本發(fā)明的實施例涉及發(fā)電及電力系統(tǒng)建模技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種靜態(tài)開環(huán)綜合增益的計算方法及裝置。

背景技術(shù)：

我國電網(wǎng)大規(guī)模互聯(lián)以及交直流聯(lián)合運行過程中大擾動功角穩(wěn)定以及區(qū)域弱阻尼功率振蕩小擾動穩(wěn)定性問題凸顯，促使電網(wǎng)公司要求建立更為精確和有效的發(fā)電機勵磁和調(diào)速系統(tǒng)模型，通過實測確定準確的模型參數(shù)，為開展電網(wǎng)動態(tài)分析提供準確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

自1980年后IEEE先后多次發(fā)布用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的典型勵磁系統(tǒng)標準模型，包括直流勵磁機勵磁系統(tǒng)、交流勵磁系統(tǒng)、靜止可控硅勵磁系統(tǒng)等。這些勵磁模型都是基于對典型勵磁系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)各環(huán)節(jié)的詳細分析，然后經(jīng)過合理的等值和簡化，模型的詳細程度能夠滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題(0～3Hz)研究。

IEEE推薦的勵磁模型中，大多數(shù)參數(shù)可以明確對應(yīng)到實際的物理環(huán)節(jié)，從而可以通過實測直接得到，比如勵磁機時間常數(shù)，勵磁機飽和特性，各類校正控制器的增益和時間常數(shù)及其限幅值等。而有的參數(shù)則是對多個環(huán)節(jié)特性進行綜合等值得到，單獨對某一個物理環(huán)節(jié)測試不能確定該參數(shù)，勵磁系統(tǒng)的靜態(tài)開環(huán)綜合增益就是這種類型的參數(shù)，其數(shù)值與勵磁控制器增益整定、勵磁功率單元放大倍數(shù)以及勵磁系統(tǒng)基準值選取相關(guān)，實測建模時需要對相關(guān)環(huán)節(jié)進行仔細分析，制定合適的實測方案。

目前實測建模中存在以下兩方面問題，導(dǎo)致靜態(tài)開環(huán)綜合增益計算結(jié)果的準確性欠佳，具體說明如下：

1)勵磁系統(tǒng)建模導(dǎo)則中定義勵磁系統(tǒng)放大倍數(shù)作為靜態(tài)開環(huán)綜合增益，該放大倍數(shù)具體是勵磁功率整流輸出相對勵磁控制單元輸入即電壓偏差的放大倍數(shù)。

目前實測計算中一般采用勵磁電壓、勵磁電流、換相電抗來計算整流器空載輸出電壓，從而得到靜態(tài)開環(huán)綜合增益，該方法忽略了整流換相壓降的影響；

2)采用額定勵磁電壓除以額定勵磁電流作為勵磁電阻基準值，認為大多數(shù)需要模擬的工況對應(yīng)的勵磁繞組電阻與發(fā)電機額定運行狀態(tài)下的勵磁繞組電阻相近，但實測狀態(tài)下勵磁繞組電阻很可能偏離額定狀況較多，將會導(dǎo)致較大的勵磁電壓基準值偏差，導(dǎo)致靜態(tài)開環(huán)綜合增益計算結(jié)果出現(xiàn)偏差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例提供一種靜態(tài)開環(huán)綜合增益的計算方法及裝置，能夠提高發(fā)電機自并勵靜止勵磁系統(tǒng)的靜態(tài)開環(huán)綜合增益實測計算結(jié)果的準確性。為了達成上述目的，本申請的實施例采用如下技術(shù)方案：

