低励限制参数整定方法和装置与流程

本发明涉及发电机技术领域，尤其涉及一种低励限制参数整定方法和装置。

背景技术：

随着发电机励磁系统的发展，其辅助限制环节不断优化，低励限制(UEL)是其中较为重要的一种限制环节，在各大电厂中广泛应用。低励限制在应用中最常见的问题就是：由于低励限制的各种参数设定不合理导致低励限制的动作破坏发电机系统运行的稳定性。目前，电厂中整定低励限制参数的方法多为采用默认参数后，在几种运行工况下加深无功功率的进相深度，触发低励限制动作，观察其动作后系统的稳定性。该方法不具有普遍适应性，并且当低励限制参数不合理时不易找出设定不合理的参数变量，为参数整定造成一定难度。

现有低励限制的现场参数整定一般为在低励限制曲线上取不同工况下的运行点进行检测。将初始运行点设定在曲线内部，临近无功功率边界值，通过在发电机机端作电压下阶跃或并联电容的方式加大无功功率的进相深度，观察低励限制能否正常动作以及动作后系统的稳定程度。若系统各电气量不能快速收敛，则需要分析导致系统不稳的原因，从而相应的修改低励限制参数。

采用该技术的方法不能保证各种工况下低励限制均能正常动作。一旦发生振荡不能够迅速分析出低励限制不合理的参数变量，需要多次试验寻找不合理的参数，在参数修正上也有很大困难。并且，在实际电网中试验有一定的风险，不能进相过深或弱化系统阻尼，否则可能导致与该发电机组相连的电网发生振荡。所以，该检测方法存在一定的局限性。

因此，亟需更适用于现场低励限制参数整定的方法，使得低励限制在励磁系统中发挥更好的作用。

技术实现要素：

本发明提供一种低励限制参数整定方法和装置，以应用于现场实际电网，使发电机的低励限制在励磁系统中发挥更好的作用。

本发明提供一种低励限制参数整定方法，包括：通过扫频方式获取发电机系统的等效传递函数随一设定频率范围内频率变化的第一特性曲线；在所述发电机系统的一低励限制参数下，获取所述发电机系统的设定传递函数随所述设定频率范围内频率变化的第二特性曲线；利用所述第一特性曲线和所述第二特性曲线计算得到所述发电机系统的奈奎斯特曲线；利用所述奈奎斯特曲线，根据奈奎斯特稳定判据对所述低励限制参数进行整定。

一个实施例中，所述发电机系统的励磁系统为竞比型低励限制励磁系统，通过扫频方式获取发电机系统的等效传递函数随一设定频率范围内频率变化的第一特性曲线，包括：通过扫频方式获取所述发电机系统的无功功率与励磁电压比值随所述设定频率范围内频率变化的曲线，作为所述第一特性曲线。

一个实施例中，所述发电机系统的励磁系统为叠加型低励限制励磁系统，通过扫频方式获取发电机系统的等效传递函数随一设定频率范围内频率变化的第一特性曲线，包括：通过扫频方式获取所述发电机系统的无功功率与低励限制输出电压比值随所述设定频率范围内频率变化的曲线，作为所述第二特性曲线。

一个实施例中，通过扫频方式获取发电机系统的等效传递函数随一设定频率范围内频率变化的第一特性曲线，包括：通过扫频设备对所述等效传递函数添加所述设定频率范围内频率的扰动，并记录所述等效传递函数随所述设定频率范围内频率的变化，得到所述第一特性曲线。

一个实施例中，在所述发电机系统的一低励限制参数下，获取所述发电机系统的设定传递函数随所述设定频率范围内频率变化的第二特性曲线，包括：在所述发电机系统的一低励限制参数下，通过Matlab软件在所述设定频率范围内不断改变所述设定传递函数中的频率变量的值，并获取所述设定传递函数随所述设定频率范围内频率的变化，得到所述第二特性曲线。

