CN109256806B - 一种基于数模混合实时仿真的低励限制中长期模型建立方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数模混合实时仿真的低励限制中长期模型建立方法及系统，所述方法包括：与励磁调节控制器以及发电机组建立通信，并接收测量信号；根据预设规则设置初始的低励限制参数，所述低励限制参数根据系统静态稳定限制以及热稳定限制确定；根据机端电压信号变化对所述低励限制参数进行实时调整；根据预设的方法获得中长期模型基本参数，根据所述中长期模型基本参数以及低励限制参数建立低励限制中长期模型；所述方法及系统搭建数模混合仿真模型，以更加真实的反应实际系统特性，通过设置低励限制参数，并根据机端电压信号变化进行实时调整，以保证发电机组励磁水平稳定。

Description

一种基于数模混合实时仿真的低励限制中长期模型建立方法 及系统

技术领域

本发明涉及电力控制领域，更具体地，涉及一种基于数模混合实时仿真的低励限制中长期模型建立方法及系统。

背景技术

励磁控制系统是发电机的重要组成部分，其主要功能有：维持机端或者其他控制点电压在给定水平；控制并联运行机组无功功率分配；提高系统的功角稳定性和电压稳定性；保护机组自身的安全等。励磁控制系统对于机组和电网的安全稳定影响重大，在电力系统分析和控制领域，励磁控制系统的研究始终占有重要地位。现代大型机组的励磁控制系统的性能比以往有了很大的改进，并且具备了多项辅助的功能，其中一种重要的功能是低励限制，用于防止励磁水平过低威胁机组自身和系统的安全。

发电机运行中会有励磁水平偏低的情况：

(1)电网在负荷低谷期，常规感性无功补偿设备投入量不足时存在电压偏高问题，此时常采取发电机降低励磁进相运行的调压措施；

(2)系统因扰动或故障电压突然升高时，发电机励磁调节器会自动响应降低励磁；

(3)励磁调节器故障引起励磁水平降低。

发电机工作于低励磁区存在几个问题，首先，发电机定子端部铁芯由于漏磁的增大发热量会显著增加，使温度升高，有可能超过最大允许值；其次，如果进相较深，励磁电流过小，有可能达到系统静态稳定极限，发生稳定破坏事故；此外还增大了失磁保护误动的可能性。

发明内容

为了解决背景技术存在的由发电机励磁水平偏低导致的发电机定子端部铁芯温度过高以及系统静态不稳定等问题，本发明提供了一种基于数模混合实时仿真的低励限制中长期模型建立方法及系统，所述方法及系统通过建立低励限制的中长期模型，控制发电机组的励磁水平，以保证发电机组的正常运行，所述方法及系统在建立模型时引入实际励磁调节控制器，搭建数模混合仿真模型，以获得更准确的仿真效果；所述一种基于数模混合实时仿真的低励限制中长期模型建立方法包括：

一种基于数模混合实时仿真的低励限制中长期模型建立方法，所述方法包括：

与励磁调节控制器以及发电机组建立通信，并接收测量信号；所述测量信号包括机端电压、机端电流、励磁电流、励磁调节控制电压；

根据预设规则设置初始的低励限制参数，所述低励限制参数根据系统静态稳定限制以及热稳定限制确定；

根据机端电压信号变化对所述低励限制参数进行实时调整；

根据预设的方法获得中长期模型基本参数，根据所述中长期模型基本参数以及低励限制参数建立低励限制中长期模型。

进一步的，所述发电机组的所述机端电压经功率放大器按预设比例放大后发送至励磁调节控制器；所述发电机组的所述机端电流经功率放大器按预设比例放大后发送至励磁调节控制器；所述发电机组的所述励磁电流经接口转换箱按预设规则转变后发送至励磁调节控制器；所述励磁调节控制器的的控制电压根据所述机端电压、机端电流以及励磁电流获得，并经接口转换箱转换为数字信号后，发送至电力系统仿真平台。

进一步的，所述初始的低励限制参数根据预设的低励限制线获得，所述低励限制线包括直线型、圆周型以及折线型；所述低励限制线在PQ平面坐标系中以预设裕度保持在所述系统静态稳定限制曲线以及热稳定限制曲线之上。

