CN112366715B - 一种确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的方法及系统，包括：确定发电机的不同励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度，根据轨迹灵敏度分析每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度；以保持系统暂态电压稳定性为约束，将发电机组的每个励磁参数按预设的步长间隔在各励磁参数的取值范围内多次取值，获取每个励磁参数在不同取值下电力系统故障后母线电压的最低值和电压恢复时间，根据母线电压的最低值和电压恢复时间确定每个励磁参数的最优取值；根据每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度和每个励磁参数的最优取值，确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，并以所述指标为参考，调整优化发电机励磁参数。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，并且更具体地，涉及一种确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的方法及系统。
背景技术
十三五期间，特高压交直流输电工程进入快速的发展和建设时期，风电和光伏等新能源大量并网，远距离跨区输电规模持续增长，电网格局和电源结构重大改变，华东电网、山东电网、广东电网受电比例越来越大，“强直弱交”特征突出，电网特性发生深刻变化，交直流系统相互作用以及动态负荷的日益增长，受端电网电压稳定问题越来越突出，动态无功不足导致局部电压失稳向全局电压崩溃的安全稳定风险显著增大。
近年来，世界范围内发生了多起暂态电压失稳事故，受端电网电压支撑能力不足是众多失稳原因之一。同步发电机提供无功功率的能力对于防止电力系统电压失稳事故的发生非常关键，而发电机的无功功率很大程度上受机组励磁系统影响。电力系统遭受扰动后，发电机励磁系统根据机端电压的变化，自动调节励磁电流使发电机端电压维持在一定的水平，从而提高电力系统的电压稳定性。显见，发电机励磁系统动态及其限制环节是影响系统电压稳定性的一个重要因素。
同步发电机提供无功功率的能力对于防止电力系统电压失稳事故的发生非常关键，励磁系统是连接发电机组和电网的重要环节，对稳定机组运行和维持电力系统电压稳定具有重要作用，其模型参数是网源协调的主要内容之一。电力系统遭受扰动后，发电机励磁系统根据机端电压变化，自动调节励磁电流使发电机端电压维持在给定的水平，从而提高电力系统的电压稳定程度，发电机的励磁系统是提高电力系统电压稳定性最有效和最经济的控制手段。
励磁参数是构成励磁系统的基础，其参数整定是网源协调的重要内容。因此，励磁参数对系统电压稳定性的影响不容忽视，而不同的励磁参数对系统动态过程的影响并不相同，明确各励磁参数对系统暂态电压稳定性的影响对指导电网运行及采取有效的控制措施具有一定的参考价值。但是目前的研究大多关注单一励磁参数对于系统暂态电压稳定性的影响，对于包含多种励磁参数的励磁系统对暂态电压稳定性影响的综合评价并无相关评价指标。
因此，需要一种确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的方法。
发明内容
本发明提出一种确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的方法及系统，以解决如何确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的方法，所述方法包括：
确定发电机的不同励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度，并根据所述轨迹灵敏度分析每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度；
以保持系统暂态电压稳定性为约束，将发电机组的每个励磁参数按预设的步长间隔在各励磁参数的取值范围内多次取值，获取每个励磁参数在不同取值下电力系统故障后母线电压的最低值和电压恢复时间，并根据母线电压的最低值和电压恢复时间确定每个励磁参数的最优取值；
根据每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度和每个励磁参数的最优取值，确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，并以所述暂态电压稳定控制性能指标为参考，调整优化发电机励磁参数，以提升系统暂态电压稳定性。
优选地，其中所述励磁参数包括：励磁调差系数Xc、调压器放大倍数Ka、放大环节时间常数Ta、PID环节时间常数T2、与换相电抗相关的整流器负荷系数Kc以及PSS放大倍数Kp。
优选地，其中所述方法利用如下公式确定每个励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度，包括：
其中，为变量x对参数α的绝对轨迹灵敏度，x为选择的N-1故障期间的母线电压，α为励磁参数。
