CN106935115A - 一种发电机励磁系统负载模型的建立方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发电机励磁系统负载模型的建立方法，在数模混合实时仿真平台中建立发电机及励磁系统负载模型；连接实际励磁调节器、电力系统稳定器与发电机及励磁系统负载模型，建立闭环仿真环境；在数模混合实时仿真平台中建立发电机组负载运行工况；进行发电机励磁系统无补偿相频特性测量、电力系统稳定器参数整定计算及阻尼校核试验。本发明提出的方法实现了不必到现场即能够在发电机组负载运行的情况下试验，开展电力系统稳定器参数整定的研究工作，并可以提供电力系统稳定器参数整定试验的培训工作，避免了在运行中的发电机组上进行试验的风险，节省了大量的人力、物力；对电力系统稳定器参数整定，乃至电力系统安全稳定运行具有重要意义。

Description

一种发电机励磁系统负载模型的建立方法

技术领域

本发明涉及电力系统控制与仿真领域，具体涉及一种发电机励磁系统负载模型的建立方法。

背景技术

为了解决电力生产和消费区域不平衡并提高发、输电的可靠性，电力系统同步互联规模不断扩大，并大量应用各种新技术。快速励磁系统在提高系统暂态稳定性的同时，降低了电力系统的阻尼，使系统中出现弱阻尼甚至是负阻尼为特征的低频振荡。如果无法提供正阻尼来抑制低频振荡，将严重影响系统的稳定，甚至造成系统崩溃进而演变成大面积停电事故。

弱阻尼或负阻尼的系统在发生小故障甚至无故障的时候，都可能引起系统不稳定或事故扩大化。国内外都发生过很多次低频振荡，早在1950年代，前苏联古比雪夫---莫斯科输电系统的低频振荡；1996年的美国西部电网和2003年美国东北部电网的大停电事故；都有资料记载。国内首次记载的低频振荡是在1984年，广东与香港联合系统发生的；在2003年2月至3月，南方电网甚至连续发生5次无故障引起的低频振荡；而到2007年，华东-福建联网记录到0.4Hz左右的低频振荡。随着系统的扩大，记录的振荡频率越来越多。

目前提高电力系统阻尼最经济、有效的方法就是在发电机励磁系统中增加附加控制，即电力系统稳定器。电力系统稳定器是为抑制低频振荡而提出的一种附加励磁控制技术，它在励磁调节器中，抽取与振荡有关的信号，如发电机有功功率、转速或频率，加以处理，产生附加信号加到励磁调节器中，使发电机产生阻尼低频振荡的附加力矩，即产生一个正阻尼转矩，用来克服原励磁调节器中产生的负阻尼转矩作用，用来解决低频振荡问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的一种发电机励磁系统负载模型的建立方法，该方法实现了不必到现场，即能够在发电机组负载运行的情况下进行试验，开展电力系统稳定器参数整定的研究工作，并可以提供电力系统稳定器参数整定试验的培训工作，避免了在运行中的发电机组上进行试验的风险，节省了大量的人力、物力。本发明提供的方法对电力系统稳定器参数整定，乃至电力系统安全稳定运行具有重要意义。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种发电机励磁系统负载模型的建立方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1.在数模混合实时仿真平台中建立发电机及励磁系统负载模型；

步骤2.连接实际励磁调节器、电力系统稳定器与所述发电机及励磁系统负载模型，建立闭环仿真环境；

步骤3.在所述数模混合实时仿真平台中建立发电机组负载运行工况；

步骤4.进行发电机励磁系统无补偿相频特性测量、电力系统稳定器参数整定计算及阻尼校核试验。

优选的，所述数模混合实时仿真平台为应用在电力系统中的ADPSS数模混合仿真平台。

优选的，所述步骤1包括：

在所述ADPSS数模混合仿真平台上模拟各类型的发电机组的负载运行工况，搭建发电机及励磁系统功率部分，得到发电机及励磁系统负载模型。

优选的，所述步骤2包括：

2-1.连接所述ADPSS数模混合仿真平台与实际励磁调节器；

2-2.在所述ADPSS数模混合仿真平台与实际励磁调节器之间连接一个电力系统稳定器；

2-3.所述ADPSS数模混合仿真平台将发电机电气量分别发送至所述实际励磁调节器及电力系统稳定器，所述发电机电气量包括发电机电压及电流值；

2-4.所述实际励磁调节器根据所述发电机电气量将控制电压信号发回至所述ADPSS数模混合仿真平台中，使得所述实际励磁调节器在ADPSS数模混合仿真平台上正常运行；完成闭环仿真环境的建立。