进一步的，所述静态稳定限制线在PQ平面的方程为P²+(Q-Q₀)²＝R²；其中，

x_d为发电机的同步电抗；x_s为发电机与系统间的联系电抗；U_t为机端电压；

所述热稳定限制用于限制发电机组定子端部铁芯允许的最高温度，所述热稳定限制线根据包括发电机组的类型、结构、冷却方式以及容量的因素确定。

进一步的，所述低励限制参数根据机端电压信号进行实时调整的公式为

其中m为系数，Q_UEL为低励限制线上的动作阈值；U_t为机端电压；f_UEL为低励限制函数；P为有功功率。

进一步的，所述根据预设的方法获得中长期模型基本参数包括：根据包括大小阶跃、单相短路以及三相短路的方法获得中长期模型基本参数。

所述一种基于数模混合实时仿真的低励限制中长期模型建立系统包括：

信号收发单元，所述信号收发单元用于与励磁调节控制器以及发电机组建立通信，并接励磁调节控制器和发电机组发送的测量信号；所述测量信号包括机端电压、机端电流、励磁电流、励磁调节控制电压；

低励限制参数设置单元，所述低励限制参数设置单元用于根据预设规则设置初始的低励限制参数，所述低励限制参数根据系统静态稳定限制以及热稳定限制确定；

低励限制参数调整单元，所述低励限制参数调整单元用于根据机端电压信号变化对所述低励限制参数进行实时调整；

模型建立单元，所述模型建立单元用于根据预设的方法获得中长期模型基本参数，所述模型建立单元用于根据所述中长期模型基本参数以及低励限制参数建立低励限制中长期模型。

进一步的，所述系统的信号收发单元与励磁调节控制器以及所述发电机组根据预设规则进行通信连接；所述发电机组的所述机端电压经功率放大器按预设比例放大后发送至励磁调节控制器；所述发电机组的所述机端电流经功率放大器按预设比例放大后发送至励磁调节控制器；所述发电机组的所述励磁电流经接口转换箱按预设规则转变后发送至励磁调节控制器；所述励磁调节控制器的的控制电压根据所述机端电压、机端电流以及励磁电流获得，并经接口转换箱转换为数字信号后，发送至电力系统仿真平台。

进一步的，所述低励限制参数设置单元柑橘预设的低励限制线获得初始的低励限制参数，所述低励限制线包括直线型、圆周型以及折线型；所述低励限制线在PQ平面坐标系中以预设裕度保持在所述系统静态稳定限制曲线以及热稳定限制曲线之上。

进一步的，所述静态稳定限制线在PQ平面的方程为P²+(Q-Q₀)²＝R²；其中，

x_d为发电机的同步电抗；x_s为发电机与系统间的联系电抗；U_t为机端电压；

所述热稳定限制用于限制发电机组定子端部铁芯允许的最高温度，所述热稳定限制线根据包括发电机组的类型、结构、冷却方式以及容量的因素确定。

进一步的，所述低励限制参数调整单元用于根据机端电压信号进行实时调整低励限制参数的公式为

其中m为系数，Q_UEL为低励限制线上的动作阈值；U_t为机端电压；f_UEL为低励限制函数；P为有功功率。

进一步的，所述模型建立单元根据预设的方法获得中长期模型基本参数包括：根据包括大小阶跃、单相短路以及三相短路的方法获得中长期模型基本参数。

本发明的有益效果为：本发明的技术方案，给出了一种基于数模混合实时仿真的低励限制中长期模型建立方法及系统；所述方法及系统通过与实际的励磁调节控制器和发电机组进行通信，搭建数模混合仿真模型，以更加真实的反应实际系统特性；通过设置低励限制参数，并根据机端电压信号变化对低励限制参数进行实时调整，使得低励限制线聚静态稳定限制线和热稳定限制线具有足够的裕度，以保证发电机组励磁水平稳定，解决了发电机励磁水平偏低导致的发电机定子端部铁芯温度过高以及系统静态不稳定等问题，同时极大降低了失磁保护误动的可能性。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明具体实施方式的一种基于数模混合实时仿真的低励限制中长期模型建立方法的流程图；

