選取原則；然后通過勵磁系統(tǒng)狀態(tài)相量系數(shù)矩陣構(gòu)建了統(tǒng)一結(jié)構(gòu)模型；最 后利用等值機模型系數(shù)矩陣與統(tǒng)一模型分塊對角陣之間結(jié)構(gòu)相似與等值前后電氣特征相 似的約束關(guān)系，可直接獲取勵磁系統(tǒng)的參數(shù)。與基于頻域傳遞函數(shù)擬合和時域仿真優(yōu)化的 方法相比，本發(fā)明的方法對工作點設(shè)置或?qū)?yōu)方向選取不具有依賴性，是一種時域非迭代 的聚合參數(shù)解析求解方法，尤其適用于含有多種勵磁模型的實際大電網(wǎng)，能有效簡化計算， 提高等值精度。計算量小、等值精度高，無需迭代即可獲取勵磁模型及參數(shù)，適用于含多種 勵磁模型的復(fù)雜機群聚合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0016] 圖2為EA型勵磁機傳遞函數(shù)框圖。
[0017] 圖3為等值勵磁電壓的構(gòu)成示意圖。
[0018] 圖4為施加大階躍輸入的簡化勵磁機模型示意圖。

【具體實施方式】
[0019] 實施例：
[0020] 本發(fā)明的基于統(tǒng)一模型的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)聚合方法，包括如下步驟：
[0021] 1)根據(jù)等值勵磁模型選取方法選取等值機模型；
[0022] 2)對各聚合發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)進行建模，建立其各自狀態(tài)空間表達式，并推導(dǎo)出 各聚合發(fā)電機的狀態(tài)相量系數(shù)矩陣；
[0023] 3)構(gòu)造以各聚合機狀態(tài)相量系數(shù)矩陣為主對角元的分塊對角矩陣，該分塊對角 矩陣就是一個由型號不同的勵磁系統(tǒng)組成的統(tǒng)一模型，其中的每一分塊對角矩陣表示待聚 合的勵磁系統(tǒng)；
[0024] 4)通過等值機模型狀態(tài)相量系數(shù)矩陣與統(tǒng)一模型分塊對角陣間的結(jié)構(gòu)約束關(guān)系， 推導(dǎo)出等值機參數(shù)解析表達式，獲取聚合后發(fā)電機勵磁系統(tǒng)解析參數(shù)；包括調(diào)壓器穩(wěn)定回 路時間常數(shù)7；，調(diào)壓器放大時間常數(shù):，調(diào)節(jié)器增益欠】，勵磁機時間常數(shù)G，調(diào)壓器穩(wěn) 定回路增益I》，自勵磁時間常數(shù)最大勵磁電壓￡：.,,--，調(diào)壓器輸出最大值，最大 勵磁電壓時勵磁機飽和系數(shù);
[0025] 5)用前一步得到的等值機參數(shù)進行時域仿真，觀測對比聚合前后發(fā)電機轉(zhuǎn)子角、 母線電壓、線路有功功率等動態(tài)性能，若誤差超過一定范圍則返回第一步重新選定等值機 勵磁系統(tǒng)模型；若誤差在可接受的范圍內(nèi)則結(jié)束，輸出結(jié)果。
[0026] 本發(fā)明的具體過程如下：
[0027] 1、統(tǒng)一模型構(gòu)建
[0028] 聚合前后的勵磁系統(tǒng)應(yīng)保留相似的電氣特征。本專利提出了勵磁系統(tǒng)聚合前后模 型統(tǒng)一處理原則：
[0029] (1)如果待聚合發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的模型相同，則取該勵磁系統(tǒng)模型為等值機模 型；
[0030] ⑵如果各發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)模型和參數(shù)不相同，則選擇對應(yīng)機組的總?cè)萘孔畲?的勵磁系統(tǒng)模型作為統(tǒng)一模型。若同調(diào)機群內(nèi)有若干組勵磁系統(tǒng)模型對應(yīng)的發(fā)電機群容量 比重均較大且比較接近，則選取與接口母線電氣距離最近的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)模型作為等值 機模型。
[0031] (3)檢驗等值機模型的選取是否恰當。如果等值前后發(fā)電機動態(tài)特性差距較大，則 需重新選擇勵磁系統(tǒng)等值機模型以改善等值效果。
[0032] 然后對各待聚合發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)進行建模，建立其各自狀態(tài)空間表達式，并可 推導(dǎo)出各待聚合發(fā)電機的狀態(tài)相量系數(shù)矩陣A ek(k= 1，2…m)，不同型號的勵磁系統(tǒng)由于 狀態(tài)空間表達式不同，故其狀態(tài)相量系數(shù)矩陣也可能擁有不同形式。
[0033] 由于選定等值機模型后，等值機狀態(tài)空間表達式被確定，等值機狀態(tài)方程中的狀 態(tài)相量系數(shù)矩陣^的結(jié)構(gòu)也被確定。由系數(shù)矩陣結(jié)構(gòu)約束的性質(zhì)可知，等值機狀態(tài)相量系 數(shù)矩陣應(yīng)是由以各待聚合機狀態(tài)相量系數(shù)矩陣為主對角元的分塊對角矩陣，該分塊對角矩 陣就是一個由型號不同的勵磁系統(tǒng)組成的統(tǒng)一模型。通過等值機模型狀態(tài)相量系數(shù)矩陣與 統(tǒng)一模型分塊對角陣間的結(jié)構(gòu)約束關(guān)系，可以推導(dǎo)出等值機勵磁參數(shù)解析表達式。
