[發明專利]一種基于PMU的同步發電機實用模型參數校核與辨識方法

有效

• 申請號: 201210397510.8
• 申請日: 2012-10-18
• 公開（公告）號: CN103036498A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 周成;張彥濤;王官宏;李文峰
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院;國家電網公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

1.一種基于PMU的同步發電機實用模型參數校核與辨識方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

步驟1：校核同步發電機實用模型參數；

步驟2：辨識同步發電機實用模型參數。

2.根據權利要求1所述的基于PMU的同步發電機實用模型參數校核與辨識方法，其特征在于：所述同步發電機實用模型參數包括同步發電機d軸暫態同步電抗x′_d、同步發電機d軸次暫態同步電抗x″_d、同步發電機q軸暫態同步電抗x′_q、同步發電機q軸次暫態同步電抗x″_q、同步發電機d軸暫態開路時間常數T′_d0、同步發電機d軸次暫態開路時間常數T″_d0、同步發電機q軸暫態開路時間常數T_q′₀和同步發電機q軸次暫態開路時間常數T_q″₀。

3.根據權利要求1所述的基于PMU的同步發電機實用模型參數校核與辨識方法，其特征在于：所述步驟1包括以下步驟：

步驟1-1：提取PMU記錄的動態數據；所述動態數據包括有功功率P、無功功率Q、高壓母線電壓幅值U、高壓母線電壓相角和勵磁電壓U_f；

步驟1-2：將同步發電機組與系統解耦，形成等值系統；所述等值系統用同步發電機組微分方程、機端母線與高壓母線的代數方程聯立表示；

在考慮同步發電機阻尼繞組但不計飽和影響的情況下，同步發電機電壓方程為

dEq′dt=[Efq-kdEq′+(kd-1)Eq′′]/Td0′dEq′′dt=[Eq′-Eq′′-(xd′-xd′′)id]/Td0′′dEd′dt=[-kqEd′+(kq-1)Ed′′]/Tq0′dEd′′dt=[Ed′-Ed′′-(xq′-xq′′)iq]/Tq0′′---(1)]]>

其中：

Efq=UfRf×If0---(2)]]>

k_d＝(x_d-x′_d)/(x′_d-x″_d)????(3)

k_q＝(x_q-x_′q)/(x′_q-x″_q)????(4)

其中，E′_q為同步發電機q軸暫態電勢，E_q為同步發電機q軸次暫態電勢，E′_d為同步發電機d軸暫態電勢，E_d為同步發電機d軸次暫態電勢，i_d為同步發電機d軸定子電流，i_q為同步發電機q軸定子電流，x_d為同步發電機d軸同步電抗，x_q為同步發電機q軸同步電抗，U_f為同步發電機勵磁電壓實測有名值，R_f為勵磁繞組電阻有名值，I_f0為初始穩態時勵磁電流有名值，

運用隱式梯形積分公式，則有：

Eq′′(t+Δt)=-αd′′(xd′-xd′′)id(t+Δt)+FqEd′′(t+Δt)=-αq′′(xq′-xq′′)iq(t+Δt)+Fd---(5)]]>

其中：

Fq=αd′′{-(xd′-xd′′)id(t)+αd1[Efq(t+Δt)+Efq(t)]+2(1-kdαd1)Eq′(t)+[αd1(kd-1)+1αd2-2]Eq′′(t)}---(6)]]>

Fd=αq′′{(xq′-xq′′)iq(t)+2(1-kqαq1)Ed′(t)+[αq1(kq-1)+1αq2-2]Ed′′(t)}---(7)]]>

αd1=Δt2Td0′+kdΔtαd2=Δt2Td0′′+kdΔtαq1=Δt2Tq0′+kqΔtαq2=Δt2Tq0′′+kqΔtαd′′=1αd1(1-kd)+1/αd2αq′′=1αq1(1-kq)+1/αq2---(8)]]>

其中，Δt為仿真步長；

忽略轉速變化和定子回路電磁暫態過程影響，在t+Δt時刻的定子電壓平衡方程為：

ud(t+Δt)=Fd-raid(t+Δt)+xqm′′iq(t+Δt)uq(t+Δt)=Fq-raiq(t+Δt)-xdm′′id(t+Δt)---(9)]]>

其中：r_a為同步發電機定子電阻，且

xdm′′=xd′′+αd′′(xd′-xd′′)xqm′′=xq′′+αq′′(xq′-xq′′)---(10)]]>

將式（9）變換到XY坐標可得：

I·t(t+Δt)=I·t′′(t+Δt)-ytm′′U·t(t+Δt)---(11)]]>

其中：

ytm′′=[ra-j(xqm′′+xdm′′)/2]/(ra2+xqm′′xdm′′)I·t′′(t+Δt)=ytm′′F·t-j(xqm′′-xdm′′)2(ra2+xqm′′xdm′′)[F*t-U*t(t+Δt)]ej2δ(t+Δt)F·t=(Fq-jFd)ejδ(t+Δt)---(12)]]>

u_d(t)為t時刻同步發電機d軸電壓分量，u_q(t)為t時刻同步發電機q軸電壓分量，i_d(t)為t時刻同步發電機d軸定子電流，i_q(t)為t時刻同步發電機q軸定子電流，δ(t)為同步發電機在t時刻的功角，為t時刻同步發電機定子電壓相量，為t時刻同步發電機定子電流相量；

同步發電機轉子運動方程為：

δ(t+Δt)=αδ[Pm(t+Δt)-Pe(t+Δt)]+δt0ω(t+Δt)=αωδ(t+Δt)+ωt0---(13)]]>

其中，P_m(t)為同步發電機t時刻機械功率，通常取0；P_e(t)為同步發電機t時刻電磁功率，P_e(t)＝u_d(t)*i_d(t)+u_q(t)*i_q(t)，且

αδ=ωs(Δt)2/(4Tj),αω=2/(ωsΔt)δt0=δ(t)+αδ[Pm(t)-Pe(t)]+ωsΔt[ω(t)-1]ωt0=-αωδ(t)-ω(t)+2---(14)]]>

其中，ω_s為同步發電機的同步機械角速度，T_j為同步發電機轉子的轉動慣量，ω(t)為同步發電機t時刻電角速度標幺值；

同步發電機端電壓與高壓母線電壓代數方程為：

I·t(t+Δt)=(U·t(t+Δt)-U·h(t+Δt))RT+jXT---(15)]]>

其中，R_T+jX_T為同步發電機出口變壓器的阻抗，為高壓母線電壓相量；

聯立（11）、（13）和（15），將帶入實測值作為已知量計算出i_d(t+Δt)、u_d(t+Δt)、u_q(t+Δt)和i_q(t+Δt)，進而計算同步發電機輸出功率：

P(t+Δt)=ud(t+Δt)id(t+Δt)+uq(t+Δt)iq(t+Δt)Q(t+Δt)=uq(t+Δt)id(t+Δt)-ud(t+Δt)iq(t+Δt)---(16)]]>

有功功率P、無功功率Q與實測有功功率P_m實測無功功率Q_m之間誤差反映同步發電機參數描述同步發電機外特性的準確性，進而計算同布發電機參數誤差Err，其表示為：

Err=Σi=0n(|(P(i*Δt)-Pm((i*Δt)Pm(i*Δt)|+|(Q(i*Δt)-Qm(i*Δt)Qm(i*Δt)|)---(17)]]>

其中i為記錄數據的長度，Δt為采樣間隔；

當誤差Err不滿足要求時，同步發電機參數則重新進行辨識。