CN112748667A - 一种利用机端电压响应曲线在线校核自动电压调节器模型参数的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用机端电压响应曲线在线校核自动电压调节器模型参数的方法，具体如下：机组投产或励磁系统改造时，对机组进行励磁系统建模试验；将建模试验录得的阶跃试验电压响应曲线数据导入数据库；分析入库曲线并计算，获取上升时间、超调量、调节时间；采样机组的机端电压、励磁电压、有功功率、无功功率；对实时采样的数据进行判断分析，判断出机组是否发生空载阶跃；对机组实时电压数据计算分析，得到实时空载阶跃曲线的上升时间、超调量和调节时间；判断自动电压调节器模型参数准确是否准确。机端电压响应由励磁模型参数决定，通过机端电压响应曲线可以间接校核励磁模型参数的正确性，具有对实时数据精度依赖低、校核精度高等优点。

Description

一种利用机端电压响应曲线在线校核自动电压调节器模型参 数的方法
技术领域
本发明涉及电力系统机网协调领域，具体涉及一种利用电压响应曲线在线校核自动电压调节器模型参数的方法。
背景技术
电力系统的仿真计算精度依赖于电网元件模型参数，其中发电机组的自动电压调节器模型参数是最重要的电网元件模型参数之一。新建机组投产或投运机组励磁系统改造后，一般由省级电科院对励磁系统建模，获取自动电压调节器的模型及参数，作为电力系统仿真计算的入库数据。
由于生产运维、设备性能等原因，自动电压调节器的模型参数在机组运行中可能会发生变化，而励磁系统的建模周期较长，所以不能及时发现励磁模型参数可能出现的变化，所以有必要提出能够对励磁模型参数在线校核的方法。
发明内容
本发明的目的是在线校核自动电压调节器的模型参数，本发明的一种利用机端电压响应曲线在线校核自动电压调节器模型参数的方法，机端电压响应由励磁模型参数决定，通过机端电压响应曲线可以间接校核励磁模型参数的正确性，具有对实时数据精度依赖低、校核精度高的优点。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现，包括以下步骤：
1)机组投产或励磁系统改造时，对机组进行励磁系统建模试验；
2)将建模试验中录得的阶跃试验电压响应曲线数据导入数据库；
3)对阶跃试验电压响应的入库曲线进行计算分析，获取上升时间tr1、超调量up1、调节时间ts1；
4)实时采样机组的机端电压u(i)、励磁电压uf(i)、有功功率P(i)、无功功率Q(i)；
5)对实时采样的数据进行判断分析，判断出机组是否发生空载阶跃；当P(i)<ky*PN&Q(i)<ky*QN&u(i)>90％uN&[u(i-3*fs)…u(i)]数据段中最大值与最小值之差大于3％uN&u(i-3*fs)<u(i)&[uf(i-3*fs)…uf(i)]数据段中最大值与最小值之差大于100％*uf(i-3*fs)&[u(i-5*fs)…u(i-3*fs)]数据段中最大值与最小值之差小于0.5％uN,ky取0.05，判断机组发生空载阶跃，记作此时的时刻为t1,将(t1-3,t1+7)时间段内的机组实时电压数据进行存储；
6)对机组实时电压数据计算分析，得到实时空载阶跃曲线的上升时间tr2、超调量up2和调节时间ts2；
7)计算|tr2-tr2|<kr&|up1-up2|<kp&|ts1-ts2|<ks是否满足，若满足，则判断自动电压调节器模型参数准确，否则，判断为自动电压调节器模型参数变化；kr取0.1，ks取2，当up1<10％时，kp取5％，否则，kp取0.5tp1。
8)根据上述计算结果，将入库的阶跃试验电压响应曲线和实时监测到机组发生空载阶跃后存储的电压响应曲线绘制并展示出来。
优选的，所述步骤3、步骤6的上升时间、超调量和调节时间的具体计算过程为：
(1)将入库的机端电压离散值记为U(1)、U(2)……U(n),离散采样频率记作f，n＝ta*f，ta为入库阶跃试验时电压响应曲线时间，ta时间段的选取要包含电压阶跃前的稳态数据和电压阶跃后的稳态数据，F取50，n取ta取15S；
(2)判断u(i+m)>u(i+m-1)是否成立,u(i+m)>u(i+m-1)，若对于某个i值，不同的m取值下，上述不等式均成立，则判断此i值处，电压开始向上阶跃，记此i值所处的时刻为tN；
