CN102684586B - 一种交直流大电网动态等值的主导发电机参数聚合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种适合交直流大电网动态等值的主导发电机参数聚合方法，是基于BPA动态等值程序进行交直流大电网动态等值的主导发电机参数聚合方法。该方法用加权平均法聚合发电机本体参数，然后选择主导发电机，用该主导发电机的调节系统模型作为等值机的调节系统模型，调整与发电机基准容量相关的参数，从而完成等值机及其调节系统模型和参数的聚合。

Description

一种交直流大电网动态等值的主导发电机参数聚合方法

技术领域

本发明涉及一种交直流大电网动态等值的发电机参数聚合方法，属于电力系统分析技术领域。

背景技术

采用BPA软件的动态等值功能进行大规模交直流电力系统动态等值的过程中，等值发电机及其调节系统的参数聚合是影响等值效果的最重要部分。现有的参数聚合方法有：Powell优化法、加权平均法、遗传算法等。

这些方法在工程应用中存在不足：(1)Powell优化法计算速度较慢，聚合发电机需耗费大量的人力物力；加权平均法虽然计算速度较快但是聚合精度往往不够理想；遗传算法寻优需要编制专门的程序软件且容易陷入局部寻优。(2)通过现场试验实测建模和参数辨识的励磁、PSS、调速系统的自定义模型，BPA软件的动态等值程序无法识别。(3)聚合后的发电机调节系统模型缺乏实际物理意义，甚至控制器本身不稳定，参数拟合与优化复杂。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出一种适合交直流大电网动态等值的主导发电机参数聚合方法，采用本方法克服了加权平均法工程精度低的不足，达到聚合速度快、工程精度高的效果。

本发明是一种基于BPA动态等值程序进行交直流大电网动态等值的主导发电机参数聚合方法。该方法用加权平均法聚合发电机本体参数，然后选择主导发电机，用该主导发电机的调节系统模型作为等值机的调节系统模型，调整与发电机基准容量相关的参数，从而完成等值机及其调节系统模型和参数的聚合。

本发明的技术方案为：

一种交直流大电网动态等值的主导发电机参数聚合方法，包括以下步骤：

1)用加权平均法聚合N台发电机本体参数，获得等值机的各个参数；

2)选择主导发电机；如果聚合的N台发电机容量和参数相同，则取其中任意一台发电机为主导发电机，进入步骤3)；否则选择容量最大的一台发电机作为主导发电机，进入步骤4)；

3)对发电机动态性能的拟合和参数优化；根据等值前后发电机动态特性的对比，调整励磁系统参数、PSS参数和调速系统参数，使得等值后的等值机动态特性与等值前吻合；

4)按主导发电机的调节系统聚合等值机的调节系统，聚合的调节系统的参数包括励磁系统参数、PSS参数、调速系统参数。

所述步骤1)用加权平均法聚合N台发电机本体参数，聚合获得的等值机的参数包括：容量，惯性时间常数、功率、电磁功率、阻尼系数，发电机电磁回路参数、时间常数；

11)等值机的容量为各台发电机的容量之和，

$S_G=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j---\left(1\right)$

式(1)中G表示等值机，S_G为等值机的容量，S_j为第j台发电机的容量，其中j＝{1,2…N}；

12)等值机转子参数聚合，

$M_G=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{M}_j}{S_G}=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{M}_j}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j}---\left(2\right)$

式(2)中M_G表示等值机的惯性时间常数，M_j表示发电机的惯性常数；S_G为等值机的容量，S_j为第j台发电机的容量，j＝{1,2…N}；

$P_{\mathrm{mG}}=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{P}_{\mathrm{mj}}}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j}---\left(3\right)$

式(3)中P_mG表示等值机的功率，P_mj表示发电机的功率；S_j为第j台发电机的容量，j＝{1,2…N}；

$P_{\mathrm{eG}}=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{P}_{\mathrm{ej}}}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j}---\left(4\right)$