第一方面，提供一種靜態(tài)開環(huán)綜合增益的計算方法，包括：

通過實測發(fā)電機空載特性確定勵磁電流基準值；

采用外部恒壓源供電進行空載升壓試驗測得機端參考電壓、機端電壓、勵磁電流；

對測得的數(shù)值進行標幺化后，采用勵磁電流標幺值計算得到正常運行時勵磁系統(tǒng)的靜態(tài)開環(huán)綜合增益。

第二方面，提供一種靜態(tài)開環(huán)綜合增益的計算裝置，用于執(zhí)行第一方面所提供的方法。

靜態(tài)開環(huán)綜合增益大小不僅影響到勵磁系統(tǒng)電壓調(diào)整動態(tài)特性，也決定了發(fā)電機靜態(tài)電壓調(diào)節(jié)精度(即電壓調(diào)差率)，一般要求其標幺值在200～400，以滿足相關(guān)標準中電壓靜差率為1％的要求。另外，該增益是影響空載電壓階躍響應(yīng)的重要參數(shù)，對電力系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)有直接影響。為了準確地確定勵磁系統(tǒng)開環(huán)綜合增益，首先必須從標準模型出發(fā)準確地理解綜合增益的涵義，明確與其直接相關(guān)的勵磁系統(tǒng)物理環(huán)節(jié)；另一方面，不同的勵磁裝置廠家在勵磁控制參數(shù)整定方面采用了各自不同原則和方法，而制定實測方案時，實測條件可能與實際運行的情況不一樣，必須仔細了解相關(guān)勵磁系統(tǒng)的控制參數(shù)整定原則，從而根據(jù)實測方案提出正確的修正方法。本發(fā)明的實施例所提供的靜態(tài)開環(huán)綜合增益的計算方法及裝置，既能考慮換相壓降的影響，又避免勵磁繞組基準值選取困難問題，從而提高了靜態(tài)開環(huán)綜合增益實測計算結(jié)果的準確性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的實施例中靜態(tài)開環(huán)綜合增益的計算方法流程示意圖；

圖2(a)為空載發(fā)電機自并勵勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2(b)為空載發(fā)電機自并勵勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的示意圖；

圖3為洪家渡#3機組勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)圖；

圖4為洪家渡#3機空載特性和勵磁電流基準確定示意圖；

圖5為洪家渡#3機勵磁系統(tǒng)綜合開環(huán)增益求取的直線擬合結(jié)果；

圖6為洪家渡#3機空載5％階躍仿真曲線與實測曲線對比；

圖7為昌江核電#2機組勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)；

圖8為昌江核電#2機勵磁電流基準確定示意圖；

圖9為昌江核電#2機勵磁系統(tǒng)綜合開環(huán)增益求取的直線擬合結(jié)果；

圖10為昌江核電#2機空載5％階躍仿真曲線與實測曲線對比；

圖11為本發(fā)明的實施例中靜態(tài)開環(huán)綜合增益的計算裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例

本發(fā)明的實施例提供一種靜態(tài)開環(huán)綜合增益的計算方法，結(jié)合圖1所示，包括以下步驟：

101、通過實測發(fā)電機空載特性確定勵磁電流基準值。

具體的，發(fā)電機空載運行，機端電壓從0.1p.u.逐漸升壓然后再降壓到0.1p.u，升壓最大值應(yīng)該不低于1.2p.u.。

記錄升壓和降壓過程中各點的機端電壓、勵磁電流、勵磁電壓。對三相機端電壓進行平均得到平均機端電壓，繪制平均機端電壓對應(yīng)于勵磁電流的上升和下降二條曲線，對二條曲線再進行機端電壓值的平均化處理，得到空載曲線，然后平移到過零點，從零點作切線得到空載氣隙線。

在氣隙線上對應(yīng)于額定機端電壓的勵磁電流，即為勵磁電流基準值。

102、采用外部恒壓源供電進行空載升壓試驗。

通過升壓試驗可測得機端參考電壓、機端電壓、勵磁電流等。

103、對測得的數(shù)值進行標幺化后，采用勵磁電流標幺值計算得到正常運行時勵磁系統(tǒng)的靜態(tài)開環(huán)綜合增益。

正常運行時勵磁系統(tǒng)的靜態(tài)開環(huán)綜合增益以K表示，則K＝K_R×K_A。其中，K_R表示正常運行條件下勵磁控制單元增益設(shè)定值，K_A表示勵磁功率單元增益。

采用完全余弦移相觸發(fā)方式時，K'表示實測條件下勵磁系統(tǒng)的靜態(tài)開環(huán)綜合增益，K'_R表示實測時勵磁控制單元增益的設(shè)定值。

當采用非完全余弦移相觸發(fā)方式時，U_2N、U₂分別為勵磁變二次側(cè)額定勵磁電壓、實測時勵磁變二次電壓。

對K'的計算過程說明如下：

設(shè)置勵磁控制單元為純比例環(huán)節(jié)，采用外部恒電壓源為勵磁變提供電源，發(fā)電機空載運行，機端電壓從0.4p.u.逐漸升壓然后再降壓，升壓最大值可以在1.0p.u.上下。