优选地，其中利用如下方式根据所述轨迹灵敏度分析每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度，包括：
其中，tk(k＝1,2,…,N)为轨迹灵敏度的采样时刻；为变量x对参数α的绝对轨迹灵敏度在t＝tk时刻的值；N为轨迹灵敏度的采样总点数，为仿真时长与采样周期的比值；/>为参数对轨迹影响程度的总体评价。
优选地，其中所述根据每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度和每个励磁参数的最优取值，确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，包括：
其中，K为发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，K的值越小，则表明发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能越强，越有利于故障后系统暂态电压的稳定；为扰动后各励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度的绝对值的平均值；αi为第i个励磁参数的当前实际取值；αio为第i个励磁参数的最优取值；M为励磁参数的数量。
根据本发明的另一个方面，提供了一种确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的系统，所述系统包括：
灵敏度影响程度确定单元，用于确定发电机的不同励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度，并根据所述轨迹灵敏度分析每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度；
最优值确定单元，用于以保持系统暂态电压稳定性为约束，将发电机组的每个励磁参数按预设的步长间隔在各励磁参数的取值范围内多次取值，获取每个励磁参数在不同取值下电力系统故障后母线电压的最低值和电压恢复时间，并根据母线电压的最低值和电压恢复时间确定每个励磁参数的最优取值；
暂态电压稳定控制性能确定单元，用于根据每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度和每个励磁参数的最优取值，确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，并以所述暂态电压稳定控制性能指标为参考，调整优化发电机励磁参数，以提升系统暂态电压稳定性。
优选地，其中所述励磁参数包括：励磁调差系数Xc、调压器放大倍数Ka、放大环节时间常数Ta、PID环节时间常数T2、与换相电抗相关的整流器负荷系数Kc以及PSS放大倍数Kp。
优选地，其中所述灵敏度影响程度确定单元，利用如下公式确定每个励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度，包括：
其中，为变量x对参数α的绝对轨迹灵敏度，x为选择的N-1故障期间的母线电压，α为励磁参数。
优选地，其中所述灵敏度影响程度确定单元，利用如下方式根据所述轨迹灵敏度分析每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度，包括：
其中，tk(k＝1,2,…,N)为轨迹灵敏度的采样时刻；为变量x对参数α的绝对轨迹灵敏度在t＝tk时刻的值；N为轨迹灵敏度的采样总点数，为仿真时长与采样周期的比值；/>为参数对轨迹影响程度的总体评价。
优选地，其中所述暂态电压稳定控制性能确定单元，根据每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度和每个励磁参数的最优取值，确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，包括：
其中，K为发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，K的值越小，则表明发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能越强，越有利于故障后系统暂态电压的稳定；为扰动后各励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度的绝对值的平均值；αi为第i个励磁参数的当前实际取值；αio为第i个励磁参数的最优取值；M为励磁参数的数量。
本发明提供了一种确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的方法及系统，考虑了不同励磁参数对于系统暂态电压稳定性的影响程度的不同，通过绝对轨迹灵敏度来确定励磁参数对于系统暂态电压稳定性的影响程度，考虑了励磁参数的实际取值与保持系统暂态电压稳定的最优取值的偏差，综合评价包括多个励磁参数的励磁系统对系统暂态电压稳定性的影响；本发明的方法能够准确地确定同步发电机励磁系统对暂态电压稳定的控制性能，能够据此改善机组励磁参数来提升受端电网的暂态电压稳定性，并为电力系统规划和运行提供重要参考依据。
