CN106470006B - 一种发电机调速系统振荡阻尼比极性判断方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种发电机调速系统振荡阻尼比极性判断方法及装置，从分析发电机组小扰动波动过程的发生机制着手，揭示了发电机调速系统阻尼比与小干扰过程中的重要变量之间的关系，可以快速、简便地判断发电机调速系统振荡阻尼比极性，不仅具有直观的物理概念，而且公式易于计算，便于直观的判断在低频振荡过程中调速系统是提供正阻尼抑制低频振荡，还是提供负阻尼加剧了功率振荡。

Description

一种发电机调速系统振荡阻尼比极性判断方法及装置

技术领域

本发明涉及发电机调速系统领域，尤其涉及一种发电机调速系统振荡阻尼比极性判断方法及装置。

背景技术

目前国内外已对机组波动的发生机制、分析方法等方面进行了较为广泛的研究，主要包括传统的负阻尼理论，以及新提出的强迫振荡理论，普遍采用阻尼比这一指标来评价发电机组的动态特征及动态行为。目前计算阻尼比的方法是从实测试验波形或者故障录波记录的数据进行直接的公式计算，计算出的阻尼比是整个发电机组输出外特性的总阻尼比大小，包含了发电机组励磁、调速等控制系统的阻尼及机械阻尼之和；基于能量函数的振荡源定位方法可以区分出发电机组是否为振荡源，计算公式相对复杂，物理概念不够直观。以上两种主流分析发电机组低频振荡的方法，均没有对发电机组的不同控制系统提供的阻尼情况进行单独分析计算，仅获得了发电机组的整体外特性。由于具体发电机组控制系统的阻尼比大小计算包含复杂的数学模型，且计算公式复杂，我们更加关心发电机组在低频振荡过程中各个控制系统提供阻尼的极性正、负。

因此，提出一种可以快速、简便地判断发电机调速系统振荡阻尼比极性，便于直观地判断在低频振荡过程中调速系统是提供正阻尼抑制低频振荡，还是提供负阻尼加剧了功率振荡的方法是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种发电机调速系统振荡阻尼比极性判断方法及装置，揭示了发电机调速系统阻尼比与小干扰过程中的重要变量之间的关系，可以快速、简便地判断发电机调速系统振荡阻尼比极性，不仅具有直观的物理概念，而且公式易于计算，便于直观的判断在低频振荡过程中调速系统是提供正阻尼抑制低频振荡，还是提供负阻尼加剧了功率振荡。