記錄升壓和降壓過程中各點的參考電壓、機端電壓、勵磁電流。根據(jù)勵磁電流基準值計算實測勵磁電流的標幺值I_FD，用額定機端電壓分別計算實測記錄參考電壓的標幺值V_REF和機端電壓(可求三相平均值)的標幺值V_t，作出I_FD與差值電壓ΔV＝V_REF-V_t的特性曲線，并采用最小二乘擬合法進行直線擬合，擬合直線的斜率即為實測條件下的靜態(tài)開環(huán)綜合增益K'。

結(jié)合上述步驟，確定實測條件下的靜態(tài)開環(huán)綜合增益K'后，實際計算靜態(tài)開環(huán)綜合增益的過程可用以下公式描述：

采用完全余弦移相觸發(fā)方式時，有：

采用非完全余弦移相觸發(fā)方式時，有：

正常運行時勵磁系統(tǒng)靜態(tài)開環(huán)綜合增益為：

K＝K_R×K_A (3)

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，本實施例后文對本申請方案的原理做說明，并提供具體實例。原理部分主要介紹本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)理論以及依據(jù)；實例部分基于實際發(fā)電機實測數(shù)據(jù)，采用本發(fā)明方法和常規(guī)方法分別計算靜態(tài)開環(huán)綜合增益，并基于實測階躍曲線比較兩種方法的仿真效果。

第一部分 基本原理和方法

1靜止自并勵勵磁系統(tǒng)開環(huán)綜合增益

1.1靜止自并勵勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與數(shù)學(xué)模型

圖2(a)為采用靜止自并勵勵磁系統(tǒng)的發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括勵磁控制器、勵磁功率單元以及空載發(fā)電機三個部分，圖2(b)為分別對應(yīng)上述三部分元件的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。注意圖2勵磁系統(tǒng)模型省去了低勵、過勵以及限幅等非線性環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)與本發(fā)明方法無關(guān)。在圖2中：

1)勵磁控制器由超前滯后校正單元(T_C1/T_B1,T_C2/T_B2)和增益放大環(huán)節(jié)K_R組成，V_REF、V_t分別為機端電壓給定值和測量值，V_C為移相觸發(fā)控制電平；

2)勵磁功率單元包括移相觸發(fā)控制單元和可控硅整流電路，移相觸發(fā)控制單元根據(jù)移相觸發(fā)控制電平V_C計算移相觸發(fā)角α，V_fd、E_FD分別為可控硅整流器直流勵磁電壓輸出的有名值與標幺值，I_fd為勵磁電流有名值。勵磁功率單元采用具有增益K_A和時間常數(shù)T_A的一階慣性環(huán)節(jié)模擬；

3)T’_d0為勵磁繞組開路時間常數(shù)，對應(yīng)的一階慣性環(huán)節(jié)代表了不計飽和特性的發(fā)電機空載狀態(tài)數(shù)學(xué)模型；

勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)一般都采用標幺值表示，因此建立模型首先需要確定勵磁系統(tǒng)各變量的基準值。

1.2勵磁系統(tǒng)標幺值基準選取方法

理論上來說，勵磁系統(tǒng)基準值可以有不同基準值選取方式，只要模型參數(shù)歸算正確，模擬得到的系統(tǒng)動態(tài)特性基本相同，但是不同基準值對應(yīng)的模型參數(shù)卻可以差別很大。

電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算程序中，由于勵磁系統(tǒng)模型中勵磁電壓、勵磁電流和勵磁電阻的基準值與發(fā)電機模型中相應(yīng)變量的基準值不一樣，為此需要在兩種不同基準值系統(tǒng)下對勵磁電壓、勵磁電流和勵磁電阻進行換算，稱為勵磁系統(tǒng)模型與發(fā)電機模型接口。勵磁模型的基準值應(yīng)該與所要應(yīng)用計算程序中的模型接口規(guī)定一致。

目前國內(nèi)外主流的電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算程序中，均按照IEEE推薦勵磁系統(tǒng)模型的基準值定義以實現(xiàn)勵磁模型與發(fā)電機模型接口。IEEE推薦的勵磁系統(tǒng)標幺值基準選取方法如下：

1)選取發(fā)電機定子額定電壓和額定電流分別為機端電壓和電流的基準值，電壓給定的基準值與機端電壓基準值相同；

2)選取發(fā)電機空載特性氣隙線上對應(yīng)機端額定電壓的勵磁電流為勵磁電流基準值I_FDB，相應(yīng)的勵磁電壓為勵磁電壓基準值E_FDB，即

E_FDB＝I_FDBR_FDB (4)