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为根据本发明实施方式的确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的方法的流程图；
图3为根据本发明实施方式的潍坊3号发电机励磁参数对电压的轨迹灵敏度的示意图；
图4为根据本发明实施方式的莱州电厂1号发电机励磁参数对电压的轨迹灵敏度的示意图；
图5为根据本发明实施方式的确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的系统500的结构示意图。
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为根据本发明实施方式的确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的方法100，从步骤101处开始，在步骤101确定发电机的不同励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度，并根据所述轨迹灵敏度分析每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度。
优选地，其中所述励磁参数包括：励磁调差系数Xc、调压器放大倍数Ka、放大环节时间常数Ta、PID环节时间常数T2、与换相电抗相关的整流器负荷系数Kc以及PSS放大倍数Kp。
优选地，其中所述方法利用如下公式确定每个励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度，包括：
其中，为变量x对参数α的绝对轨迹灵敏度，x为选择的N-1故障期间的母线电压，α为励磁参数。
优选地，其中利用如下方式根据所述轨迹灵敏度分析每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度，包括：
其中，tk(k＝1,2,…,N)为轨迹灵敏度的采样时刻；为变量x对参数α的绝对轨迹灵敏度在t＝tk时刻的值；N为轨迹灵敏度的采样总点数，为仿真时长与采样周期的比值；/>为参数对轨迹影响程度的总体评价。
在本发明的实施方式中，通过计算同步发电机励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度，来量化确定励磁参数的变化对于系统暂态电压稳定性的影响程度。
其中，电力系统暂态电压稳定的数学模型可以化简为：
其中，x为系统的状态变量，如发电机功角；y为代数变量，如母线电压；α为系统参数。
上述公式的解轨迹记为x(α,t)、y(α,t)，轨迹灵敏度可以用来描述系统参数α的微小变化对变量动态轨迹变化的影响程度。若α为发电机励磁参数，y(α,t)为母线电压，则对应的轨迹灵敏度可以反映励磁参数变化对母线电压的影响程度。而电力系统经历扰动后，母线电压的动态变化可直观体现系统的暂态电压稳定特性，因此常被作为暂态电压稳定判据。所以扰动后发电机励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度可表征励磁参数对系统暂态电压稳定性的影响程度，扰动可以是常见的N-1故障。
系统灵敏度通常有3种表达形式，分别是绝对灵敏度、半相对灵敏度、相对灵敏度。其中绝对灵敏度是因变量对自变量敏感程度的直接表达；半相对灵敏度是自变量变化百分之一时，因变量的增量；相对灵敏度是因变量相对增量与自变量相对增量之比。由于本发明旨在确定发电机励磁参数在其整个调节范围内取值的变化对于系统暂态电压稳定性的影响，若采用相对灵敏度，则可能出现同一参数在不同取值附近变化时，造成系统因变量同样的变化量却得出截然不同的灵敏度，因此，本发明采用绝对灵敏度进行计算分析。
轨迹灵敏度的计算通常分为解析法和摄动法。对于大规模电力系统，由于系统结构复杂、方程维数高，参数解析灵敏度的求解变得非常困难，很难得到各参数灵敏度的结果。因此，对于复杂电力系统，本发明优先使用摄动法进行求解，该方法简单易行，无需对系统进行线性化处理，也无需考虑变量间的关系和系统的结构特点，可以很方便地得到参数灵敏度的近似值，避免了解析法繁琐的数值积分过程，公式如下：
其中，为变量x对参数α的绝对轨迹灵敏度。本发明要研究励磁参数对于系统暂态电压稳定性的影响，x为选择的N-1故障期间的母线电压，α为励磁参数。
为使各参数轨迹灵敏度的大小更加直观和清晰，便于分析比较，以轨迹灵敏度的绝对值的平均值作为参考，计算公式如下：
其中，tk(k＝1,2,…,N)为轨迹灵敏度的采样时刻；为变量x对参数α的绝对轨迹灵敏度在t＝tk时刻的值；N为轨迹灵敏度的采样总点数，为仿真时长与采样周期的比值；/>体现了系统参数对变量轨迹的综合影响，是参数对轨迹影响程度的总体评价，其值大小反映了参数对变量影响的程度，其值越大，说明参数对变量的整体影响也越大，反之越小。
在步骤102，以保持系统暂态电压稳定性为约束，将发电机组的每个励磁参数按预设的步长间隔在各励磁参数的取值范围内多次取值，获取每个励磁参数在不同取值下电力系统故障后母线电压的最低值和电压恢复时间，并根据母线电压的最低值和电压恢复时间确定每个励磁参数的最优取值；M为励磁参数的数量。
在本发明的实施方式中，将发电机各励磁参数以一定步长间隔在其取值范围内取值若干次，通过比较不同取值下故障扰动后母线电压的跌落程度与恢复时间来确定励磁参数变化对系统暂态电压稳定性的影响趋势。
