CN103279641A - 对除发电机外复杂电力系统进行多模态动态等值的方法 - Google Patents

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栾会
盛超
陈晓科
毛承雄
翁洪杰
张俊峰
陈锐
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Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
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Abstract

一种对除发电机外复杂电力系统进行多模态动态等值的方法：S1将待研究发电机组外部系统等值为无穷大母线与N台动态机组的并联系统：无穷大母线表示为
Figure DDA00003094305500012
台动态等值机组表示为：S2在稳态情况下，进行潮流计算或者在线测量获得系统的初始稳态值；S3施加扰动，记录所得响应量：S4采用频谱分析或prony方法，分析待研究发电机机端重要变量的模态个数N，确定动态等值机组总台数N；S5根据多模态等值模型，利用上述数据，选用适当辨识方法辨识需等值参数，获得动态等值结果。本法更好地反映了待研究发电机外部系统的动态特性，提高励磁控制器优化设计的精度。

Description

对除发电机外复杂电力系统进行多模态动态等值的方法
技术领域
本发明涉及一种多模态动态等值方法，尤其是涉及一种除待研究发电机以外的复杂电力系统进行多模态动态等值的方法。该方法可以在准确模拟外部电力系统对待研究发电机的影响的基础上简化外部电力系统的计算模型。
背景技术
发电机励磁系统对电力系统稳定性的影响受到越来越多的重视，励磁控制器是励磁系统功能发挥的核心环节。只有综合考虑外部复杂电力系统对待研究发电机的影响，才能设计出符合实际应用要求的励磁控制器。
随着电力系统的发展，电网规模越来越大，系统结构、特性和运行方式愈发复杂，在励磁控制器优化设计的仿真计算中，详细模拟外部系统的话，将会对计算机提出很高的要求，且计算耗时会很长。这样一来，在保留外部复杂系统对待研究发电机影响动态特性的前提下，对不感兴趣的区域进行动态等值就显得十分必要。
目前，动态等值的方法主要有基于同调概念的同调等值法、基于线性化状态方程和特征值分析的模式等值法和基于在线测量和参数估计的估计等值法。前两种方法需要知道外部系统的全部数据，对大系统而言，计算量大，容易出现“维数灾”等问题。随着优化辨识方法的不断发展，估计等值法作为解决上述问题的途径越来越受到人们的关注。对于估计等值法，外部系统等值模型的选择是难点。
长期以来励磁控制优化设计大都基于单机无穷大系统进行研究，即将被研究机组外部的系统等值为无穷大母线。工程实际应用证明用无穷大母线模拟待研究发电机的远方大系统误差不大，但是无穷大系统不能全面反映近端系统如同母线机组的特性。选择一台动态等值机组与无穷大母线并联可以一定程度上反映近端系统的影响，但是等值机组的转子运动方程为二阶，只有一个频率，只能模拟一种模态。而电网扰动时，待研究发电机机端可能含有多种频率成分，只有一种模态的动态等值对外部系统动态特性的反映是不全面的，因而励磁控制器优化设计的精度受到限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种能准确反映待研究发电机外部系统动态特性、结构清晰且易于实现的对除发电机外复杂电力系统进行多模态动态等值的方法。
1、解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
S1：将待研究发电机组外部系统等值为无穷大母线与N台动态机组的并联系统。
（1）所述无穷大母线表示为，其中：
Figure BDA00003094305300022
：待研究发电机机端电压相量；
Ut：待研究发电机机端电压；
Figure BDA00003094305300023
：无穷大母线等值电压相量；
Us：无穷大母线等值电压；
j：虚部单位；
Figure BDA00003094305300024
：待研究发电机流向等值无穷大母线的电流相量；
Is：待研究发电机流向等值无穷大母线的电流；
xsv：无穷大母线等值电抗；
需等值参数：Us，xsv。
（2）所述N台动态等值机组表示为：
dδ sei dt = ω b ( ω i - 1 ) dω i dt = 1 T Ji ( P mi - P ei - D i ω i ) U t · = E i · - j I i · x sei i = 1,2 , · · · , N ;
其中：
δsei为第i台动态机组的功率角；
ωi为第i台动态机组转子电角速度
ωb为动态机组电角速度基准值；
TJi为第i台动态机组的惯性时间常数；
Pmi为第i台动态机组的原动机机械功率；
Pei为第i台动态机组的电磁功率；
Di为第i台动态机组的阻尼系数；
t为时间；
Figure BDA00003094305300031
为待研究发电机机端电压相量；
Figure BDA00003094305300032
为第i台等值机组机端电压相量；
Ei：第i台等值机组机端电压；
Figure BDA00003094305300033
为第i台动态机组流向待研究发电机的电流相量；
Ii：第i台动态机组流向待研究发电机的电流；
xsei为第i台动态机组与待研究发电机间的联系电抗；
N为动态机组的总台数；
需等值参数：N，TJi，Pmi，Ei，xsei；
S2：在系统正常稳态运行情况下，进行潮流计算或者在线测量获得系统的初始稳态值；
S3：利用小扰动试验，得到待研究发电机机端以及流向无穷大母线变量测量数据，包括机端电压、有功功率、无功功率、机端电流以及流向无穷大母线的有功功率、无功功率和电流；
S4：采用频谱分析或prony方法，分析待研究发电机机端重要变量的模态个数N，确定动态等值机组总台数N；
S5：根据所述多模态等值模型，利用上述测量数据和模态分析数据，选用适当辨识方法辨识需等值参数，获得动态等值结果。
所述的动态机组总台数N由待研究机组机端重要变量的模态个数确定。
所述模态个数采用频谱分析或prony等方法分析得到。
4、有益效果：本法综合考虑远方大系统与近端系统的影响，N台动态机组可模拟多模态，提高励磁控制器优化设计的精度。多模态动态等值在考虑近端系统对待研究发电机的影响的基础上完整反映机端重要变量模态，结构清晰，实现简单，较为全面地模拟外部系统的动态特性，提高了励磁控制器优化设计的精度。
附图说明
图1为多模态动态等值结构图。
具体实施方式
参见图1所示的多模态动态等值结构图，将待研究发电机组外部系统等值为无穷大母线与N台动态机组的并联系统。
本发明的对除发电机外复杂电力系统进行多模态动态等值的方法实施例，包括以下步骤：
S1：将待研究发电机组外部系统等值为无穷大母线与N台动态机组的并联系统。
（2）所述无穷大母线表示为
Figure BDA00003094305300041
，其中：
Figure BDA00003094305300042
：待研究发电机机端电压相量；
Ut：待研究发电机机端电压；
Figure BDA00003094305300043
：无穷大母线等值电压相量；
Us：无穷大母线等值电压；
j：虚部单位；
：待研究发电机流向等值无穷大母线的电流相量；
Is：待研究发电机流向等值无穷大母线的电流；
xsv：无穷大母线等值电抗；
需等值参数：Us，xsv。
（2）所述N台动态等值机组表示为：
dδ sei dt = ω b ( ω i - 1 ) dω i dt = 1 T Ji ( P mi - P ei - D i ω i ) U t · = E i · - j I i · x sei i = 1,2 , · · · , N ;
其中：
δsei为第i台动态机组的功率角；
ωi为第i台动态机组转子电角速度
ωb为动态机组电角速度基准值；
TJi为第i台动态机组的惯性时间常数；
Pmi为第i台动态机组的原动机机械功率；
Pei为第i台动态机组的电磁功率；
Di为第i台动态机组的阻尼系数；
t为时间；
为待研究发电机机端电压相量；
Figure BDA00003094305300052
为第i台等值机组机端电压相量；
Ei：第i台等值机组机端电压；
Figure BDA00003094305300053
为第i台动态机组流向待研究发电机的电流相量；
Ii：第i台动态机组流向待研究发电机的电流；
xsei为第i台动态机组与待研究发电机间的联系电抗；
N为动态机组的总台数；
需等值参数：N，TJi，Pmi，Ei，xsei；
S2：在系统正常稳态运行情况下，进行潮流计算或者在线测量获得系统的初始稳态值；
S3：利用小扰动试验，得到待研究发电机机端以及流向无穷大母线变量测量数据，包括机端电压、有功功率、无功功率、机端电流以及流向无穷大母线的有功功率、无功功率和电流；
S4：采用频谱分析或prony方法，分析待研究发电机机端重要变量的模态个数N，确定动态等值机组总台数N；
S5：根据所述多模态等值模型，利用上述测量数据和模态分析数据，选用最小二乘法、非线性最小二乘法或智能辨识法等辨识方法辨识需等值参数，获得动态等值结果。