式(4)中P_eG表示等值机的电磁功率，P_ej表示发电机的电磁功率；S_j为第j台发电机的容量，j＝{1,2…N}；

$D_{\mathrm{eG}}=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{D}_j}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j}---\left(5\right)$

式(5)中D_eG表示等值机的阻尼系数，D_j表示发电机的阻尼系数；S_j为第j台发电机的容量，j＝{1,2…N}；

13)发电机电磁回路参数聚合，

$X_G=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{X}_j}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j}---\left(6\right)$

式(6)中X_G为等值机电抗，可分别为等值机d、q轴同步电抗、暂态电抗和次暂态电抗，X_j为第j台发电机对应的参数；

等值机G的时间常数可按下式计算：

$T_G=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{T}_j}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j}---\left(7\right)$

式中T_G为等值机时间常数，包括等值机d、q轴的开路暂态时间常数及开路次暂态时间常数，T_j为第j台相关发电机对应的时间常数。

所述步骤2)当取其中任意一台发电机为主导发电机时，等值机励磁系统参数、PPS参数、调速系统参数与主导发电机相同。

所述步骤4)聚合调节系统的参数包括：

31)励磁系统参数聚合，等值机的励磁系统采用主导发电机的励磁系统；

32)PSS参数聚合，等值机的PSS模型采用主导发电机的PSS模型；

调整主导发电机的PSS模型的参数：主导发电机的PSS模型中的增益K增大k倍，k为等值机容量与主导发电机容量的比值；

33)调速系统参数聚合，等值机的调速系统采用主导发电机的调速系统；

调整调速系统参数：主导发电机的调速系统中的最大功率增大k倍，k为等值机容量与主导发电机容量的比值；主导发电机的调速系统的最大功率为等值前各发电机最大功率之和。

所述步骤1)与步骤2)顺序替换。

本发明提出的主导发电机参数聚合方法聚合速度快、工程精度高，使用者可以根据物理意义优化调整控制器参数，适合于交直流大电网动态等值的发电机参数聚合。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明实施例构皮滩等值前后电压对比图；

图3为本发明实施例构皮滩等值前后电压对比图(故障期间)；

图4为本发明实施例罗平-天生桥等值前后有功传输对比图；

图5为本发明实施例小湾电厂等值前后发电机转子摇摆角对比图。

具体实施例

下面通过实施例对本发明做进一步的补充说明：

如图1所示，一种交直流大电网动态等值的主导发电机参数聚合方法，包括以下步骤：

1)用加权平均法聚合N台发电机本体参数，获得等值机的各个参数；

2)选择主导发电机；如果聚合的N台发电机容量和参数相同，则取其中任意一台发电机为主导发电机，进入步骤3)；否则选择容量最大的一台发电机作为主导发电机，进入步骤4)；

3)对发电机动态性能的拟合和参数优化；根据等值前后发电机动态特性的对比，调整励磁系统参数、PSS参数和调速系统参数，使得等值后的等值机动态特性与等值前吻合；

4)按主导发电机的调节系统聚合等值机的调节系统，聚合的调节系统的参数包括励磁系统参数、PSS参数、调速系统参数。

所述步骤1)用加权平均法聚合N台发电机本体参数，聚合获得的等值机的参数包括：容量，惯性时间常数、功率、电磁功率、阻尼系数，发电机电磁回路参数、时间常数；

11)等值机的容量为各台发电机的容量之和，

$S_G=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j---\left(1\right)$

式(1)中G表示等值机，S_G为等值机的容量，S_j为第j台发电机的容量，其中j＝{1,2…N}；

12)等值机转子参数聚合，

$M_G=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{M}_j}{S_G}=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{M}_j}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j}---\left(2\right)$