本发明的实施方式在通过计算轨迹灵敏度指标确定发电机励磁参数对于系统暂态电压稳定性的影响程度后，还需要确定当发电机励磁参数改变时系统暂态电压稳定性的变化趋势，以确定各励磁参数的最优取值。
电力系统发生故障时，故障后电压的跌落程度与恢复时间对系统暂态电压稳定性具有重要影响。为进一步分析发电机励磁参数对系统暂态电压稳定水平影响的变化规律，分别将发电机各励磁参数以一定步长间隔在其取值范围内取值若干次，例如可在励磁参数取值范围内五次，步长大小设置为参数变化范围的25％，记录比较励磁参数取不同值时故障切除后电压的最低值与恢复时间(故障切除时刻起至电压恢复到0.9pu所需的时间)的变化情况。
在步骤103，根据每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度和每个励磁参数的最优取值，确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，并以所述暂态电压稳定控制性能指标为参考，调整优化发电机励磁参数，以提升系统暂态电压稳定性。
优选地，其中所述根据每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度和每个励磁参数的最优取值，确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，包括：
其中，K为发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，K的值越小，则表明发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能越强，越有利于故障后系统暂态电压的稳定；为扰动后各励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度的绝对值的平均值；αi为第i个励磁参数的当前实际取值；αio为第i个励磁参数的最优取值；M为励磁参数的数量。
在本发明的实施方式中，基于前述计算分析内容，以不同励磁参数轨迹灵敏度绝对值的平均值为权重系数，该权重系数乘以各参数的实际值与最优值的差值绝对值之和作为发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标。
具体地，基于前述计算分析内容，以不同励磁参数轨迹灵敏度平均值绝对值为权重系数，该系数乘以各参数的实际值与最优值的差值绝对值之和作为发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，包括：通过第一部分的轨迹灵敏度分析，可以得到同步发电机各励磁参数对系统暂态电压稳定性的影响程度；通过第二部分分析，对比同一励磁参数在不同取值时故障后母线电压的跌落程度与恢复时间，可在各励磁参数取值范围内找到该励磁参数的最优取值。
以不同励磁参数轨迹灵敏度平均值绝对值为权重系数，该系数乘以各参数的实际值与最优值的差值绝对值之和作为发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标K：
其中，K为发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标；为扰动后各励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度的绝对值的平均值；αi为第i个励磁参数的当前实际取值；αio为第i个励磁参数的最优取值。K值考虑了不同励磁参数对于系统暂态电压稳定的影响程度，影响越大的励磁参数在该指标中所占权重越大，反之，越小。|αi-αio|则考虑了励磁参数当前值与最优值的偏离程度。K值大小可反映多个励磁参数对于系统暂态电压稳定性的综合影响，其值越小，表示该发电机的暂态电压稳定控制性能越强，越有利于故障后系统暂态电压稳定。
图2为根据本发明实施方式的确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的方法的流程图。如图2所示，确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的方法包括：计算绝对轨迹灵敏度，确定励磁参数变化对暂态电压稳定性的影响程度；对比励磁参数取不同值时的故障切除后电压的最低值与恢复时间，根据电压的最低值和恢复时间确定励磁参数保持系统暂态电压稳定的最优值；以励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度绝对值的平均值我权重，结合各励磁参数实际取值与最优取值的偏差求取同步发电机暂态电压稳定励磁控制参数性能评价指标；以确定的指标为参考，调整优化发电机励磁参数，以提高系统暂态电压稳定性。
本发明的方法综合考虑了同步发电机各励磁参数对系统暂态电压稳定性影响程度的差异，通过计算所提量化指标来评估发电机各励磁参数对于系统暂态电压稳定性的影响，基于此可改善机组励磁参数来提升受端电网的暂态电压稳定性，并为电力系统规划和运行提供重要参考依据。
以下具体举例说明本发明的实施方式