一个实施例中，利用所述第一特性曲线和所述第二特性曲线计算得到所述发电机系统的奈奎斯特曲线，包括：通过将所述第一特性曲线在各频率下的等效传递函数的值和所述第二特性曲线在相应频率下的设定传递函数的值相乘，得到所述发电机系统的开环频率特性曲线，作为所述奈奎斯特曲线。

一个实施例中，利用所述奈奎斯特曲线，根据奈奎斯特稳定判据对所述低励限制参数进行整定，包括：根据所述奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴无交点判定所述发电机系统在所述一低励限制参数下处于稳定状态，根据所述奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴有交点判定所述发电机系统在所述一低励限制参数下处于不稳定状态；若所述发电机系统在所述一低励限制参数下处于不稳定状态，调整所述低励限制参数，并重新获取所述发电机系统的奈奎斯特曲线，使重新获取的奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴无交点，以使所述发电机系统达到稳定状态。

一个实施例中，调整所述低励限制参数，并重新获取所述发电机系统的奈奎斯特曲线，使重新获取的奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴无交点，以使所述发电机系统达到稳定状态，包括：通过多次修改所述低励限制参数，获取在各修改后的低励限制参数下的第二特性曲线，并利用所述第一特性曲线和在各修改后的低励限制参数下的第二特性曲线计算得到所述发电机系统在各修改后的低励限制参数下的奈奎斯特曲线，并确定在各修改后的低励限制参数下的奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴的交点的位置变化规律；根据所述位置变化规律调整所述发电机系统的低励限制参数，并在调整后的低励限制参数下重新获取第二特性曲线，并利用所述第一特性曲线和重新获取的第二特性曲线重新获取所述发电机系统的奈奎斯特曲线，使重新获取的奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴无交点，使所述发电机系统达到稳定状态。

一个实施例中，所述设定频率范围为0Hz～5Hz。

本发明还一种低励限制参数整定装置，包括：等效传递函数频率特性获取单元，用于执行：通过扫频方式获取发电机系统的等效传递函数随一设定频率范围内频率变化的第一特性曲线；设定传递函数频率特性获取单元，用于执行：在所述发电机系统的一低励限制参数下，获取所述发电机系统的设定传递函数随所述设定频率范围内频率变化的第二特性曲线；奈奎斯特曲线获取单元，用于执行：利用所述第一特性曲线和所述第二特性曲线计算得到所述发电机系统的奈奎斯特曲线；低励限制参数整定单元，用于执行：利用所述奈奎斯特曲线，根据奈奎斯特稳定判据对所述低励限制参数进行整定。

一个实施例中，所述发电机系统的励磁系统为竞比型低励限制励磁系统，所述等效传递函数频率特性获取单元，包括：第一等效传递函数频率特性获取模块，用于执行：通过扫频方式获取所述发电机系统的无功功率与励磁电压比值随所述设定频率范围内频率变化的曲线，作为所述第一特性曲线。

一个实施例中，所述发电机系统的励磁系统为叠加型低励限制励磁系统，所述等效传递函数频率特性获取单元，包括：第二等效传递函数频率特性获取模块，用于执行：通过扫频方式获取所述发电机系统的无功功率与低励限制输出电压比值随所述设定频率范围内频率变化的曲线，作为所述第二特性曲线。

一个实施例中，所述等效传递函数频率特性获取单元，包括：第三等效传递函数频率特性获取模块，用于执行：通过扫频设备对所述等效传递函数添加所述设定频率范围内频率的扰动，并记录所述等效传递函数随所述设定频率范围内频率的变化，得到所述第一特性曲线。

一个实施例中，所述设定传递函数频率特性获取单元，包括：设定传递函数频率特性获取模块，用于执行：在所述发电机系统的一低励限制参数下，通过Matlab软件在所述设定频率范围内不断改变所述设定传递函数中的频率变量的值，并获取所述设定传递函数随所述设定频率范围内频率的变化，得到所述第二特性曲线。

一个实施例中，所述奈奎斯特曲线获取单元，包括：奈奎斯特曲线获取模块，用于执行：通过将所述第一特性曲线在各频率下的等效传递函数的值和所述第二特性曲线在相应频率下的设定传递函数的值相乘，得到所述发电机系统的开环频率特性曲线，作为所述奈奎斯特曲线。

