CN201150044Y

CN201150044Y - 一种同步发电机励磁系统辨识信号产生装置

Info

Publication number: CN201150044Y
Application number: CNU2008200653243U
Authority: CN
Inventors: 文劲宇; 王少荣; 蔡敏; 孙建波; 李大虎; 孙海顺; 程时杰
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology; State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology; State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Priority date: 2008-01-17
Filing date: 2008-01-17
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2018-01-17

Abstract

本实用新型公开了一种同步发电机励磁系统辨识信号产生装置，包括电源单元(7)、信号产生单元(8)和控制单元(9)；电源单元为其它二个单元提供所需的工作电源；信号产生单元分别与发电机机端三相电压和中性点相接，并根据控制单元提供的控制信号将励磁系统模型辨识试验所需的辨识信号叠加到发电机端电压信号中，再分别将叠加有辨识信号的四个综合信号接入的励磁系统的输入端口；控制单元用于产生伪随机信号或阶跃信号，提供给信号产生单元，或者直接从输出信号端口输出。本实用新型为电力系统提供了一种新的试验装置，它不但解决了对没有预留外加信号输入端口的发电机进行励磁系统模型辨识试验的难题，而且精简了试验设备，提高了试验效率。

Description

一种同步发电机励磁系统辨识信号产生装置

技术领域

本实用新型属于电力系统领域，具体涉及一种同步发电机励磁系统辨识信号产生装置。

背景技术

电力系统数字仿真是保障电力系统安全稳定运行的重要手段之一，其中，同步发电机励磁系统的数学模型是进行电力系统数字仿真的基础。过去，同步发电机励磁系统的模型采用的典型结构和参数，与实际发电机并不对应。随着电力系统规模的扩大，需要采用与实际发电机组对应的励磁系统模型，这就需要对发电机进行励磁系统模型辨识试验。

“发电机励磁系统建模与参数辨识综述”(贺仁睦，沈峰，韩冬，韩志勇.电网技术，2007，Vol.31，No.14，pp62～67)一文给出了现有的同步发电机励磁系统建模测试试验的主要方法有频域法和时域法。频域法是在励磁控制器的输入端叠加伪随机信号，时域法是叠加阶跃信号，通过测试发电机输出响应特性进行励磁系统建模。因此，辨识信号的产生和输入是励磁系统建模试验中非常重要的步骤，目前辨识信号的输入主要有两种方法，一是发电机励磁系统预留有外加信号输入端口，可以将辨识信号直接从这个端口输入到发电机中；二是某些新型的励磁系统的控制单元自带辨识试验功能，无需从外部输入测试信号。

但是，对于电力系统中的很多实际运行的发电机，原来并没有预留辨识信号的输入端口，同时其控制单元也没有提供辨识试验功能，无法采用参考文献中给出的辨识信号输入方法，给励磁系统辨识试验带来了较大的困难。

发明内容

本实用新型的目的在于提供的一种同步发电机励磁系统辨识信号产生装置，该装置可以对没有预留外加信号端口而且励磁系统控制单元也没有自带辨识试验功能的同步发电机进行励磁系统模型辨识试验。

本实用新型提供的同步发电机励磁系统辨识信号产生装置，其特征在于：该装置包括电源单元、信号产生单元和控制单元；

电源单元为信号产生单元和控制单元提供所需的工作电源；

信号产生单元的四个信号输入端口分别接发电机机端三相电压信号和中性点信号，并根据控制单元提供的控制信号将励磁系统模型辨识试验所需的辨识信号叠加到发电机端电压信号中，再分别将叠加有辨识信号的四个综合信号输出至励磁系统；

控制单元用于产生伪随机信号或阶跃信号，提供给信号产生单元，或者直接从输出信号端口输出。

作为本实用新型的优选方案，上述信号产生单元包括三个构成相同的电阻开关组件，各电阻开关组件均包括依次串联的第一、第二和第三电阻，第一、第二和第三电阻分别与第一、第二和第三开关并联，串联后的电阻与第四开关并联，第四电阻与第三电阻串联；各电阻开关组件的第一电阻的另一端分别与发电机机端三相电压相接，三个第四电阻的另一端连接在一起，并与发电机机端的中性点相接，并接入励磁系统的对应的输入端口，各电阻开关组件的第三电阻与第四电阻的中间点分别接入励磁系统的另外的三个输入端口。