优选的，所述步骤4包括：

4-1.在所述数模混合实时仿真平台中进行发电机励磁系统无补偿相频特性测量；

4-2.在所述数模混合实时仿真平台中进行电力系统稳定器参数整定计算；

4-3.在所述数模混合实时仿真平台中进行阻尼校核试验。

优选的，所述步骤4-1包括：

a.动态信号分析仪产生一个白噪声信号，将所述白噪声信号接入所述电力系统稳定器信号输入点，并将所述白噪声信号接入所述动态信号分析仪的分析通道1；

b.在发电机机端二次侧三相电压接入变换器，将所述白噪声信号转换为直流信号并接入所述动态信号分析仪的分析通道2；

c.逐级增加所述白噪声信号的电平，在发电机机端电压幅值波动小于等于1％的情况下，测试得到发电机励磁系统无补偿相频特性。

优选的，所述步骤4-2包括：

d.进行所述电力系统稳定器的参数整定计算；且所述电力系统稳定器的参数整定包括系统振荡参数整定及本机振荡参数整定；

所述系统振荡参数整定计算使得所述电力系统稳定器产生的电磁力矩在频率范围内滞后-ΔPe信号的相位在60°～135°之间；

所述本机振荡参数整定计算使得频率范围内的Φe+Фpss在-60°～-135°之间；确定所述发电机组的所述电力系统稳定器的参数，得到补偿后的角度；

其中，所述频率范围为0.1Hz～2.0Hz；ΔPe为发电机电磁功率的变化；Φe为励磁系统相位；Фpss为电力系统稳定器相位。

优选的，所述步骤4-3包括：

在负载工况下，通过励磁调节器进行阶跃试验，得到未投和投入电力系统稳定器对振荡的影响结果。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种发电机励磁系统负载模型的建立方法，在数模混合实时仿真平台中建立发电机及励磁系统负载模型；连接实际励磁调节器、电力系统稳定器与发电机及励磁系统负载模型，建立闭环仿真环境；在数模混合实时仿真平台中建立发电机组负载运行工况；进行发电机励磁系统无补偿相频特性测量、电力系统稳定器参数整定计算及阻尼校核试验。本发明提出的方法实现了不必到现场即能够在发电机组负载运行的情况下试验，开展电力系统稳定器参数整定的研究工作，并可以提供电力系统稳定器参数整定试验的培训工作，避免了在运行中的发电机组上进行试验的风险，节省了大量的人力、物力；对电力系统稳定器参数整定，乃至电力系统安全稳定运行具有重要意义。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1、本发明所提供的技术方案中，实现了不必到现场即能够在发电机组负载运行的情况下试验，开展电力系统稳定器参数整定的研究工作；对电力系统稳定器参数整定，乃至电力系统安全稳定运行具有重要意义。

2、本发明所提供的技术方案，可以提供电力系统稳定器参数整定试验的培训工作，避免了在运行中的发电机组上进行试验的风险。

3、本发明所提供的技术方案，通过混合仿真平台建立与现场相同的发电机组负载运行状态进行电力系统稳定器参数整定试验，较在发电机组实际负载工况下进行试验，节省了大量的人力、物力。

4、本发明所提供的技术方案，可以模拟各种电网运行方式下不同类型发电机组的负载运行工况，通过在实际励磁调节器上进行试验对电力系统稳定器进行参数整定。

5、本发明提供的技术方案，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明的一种发电机励磁系统负载模型的建立方法的流程图；

图2是本发明的建立方法的步骤2的流程示意图；

图3是本发明的ADPSS数模混合仿真平台、实际励磁调节器与电力系统稳定器的物理接线示意图；

图4是本发明的建立方法的步骤4的流程示意图；

图5是本发明的具体应用例中的给出不投电力系统稳定器3％电压阶跃的录波图；

图6是本发明的具体应用例中的给出投电力系统稳定器3％电压阶跃的录波图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种发电机励磁系统负载模型的建立方法，包括如下步骤：