(3)计算tN时刻前1S内，机端电压的平均值，记作u1；
(4)计算(tN+T1,tN+T1+1)时间段内机端电压最大值与最小值之差是否小于ka倍额定电压，若满足，求取改时间段内机端电压平均值；若满足，则判断(tN+T1-1,tN+T1)时间段内是否满足；求取满足条件的时间段内机端电压平均值，记作u2；
(5)从tN时刻采样值u(tN)开始，判断u(tN+i)-u1>＝0.9*(u2-u1)是否满足，i＝1,2…,将首次满足此不等式的值对应的时刻记作t2,上升时间为tr＝t2-tN；
(6)计算(tN,tN+T)时间段内，机端电压最大值，记作umax,T取为5S；超调量up＝(umax-u2)/u2；
(7)从tN时刻采样值u(tN)开始,判断|u(tN+i)-u2|＝0.05*(u2-u1)是否成立，将所有满足等式的i值存入数组p,读取数据中最后一个数对应的时刻值，记作t3，调节时间ts＝t3-tN。
优选的，所述步骤1中的建模实验包括空载阶跃试验：在机组转速升到3000r/min，控制机端电压为95％额定电压，利用自动电压调节器对机组进行先上后下5％的阶跃试验，向上5％阶跃后维持时间10S。
优选的，入库的阶跃试验电压响应曲线存储的点记作uy(i),其中电压开始阶跃的点记作A1点(即上升时间具体计算过程第2步中tN对应的点)，A1点往前推2S，往后推5S的所有数据作为入库曲线在界面显示；A1点前2S电压平均值(初值)记作y1,A1点往后的4S到5S数据平均值(终值)记作y2；
实时监测到机组发生空载阶跃后存储的电压响应曲线存储的点记作ux(i)，其中电压开始阶跃的点记作A2，A2点前2S电压平均值(初值)记作x1,A2点往后的4S到5S数据平均值(终值)记作x2；对A2点前2S的数据ux(i)统一加上(y1-x1)得到ux0(i)，ux0(i)＝ux(i)+(y1-x1),使得ux(i)的初值与uy(i)的初值相同；计算K＝(y2-y1)/(x2-x1)；对A2点之后的数据ux(i)，分别减去x1，记作ux1(i)＝ux(i)-x1,将ux1i乘以K，记作ux2i＝ux1i*K,将ux2(i)加上y1得到ux3(i),ux3(i)＝ux2(i)+y1,ux(i)的终值与uy(i)的终值相同，将ux0(i)和ux3(i)作为校核曲线在界面展示。
本发明的优点在于：机端电压响应由励磁模型参数决定，通过机端电压响应曲线可以间接校核励磁模型参数的正确性，具有对实时数据精度依赖低、校核精度高等优点。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1是本发明的利用电压响应曲线在线校核自动电压调节器模型参数方法的流程图。
图2是校核结果显示实例。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种利用机端电压响应曲线在线校核自动电压调节器模型参数的方法，包括以下步骤：
1)机组投产或励磁系统改造时，对机组进行励磁系统建模试验，其中包括空载阶跃试验：在机组转速升到3000r/min，控制机端电压为95％额定电压，利用自动电压调节器对机组进行先上后下5％的阶跃试验，向上5％阶跃后维持时间10S。
2)将建模试验中录得的阶跃试验电压响应曲线数据导入数据库。
3)对阶跃试验电压响应的入库曲线进行计算分析，获取上升时间tr1、超调量up1、调节时间ts1；具体计算过程为：
(1)将入库的机端电压离散值记为u(1)、U(2)……U(n),离散采样频率记作f，n＝ta*f，ta为入库阶跃试验时电压响应曲线时间，ta时间段的选取要包含电压阶跃前的稳态数据和电压阶跃后的稳态数据，F可取50，n可取ta可取15S；
(2)判断u(i+m)>u(i+m-1)是否成立,u(i+m)>u(i+m-1)，若对于某个i值，不同的m取值下，上述不等式均成立，则判断此i值处，电压开始向上阶跃，记此i值所处的时刻为为tN；
(3)计算tN时刻前1S内，机端电压的平均值，记作u1；
(4)计算(tN+T1,tN+T1+1)时间段内机端电压最大值与最小值之差是否小于ka倍额定电压，若满足，求取改时间段内机端电压平均值；若满足，则判断(tN+T1-1,tN+T1)时间段内是否满足；求取满足条件的时间段内机端电压平均值，记作u2；