上式中，R_FDB表示勵磁繞組電阻基準值，應(yīng)選取為指定工作溫度t°c下的繞組電阻值R_fd@t℃，即對應(yīng)于待建模工況勵磁繞組實際電阻，有：

R_FDB＝R_fd@t℃ (5)

I_FDB可由發(fā)電機空載特性氣隙線確定，R_FDB可根據(jù)指定繞組工作溫度和已知溫度下的勵磁繞組電阻(制造廠家通常給出25℃和125℃的電阻值)修正計算得到。

1.3勵磁系統(tǒng)模型的開環(huán)綜合增益定義

勵磁系統(tǒng)模型的開環(huán)綜合增益定義為勵磁系統(tǒng)模型輸出勵磁電壓標幺值與模型輸入電壓偏差標幺值之比值，即

另一方面，從圖2(b)可見，勵磁系統(tǒng)開環(huán)綜合增益等于勵磁控制器整定增益與勵磁功率單元增益的乘積，即：

K＝K_RK_A (7)

勵磁系統(tǒng)開環(huán)綜合增益可以根據(jù)式(6)采用實測方法確定，也可以首先由勵磁控制器整定參數(shù)得到K_R，根據(jù)移相觸發(fā)方式和勵磁電壓基準值計算出K_A，進而根據(jù)式(7)計算開環(huán)綜合增益。

無論采用上述哪種方式確定開環(huán)綜合增益，必須注意模型輸出勵磁電壓的基準值必須與穩(wěn)定計算中勵磁模型與發(fā)電機模型接口的相關(guān)規(guī)定一致，否則將影響到開環(huán)綜合增益結(jié)果的正確性。

穩(wěn)定計算中勵磁模型輸出通常都是采用IEEE推薦的基準值定義方法，勵磁繞組電阻標幺值R_FD≡1.0p.u.，當I_FD＝1.0p.u.時，相應(yīng)地在發(fā)電機空載特性氣隙線上對應(yīng)的機端電壓為額定值；即在穩(wěn)態(tài)情況下，E_FD≡I_FD。

IEEE也有推薦選取指定工作溫度下(汽輪發(fā)電機組100℃，水輪發(fā)電機組75℃)的勵磁繞組電阻為其基準值，是因為實際運行工況下勵磁繞組溫度與之比較接近，從而近似認為R_FD≈1.0p.u.。如果勵磁繞組實際工作溫度偏離較多導(dǎo)致其電阻變化較大時，需要對R_FDB進行修正，并按式(4)重新計算E_FDB。

國內(nèi)開展勵磁實測建模按照額定勵磁電壓V_fN與額定勵磁電流I_fN的比值確定R_FDB，即

也是認為大多數(shù)需要模擬的工況對應(yīng)的勵磁繞組電阻與發(fā)電機額定運行狀態(tài)下的勵磁繞組電阻相近，近似認為R_FD≈1.0p.u.。但是進行開環(huán)綜合增益實測時，實測狀態(tài)下的R_fd@t℃很可能偏離R_FDB較多，則需要根據(jù)R_fd@t℃重新確定E_FDB。

2勵磁功率單元增益的理論計算分析

靜止自并勵勵磁系統(tǒng)采用靜止可控硅三相全波可控整流方式。勵磁功率單元增益與移相觸發(fā)控制方式以及移相觸發(fā)控制電平定標方式有關(guān)。目前典型的移相觸發(fā)控制方式有余弦移相、非完全余弦移相二種類型。不同的移相觸發(fā)控制方式，可控硅整流器的增益特性各不相同。以下按移相觸發(fā)方式分別闡述功率單元增益的理論計算方法。

2.1采用余弦移相觸發(fā)的勵磁功率單元增益計算

2.1.1不計及換相電抗壓降情況

三相全波可控整流器輸出的空載直流電壓為：

U_d0＝1.35U₂cosα (9)

式中，U₂為勵磁變壓器二次側(cè)線電壓。當可控硅整流采用余弦移相控制時，移相控制的同步電壓幅值U_SYN為整流橋交流側(cè)電壓標幺值，即：

而移相觸發(fā)角α由下式求得:

其中V_CB為控制電平的基準值。將式(11)代入式(9)，可得:

由式(12)可見，在整流器直流輸出達到限幅值之前，輸出U_d0正比于V_C，與交流側(cè)電壓U₂大小無關(guān)。選取發(fā)電機勵磁電壓基準值為E_FDB，則勵磁功率單元增益為：