下面结合互联大电网实例对本发明提出的发电机暂态电压稳定励磁控制参数性能评估方法的具体实施方法作进一步详细描述。
以某年底华北电网的结构为基础，包含了由国家电网调度控制中心统一提供的该年度电网数据。考虑以山东电网暂态电压稳定问题最为严重的丰平大运行方式计算，山东电网负荷水平为75352MW，山东电网总受电量为36786MW。计算程序使用中国电力科学研究院的电力系统综合分析程序PSASP7.41.04版。
算例中山东电网同步发电机采用交轴次暂态电势变化的5阶模型并考虑自动励磁调节器和调速器的影响。本算例评估的发电机励磁系统参数包括励磁调差系数Xc(取值范围为-0.1～0.1)、调压器放大倍数Ka(取值范围为50～500)、放大环节时间常数Ta(取值范围为0.01～0.5)、PID环节时间常数T2(取值范围为0.1～100)、与换相电抗相关的整流器负荷系数Kc(取值范围为0.1～0.7)以及电力系统稳定器PSS放大倍数Kp(取值范围为0.1～100)。山东电网负荷模型为50％感应电动机加50％恒定阻抗的综合负荷模型，其中感应电动机的模型标幺参数为：定子漏电抗x1＝0.18，转子漏电抗x2＝0.12。
由于山东电网发电机数目众多，容量及模型参数组号不尽相同，为使分析结果具有一般性，对山东电网各主要发电机励磁参数进行轨迹灵敏度分析，包括潍坊、莱州、羊口、青岛等电厂的同步发电机。以扎青直流广固高端换流站母线电压为电压轨迹变量，以N-1故障作为系统扰动源，设为最严重的邢台至泉城1000kV一回线路邢台侧发生三相永久性短路故障，故障时刻为1s，通过设置不同的故障切除时间来控制系统在故障后的稳定形态，仿真时长为10s。
首先，观察N-1故障后山东电网能够保持暂态电压稳定时单一机组励磁参数对于系统暂态电压稳定性的影响，故障切除时间设置为90ms。仿真方法为通过改变单一机组的励磁参数，计算得到各励磁参数对于广固高端换流站母线电压的轨迹灵敏度曲线及轨迹灵敏度的绝对值平均值。
表1潍坊3号发电机励磁参数对电压轨迹灵敏度绝对值的平均值(/10-2)
| Xc | Ka | Ta | T2 | Kc | Kp |
| 1.71 | 2.55 | 26.97 | 2.25 | 2.60 | 1.25 |
表2莱州电厂1号发电机励磁参数对电压轨迹灵敏度绝对值的平均值(/10-3)
| Xc | Ka | Ta | T2 | Kc | Kp |
| 1.87 | 5.34 | 309.43 | 13.55 | 28.64 | 2.59 |
其中，以鲁潍坊厂3号机组、莱州电厂1号机组为例，各励磁参数的轨迹灵敏度及轨迹灵敏度绝对值的平均值分别如图3、图4及表1、表2所示。
整体来看，两台机组励磁参数中放大环节时间常数Ta对电压轨迹灵敏度绝对值的平均值最大，其变化对于系统暂态电压稳定性的影响较大；其余励磁参数对于系统暂态电压稳定性的影响程度相近，其中励磁调差系数Xc和电力系统稳定器PSS放大倍数Kp影响程度较小。
为进一步获得发电机励磁参数在保持系统暂态电压稳定性的最优取值，首先分别将发电机各励磁参数以一定步长间隔在其取值范围内取值五次，步长大小设置为参数变化范围的25％，记录故障切除后电压的最低值与恢复时间的变化情况。计算条件与前一节相同，以莱州电厂1号机组为例，计算结果如表3所示。
表3发电机励磁参数对故障切除后最低电压与电压恢复时间的影响
在上表分析基础上，进一步求得能够保持系统暂态电压稳定的励磁参数最优取值，以鲁潍坊厂3号机组、莱州电厂1号机组为例，如表4所示。
表4发电机最优励磁参数
| 发电机名称 | Xc | Ka | Ta | T2 | Kc | Kp |
| 潍坊3号 | -0.1 | 500 | 0.01 | 10 | 0.1 | 0.1 |
| 莱州1号 | -0.05 | 500 | 0.01 | 5 | 0.1 | 0.1 |
基于表5数据，结合各发电机在运行点处各励磁参数对母线电压轨迹灵敏度平均值绝对值，通过K值计算公式计算不同运行方式下发电机的励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标K值，结果图表5。
表5不同运行方式下发电机K值及故障后母线电压最低值和恢复时间
| 运行方式序号 | 潍坊3号机组K/10-2 | 莱州1号机组K/10-2 | Vmin/p.u | △T/ms |
| 1 | 0 | 0 | 0.64844 | 1.19 |
| 2 | 0 | 15.19 | 0.63946 | 1.23 |
| 3 | 3.936 | 0 | 0.6387 | 1.23 |
| 4 | 6.9585 | 12.901 | 0.62698 | 1.33 |
由上表可知，不同运行方式下，当发电机的暂态电压稳定控制性能指标K值越小时，N-1故障后母线电压的最低值越高，故障切除后恢复时间也越快，相应的，系统暂态电压稳定性也越好。
通过大量仿真数据对比分析，本文所提暂态电压稳定控制性能量化指标K值的大小可以综合评估同步发电机的各励磁参数对系统暂态电压稳定性的影响。
图5为根据本发明实施方式的确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的系统500的结构示意图。如图5所示，本发明实施方式提供的确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的系统500，包括：灵敏度影响程度确定单元501、最优值确定单元502和暂态电压稳定控制性能确定单元503。