本发明实施例提供了一种发电机调速系统振荡阻尼比极性判断方法及装置，包括：

获取到发电机组预置扰动条件下的数据，从所述数据中提取调速系统的转速偏差和电磁功率偏差；

根据所述转速偏差和所述电磁功率偏差，通过预置第一公式计算得到机械功率偏差；

根据所述机械功率偏差和所述转速偏差，通过预置第二公式计算得到所述机械功率偏差和所述转速偏差的点积；

判断所述点积的正负，若所述点积为正值，则调速系统提供负阻尼，若所述点积为负值，则调速系统提供正阻尼。

优选地，所述预置第一公式为：

式中，ΔP_M为机械功率偏差；ΔP_e为电磁功率偏差；为系数；Δω为转速偏差。

优选地，所述预置第一公式为：

本发明实施例提供的一种发电机调速系统振荡阻尼比极性判断装置，包括：

提取单元，用于获取到发电机组预置扰动条件下的数据，从所述数据中提取调速系统的转速偏差和电磁功率偏差；

第一计算单元，用于根据所述转速偏差和所述电磁功率偏差，通过预置第一公式计算得到机械功率偏差；

第二计算单元，用于根据所述机械功率偏差和所述转速偏差，通过预置第二公式计算得到所述机械功率偏差和所述转速偏差的点积；

判断单元，用于判断所述点积的正负，若所述点积为正值，则调速系统提供负阻尼，若所述点积为负值，则调速系统提供正阻尼。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供了一种发电机调速系统振荡阻尼比极性判断方法及装置，其中，该发电机调速系统振荡阻尼比极性判断方法包括：获取到发电机组预置扰动条件下的数据，从所述数据中提取调速系统的转速偏差和电磁功率偏差；根据所述转速偏差和所述电磁功率偏差，通过预置第一公式计算得到机械功率偏差；根据所述机械功率偏差和所述转速偏差，通过预置第二公式计算得到所述机械功率偏差和所述转速偏差的点积；判断所述点积的正负，若所述点积为正值，则调速系统提供负阻尼，若所述点积为负值，则调速系统提供正阻尼。本发明提出一种可以快速、简便地判断发电机调速系统振荡阻尼比极性的方法与装置，不仅具有直观的物理概念，而且公式易于计算，便于直观地判断在低频振荡过程中调速系统是提供正阻尼抑制低频振荡，还是提供负阻尼加剧了功率振荡。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种发电机调速系统振荡阻尼比极性判断方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种发电机调速系统振荡阻尼比极性判断装置的结构示意图；

图3为含调速系统的单机Heffron-Phillips模型的结构示意图；

图4为调速系统力矩的投影计算的示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种发电机调速系统振荡阻尼比极性判断方法及装置，揭示了发电机调速系统阻尼比与小干扰过程中的重要变量之间的关系，可以快速、简便地判断发电机调速系统振荡阻尼比极性，不仅具有直观的物理概念，而且公式易于计算，便于直观的判断在低频振荡过程中调速系统是提供正阻尼抑制低频振荡，还是提供负阻尼加剧了功率振荡。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种发电机调速系统振荡阻尼比极性判断方法的一个实施例，包括：

101、获取到发电机组预置扰动条件下的数据，从数据中提取调速系统的转速偏差和电磁功率偏差；

102、根据转速偏差和电磁功率偏差，通过预置第一公式计算得到机械功率偏差；

103、根据机械功率偏差和转速偏差，通过预置第二公式计算得到机械功率偏差和转速偏差的点积；

104、判断所述点积的正负，若所述点积为正值，则调速系统提供负阻尼，若所述点积为负值，则调速系统提供正阻尼。

在本实施例中，调速系统是通过控制汽门或者导叶的运动，控制进入原动机的蒸汽流量或者水流流量，蒸汽或者水流产生施加在发电机组轴系上的机械转矩，机械转矩会影响发电机转子运动，而对电力系统动态稳定产生影响。在分析单机—无穷大系统中励磁控制系统对小扰动稳定性的影响时，广泛采用的是W·G·Heffron和R·A·Phillips提出的K1—K6模型，它保留了发电机在小干扰过程中的重要变量，并且各量之间的关系表现得十分清晰。含调速系统的单机Heffron-Phillips模型如图3所示，其中调速系统以转速偏差Δω为输入信号的传递函数为G_GOVω(s)，以电磁功率偏差ΔP_e为输入信号的传递函数为G_GOVP(s)。

由上述模型的上半部分(机电振荡回路)可得：

其中，ΔM_e2是电磁转矩增量，是发电机励磁回路(模型的下半部分)对发电机转子运动的影响；ΔM_m为调速系统产生的机械转矩增量。

首先不考虑输入信号ΔM_m和ΔM_e2的影响，仅考虑ΔM_e1，则图3可由下式(2)所示的二阶微分方程表示。式(2)只考虑了发电机转子的动态特性，而忽略了调速系统、励磁系统和自动电压控制器的动态特性的影响，这时相当于假设M_m和为常数的情形。

求解如上微分方程，得到：

式中，a和b为常数；称为发电机功角自然振荡角频率。

式(2)描述的是系统在小扰动情况下发电机转子加速或减速，转子角位移发生变化，从而导致发电机输出有功功率波动的动态过程。显然，当很小或为负值时，发电机转子运动呈现弱阻尼或发散振荡，角位移弱阻尼或发散波动导致发电机输出有功功率呈现低频振荡。这表明单机无穷大系统低频振荡阻尼由式(2)中一阶导数项的系数/>决定。