由(13)可見，K_A2取決于V_C定標方式和勵磁電壓基準值E_FDB，與勵磁變二次側(cè)電壓無關(guān)。

2.1.2計及換相電抗壓降情況

當計及可控整流器換相電抗壓降，勵磁電壓和勵磁電流有名值之間關(guān)系為：

V_fd＝U_d0-I_fd@t℃X_C (14)

式中X_C為可控整流器換相電抗有名值，穩(wěn)態(tài)下勵磁電壓和勵磁電流之間滿足如下關(guān)系：

V_fd＝I_fd@t℃R_fd@t℃ (15)

將(15)代入(14)消去I_fd@t℃，考慮式(11)的定標方式，則有:

選取勵磁繞組電阻基準值R_FDB＝R_fd@t℃，因此有：

則得計及換相電抗壓降后可控硅整流器增益系數(shù)為:

式中，K_C＝X_C/R_fd@t℃為換相壓降系數(shù)(即換相電抗的標幺值，一般K_C≈1)。對比(13)和(18)可知，計及換相壓降系數(shù)后的增益略有減小，是不計及換相電抗壓降增益的1/(1+K_C)。

2.2采用非完全余弦移相觸發(fā)的勵磁功率單元增益

非完全余弦移相觸發(fā)控制方式下，與余弦移相方式不同，其移相觸發(fā)角采用下式確定：

式中U_C0為按照控制電平基準值V_C＝V_Cmax定標常數(shù)，則可控硅整流器空載輸出電壓為：

可控硅整流器單元增益為：

可見，可控硅整流器單元增益與勵磁變二次側(cè)交流電壓大小有關(guān)。

如果整定控制電平達最大值(1.0p.u.)時，移相觸發(fā)角α＝0°，則U_C0＝1.0。可控硅整流器放大倍數(shù)為：

比較式(13)和(22)可見，非完全余弦移相控制方式下，只有當可控硅整流器交流電源電壓恒定時，整流輸出直流電壓才與控制電平之間成比例。

類似地，計及換相電抗壓降，非完全余弦移相觸發(fā)控制方式下勵磁功率單元增益為:

2.3勵磁繞組電阻基準值和換弧壓降對功率單元增益的影響分析

以余弦移相觸發(fā)方式為例，假定選取的勵磁繞組電阻基準值R_FDB，勵磁電壓基準值V_FDB＝R_FDBI_FDB，采用式(13)得到采用可控硅空載輸出計算的功率單元增益為：

先假設(shè)勵磁繞組電阻實際值應(yīng)該為R_fd@t℃，且假設(shè)R_FDB≠R_fd@t℃，勵磁電壓基準值為E_FDB＝R_fd@t℃I_FDB。在考慮換弧壓降和勵磁電阻基準值為R_fd@t℃情況下，由式(17)可得功率單元的準確增益應(yīng)為：

由(25)并考慮式(24)可得：

式中，R_FD表示當前勵磁繞組電阻R_fd@t℃的標幺值，可由下式求取：

式(26)定量描述了換弧壓降以及電阻基準值差異對增益計算結(jié)果的影響，誤差大小取決于(K_C+R_FD)的數(shù)值大小。

3勵磁系統(tǒng)開環(huán)增益系數(shù)的實測方法

從式(18)、(23)可見，理論計算方法涉及到勵磁電壓基準值(由勵磁繞組電阻基準值確定)選擇準確性問題，在實際勵磁系統(tǒng)建模時通常對開環(huán)綜合增益通過實測進行確定和校核，包括勵磁控制單元增益K_R校核和功率單元增益K_A的確定。K_R校核可采用頻域響應(yīng)測試或時域階躍測試，已有的實測工作經(jīng)驗表明控制器增益整定值K_R與校核值具有很好的一致性，可直接采用；

功率單元增益K_A需要采用動態(tài)試驗實測予以確定，試驗主要步驟包括：勵磁系統(tǒng)直接連接發(fā)電機勵磁繞組，勵磁功率整流單元由恒定電源供電，發(fā)電機維持額定轉(zhuǎn)速運行，調(diào)整勵磁系統(tǒng)電壓給定值V_REF，使得發(fā)電機電壓逐漸升高至額定電壓左右為止，期間分別記錄多組發(fā)電機機端電壓V_t、勵磁電壓V_fd、勵磁電流I_fd數(shù)據(jù)。然后基于實測數(shù)據(jù)計算，常規(guī)方法和本發(fā)明方法闡述如下。