步骤1.在数模混合实时仿真平台中建立发电机及励磁系统负载模型；

步骤2.连接实际励磁调节器、电力系统稳定器与发电机及励磁系统负载模型，建立闭环仿真环境；

步骤3.在数模混合实时仿真平台中建立发电机组负载运行工况；

步骤4.进行发电机励磁系统无补偿相频特性测量、电力系统稳定器参数整定计算及阻尼校核试验。

其中，数模混合实时仿真平台为应用在电力系统中的ADPSS数模混合仿真平台。

其中，步骤1包括：

在ADPSS数模混合仿真平台上模拟各类型的发电机组的负载运行工况，搭建发电机及励磁系统功率部分，得到发电机及励磁系统负载模型。

如图2及3所示，步骤2包括：

2-1.连接ADPSS数模混合仿真平台与实际励磁调节器；

2-2.在ADPSS数模混合仿真平台与实际励磁调节器之间连接一个电力系统稳定器；

2-3.ADPSS数模混合仿真平台将发电机电气量分别发送至实际励磁调节器及电力系统稳定器，发电机电气量包括发电机电压及电流值；

2-4.实际励磁调节器根据发电机电气量将控制电压信号发回至ADPSS数模混合仿真平台中，使得实际励磁调节器在ADPSS数模混合仿真平台上正常运行；完成闭环仿真环境的建立。

如图4所示，步骤4包括：

4-1.在数模混合实时仿真平台中进行发电机励磁系统无补偿相频特性测量；

4-2.在数模混合实时仿真平台中进行电力系统稳定器参数整定计算；

4-3.在数模混合实时仿真平台中进行阻尼校核试验。

其中，步骤4-1包括：

a.动态信号分析仪产生一个白噪声信号，将白噪声信号接入电力系统稳定器信号输入点，并将白噪声信号接入动态信号分析仪的分析通道1；

b.在发电机机端二次侧三相电压接入变换器，将白噪声信号转换为直流信号并接入动态信号分析仪的分析通道2；

c.逐级增加白噪声信号的电平，在发电机机端电压幅值波动小于等于1％的情况下，测试得到发电机励磁系统无补偿相频特性。

其中，步骤4-2包括：

d.进行电力系统稳定器的参数整定计算；且电力系统稳定器的参数整定包括系统振荡参数整定及本机振荡参数整定；

系统振荡参数整定计算使得电力系统稳定器产生的电磁力矩在频率范围内滞后-ΔPe信号的相位在60°～135°之间；

本机振荡参数整定计算使得频率范围内的Φe+Фpss在-60°～-135°之间；确定发电机组的电力系统稳定器的参数，得到补偿后的角度；

其中，频率范围为0.1Hz～2.0Hz；ΔPe为发电机电磁功率的变化；Φe为励磁系统相位；Фpss为电力系统稳定器相位。

其中，步骤4-3包括：

在负载工况下，通过励磁调节器进行阶跃试验，得到未投和投入电力系统稳定器对振荡的影响结果。

本发明提供一种发电机励磁系统负载模型的建立方法的具体应用例，如下：

1)发电机励磁系统无补偿相频特性测量

利用数模混合仿真平台建立发电机负载工况，用动态信号分析仪产生一个白噪声信号，接入电力系统稳定器信号输入点，并将此信号接入动态信号分析仪的分析通道1。发电机机端二次侧三相电压接入变换器，转换为直流信号接入动态信号分析仪的分析通道2，缓慢增加白噪声信号电平，在发电机机端电压幅值波动不大于1％的情况下，测试出发电机励磁系统无补偿相频特性，测试结果参见表1。

表1励磁系统无补偿相频特性

2)电力系统稳定器参数计算

电力系统稳定器参数整定要使其作用兼顾联网后出现的0.2Hz左右的系统振荡和1.5Hz左右的本机振荡。参数整定应使电力系统稳定器产生的电磁力矩在0.1Hz～2.0Hz的频率范围内滞后-ΔPe信号的相位60°～135°，ΔPe表示发电机电磁功率的变化。如果用Φe表示励磁系统相位，用Фpss表示电力系统稳定器相位，则要求电力系统稳定器的参数整定应使得在0.1Hz～2.0Hz的频率范围内Φe+Фpss在-60°～-135°之间。