[0034] 由此，不同的勵磁系統(tǒng)被聚合為一個具有所選定等值機型號的統(tǒng)一模型。統(tǒng)一模 型構(gòu)建過程嚴格遵守系數(shù)矩陣結(jié)構(gòu)約束特性，并可推導(dǎo)出準確的等值參數(shù)表達式。同時完 整保留了原有參數(shù)信息，且沒有對模型或參數(shù)進行人為調(diào)整從而帶來誤差。下文詳細敘述 了統(tǒng)一模型建模和參數(shù)求取過程。
[0035] 2、系統(tǒng)建模
[0036] 下面選取較有最具通用性和代表性的EA型勵磁系統(tǒng)模型為例進行推導(dǎo)，其傳遞 函數(shù)框圖如圖1所示。取Xi = V3, x2 = VK, x3 = efd，系統(tǒng)可用狀態(tài)空間表示為式（1)，（2)。
[0037]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于統(tǒng)一模型的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)聚合方法，其特征在于包括如下步驟： 1) 根據(jù)等值勵磁模型選取方法選取等值機模型； 2) 對各聚合發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)進行建模，建立其各自狀態(tài)空間表達式，并推導(dǎo)出各聚 合發(fā)電機的狀態(tài)相量系數(shù)矩陣； 3) 構(gòu)造以各聚合機狀態(tài)相量系數(shù)矩陣為主對角元的分塊對角矩陣，該分塊對角矩陣就 是一個由型號不同的勵磁系統(tǒng)組成的統(tǒng)一模型，其中的每一分塊對角矩陣表示待聚合的勵 磁系統(tǒng)； 4) 通過等值機模型狀態(tài)相量系數(shù)矩陣與統(tǒng)一模型分塊對角陣間的結(jié)構(gòu)約束關(guān)系，推導(dǎo) 出等值機參數(shù)解析表達式，獲取聚合后發(fā)電機勵磁系統(tǒng)解析參數(shù)；包括調(diào)壓器穩(wěn)定回路時 間常數(shù)ζ ?調(diào)壓器放大時間常數(shù)Γ] ?調(diào)節(jié)器增益尤：；，勵磁機時間常數(shù)Γ;，調(diào)壓器穩(wěn)定回路 增益，自勵磁時間常數(shù)最大勵磁電壓，調(diào)壓器輸出最大值*最大勵磁 電壓時勵磁機飽和系數(shù); 5) 用前一步得到的等值機參數(shù)進行時域仿真，觀測對比聚合前后發(fā)電機轉(zhuǎn)子角、母線 電壓、線路有功功率等動態(tài)性能，若誤差超過一定范圍則返回第一步重新選定等值機勵磁 系統(tǒng)模型；若誤差在可接受的范圍內(nèi)則結(jié)束，輸出結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于統(tǒng)一模型的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)聚合方法，其特征在于根據(jù) 所提出的等值勵磁模型選取方法選取等值機模型后，由解析推導(dǎo)構(gòu)造出統(tǒng)一模型復(fù)合系數(shù) 矩陣，利用模型系數(shù)矩陣聚合前后結(jié)構(gòu)不變的特性，直接獲得等值機勵磁模型及參數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于統(tǒng)一模型的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)聚合方法，其特征在于上述 求解方法得到的發(fā)電機的參數(shù)是解析解，無須迭代、尋優(yōu)過程，適應(yīng)于大規(guī)模電網(wǎng)在線化簡 應(yīng)用。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于統(tǒng)一模型的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)聚合方法，其特征在于能 獲取聚合后發(fā)電機包括調(diào)壓器穩(wěn)定回路時間常數(shù)?；，調(diào)壓器放大時間常數(shù)7：?調(diào)節(jié)器增 益I】，勵磁機時間常數(shù)調(diào)壓器穩(wěn)定回路增益夂》，自勵磁時間常數(shù)，最大勵磁電壓 ?，調(diào)壓器輸出最大值，最大勵磁電壓時勵磁機飽和系數(shù)$胃這9項等值發(fā)電機 參數(shù)。
【文檔編號】G06F19/00GK104143046SQ201410334731
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】王長香, 朱林, 武志剛, 李莎, 劉平, 甄鴻越, 趙利剛, 楊誠, 門錕 申請人:中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)技術(shù)研究中心, 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司