3.1常規(guī)方法

第一步：按照空載試驗數(shù)據(jù)作出空載特性曲線，從空載特性曲線求取氣隙線，從氣隙線得到額定電壓下的勵磁電流作為勵磁電流基準；一般用額定勵磁電壓除以額定勵磁電流得到的勵磁電阻作為勵磁電阻基準，或者采用廠家給出某溫度下的勵磁繞組電阻作為基準；最后勵磁電壓基準值等于勵磁電流基準值乘以勵磁電阻基準值。

第二步：對每組記錄數(shù)據(jù)中的勵磁電壓和勵磁電流計算整流器空載輸出電壓：

第二步：采用選取的勵磁系統(tǒng)基準值，對測量得到的機端電壓偏差、勵磁電壓、勵磁電流以及整流器輸出開路電壓數(shù)據(jù)進行標幺化處理；

第三步：根據(jù)每一步調(diào)整電壓給定值產(chǎn)生的電壓偏差變化量和整流器輸出開路電壓變化量，計算勵磁系統(tǒng)實測靜態(tài)綜合放大倍數(shù)(可采用平均值或取線性化后的斜率)：

第四步：根據(jù)勵磁系統(tǒng)實測靜態(tài)綜合放大倍數(shù)K'、勵磁控制器實測整定增益K'_R、勵磁控制器運行整定增益K_R，可計算勵磁功率單元的增益K_A。當采用完全余弦移相觸發(fā)方式時，K_A由式(1)得到；當采用非完全余弦移相觸發(fā)方式時，K_A由式(2)計算得到；則正常運行時勵磁系統(tǒng)靜態(tài)開環(huán)綜合增益K由式(3)計算得到。

3.2本發(fā)明方法

嚴格來說，勵磁系統(tǒng)開環(huán)綜合增益應(yīng)根據(jù)式(6)按照整流器負載輸出勵磁電壓來計算，而上述常規(guī)法(見式(28)、(29))采用了整流器空載輸出電壓計算開環(huán)綜合增益的方法，忽略了整流換相壓降的影響。另一方面，從1.3節(jié)分析可知，按照IEEE推薦的勵磁系統(tǒng)基準值定義，在穩(wěn)態(tài)情況下，模型輸出的勵磁電壓與勵磁電流的標幺值應(yīng)該是相等的，即E_FD≡I_FD，即由(6)式可得：

按照式(30a)、(30b)計算開環(huán)綜合增益時，也考慮了整流換相壓降的影響。當勵磁電流基準值可以由空載特性曲線準確獲取，則勵磁電流標幺值就是準確的。另外，式(30a)、(30b)也并沒有涉及到勵磁繞組電阻基準值選擇問題，可無需考慮勵磁繞組電阻基準值與實際值不一致的問題，巧妙地解決了勵磁繞組電阻測量難的問題。

綜上所述，本發(fā)明方法實施步驟如下：

第一步：確定勵磁電流基準值。進行發(fā)電機空載特性試驗，按照空載特性試驗記錄的各點機端電壓、勵磁電流、勵磁電壓數(shù)據(jù)；為進一步保證空載特性氣隙線的準確性，對三相機端電壓進行平均得到平均機端電壓，繪制平均機端電壓-勵磁電流的上升和下降二條曲線，對二條曲線進再行機端電壓值的平均化處理，得到一條空載曲線，然后平移到過零點，從零點作切線得到空載氣隙線；然后在氣隙線上計算對應(yīng)于額定機端電壓的勵磁電流，得到勵磁電流的基準值。

第二步：采用第一步得到勵磁電流基準值以及額定機端電壓，對對動態(tài)試驗測量得到的勵磁電流、機端電壓偏差進行標幺化處理，得到對應(yīng)的標幺值I_FD、ΔV＝V_REF-V_t；

第三步：采用式(30a)、(30b)計算靜態(tài)開環(huán)綜合增益。針對多個數(shù)據(jù)一般作出ΔV＝V_REF-V_t與勵磁電流I_FD的關(guān)系曲線，采用最小二乘擬合法進行直線擬合，擬合直線的斜率即為實測條件下的靜態(tài)開環(huán)綜合增益K'。

第三步：根據(jù)勵磁系統(tǒng)實測靜態(tài)綜合放大倍數(shù)K'、勵磁控制器實測整定增益K'_R、勵磁控制器運行整定增益K_R，可計算勵磁功率單元的增益K_A。當采用完全余弦移相觸發(fā)方式時，K_A由式(1)得到；當采用非完全余弦移相觸發(fā)方式時，K_A由式(2)計算得到；則正常運行時勵磁系統(tǒng)靜態(tài)開環(huán)綜合增益K由式(3)計算得到。