(5)从tN时刻采样值u(tN)开始，判断u(tN+i)-u1>＝0.9*(u2-u1)是否满足，i＝1,2…,将首次满足此不等式的值对应的时刻记作t2,上升时间为tr＝t2-tN；
(6)计算(tN,tN+T)时间段内，机端电压最大值，记作umax,T可取为5S；超调量up＝(umax-u2)/u2；
(7)从tN时刻采样值u(tN)开始,判断|u(tN+i)-u2|＝0.05*(u2-u1)是否成立，将所有满足等式的i值存入数组p,读取数据中最后一个数对应的时刻值，记作t3，调节时间ts＝t3-tN。
4)实时采样机组的机端电压u(i)、励磁电压uf(i)、有功功率P(i)、无功功率Q(i)。
5)对实时采样的数据进行判断分析，在线判断出机组是否发生空载阶跃；具体判断过程如下：
当P(i)<ky*PN&Q(i)<ky*QN，ky取0.05，&u(i)>90％uN&[u(i-3*fs)…u(i)]数据段中最大值与最小值之差大于3％uN&u(i-3*fs)<u(i)&[uf(i-3*fs)…uf(i)]数据段中最大值与最小值之差大于100％*uf(i-3*fs)&[u(i-5*fs)…u(i-3*fs)]数据段中最大值与最小值之差小于0.5％uN,判断机组发生空载阶跃，记作此时的时刻为t1,将(t1-3,t1+7)时间段内的机组实时电压数据进行存储。
6)利用第3步的方法，对机组实时电压数据计算分析，得到实时空载阶跃曲线的上升时间tr2、超调量up2和调节时间ts2。
7)计算|tr2-tr2|<kr&|up1-up2|<kp&|ts1-ts2|<ks是否满足，若满足，则判断自动电压调节器模型参数准确，否则，判断为自动电压调节器模型参数变化；kr可取0.1，ks可取2，当up1<10％时，kp可取5％，否则，kp取0.5tp1。
8)入库的阶跃试验电压响应曲线存储的点记作uy(i),其中电压开始阶跃的点记作A1点(即上升时间具体计算过程第2步中tN对应的点)，A1点往前推2S，往后推5S的所有数据作为入库曲线在界面显示；A1点前2S电压平均值(初值)记作y1,A1点往后的4S到5S数据平均值(终值)记作y2；
实时监测到机组发生空载阶跃后存储的电压响应曲线存储的点记作ux(i)，其中电压开始阶跃的点记作A2，A2点前2S电压平均值(初值)记作x1,A2点往后的4S到5S数据平均值(终值)记作x2；对A2点前2S的数据ux(i)统一加上(y1-x1)得到ux0(i)，ux0(i)＝ux(i)+(y1-x1),使得ux(i)的初值与uy(i)的初值相同；计算K＝(y2-y1)/(x2-x1)；对A2点之后的数据ux(i)，分别减去x1，记作ux1(i)＝ux(i)-x1,将ux1i乘以K，记作ux2i＝ux1i*K,将ux2(i)加上y1得到ux3(i),ux3(i)＝ux2(i)+y1,ux(i)的终值与uy(i)的终值相同，将ux0(i)和ux3(i)作为校核曲线在界面展示。

Claims (4)

1.一种利用机端电压响应曲线在线校核自动电压调节器模型参数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)机组投产或励磁系统改造时，对机组进行励磁系统建模试验；
2)将建模试验中录得的阶跃试验电压响应曲线数据导入数据库；
3)对阶跃试验电压响应的入库曲线进行计算分析，获取上升时间tr1、超调量up1、调节时间ts1；
4)实时采样机组的机端电压u(i)、励磁电压uf(i)、有功功率P(i)、无功功率Q(i)；
5)对实时采样的数据进行判断分析，判断出机组是否发生空载阶跃；当P(i)<ky*PN&Q(i)<ky*QN&u(i)>90％uN&[u(i-3*fs)…u(i)]数据段中最大值与最小值之差大于3％uN&u(i-3*fs)<u(i)&[uf(i-3*fs)…uf(i)]数据段中最大值与最小值之差大于100％*uf(i-3*fs)&[u(i-5*fs)…u(i-3*fs)]数据段中最大值与最小值之差小于0.5％uN,ky取0.05，判断机组发生空载阶跃，记作此时的时刻为t1,将(t1-3,t1+7)时间段内的机组实时电压数据进行存储；