优选地，所述灵敏度影响程度确定单元501，用于确定发电机的不同励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度，并根据所述轨迹灵敏度分析每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度。
优选地，其中所述励磁参数包括：励磁调差系数Xc、调压器放大倍数Ka、放大环节时间常数Ta、PID环节时间常数T2、与换相电抗相关的整流器负荷系数Kc以及PSS放大倍数Kp。
优选地，其中所述灵敏度影响程度确定单元501，利用如下公式确定每个励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度，包括：
其中，为变量x对参数α的绝对轨迹灵敏度，x为选择的N-1故障期间的母线电压，α为励磁参数。
优选地，其中所述灵敏度影响程度确定单元501，利用如下方式根据所述轨迹灵敏度分析每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度，包括：
其中，tk(k＝1,2,…,N)为轨迹灵敏度的采样时刻；为变量x对参数α的绝对轨迹灵敏度在t＝tk时刻的值；N为轨迹灵敏度的采样总点数，为仿真时长与采样周期的比值；/>为参数对轨迹影响程度的总体评价。
优选地，所述最优值确定单元502，用于以保持系统暂态电压稳定性为约束，将发电机组的每个励磁参数按预设的步长间隔在各励磁参数的取值范围内多次取值，获取每个励磁参数在不同取值下电力系统故障后母线电压的最低值和电压恢复时间，并根据母线电压的最低值和电压恢复时间确定每个励磁参数的最优取值。
优选地，所述暂态电压稳定控制性能确定单元503，用于根据每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度和每个励磁参数的最优取值，确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，并以所述暂态电压稳定控制性能指标为参考，调整优化发电机励磁参数，以提升系统暂态电压稳定性。
优选地，其中所述暂态电压稳定控制性能确定单元503，根据每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度和每个励磁参数的最优取值，确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，包括：
其中，K为发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，K的值越小，则表明发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能越强，越有利于故障后系统暂态电压的稳定；为扰动后各励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度的绝对值的平均值；αi为第i个励磁参数的当前实际取值；αio为第i个励磁参数的最优取值；M为励磁参数的数量。
本发明的实施例的确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的系统500与本发明的另一个实施例的确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的方法100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：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应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的方法，其特征在于，所述方法包括：
确定发电机的不同励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度，并根据所述轨迹灵敏度分析每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度；
以保持系统暂态电压稳定性为约束，将发电机组的每个励磁参数按预设的步长间隔在各励磁参数的取值范围内多次取值，获取每个励磁参数在不同取值下电力系统故障后母线电压的最低值和电压恢复时间，并根据母线电压的最低值和电压恢复时间确定每个励磁参数的最优取值；
根据每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度和每个励磁参数的最优取值，确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，并以所述暂态电压稳定控制性能指标为参考，调整优化发电机励磁参数，以提升系统暂态电压稳定性；
其中，所述根据每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度和每个励磁参数的最优取值，确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，包括：