實施本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果包括：既能考慮換相壓降的影響，又避免勵磁繞組基準值選取困難問題，提高靜態(tài)開環(huán)綜合增益計算結(jié)果的準確性。

第二部分 實例驗證

4實例分析和驗證

4.1實例1

洪家渡3#機組采用靜止自并勵勵磁系統(tǒng)，使用廣州擎天實業(yè)有限公司EXC-9200微機勵磁控制器，它是雙通道勵磁控制器，控制方式是串聯(lián)型PID+PSS控制方式，采用完全余弦移相觸發(fā)方式，相關(guān)結(jié)構(gòu)和參數(shù)如圖3所示。

如圖4所示，首先按照空載特性曲線確定有效準確的氣隙線，然后取定子額定電壓對應(yīng)勵磁電流作為勵磁電流的基準值：I_FDB＝670.2A。

選取發(fā)電機銘牌額定勵磁電壓與額定勵磁電流之比為發(fā)電機勵磁繞組電阻的基準值，即R_FDB＝U_fN/I_fN＝300/1408＝0.213Ω，則勵磁電壓基準為U_FDB＝R_FDBI_FDB＝142.75V。相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

表1洪家渡3#機組勵磁系統(tǒng)綜合增益實測數(shù)據(jù)

對上表數(shù)據(jù)進行曲線擬合如圖5所示，擬合直線的斜率即為靜態(tài)綜合增益K'。另外實測時K'_R＝22，實際運行時K_R＝36，按照式(1)計算得到K_A，計算結(jié)果如表2。其中理論值采用式(18)考慮換弧壓降公式求得，其中的換弧壓降系數(shù)K_C＝0.0619。

表2洪家渡3#機組勵磁系統(tǒng)實測增益參數(shù)結(jié)果

從上表可看出，三種方法求出的綜合增益在數(shù)值上有較大差異。為比較準確性，采用實測空載機端電壓5％實測曲線進行核對，圖6為BPA仿真曲線與實測曲線對比。

仿真曲線與實測曲線的指標對比見表3，結(jié)合圖6可見，本發(fā)明方法、理論方法的指標均全部達標，而本發(fā)明方法在上升時間、峰值時間的偏差為0，效果更好；而常規(guī)方法效果最差，其上升時間、峰值時間指標均超標。充分驗證本發(fā)明方法更為精確和有效。

表3洪家渡3#機組實測仿真曲線指標對比

5.2實例2

昌江核電2#機組靜止自并勵勵磁系統(tǒng)開環(huán)綜合增益實測為例，采用的是上海ABB工程有限公司產(chǎn)品(型號為T6S-O/U251-S6000)，采用了串聯(lián)型的PID控制，為非完全移相觸發(fā)方式，其測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及方案如圖7所示。

如圖8所示，首先按照空載特性曲線確定有效的氣隙線，然后取定子額定電壓對應(yīng)勵磁電流作為勵磁電流的基準值為I_FDB＝1204.8A。

選取發(fā)電機銘牌額定勵磁電壓與額定勵磁電流之比為勵磁繞組電阻基準值，即R_FDB＝0.1026Ω，則勵磁電壓基準則為U_FDB＝123.57V。計算增益的相關(guān)數(shù)據(jù)見表4。

表4昌江核電2#機組勵磁系統(tǒng)綜合增益實測數(shù)據(jù)

同樣對上表數(shù)據(jù)進行曲線擬合如圖9所示，可得靜態(tài)增益K'。注意到二種方法得到的擬合直線斜率基本相等，直線幾乎重合了。原因解釋如下。因：

V_D0＝V_FD+K_CI_FD

即：

當時，則兩種方法得到的結(jié)果就會基本相同。本例中實測數(shù)據(jù)表可取平均值：

即因此即二種方法結(jié)果恰好相同。

由于采用非完全移相觸發(fā)方式，實測增益實驗時，勵磁變二次側(cè)電壓294.3V，控制器增益設(shè)置為60；而勵磁系統(tǒng)正常運行時，勵磁變二次側(cè)額定電壓為1000V，控制器增益整定為500，勵磁功率增益需按照式(2)進行計算，計算結(jié)果如表5所示：