6)对机组实时电压数据计算分析，得到实时空载阶跃曲线的上升时间tr2、超调量up2和调节时间ts2；
7)计算|tr2-tr2|<kr&|up1-up2|<kp&|ts1-ts2|<ks是否满足，若满足，则判断自动电压调节器模型参数准确，否则，判断为自动电压调节器模型参数变化；kr取0.1，ks取2，当up1<10％时，kp取5％，否则，kp取0.5tp1；
8)根据上述计算结果，将入库的阶跃试验电压响应曲线和实时监测到机组发生空载阶跃后存储的电压响应曲线绘制并展示出来。
2.根据权利要求1所述的利用机端电压响应曲线在线校核自动电压调节器模型参数的方法，其特征在于，所述步骤3、步骤6的上升时间、超调量和调节时间的具体计算过程为：
(1)将入库的机端电压离散值记为U(1)、U(2)……U(n),离散采样频率记作f，n＝ta*f，ta为入库阶跃试验时电压响应曲线时间，ta时间段的选取要包含电压阶跃前的稳态数据和电压阶跃后的稳态数据，F取50，ta取15S；
(2)判断u(i+m)>u(i+m-1)是否成立,m＝(1,2…10),i＝1,2…n，若对于某个i值，不同的m取值下，上述不等式均成立，则判断此i值处，电压开始向上阶跃，记此i值所处的时刻为tN；
(3)计算tN时刻前1S内，机端电压的平均值，记作u1；
(4)计算(tN+T1,tN+T1+1)时间段内机端电压最大值与最小值之差是否小于ka倍额定电压，若满足，求取改时间段内机端电压平均值；若不满足，则将上述时间段换做往前的1S时间段进行判断，直至该时间段内机端电压最大值与最小值之差小于ka倍额定电压，并求取该时间段内机端电压平均值，记作u2；T1取18S.
(5)从tN时刻采样值u(tN)开始，判断u(tN+i)-u1>＝0.9*(u2-u1)是否满足，i＝1,2…,将首次满足此不等式的值对应的时刻记作t2,上升时间为tr＝t2-tN；
(6)计算(tN,tN+T)时间段内，机端电压最大值，记作umax,T取为5S；超调量up＝(umax-u2)/u2；
(7)从tN时刻采样值u(tN)开始,判断|u(tN+i)-u2|＝0.05*(u2-u1)是否成立，将所有满足等式的i值存入数组p,读取数据中最后一个数对应的时刻值，记作t3，调节时间ts＝t3-tN。
3.根据权利要求1所述的利用机端电压响应曲线在线校核自动电压调节器模型参数的方法，其特征在于，所述步骤1中的建模实验包括空载阶跃试验：在机组转速升到3000r/min，控制机端电压为95％额定电压，利用自动电压调节器对机组进行先上后下5％的阶跃试验，向上5％阶跃后维持时间10S。
4.根据权利要求1所述的利用机端电压响应曲线在线校核自动电压调节器模型参数的方法，其特征在于，所述步骤8中具体绘制步骤如下：
入库的阶跃试验电压响应曲线存储的点记作uy(i),其中电压开始阶跃的点记作A1点，即上升时间具体计算过程第2步中tN对应的点，A1点往前推2S，往后推5S的所有数据作为入库曲线在界面显示；A1点前2S电压平均值，即初值，记作y1,A1点往后的4S到5S数据平均值，即终值，记作y2；
实时监测到机组发生空载阶跃后存储的电压响应曲线存储的点记作ux(i)，其中电压开始阶跃的点记作A2，A2点前2S电压平均值，即初值，记作x1,A2点往后的4S到5S数据平均值，即终值，记作x2；对A2点前2S的数据ux(i)统一加上(y1-x1)得到ux0(i)，ux0(i)＝ux(i)+(y1-x1),使得ux(i)的初值与uy(i)的初值相同；计算K＝(y2-y1)/(x2-x1)；对A2点之后的数据ux(i)，分别减去x1，记作ux1(i)＝ux(i)-x1,将ux1i乘以K，记作ux2i＝ux1i*K,将ux2(i)加上y1得到ux3(i),ux3(i)＝ux2(i)+y1, ux(i)的终值与uy(i)的终值相同，将ux0(i)和ux3(i)作为校核曲线在界面展示。
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谷志锋: "同步发电机励磁系统自动电压调节器通用测试系统的设计", 《工矿自动化》 *

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