现在考虑输入信号ΔM_m的影响。对于某一机电振荡模式ε＝jω_s，调速系统向发电机机电振荡回路提供的电磁转矩可以分解为：

ΔM_m＝G_Govω(jω_s)Δω+G_GovP(jω_s)ΔP_e＝M_dΔω+M_sΔδ (4)

代入式(1)，得：

从式(5)可以看出，电磁转矩ΔM_m中M_dΔω部分影响系统低频振荡的阻尼，M_sΔδ部分对系统低频振荡阻尼没有影响，影响的是发电机输出功率低频振荡的频率。故M_dΔω称为阻尼转矩，M_sΔδ称为同步转矩。

向量与向量/>的点积在数学上定义为其中其中θ为向量/>与向量/>的夹角，当-90°＜θ＜90°时，点积值为正。在发电机角速度变化范围不大的情况下，可近似认为转矩的标幺值等于功率的标幺值，即/>若/>投影到Δω方向上得到的阻尼力矩分量为正，对应于/>与/>的夹角在(-90°，90°)之间，即/>的点积值为正，调速系统提供负阻尼；若/>投影到Δω方向上得到的阻尼力矩分量为负，即/>的点积值为负，调速系统提供正阻尼，如图4所示。

请查阅图2，本发明实施例提供的一种发电机调速系统振荡阻尼比极性判断装置的一个实施例，包括：

提取单元，用于获取到发电机组预置扰动条件下的数据，从数据中提取调速系统的转速偏差和电磁功率偏差；

第一计算单元，用于根据转速偏差和电磁功率偏差，通过预置第一公式计算得到机械功率偏差；

第二计算单元，用于根据机械功率偏差和转速偏差，通过预置第二公式计算得到机械功率偏差和转速偏差的点积；

判断单元，用于判断所述点积的正负，若所述点积为正值，则调速系统提供负阻尼，若所述点积为负值，则调速系统提供正阻尼。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种发电机调速系统振荡阻尼比极性判断方法，其特征在于，包括：

获取到发电机组预置扰动条件下的数据，从所述数据中提取调速系统的转速偏差和电磁功率偏差；

根据所述转速偏差和所述电磁功率偏差，通过预置第一公式计算得到机械功率偏差；

根据所述机械功率偏差和所述转速偏差，通过预置第二公式计算得到所述机械功率偏差和所述转速偏差的点积；

判断所述点积的正负，若所述点积为正值，则调速系统提供负阻尼，若所述点积为负值，则调速系统提供正阻尼；

所述预置第一公式为：

式中，ΔP_M为机械功率偏差；ΔP_e为电磁功率偏差；T_j为系数；Δω为转速偏差；

所述预置第二公式为：

式中，ΔP_M为机械功率偏差，Δω为转速偏差。

2.一种发电机调速系统振荡阻尼比极性判断装置，其特征在于，包括：

提取单元，用于获取到发电机组预置扰动条件下的数据，从所述数据中提取调速系统的转速偏差和电磁功率偏差；

第一计算单元，用于根据所述转速偏差和所述电磁功率偏差，通过预置第一公式计算得到机械功率偏差；

第二计算单元，用于根据所述机械功率偏差和所述转速偏差，通过预置第二公式计算得到所述机械功率偏差和所述转速偏差的点积；

判断单元，用于判断所述点积的正负，若所述点积为正值，则调速系统提供负阻尼，若所述点积为负值，则调速系统提供正阻尼；

所述预置第一公式为：

式中，ΔP_M为机械功率偏差；ΔP_e为电磁功率偏差；T_j为系数；Δω为转速偏差；

所述预置第二公式为：

式中，ΔP_M为机械功率偏差，Δω为转速偏差。