[发明专利]一种发电机励磁系统建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种建立发电机励磁系统数学模型的方法。

背景技术

由于发电机励磁控制技术的巨大发展及其系统性能的提高，励磁系统对电网电压质量、系统稳定的作用日显重要，使励磁系统性能在电力系统稳定计算分析中成为一个不可忽视的因素。电力系统规模的日益扩大对电力系统稳定性计算的精度提出了更高要求。电力系统低频振荡分析及电力系统稳定器的参数设计等工作均要求电力系统计算采用精确的励磁系统数学模型及准确的参数。目前的发电机励磁系统建模方法主要有在线辨识方法和完全现场实测方法，均存在一些不足之处，不能同时满足工程上应用方便和保证测量精度的要求。在线辨识方法，得到的模型参数不能做到与实际设备各主要部分的一一对应，且准确度不能令人满意；完全现场实测方法，不能方便地测量微机励磁调节器的控制参数。

发明内容

本发明针对现有发电机励磁系统数学模型的建立方法存在的不足，提供一种便于工程中实现又能保证测试精度的发电机励磁系统建模方法。

本发明的发电机励磁系统建模方法包括以下步骤：

(1)根据计算模型参数的实际要求及现场试验的可行性，进行以下全部六项或其中部分项目的实验：发电机的空载试验；励磁机的空载、负载试验；发电机、励磁机时间常数测试；发电机空载时励磁系统阶跃响应试验；发电机负载时动态扰动试验；发电机励磁系统的频率特性测量，通过以上试验获得发电机的空载特性，励磁机的空载及负载特性，发电机、励磁机的时间常数，发电机励磁系统的相位频率特性及对低频振荡的阻尼效果；

(2)根据发电机励磁调节器的硬件结构(指励磁调节器的原理图及电路图)及其控制规律的数学表达式(不同励磁调节器的数学表达式是不同的，此处仅说明工作的方法和步骤)，画出励磁调节器(励磁调节器通过自动电压调节器实现对发电机的励磁控制)的各个功能块的方框图及相互间的逻辑关系图；找出励磁机、励磁调节器及各种限制和保护的逻辑关系，建立励磁系统模型；

(3)测定励磁调节器、励磁机对应于以上模型中的参数，对获得的基础数据进行分析处理，获取标幺化的模型参数，在Matlab仿真程序中搭建原始(指完全按照设备的实际搭建的模型，是与稳定计算程序程序中的标准模型相对而言)仿真模型，进行阶跃响应仿真，根据仿真计算的发电机电压超调量、峰值时间、上升时间与现场试验得到的发电机电压超调量、峰值时间、上升时间之间的误差对模型中的参数进行相应校正，直到误差满足要求(国家电网公司企业标准Q/GDW 142-2006《同步发电机励磁系统建模导则》的相关要求)，以保证模型参数的精度；

(4)根据原始模型的具体特点，将其转化为电力系统分析程序(国内通用的有两个程序，PSASP程序、BPA程序)中实际可用的模型参数，也就是把满足精度要求的Matlab程序下搭建的原始仿真模型转化为电力系统分析程序中的标准模型，在电力系统分析程序中进行阶跃响应计算，比较阶跃响应的各种指标，在该程序中对模型参数进一步校核修正(校正方法及要求同上一步骤(3))。

本发明采用现场试验与仿真计算相结合、时域分析与频域分析相结合的方法进行发电机励磁系统建模及参数测试，可充分利用现有设备，在常规性试验中获取相关参数，物理概念清晰明了。获得的励磁系统模型参数具有足够的精度，能够真实反应励磁系统的性能指标。容易掌握，便于推广应用。提供给电力系统设计和生产运行部门，能够提高计算精度，在不增加投入的情况下，充分挖掘电网及设备的潜力，提高电网的安全、经济运行水平。

附图说明

图1是发电机空载试验曲线图。

图2是±5％空载阶跃试验曲线图。

图3是发电机空载曲线图。

图4是励磁机空载及负载曲线图及方程。

图5是励磁机空载曲线和空载气隙线图。

图6是PSS模型示意图。

图7是#8号机无补偿、有补偿相频特性图。

图8是#8机组励磁系统MATLAB仿真原理图。

图9是#8机组实际PID参数±5％阶跃仿真结果图。

图10是#8机组调整PID参数±5％阶跃仿真结果图。

图11是#8机组±5％阶跃仿真结果图。

具体实施方式

本发明发电机励磁系统建模方法的主要工作步骤是：收集基础数据--完成现场实验--数据处理--建立原始模型--应用MATLAB进行仿真计算--数据校核--模型归算--电力系统分析程序下的参数校核。具体按以下步骤进行：

1.根据所用励磁机(直流励磁机、交流励磁机或静止励磁机)确定励磁机模型。