式(2)中M_G表示等值机的惯性时间常数，M_j表示发电机的惯性常数；S_G为等值机的容量，S_j为第j台发电机的容量，j＝{1,2…N}；

$P_{\mathrm{mG}}=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{P}_{\mathrm{mj}}}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j}---\left(3\right)$

式(3)中P_mG表示等值机的功率，P_mj表示发电机的功率；S_j为第j台发电机的容量，j＝{1,2…N}；

$P_{\mathrm{eG}}=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{P}_{\mathrm{ej}}}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j}---\left(4\right)$

式(4)中P_eG表示等值机的电磁功率，P_ej表示发电机的电磁功率；S_j为第j台发电机的容量，j＝{1,2…N}；

$D_{\mathrm{eG}}=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{D}_j}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j}---\left(5\right)$

式(5)中D_eG表示等值机的阻尼系数，D_j表示发电机的阻尼系数；S_j为第j台发电机的容量，j＝{1,2…N}；

13)发电机电磁回路参数聚合，

$X_G=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{X}_j}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j}---\left(6\right)$

式(6)中X_G为等值机电抗，可分别为等值机d、q轴同步电抗、暂态电抗和次暂态电抗，X_j为第j台发电机对应的参数；

等值机G的时间常数可按下式计算：

$T_G=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{T}_j}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j}---\left(7\right)$

式中T_G为等值机时间常数，包括等值机d、q轴的开路暂态时间常数及开路次暂态时间常数，T_j为第j台相关发电机对应的时间常数。

所述步骤2)当取其中任意一台发电机为主导发电机时，等值机励磁系统参数、PPS参数、调速系统参数与主导发电机相同。

所述步骤4)聚合调节系统的参数包括：

31)励磁系统参数聚合，等值机的励磁系统采用主导发电机的励磁系统；

32)PSS参数聚合，等值机的PSS模型采用主导发电机的PSS模型；

调整主导发电机的PSS模型的参数：主导发电机的PSS模型中的增益K增大k倍，k为等值机容量与主导发电机容量的比值；

33)调速系统参数聚合，等值机的调速系统采用主导发电机的调速系统；

调整调速系统参数：主导发电机的调速系统中的最大功率增大k倍，k为等值机容量与主导发电机容量的比值；主导发电机的调速系统的最大功率为等值前各发电机最大功率之和。

所述步骤1)与步骤2)顺序替换。

经过对南方电网2013年丰大运行方式数据同调机组的划分，可以将下表1所示九台发电机聚合为一台，

表1 待聚合同调机组发电机列表

发电机名称	电压等级(kV)	发电机基准容量(MVA)
			XINGN2G	15.8	318.0
QINXI2G	13.8	170.0
			BAOLH2G	13.8	318.0
MEIX_2G	13.8	318.0
			HUIL_2G1	22.0	667.0
HUIL_2G2	22.0	667.0
			CHAOZ2G	20.0	1334.0
SHANT2G1	20.0	706.0
			SHANT2G2	20.0	667.0

各发电机具体参数(BPA格式)如表2所示：

表2 各发电机具体参数(BPA格式)

按照本发明步骤1)使用加权平均法聚合九台发电机本体参数，获得等值机的各个参数如下：

M EQG001 15.8 5165..2045.2027.036.049

MF EQG001 15.8 19983.5165.000.2790.34091.9831.8903.881.2.1395.1549.451

按照本发明步骤2)中的说明应该选择发电机CHAOZ2G作为该组的主导发电机；

按照本发明步骤4)可确定等值后发电机调节系统的参数如表3所示：

表3 等值后发电机调节系统的参数

至此，一个同调机组的发电机参数聚合完毕。

按照此方法将各个同调机组的发电机参数进行一一聚合，经过优化拟合后可以得到等值前后动态响应(施秉-黎平单线发生三相永久性故障)效果对比如图2至图5所示。

Claims (4)