根据上述原则用逐步逼近的方法确定该机组电力系统稳定器的参数，补偿后的角度在表2中给出。

表2励磁系统无补偿相频特性、电力系统稳定器相频特性、补偿后相频特性表

3)阻尼校核试验

在负载工况下，通过励磁调节器进行阶跃试验，来看不投和投入电力系统稳定器对振荡的影响，图5中给出不投电力系统稳定器3％电压阶跃的录波图，图6中给出投电力系统稳定器3％电压阶跃的录波图，从两幅图可以看出，投入电力系统稳定器的发电机有功功率振荡次数减少，振荡幅值减小，即投入电力系统稳定器较不投阻尼提高，说明整定的电力系统稳定器参数合理。图中UAB表示发电机机端电压AB相线电压的有效值，P表示发电机有功功率，Q表示发电机无功功率，UFD表示发电机励磁电压，IFD表示发电机励磁电流。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种发电机励磁系统负载模型的建立方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1.在数模混合实时仿真平台中建立发电机及励磁系统负载模型；

步骤2.连接实际励磁调节器、电力系统稳定器与所述发电机及励磁系统负载模型，建立闭环仿真环境；

步骤3.在所述数模混合实时仿真平台中建立发电机组负载运行工况；

步骤4.进行发电机励磁系统无补偿相频特性测量、电力系统稳定器参数整定计算及阻尼校核试验。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数模混合实时仿真平台为应用在电力系统中的ADPSS数模混合仿真平台。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：

在所述ADPSS数模混合仿真平台上模拟各类型的发电机组的负载运行工况，搭建发电机及励磁系统功率部分，得到发电机及励磁系统负载模型。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：

2-1.连接所述ADPSS数模混合仿真平台与实际励磁调节器；

2-2.在所述ADPSS数模混合仿真平台与实际励磁调节器之间连接一个电力系统稳定器；

2-3.所述ADPSS数模混合仿真平台将发电机电气量分别发送至所述实际励磁调节器及电力系统稳定器，所述发电机电气量包括发电机电压及电流值；

2-4.所述实际励磁调节器根据所述发电机电气量将控制电压信号发回至所述ADPSS数模混合仿真平台中，使得所述实际励磁调节器在ADPSS数模混合仿真平台上正常运行；完成闭环仿真环境的建立。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括：

4-1.在所述数模混合实时仿真平台中进行发电机励磁系统无补偿相频特性测量；

4-2.在所述数模混合实时仿真平台中进行电力系统稳定器参数整定计算；

4-3.在所述数模混合实时仿真平台中进行阻尼校核试验。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤4-1包括：

a.动态信号分析仪产生一个白噪声信号，将所述白噪声信号接入所述电力系统稳定器信号输入点，并将所述白噪声信号接入所述动态信号分析仪的分析通道1；

b.在发电机机端二次侧三相电压接入变换器，将所述白噪声信号转换为直流信号并接入所述动态信号分析仪的分析通道2；

c.逐级增加所述白噪声信号的电平，在发电机机端电压幅值波动小于等于1％的情况下，测试得到发电机励磁系统无补偿相频特性。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤4-2包括：

d.进行所述电力系统稳定器的参数整定计算；且所述电力系统稳定器的参数整定包括系统振荡参数整定及本机振荡参数整定；

所述系统振荡参数整定计算使得所述电力系统稳定器产生的电磁力矩在频率范围内滞后-ΔPe信号的相位在60°～135°之间；

所述本机振荡参数整定计算使得频率范围内的Φe+Фpss在-60°～-135°之间；确定所述发电机组的所述电力系统稳定器的参数，得到补偿后的角度；

其中，所述频率范围为0.1Hz～2.0Hz；ΔPe为发电机电磁功率的变化；Φe为励磁系统相位；Фpss为电力系统稳定器相位。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤4-3包括：

在负载工况下，通过励磁调节器进行阶跃试验，得到未投和投入电力系统稳定器对振荡的影响结果。