一个实施例中，所述低励限制参数整定单元，包括：发电机系统稳定性判断模块，用于执行：根据所述奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴无交点判定所述发电机系统在所述发电机系统的一低励限制参数下处于稳定状态，根据所述奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴有交点判定所述发电机系统在所述发电机系统的一低励限制参数下处于不稳定状态；低励限制参数整定模块，用于执行：若所述发电机系统在所述一低励限制参数下处于不稳定状态，调整所述低励限制参数，并重新获取所述发电机系统的奈奎斯特曲线，使重新获取的奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴无交点，以使所述发电机系统达到稳定状态。

一个实施例中，所述低励限制参数整定模块，包括：交点的位置变化规律获取模块，用于执行：通过多次修改所述低励限制参数，获取在各修改后的低励限制参数下的第二特性曲线，并利用所述第一特性曲线和在各修改后的低励限制参数下的第二特性曲线计算得到所述发电机系统在各修改后的低励限制参数下的奈奎斯特曲线，并确定在各修改后的低励限制参数下的奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴的交点的位置变化规律；低励限制参数调整模块，用于执行：根据所述位置变化规律调整所述发电机系统的低励限制参数，并在调整后的低励限制参数下重新获取第二特性曲线，并利用所述第一特性曲线和重新获取的第二特性曲线重新获取所述发电机系统的奈奎斯特曲线，使重新获取的奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴无交点，使所述发电机系统达到稳定状态。

一个实施例中，所述等效传递函数频率特性获取单元，还用于执行：所述设定频率范围为0Hz～5Hz。

本发明实施例的低励限制参数整定方法和装置，通过采用扫频方式获取发电机系统的等效传递函数随频率变化的特性曲线，并获取发电机系统的设定传递函数随在同样频率范围内频率变化的特性曲线，以及利用上述两种频率特性曲线计算得到发电机系统的奈奎斯特曲线，实现了在发电机系统外获取发电机系统的奈奎斯特曲线，克服了本领域技术人员无法获取发电机系统的奈奎斯特曲线的问题，利用奈奎斯特曲线能够判断各种工况发电机系统在各种低励限制参数下的稳定性，且低励限制动作基本不影响发电机系统，低励限制参数整定方式安全、可靠、方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本发明实施例的低励限制参数整定方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例中利用所述奈奎斯特曲线进行低励限制参数整定的方法的流程示意图；

图3是本发明一实施例中利用所述奈奎斯特曲线整定低励限制参数使发电机系统达到稳定的方法的流程示意图；

图4是本发明一实施例中竞比型低励限制的原理示意图；

图5是本发明一实施例中叠加型低励限制的原理示意图；

图6是利用本发明一实施例的方法得到的采用竞比型低励限制励磁系统的发电机系统的奈奎斯特曲线示意图；

图7是利用本发明一实施例的方法得到的采用叠加型低励限制励磁系统的发电机系统的奈奎斯特曲线示意图；

图8是利用本发明一实施例的方法在修改后的低励限制积分时间常数下采用叠加型低励限制励磁系统的发电机系统的奈奎斯特曲线示意图；

图9是本发明实施例的低励限制参数整定装置的结构示意图；

图10是本发明一实施例中低励限制参数整定单元的结构示意图；

图11是本发明一实施例中低励限制参数整定模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

针对现有低励限制参数整定方法在现场应用中存在的问题，本发明将理论方法与现场实际相结合，提出一种低励限制参数整定方法，能够很好地适用于现场检测。

图1是本发明实施例的低励限制参数整定方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例的低励限制参数整定方法，可包括步骤：