表5昌江核電#2機組勵磁系統(tǒng)增益實測結(jié)果

圖5中采用常規(guī)方法擬合得到直線的解析式為Y＝17.05x-0.018，采用發(fā)明方法擬合得到直線的解析式為Y＝17.09x-0.021。

采用BPA程序進行機端5％電壓階躍仿真，仿真曲線與實測曲線對比如圖10所示，可見曲線吻合程度較好。

仿真曲線與實測曲線的指標對比見表6，可見偏差均滿足指標要求。本實例也驗證本發(fā)明方法的有效性。

表6昌江核電2#機組實測仿真曲線指標對比

根據(jù)在上述實施例的一種靜態(tài)開環(huán)綜合增益的計算方法，解決了常規(guī)方法存在的問題，既能考慮換相壓降的影響，又避免勵磁繞組基準值選取困難問題，提高靜態(tài)開環(huán)綜合增益計算結(jié)果的準確性。

需要說明的是，上述一種靜態(tài)開環(huán)綜合增益的計算方法的實施方式中，空載特性試驗僅是針對某臺機組的情況，實際應(yīng)用中可以根據(jù)實際機組的具體情況，確定試驗的最低電壓和最高電壓，也可以采用單相電壓代替三相平均電壓以完成空載特性曲線制作。

此外，上述一種靜態(tài)開環(huán)綜合增益的計算方法的實施方式中，勵磁控制器類型僅僅是針對某具體機組實際配置情況，實際應(yīng)用中可以根據(jù)實際機組配置勵磁控制單元類型和方式，如串聯(lián)型改為并型或者串-并聯(lián)混合型，同樣適用于本發(fā)明方法。

此外，上述一種靜態(tài)開環(huán)綜合增益的計算方法的實施方式中，勵磁電流基準值除采用本發(fā)明方法獲得外，如能有其他方式得到更為精確的數(shù)值，也可在本發(fā)明中直接采用。

本實施例還提供一種靜態(tài)開環(huán)綜合增益的計算裝置，用于執(zhí)行上述實施例中所描述的方法，結(jié)合圖11所示，計算裝置包括：

測試單元111，用于通過實測發(fā)電機空載特性確定勵磁電流基準值。采用外部恒壓源供電進行空載升壓試驗測得機端參考電壓、機端電壓、勵磁電流。

數(shù)據(jù)處理單元112，用于對測得的數(shù)值進行標幺化后，采用勵磁電流標幺值計算得到正常運行時勵磁系統(tǒng)的靜態(tài)開環(huán)綜合增益。

可選的，數(shù)據(jù)處理單元具體用于確定功率環(huán)節(jié)部分增益K_A。計算K_R與K_A之積，作為正常運行時勵磁系統(tǒng)的靜態(tài)開環(huán)綜合增益K，即：K＝K_R×K_A。

其中，K_R為正常運行條件下勵磁控制單元的增益設(shè)定值。

可選的，數(shù)據(jù)處理單元112用于確定實測條件下勵磁系統(tǒng)的靜態(tài)開環(huán)綜合增益K'。采用完全余弦移相觸發(fā)方式時，其中，K'_R為實測時勵磁控制單元靜態(tài)增益的設(shè)定值。

或者，數(shù)據(jù)處理單元112用于確定實測條件下勵磁系統(tǒng)的靜態(tài)開環(huán)綜合增益K'。當采用非完全余弦移相觸發(fā)方式時，

其中，K'_R為實測時勵磁控制單元靜態(tài)增益的設(shè)定值，U_2N、U₂分別為勵磁變二次側(cè)額定勵磁電壓、實測時勵磁變二次電壓。

可選的，測試單元111，具體用于設(shè)置勵磁控制單元為純比例環(huán)節(jié)，采用外部恒電壓源為勵磁變提供電源，發(fā)電機空載運行，機端電壓從0.4p.u.逐漸升壓然后再降壓，機端電壓最高升壓到1.0p.u.。

數(shù)據(jù)處理單元112，具體用于記錄升壓和降壓過程中各點的參考電壓、機端電壓、勵磁電流。根據(jù)勵磁電流基準值計算實測勵磁電流的標幺值I_FD，用額定機端電壓分別計算實測記錄參考電壓的標幺值V_REF和機端電壓的標幺值V_t，作出I_FD與差值電壓ΔV＝V_REF-V_t的關(guān)系曲線，并采用最小二乘擬合法進行直線擬合，擬合直線的斜率即為實測條件下的靜態(tài)開環(huán)綜合增益K'。

以上為對本發(fā)明所提供的一種靜態(tài)開環(huán)綜合增益的計算方法及裝置的描述，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。