[發明專利]基于統一模型的發電機勵磁系統聚合方法

有效

• 申請號: 201410334731.X
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN104143046B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 王長香;朱林;武志剛;李莎;劉平;甄鴻越;趙利剛;楊誠;門錕
• 申請（專利權）人: 中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心;南方電網科學研究院有限責任公司
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 林麗明

1.一種基于統一模型的勵磁系統聚合方法，其特征在于包括如下步驟：

1)根據等值勵磁模型選取方法選取等值機勵磁模型；

2)對各聚合發電機的勵磁系統進行建模，建立其各自狀態空間表達式，并推導出各聚合發電機的狀態相量系數矩陣；

3)構造以各聚合發電機狀態相量系數矩陣為主對角元的分塊對角矩陣，該分塊對角矩陣就是一個由型號不同的勵磁系統組成的統一模型，其中的每一分塊對角矩陣表示待聚合的勵磁系統；

4)通過等值機模型狀態相量系數矩陣與統一模型分塊對角矩陣間的結構約束關系，推導出等值機勵磁模型參數解析表達式，獲取聚合后發電機勵磁系統解析參數；包括調壓器穩定回路時間常數調壓器放大時間常數調節器增益勵磁機時間常數調壓器穩定回路增益自勵磁時間常數最大勵磁電壓調壓器輸出最大值最大勵磁電壓時勵磁機飽和系數

5)用前一步得到的等值機勵磁模型參數進行時域仿真，觀測對比聚合前后發電機轉子角、母線電壓、線路有功功率動態性能，若誤差超過預定范圍則返回第一步重新選定等值機勵磁模型；若誤差在預定范圍內則結束，輸出結果；

由系數矩陣結構約束的性質可知，等值機勵磁模型狀態相量系數矩陣是由以各待聚合機狀態相量系數矩陣為主對角元的分塊對角矩陣，該分塊對角矩陣就是一個由型號不同的聚合發電機的勵磁系統組成的統一模型，通過等值機勵磁模型狀態相量系數矩陣與統一模型分塊對角矩陣間的結構約束關系，推導出等值機勵磁模型參數解析表達式；具體方法如下：

取x₁＝V₃,x₂＝V_R,x₃＝e_fd,系統可用狀態空間表示為式(1),(2)；

x·1...x·m=-1TFKFTFTE-KF(SE+KE)TFTE-KATA-1TA001TE-SE+KETFTEx1...xm+0KATA0ΔVT---(1)]]>

輸出方程：

E_FD＝[0 0 1][x₁ x₂ x₃]^T (2)

寫成矩陣形式

x·ek=Aekxek+BekΔVT---(3)]]>

e_fdk＝C_ekx_ek (4)

等值勵磁系統的狀態空間表達也具有相同形式，

X·ek=AE*XE+BE*ΔVT---(5)]]>

EFD=CE*XE---(6)]]>

由于

故E_FD可表示為，

E_FD＝[d₁ … d_m][e_fd1 … e_fdm]^T (7)

其中，為各勵磁系統化為等值機勵磁模型的轉換系數；

假設第1～n臺發電機的勵磁系統模型為A型，第n+1～m臺發電機的勵磁模型為B型，可以構建m個勵磁系統的復合狀態空間模型，其狀態方程，

輸出方程

E_FD＝[0 0 d₁ … 0 0 d₂][x_e1 … x_em]^T(9)

要使由(5)和(6)描述的復合系統模型與由(3)和(4)描述的聚合模型具有相同形式，需要引入一個聚合矩陣L,定義為滿足下式的變量，

X_E＝L[x_e1 … x_em]^T (10)

則復合系統模型線性聚合成的等值模型系數矩陣應滿足以下條件：

AE*L=LdiagAe1...Aem---(11)]]>

BE*=LBe1...Bem---(12)]]>

CE*L=00d1...00d2---(13)]]>

X_E(0)＝L[x_e1(0) … x_em(0)]^T(14)

假定L為滿秩，則其有一個廣義逆矩陣，(10)式的解不是唯一的，其最小二乘解為

AE*=LdiagAe1...AemLT[LLT]-1---(15)]]>

故的解為(15)，(12)，以及(16)

Ce*=001---(16)]]>

L陣的結構為L＝[L₁ … L_m]，其中

L_k＝diag[l_k11 l_k22 l_k33]＝diag[l_k11 l_k22 d_k]

參數求取如下：

聚合矩陣L的解不是精確解，是一個最小二乘解，取l_k11＝l_k22＝0.5，即L表達如式(17)示，

L=0.500...0.50000.50...00.5000d1...00dm---(17)]]>

另一種可行的取法是取其中a_k為變比a_k＝|V_k|/|V_e|，當狀態變量取電壓以外的其他狀態變量時，取

等值時間常數和系數確定如下：

由于和A_ek應有相同形式，故把與(3)式中的A_ek比較，可獲取以下參數，

TF*=-1/AE11*---(18)]]>

TA*=-1/AE22*---(19)]]>

KA*=AE21*/AE22*---(20)]]>

TE*=1/AE32*---(21)]]>

KA*=AE12*TF*TE*---(22)]]>

勵磁系統考慮工作點飽和時，工作點的飽和方程的勵磁機增益為復數，這使得K_E+S_E＝0,則A_e13＝A_e33＝0；

等值限幅參數的確定如下：

為計算調壓器極限，對每個勵磁系統同時施加一個與調壓器極限效果等價的階躍輸入,

再有

eFD(s)=1/s·Σk=1mVRMAXdk(s)/(sTEk+KEk+SEk)---(23)]]>

由初值定理和終值定理得，

limt→o+deFD/dt=Σk=1mVRMAXkdk/Tk(s=∞)=VRMAX*/TE*,]]>

VRMAX*=TE*Σk=1mVRMAXkdk/Tk(s=∞)---(24)]]>

又故

EFDMAX*=Σk=1mVRMAXkdk/(KEk+SEMAXk),(s=0)---(25)]]>

等值機勵磁模型在飽和工作點的飽和系數可由各聚合發電機的勵磁系統在初始工作點的飽和系數取平均值得到，即

對聚合發電機中的并勵電機有

SEMAX*=-KE*+VRMAX*/EFDMAX*---(26)]]>

由此，勵磁等值系統的模型及所有參數全部獲得，均推導出了參數的解析表達式。