S110：通过扫频方式获取发电机系统的等效传递函数随一设定频率范围内频率变化的第一特性曲线；

S120：在所述发电机系统的一低励限制参数下，获取所述发电机系统的设定传递函数随所述设定频率范围内频率变化的第二特性曲线；

S130：利用所述第一特性曲线和所述第二特性曲线计算得到所述发电机系统的奈奎斯特曲线；

S140：利用所述奈奎斯特曲线，根据奈奎斯特稳定判据对所述低励限制参数进行整定。

在上述步骤S110中，该扫频方式可以通过扫频设备实现。通过扫频方式可以从发电机系统中提取计算发电机系统的等效传递函数所需的电气量，例如无功功率，并为提取的该电气量添加频率扰动，进而计算得到该频率下发电机系统的等效传递函数，以此可以得到发电机系统的等效传递函数随频率变化的特性曲线。通过该种扫频方式可以避免直接在发电机系统上试验各种低励限制参数。

该设定频率范围可以根据需要设定，例如该设定频率范围可为0Hz～5Hz。如此一来，不仅可以包括低励限制参数对发电机系统稳定性的低频振荡影响的频率范围，又可以减少不必要的扫频工作。

在上述步骤S120中，该设定传递函数可以是厂家提供的传递函数。该设定传递函数可以直接为或变换为关于频率的函数。通过不断改变其中频率的取值，并得到相应的传递函数值，即可得到该设定传递函数随频率变化的特性曲线。该第二特性曲线的频率范围至少应包括上述设定频率范围。

在上述步骤S140中，利用所述奈奎斯特曲线，根据奈奎斯特稳定判据可以判断各种工况下的发电机系统的低励限制参数是否能使发电机系统稳定工作，若不能，通过修改发电机系统的低励限制参数并重新获得奈奎斯特曲线，并根据奈奎斯特稳定判据重新判断发电机系统的稳定性，直至发电机系统稳定，低励限制在励磁系统中能够发挥更好的作用。

本发明实施例中，通过独创地采用扫频方式获取发电机系统的等效传递函数随频率变化的特性曲线，并获取发电机系统的设定传递函数随在同样频率范围内频率变化的特性曲线，以及利用上述两种频率特性曲线计算得到发电机系统的奈奎斯特曲线，实现了在发电机系统外获取发电机系统的奈奎斯特曲线，克服了本领域技术人员无法获取发电机系统的奈奎斯特曲线的问题，利用奈奎斯特曲线能够判断各种工况发电机系统在各种低励限制参数下的稳定性，且低励限制动作基本不影响发电机系统，低励限制参数整定方式安全、可靠、方便。

在上述步骤S110中，对于不同类型的发电机系统励磁系统，获取发电机系统等效传递函数的具体方式可不同。

一些实施例中，所述发电机系统的励磁系统为竞比型低励限制励磁系统，在上述步骤S110中，通过扫频方式获取发电机系统的等效传递函数随一设定频率范围内频率变化的第一特性曲线的方法，具体实施方式可为：通过扫频方式获取所述发电机系统的无功功率与励磁电压比值随所述设定频率范围内频率变化的曲线，作为所述第一特性曲线。

本实施例中，可以通过扫频设备实现该扫频方式。可以通过扫频设备获取发电机系统的无功功率，并可利用扫频设备为获取的无功功率添加频率扰动，发电机系统的无功功率和发电机系统的励磁电压随之发生变化，还可利用扫频设备输出在该频率下的发电机系统等效传递函数(等于无功功率与励磁电压的比值)。通过在多个不同频率下分别获得无功功率与励磁电压的比值，可以得到竞比型低励限制励磁系统下发电机系统的等效传递函数随频率变化的特性曲线。

一些实施例中，所述发电机系统的励磁系统为叠加型低励限制励磁系统，在上述步骤S110中，通过扫频方式获取发电机系统的等效传递函数随一设定频率范围内频率变化的第一特性曲线的方法，具体实施方式可为：通过扫频方式获取所述发电机系统的无功功率与低励限制输出电压比值随所述设定频率范围内频率变化的曲线，作为所述第二特性曲线。