1.一种交直流大电网动态等值的主导发电机参数聚合方法，其特征在于包括以下步骤：

1)用加权平均法聚合N台发电机本体参数，获得等值机的各个参数；

2)选择主导发电机；如果聚合的N台发电机容量和参数相同，则取其中任意一台发电机为主导发电机，进入步骤3)；否则选择容量最大的一台发电机作为主导发电机，进入步骤4)；

3)对发电机动态性能的拟合和参数优化；根据等值前后发电机动态特性的对比，调整励磁系统参数、PSS参数和调速系统参数，使得等值后的等值机动态特性与等值前吻合；

4)按主导发电机的调节系统聚合等值机的调节系统，聚合的调节系统的参数包括励磁系统参数、PSS参数、调速系统参数；

所述步骤4)聚合调节系统的参数包括：

31)励磁系统参数聚合，等值机的励磁系统采用主导发电机的励磁系统；

32)PSS参数聚合，等值机的PSS模型采用主导发电机的PSS模型；

调整主导发电机的PSS模型的参数：主导发电机的PSS模型中的增益K增大k倍，k为等值机容量与主导发电机容量的比值；

33)调速系统参数聚合，等值机的调速系统采用主导发电机的调速系统；

调整调速系统参数：主导发电机的调速系统中的最大功率增大k倍，k为等值机容量与主导发电机容量的比值；主导发电机的调速系统的最大功率为等值前各发电机最大功率之和。

2.根据权利要求1所述交直流大电网动态等值的主导发电机参数聚合方法，其特征在于所述步骤1)用加权平均法聚合N台发电机本体参数，聚合获得的等值机的参数包括：容量，惯性时间常数、功率、电磁功率、阻尼系数，发电机电磁回路参数、时间常数；

11)等值机的容量为各台发电机的容量之和，

$S_G=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j---\left(1\right)$

式(1)中G表示等值机，S_G为等值机的容量，S_j为第j台发电机的容量，其中j＝{1,2…N}；

12)等值机转子参数聚合，

$M_G=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{M}_j}{S_G}=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{M}_j}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j}---\left(2\right)$

式(2)中M_G表示等值机的惯性时间常数，M_j表示发电机的惯性常数；S_G为等值机的容量，S_j为第j台发电机的容量，j＝{1,2…N}；

$P_{\mathrm{mG}}=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{P}_{\mathrm{mj}}}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j}---\left(3\right)$

式(3)中P_mG表示等值机的功率，P_mj表示发电机的功率；S_j为第j台发电机的容量，j＝{1,2…N}；

$P_{\mathrm{eG}}=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{P}_{\mathrm{ej}}}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j}---\left(4\right)$

式(4)中P_eG表示等值机的电磁功率，P_ej表示发电机的电磁功率；S_j为第j台发电机的容量，j＝{1,2…N}；

$D_{\mathrm{eG}}=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{D}_j}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j}---\left(5\right)$

式(5)中D_eG表示等值机的阻尼系数，D_j表示发电机的阻尼系数；S_j为第j台发电机的容量，j＝{1,2…N}；

13)发电机电磁回路参数聚合，

$X_G=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{X}_j}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j}---\left(6\right)$

式(6)中X_G为等值机电抗，可分别为等值机d、q轴同步电抗、暂态电抗和次暂态电抗，X_j为第j台发电机对应的参数；

等值机G的时间常数可按下式计算：

$T_G=\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j{T}_j}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j}---\left(7\right)$

式中T_G为等值机时间常数，包括等值机d、q轴的开路暂态时间常数及开路次暂态时间常数，T_j为第j台相关发电机对应的时间常数。

3.根据权利要求1所述交直流大电网动态等值的主导发电机参数聚合方法，其特征在于所述步骤2)当取其中任意一台发电机为主导发电机时，等值机励磁系统参数、PPS参数、调速系统参数与主导发电机相同。

4.根据权利要求1所述交直流大电网动态等值的主导发电机参数聚合方法，其特征在于所述步骤1)与步骤2)顺序替换。