图2为本发明具体实施方式的一种基于数模混合实时仿真的低励限制中长期模型建立系统的结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为本发明具体实施方式的一种基于数模混合实时仿真的低励限制中长期模型建立方法的流程图；如图1所示，所述方法包括：

步骤110，与励磁调节控制器以及发电机组建立通信，并接收测量信号；所述测量信号包括机端电压、机端电流、励磁电流、励磁调节控制电压；

本申请基于ADPSS电力系统全数字仿真装置(即电力系统仿真平台)作为数字仿真和生成模型的载体，通过将所述电力系统仿真平台与发电机组和励磁调节控制器进行通信连接，形成数模混合的仿真平台，以提高实际系统特性的真实性。

所述发电机组的所述机端电压经功率放大器按预设比例放大后发送至励磁调节控制器；本实施例中机端电压经功率放大器转换为0V～100V的电压信号后，由电力系统仿真平台输送至励磁调节控制器。所述机端电压可先输送至电力系统仿真平台，再经所述电力系统仿真平台的功率放大器进行放大，进而输送到励磁调节控制器；也可通过外设的功率放大器完成信号放大，经电力系统仿真平台输送至励磁调节控制器，使得电力系统仿真平台和励磁调节控制器均获得放大后的信号。

所述发电机组的所述机端电流经功率放大器按预设比例放大后发送至励磁调节控制器；本实施例中机端电流经功率放大器转换为0～1A的电流信号后，由电力系统仿真平台输送至励磁调节控制器。具体方式与机端电压相同，不再赘述。

所述发电机组的所述励磁电流经接口转换箱按预设规则转变后发送至励磁调节控制器；本实施例中励磁电流经接口转换箱转换为4～20mA的电流信号后，由电力系统仿真平台输送至励磁调节控制器。

所述励磁调节控制器的的控制电压根据所述机端电压、机端电流以及励磁电流获得，并经接口转换箱转换为数字信号后，发送至电力系统仿真平台。

步骤120，根据预设规则设置初始的低励限制参数，所述低励限制参数根据系统静态稳定限制以及热稳定限制确定；

所述初始的低励限制参数根据预设的低励限制线获得，所述低励限制线包括直线型、圆周型以及折线型；优选的，选择圆周型或折线型，以充分利用机组容量。

所述低励限制线在PQ平面坐标系中以预设裕度保持在所述系统静态稳定限制曲线以及热稳定限制曲线之上。所述低励限制线根据预设的线型和需在系统静态稳定限制曲线以及热稳定限制曲线之上保持的裕度确定，此时的低励限制线为理论初始值，根据此低励限制线获得初始的低励限制参数，并根据低励限制参数的实时调节，获得新的低励限制线。

进一步的，所述静态稳定限制线在PQ平面的方程为P²+(Q-Q₀)²＝R²；其中，

x_d为发电机的同步电抗；x_s为发电机与系统间的联系电抗；U_t为机端电压；

所述热稳定限制用于限制发电机组定子端部铁芯允许的最高温度，所述热稳定限制线根据包括发电机组的类型、结构、冷却方式以及容量的因素确定。

步骤130，根据机端电压信号变化对所述低励限制参数进行实时调整；

所述低励限制参数根据机端电压信号进行实时调整的公式为

其中m为系数，Q_UEL为低励限制线上的动作阈值；U_t为机端电压；f_UEL为低励限制函数；P为有功功率。

通过根据机端电压信号的实时调整，所述低励限制参数可以很好的响应机端电压信号的变化，以保证发电机组励磁水平的稳定。

步骤140，根据预设的方法获得中长期模型基本参数，根据所述中长期模型基本参数以及低励限制参数建立低励限制中长期模型。

进一步的，所述根据预设的方法获得中长期模型基本参数包括：根据包括大小阶跃、单相短路以及三相短路的方法获得中长期模型基本参数。

进一步的，当发电机组由于灭磁开关误跳、转子励磁绕组短接、励磁绕组回路开路以及交流励磁电源消失等原因会发生失磁故障，对发电机组自身和系统稳定运行构成很大的威胁。发电机失磁保护是检测机组是否发生失磁并采取例如发出报警信号、一定时限跳机等措施的重要保护。失磁保护的主要动作判据有机端测量阻抗判据、励磁电压判据和系统电压判据等，最为常用的是机端测量阻抗判据，测量机端的等效阻抗变化轨迹，如果落入预先设计的动作区则动作。测量阻抗判据的动作判断曲线包括静态稳定极限阻抗曲线和异步边界阻抗曲线两种。