本实用新型辨识信号产生装置为电力系统中各种类型的同步发电机励磁系统模型辨识试验提供了一套完整统一的辨识信号产生和输入方法及装置。对于预留有外加信号输入端口的发电机，该装置可以产生伪随机信号或阶跃信号供试验用，无需再用其它的信号发生装置；对于没有预留有外加信号输入端口的发电机，该装置可以将产生的伪随机信号或阶跃信号直接叠加到励磁系统的固有输入信号(即发电机端电压信号)中。因此，本实用新型为电力系统提供了一种新的试验装置，它不但解决了对没有预留外加信号输入端口的发电机进行励磁系统模型辨识试验的难题，而且精简了试验设备，提高了试验效率。

附图说明

图1为同步发电机励磁系统的原理示意图；

图2为本实用新型辨识信号产生装置的原理示意图；

图3为本实用新型辨识信号产生装置的原理结构图；

图4为本实用新型辨识信号产生装置的一种实现方案示意图；

图5为本实用新型辨识信号产生装置中控制单元的程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，同步发电机1接入电力系统4运行，励磁系统2通过电压变换器3实时跟踪检测发电机机端电压Ut并输入到励磁系统2的控制信号输入端口5，励磁系统2的控制单元根据电压Ut的变化为同步发电机1提供合适大小的励磁电流。对于励磁系统2预留有外加信号输入端口6的发电机，可以从该端口输入辨识信号(包括伪随机信号和阶跃信号)，方便地进行励磁系统模型辨识试验。如果励磁系统2的控制单元自带辨识试验功能，也可以通过该功能进行辨识试验。

对没有预留辨识信号输入端口、同时励磁系统控制单元没有自带辨识试验功能的同步发电机进行辨识试验时，可以采用本实用新型的辨识信号产生装置进行辨识试验，其原理如图2所示，具体实现步骤如下。

(1)在电压变换器3和励磁系统2之间接入一个电阻值合适的电阻R1；

(2)在输入信号端5与地电位之间接入一个电阻值合适的电阻R2；

(3)在R1两端并联一个可控开关K，K闭合或断开由相应的控制信号确定；

(4)在进行辨识试验时，将需要输入的伪随机信号或阶跃信号作为控制信号控制K的状态，则可进行辨识试验。

本实用新型方法的原理如下：

当K闭合时，励磁控制系统的输入电压信号就是发电机端电压，即：Ut’＝Ut；

当K断开时，若设励磁控制系统的等效输入电阻为R_L，R1的电阻值为R₁，R2的电阻值为R₂，则励磁控制系统的输入电压信号Ut’为：

U_{t}^{'} = \frac{R_{2} / / R_{L}}{R_{1} + R_{2} / / R_{L}} U_{t} = \frac{R_{0}}{R_{1} + R_{0}} U_{t} = {βU}_{t}

式中，R₂//R_L表示R2与R_L并联，R₀表示R2与R_L的并联电阻值，β为扰动系数，且

β = \frac{R_{0}}{R_{1} + R_{0}}

当K不断开合时，励磁系统的实际输入电压信号Ut’就在Ut和βUt之间来回变化，相当于加入了(1-β)Ut的阶跃信号。定义

δ＝1-β

则δ为等效阶跃系数。从以上可以看出，改变R1的阻值就可以改变等效阶跃系数的大小。

因此，如果用一个伪随机信号来控制K的开合，那么就相当于在发电机端电压信号Ut上叠加了一个幅度为δUt的伪随机信号，从而可以采用频域法进行参数辨识；如果用一个阶跃信号来控制K的开合，那么就相当于加入了一个幅度为δUt的阶跃信号，从而可以采用时域法进行参数辨识。

图3所示为本实用新型的同步发电机励磁系统辨识信号产生装置的原理结构图。装置由电源单元7、信号产生单元8和控制单元9组成。

整套装置需要由外接的220V交流电源供电，电源单元7将AC220V交流电进行转换，为信号产生单元8和控制单元9提供所需的工作电源。

信号产生单元8按照图2中虚框内所示的原理结构设计，通过8个信号端口与外部信号相连，其中4个端口输入图2中电压变换器3的3个输出信号，即发电机机端三相电压Ua、Ub、Uc，以及中性点Uo，另外4个端口输出叠加了辨识信号的综合信号Ua’、Ub’、Uc’以及中性点Uo’，这4个信号接入图2中的励磁系统2的输入端口5。