其中，K为发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，K的值越小，则表明发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能越强，越有利于故障后系统暂态电压的稳定；为扰动后各励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度的绝对值的平均值；αi为第i个励磁参数的当前实际取值；αio为第i个励磁参数的最优取值；M为励磁参数的数量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述励磁参数包括：励磁调差系数Xc、调压器放大倍数Ka、放大环节时间常数Ta、PID环节时间常数T2、与换相电抗相关的整流器负荷系数Kc以及PSS放大倍数Kp。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法利用如下公式确定每个励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度，包括：
其中，为变量x对参数α的绝对轨迹灵敏度，x为选择的N-1故障期间的母线电压，α为励磁参数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用如下方式根据所述轨迹灵敏度分析每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度，包括：
其中，tk(k＝1,2,…,N)为轨迹灵敏度的采样时刻；为变量x对参数α的绝对轨迹灵敏度在t＝tk时刻的值；N为轨迹灵敏度的采样总点数，为仿真时长与采样周期的比值；为参数对轨迹影响程度的总体评价。
5.一种确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能的系统，其特征在于，所述系统包括：
灵敏度影响程度确定单元，用于确定发电机的不同励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度，并根据所述轨迹灵敏度分析每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度；
最优值确定单元，用于以保持系统暂态电压稳定性为约束，将发电机组的每个励磁参数按预设的步长间隔在各励磁参数的取值范围内多次取值，获取每个励磁参数在不同取值下电力系统故障后母线电压的最低值和电压恢复时间，并根据母线电压的最低值和电压恢复时间确定每个励磁参数的最优取值；
暂态电压稳定控制性能确定单元，用于根据每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度和每个励磁参数的最优取值，确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，并以所述暂态电压稳定控制性能指标为参考，调整优化发电机励磁参数，以提升系统暂态电压稳定性；
其中，所述暂态电压稳定控制性能确定单元，根据每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度和每个励磁参数的最优取值，确定发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，包括：
其中，K为发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能指标，K的值越小，则表明发电机励磁系统的暂态电压稳定控制性能越强，越有利于故障后系统暂态电压的稳定；为扰动后各励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度的绝对值的平均值；αi为第i个励磁参数的当前实际取值；αio为第i个励磁参数的最优取值；M为励磁参数的数量。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述励磁参数包括：励磁调差系数Xc、调压器放大倍数Ka、放大环节时间常数Ta、PID环节时间常数T2、与换相电抗相关的整流器负荷系数Kc以及PSS放大倍数Kp。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述灵敏度影响程度确定单元，利用如下公式确定每个励磁参数对母线电压的轨迹灵敏度，包括：
其中，为变量x对参数α的绝对轨迹灵敏度，x为选择的N-1故障期间的母线电压，α为励磁参数。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述灵敏度影响程度确定单元，利用如下方式根据所述轨迹灵敏度分析每个励磁参数的对系统暂态电压稳定性的影响程度，包括：
其中，tk(k＝1,2,…,N)为轨迹灵敏度的采样时刻；为变量x对参数α的绝对轨迹灵敏度在t＝tk时刻的值；N为轨迹灵敏度的采样总点数，为仿真时长与采样周期的比值；为参数对轨迹影响程度的总体评价。
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