图2为本发明具体实施方式的一种基于数模混合实时仿真的低励限制中长期模型建立系统的结构图，如图2所示，所述系统包括：

信号收发单元210，所述信号收发单元210用于与励磁调节控制器以及发电机组建立通信，并接励磁调节控制器和发电机组发送的测量信号；所述测量信号包括机端电压、机端电流、励磁电流、励磁调节控制电压；

进一步的，所述系统的信号收发单元210与励磁调节控制器以及所述发电机组根据预设规则进行通信连接；所述发电机组的所述机端电压经功率放大器按预设比例放大后发送至励磁调节控制器；所述发电机组的所述机端电流经功率放大器按预设比例放大后发送至励磁调节控制器；所述发电机组的所述励磁电流经接口转换箱按预设规则转变后发送至励磁调节控制器；所述励磁调节控制器的的控制电压根据所述机端电压、机端电流以及励磁电流获得，并经接口转换箱转换为数字信号后，发送至电力系统仿真平台。

低励限制参数设置单元220，所述低励限制参数设置单元220用于根据预设规则设置初始的低励限制参数，所述低励限制参数根据系统静态稳定限制以及热稳定限制确定；

进一步的，所述低励限制参数设置单元220柑橘预设的低励限制线获得初始的低励限制参数，所述低励限制线包括直线型、圆周型以及折线型；所述低励限制线在PQ平面坐标系中以预设裕度保持在所述系统静态稳定限制曲线以及热稳定限制曲线之上。

进一步的，所述静态稳定限制线在PQ平面的方程为P²+(Q-Q₀)²＝R²；其中，

x_d为发电机的同步电抗；x_s为发电机与系统间的联系电抗；U_t为机端电压；

所述热稳定限制用于限制发电机组定子端部铁芯允许的最高温度，所述热稳定限制线根据包括发电机组的类型、结构、冷却方式以及容量的因素确定。

低励限制参数调整单元230，所述低励限制参数调整单元230用于根据机端电压信号变化对所述低励限制参数进行实时调整；

进一步的，所述低励限制参数调整单元230用于根据机端电压信号进行实时调整低励限制参数的公式为

其中m为系数，Q_UEL为低励限制线上的动作阈值；U_t为机端电压；f_UEL为低励限制函数；P为有功功率。

模型建立单元240，所述模型建立单元240用于根据预设的方法获得中长期模型基本参数，所述模型建立单元240用于根据所述中长期模型基本参数以及低励限制参数建立低励限制中长期模型。

进一步的，所述模型建立单元240根据预设的方法获得中长期模型基本参数包括：根据包括大小阶跃、单相短路以及三相短路的方法获得中长期模型基本参数。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。本说明书中涉及到的步骤编号仅用于区别各步骤，而并不用于限制各步骤之间的时间或逻辑的关系，除非文中有明确的限定，否则各个步骤之间的关系包括各种可能的情况。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本公开的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本公开的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本公开还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者系统程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本公开的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本公开进行说明而不是对本公开进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本公开可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干系统的单元权利要求中，这些系统中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开精神的前提下，可以作出若干改进、修改、和变形，这些改进、修改、和变形都应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于数模混合实时仿真的低励限制中长期模型建立方法，所述方法包括：

与励磁调节控制器以及发电机组建立通信，并接收测量信号；所述测量信号包括机端电压、机端电流、励磁电流和励磁调节控制电压；

所述发电机组的所述机端电压经功率放大器按预设比例放大后发送至励磁调节控制器；所述发电机组的所述机端电流经功率放大器按预设比例放大后发送至励磁调节控制器；所述发电机组的所述励磁电流经接口转换箱按预设规则转变后发送至励磁调节控制器；所述励磁调节控制器的控制电压根据所述机端电压、机端电流以及励磁电流获得，并经接口转换箱转换为数字信号后，发送至电力系统仿真平台；