控制单元9主要功能为向信号产生单元8提供控制信号，控制信号产生单元8中的开关K(参见图2)的闭合与断开。控制信号有伪随机信号和阶跃信号可供选择，控制信号的等效阶跃系数δ的大小可在一定范围内进行调节。所产生的伪随机信号或阶跃信号也可以直接从控制单元9的信号输出端口10输出，供预留有外加信号输入端口的发电机励磁系统进行建模试验时使用。

图4为同步发电机励磁系统辨识信号产生装置的一种具体实现方案，所有元件可安装在一个铝合金手提箱中。信号产生单元8由12个电阻和12个开关组成，其中，电阻R1A、R2A、R3A、R4A和开关K1A、K2A、K3A、K4A构成一个电阻开关组件，电阻R1B、R2B、R3B、R4B和开关K1B、K2B、K3B、K4B构成另一个电阻开关组件，电阻R1C、R2C、R3C、R4C和开关K1C、K2C、K3C、K4C构成第三个电阻开关组件，各电阻开关组件的结构相同。下面以发电机机端电压的A相为例说明其结构。

3个电阻R1A、R2A、R3A串联共同构成图2中A相的R1，总串联电阻两端并联一个开关K4A，每一个电阻两端都分别并联一个开关，即K1A、K2A、K3A，另外一个电阻R4A构成图2中A相的R2。

为进一步提高本实用新型的技术效果，当R1A、R2A、R3A的阻值大小按照1∶2∶4的方式选择，这样通过控制K1A、K2A、K3A的状态可以使总串联电阻值在Rn～7Rn等7个电阻值之间变化，得到不同等效阶跃系数δ的信号，Rn为R1A的阻值，可以根据实际励磁系统的参数进行选择。

图4中的开关根据需要按照不同组合采用联动控制，即K1A、K1B、K1C由同一个控制信号同时进行闭合和断开的控制，其它3组联动控制的组合为：K2A、K2B、K2C；K3A、K3B、K3C；K4A、K4B、K4C。

控制单元9可以采用单片机或数字信号处理器以及相应的外围电路实现。通过控制单元9可以产生所需的辨识信号的波形，即伪随机码信号或阶跃信号，根据辨识信号产生开关控制信号，分别控制上述4组开关开合，从而将辨识信号叠加入励磁系统的输入信号中，方便地进行励磁系统模型辨识试验。所产生的伪随机信号或阶跃信号也可以直接从控制单元9的信号输出端口10输出，供预留有外加信号输入端口的发电机励磁系统进行建模试验时使用。控制单元9的程序流程如图5所示。

电源7可以采用常用的开关电源，输入为220V交流电，通过转换提供信号产生单元8和控制单元9的工作电源和所有开关的操作电源。

Claims

1、一种同步发电机励磁系统辨识信号产生装置，其特征在于：该装置包括电源单元(7)、信号产生单元(8)和控制单元(9)；

电源单元(7)为信号产生单元(8)和控制单元(9)提供所需的工作电源；

信号产生单元(8)的四个信号输入端口分别接发电机机端三相电压信号和中性点信号(Ua、Ub、Uc、Uo)，并根据控制单元(9)提供的控制信号将励磁系统模型辨识试验所需的辨识信号叠加到发电机端电压信号中，再分别将叠加有辨识信号的四个综合信号(Ua’、Ub’、Uc’、Uo’)输出至励磁系统；

控制单元(9)用于产生伪随机信号或阶跃信号，提供给信号产生单元(8)，或者直接从输出信号端口(10)输出。

2、根据权利要求1所述的同步发电机励磁系统辨识信号产生装置，其特征在于：信号产生单元(8)包括三个构成相同的电阻开关组件，各电阻开关组件均包括依次串联的第一、第二和第三电阻，第一、第二和第三电阻分别与第一、第二和第三开关并联，串联后的电阻与第四开关并联，第四电阻与第三电阻串联；

各电阻开关组件的第一电阻的另一端分别与发电机机端三相电压(Ua、Ub、Uc)相接，三个第四电阻的另一端连接在一起，并与发电机机端的中性点(Uo)相接，并接入励磁系统的对应的输入端口，各电阻开关组件的第三电阻与第四电阻的中间点分别接入励磁系统的另外的三个输入端口。

3、根据权利要求1或2所述的同步发电机励磁系统辨识信号产生装置，其特征在于：各电阻开关组件中的第一、第二和第三电阻的阻值大小之比为1∶2∶4。