Claims (3)

1.一种对除发电机外复杂电力系统进行多模态动态等值的方法，其主要步骤为：
S1：将待研究发电机组外部系统等值为无穷大母线与N台动态机组的并联系统：
（1）所述无穷大母线表示为
Figure FDA00003094305200014
；其中：
：待研究发电机机端电压相量；
Ut：待研究发电机机端电压；
Figure FDA00003094305200016
：无穷大母线等值电压相量；
Us：无穷大母线等值电压；
j：虚部单位；
：待研究发电机流向等值无穷大母线的电流相量；
Is：待研究发电机流向等值无穷大母线的电流；
xsv：无穷大母线等值电抗；
此无穷大母线需等值的参数为：Us，xsv；
（2）N台动态等值机组表示为：
dδ sei dt = ω b ( ω i - 1 ) dω i dt = 1 T Ji ( P mi - P ei - D i ω i ) ; U t · = E i · - j I i · x sei i = 1,2 , · · · , N
其中：δsei为第i台动态机组的功率角；
ωi为第i台动态机组转子电角速度
ωb为动态机组电角速度基准值；
TJi为第i台动态机组的惯性时间常数；
Pmi为第i台动态机组的原动机机械功率；
Pei为第i台动态机组的电磁功率；
Di为第i台动态机组的阻尼系数；
t为时间；
Figure FDA00003094305200012
为待研究发电机机端电压相量；
Figure FDA00003094305200013
为第i台等值机组机端电压相量；
Ei：第i台等值机组机端电压；
Figure FDA00003094305200021
为第i台动态机组流向待研究发电机的电流相量；
Ii：第i台动态机组流向待研究发电机的电流；
xsei为第i台动态机组与待研究发电机间的联系电抗；
N为动态机组的总台数；
动态等值机组需等值参数：N，TJi，Pmi，Ei，xsei；
S2：在系统正常稳态运行情况下，进行潮流计算或者在线测量获得系统的初始稳态值；
S3：利用小扰动试验，得到待研究发电机机端以及流向无穷大母线变量的测量数据，包括机端电压、有功功率、无功功率、机端电流以及流向无穷大母线的有功功率、无功功率和电流；
S4：采用频谱分析或prony方法，分析待研究发电机机端重要变量的模态个数N，确定动态等值机组总台数N；
S5：根据所述多模态等值模型，利用上述测量数据和模态分析数据，选用适当辨识方法辨识需等值参数，获得动态等值结果。
2.根据权利要求1所述的对除发电机外复杂电力系统进行多模态动态等值的方法，其特征在于：所述的动态机组总台数N由待研究机组机端重要变量的模态个数确定。
3.根据权利要求2所述的对除发电机外复杂电力系统进行多模态动态等值的方法，其特征在于：所述模态个数采用频谱分析或prony等方法分析得到。
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