根据预设规则设置初始的低励限制参数，所述低励限制参数根据系统静态稳定限制以及热稳定限制确定；

所述初始的低励限制参数根据预设的低励限制线获得，所述低励限制线包括直线型、圆周型以及折线型；所述低励限制线在PQ平面坐标系中以预设裕度保持在系统静态稳定限制曲线以及热稳定限制曲线之上；

根据机端电压信号变化对所述低励限制参数进行实时调整；

所述低励限制参数根据机端电压信号进行实时调整的公式为

其中m为系数，Q_UEL为低励限制线上的动作阈值；U_t为机端电压；f_UEL为低励限制函数；P为有功功率；

根据预设的方法获得中长期模型基本参数，根据所述中长期模型基本参数以及低励限制参数建立低励限制中长期模型；

所述根据预设的方法获得中长期模型基本参数包括：根据包括大小阶跃、单相短路以及三相短路的方法获得中长期模型基本参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述静态稳定限制曲线在PQ平面的方程为P²+(Q-Q₀)²＝R²；其中，

x_d为发电机的同步电抗；x_s为发电机与系统间的联系电抗；U_t为机端电压；

所述热稳定限制用于限制发电机组定子端部铁芯允许的最高温度，所述热稳定限制曲线根据包括发电机组的类型、结构、冷却方式以及容量的因素确定。

3.一种基于数模混合实时仿真的低励限制中长期模型建立系统，所述系统包括：

信号收发单元，所述信号收发单元用于与励磁调节控制器以及发电机组建立通信，并接励磁调节控制器和发电机组发送的测量信号；所述测量信号包括机端电压、机端电流、励磁电流和励磁调节控制电压；

所述系统的信号收发单元与励磁调节控制器以及所述发电机组根据预设规则进行通信连接；所述发电机组的所述机端电压经功率放大器按预设比例放大后发送至励磁调节控制器；所述发电机组的所述机端电流经功率放大器按预设比例放大后发送至励磁调节控制器；所述发电机组的所述励磁电流经接口转换箱按预设规则转变后发送至励磁调节控制器；所述励磁调节控制器的控制电压根据所述机端电压、机端电流以及励磁电流获得，并经接口转换箱转换为数字信号后，发送至电力系统仿真平台；

低励限制参数设置单元，所述低励限制参数设置单元用于根据预设规则设置初始的低励限制参数，所述低励限制参数根据系统静态稳定限制以及热稳定限制确定；

所述低励限制参数设置单元根据预设的低励限制线获得初始的低励限制参数，所述低励限制线包括直线型、圆周型以及折线型；所述低励限制线在PQ平面坐标系中以预设裕度保持在系统静态稳定限制曲线以及热稳定限制曲线之上；

低励限制参数调整单元，所述低励限制参数调整单元用于根据机端电压信号变化对所述低励限制参数进行实时调整；

所述低励限制参数调整单元用于根据机端电压信号进行实时调整低励限制参数的公式为

其中m为系数，Q_UEL为低励限制线上的动作阈值；U_t为机端电压；f_UEL为低励限制函数；P为有功功率；

模型建立单元，所述模型建立单元用于根据预设的方法获得中长期模型基本参数，所述模型建立单元用于根据所述中长期模型基本参数以及低励限制参数建立低励限制中长期模型；

所述模型建立单元根据预设的方法获得中长期模型基本参数包括：根据包括大小阶跃、单相短路以及三相短路的方法获得中长期模型基本参数。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述静态稳定限制曲线在PQ平面的方程为P²+(Q-Q₀)²＝R²；其中，

x_d为发电机的同步电抗；x_s为发电机与系统间的联系电抗；U_t为机端电压；

所述热稳定限制用于限制发电机组定子端部铁芯允许的最高温度，所述热稳定限制曲线根据包括发电机组的类型、结构、冷却方式以及容量的因素确定。

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