本实施例中，可以通过扫频设备实现该扫频方式。可以通过扫频设备获取发电机系统的无功功率，并可利用扫频设备为获取的无功功率添加频率扰动，发电机系统的无功功率和发电机系统的低励限制输出电压随之发生变化，还可利用扫频设备输出在该频率下的发电机系统等效传递函数(等于无功功率与低励限制输出电压的比值)。通过在多个不同频率下分别获得无功功率与低励限制输出电压的比值，可以得到叠加型低励限制励磁系统下发电机系统的等效传递函数随频率变化的特性曲线。

与竞比型低励限制励磁系统相比，采用叠加型低励限制的励磁系统中仍有电压主环的作用，因此此时的发电机系统内等效传递函数中包含自动电压调节器，现场需测量无功功率与低励限制输出电压的比值随频率变化的动态特性。

一些实施例中，在上述步骤S110中，通过扫频方式获取发电机系统的等效传递函数随一设定频率范围内频率变化的第一特性曲线的方法，具体实施方式可为：通过扫频设备对所述等效传递函数添加所述设定频率范围内频率的扰动，并记录所述等效传递函数随所述设定频率范围内频率的变化，得到所述第一特性曲线。

本实施例中，通过扫频设备可以方便地获得等效传递函数随频率变化的特性曲线。因该扫频方式是通过将等效传递函数的相关量(例如无功功率、励磁电压、低励限制输出电压)引出，在发电机系统外部获得该些量在频率扰动下的响应，进而得到等效传递函数对频率扰动的响应，而不是直接在发电机系统中进行修改低励限制参数的试验，所以可使本发明基本不会破坏发电机系统的稳定性。

一些实施例中，在上述步骤S120中，在所述发电机系统的一低励限制参数下，获取所述发电机系统的设定传递函数随所述设定频率范围内频率变化的第二特性曲线的方法，具体实施方式可为：在所述发电机系统的一低励限制参数下，通过Matlab软件在所述设定频率范围内不断改变所述设定传递函数中的频率变量的值，并获取所述设定传递函数随所述设定频率范围内频率的变化，得到所述第二特性曲线。

本实施例中，该设定传递函数可以是厂家给定的传递函数。可以通过Matlab软件编写程序，改变频率，即可获得相应的传递函数的值，进而得到该设定传递函数随频率变化的特性曲线。

一些实施例中，在上述步骤S130中，利用所述第一特性曲线和所述第二特性曲线计算得到所述发电机系统的奈奎斯特曲线的方法，具体实施方式可为：通过将所述第一特性曲线在各频率下的等效传递函数的值和所述第二特性曲线在相应频率下的设定传递函数的值相乘，得到所述发电机系统的开环频率特性曲线，作为所述奈奎斯特曲线。

图2是本发明一实施例中利用所述奈奎斯特曲线进行低励限制参数整定的方法的流程示意图。如图2所示，在上述步骤S140中，利用所述奈奎斯特曲线，根据奈奎斯特稳定判据对所述低励限制参数进行整定的方法，可包括步骤：

S141：根据所述奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴无交点判定所述发电机系统在所述一低励限制参数下处于稳定状态，根据所述奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴有交点判定所述发电机系统在所述一低励限制参数下处于不稳定状态；

S142：若所述发电机系统在所述一低励限制参数下处于不稳定状态，调整所述低励限制参数，并重新获取所述发电机系统的奈奎斯特曲线，使重新获取的奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴无交点，以使所述发电机系统达到稳定状态。

本实施例中，发电机系统的奈奎斯特曲线是发电机整个闭环系统的开环频率特性，是可以在复平面上画出开环频率随频率或随角频率变化的特性曲线。根据自动控制原理的奈奎斯特稳定判据可以知道，若奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴无交点则说明发电机系统稳定，若奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴有交点则说明发电机系统不稳定。

图3是本发明一实施例中利用所述奈奎斯特曲线整定低励限制参数使发电机系统达到稳定的方法的流程示意图。如图3所示，在上述步骤S142中，调整所述低励限制参数，并重新获取所述发电机系统的奈奎斯特曲线，使重新获取的奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴无交点，以使所述发电机系统达到稳定状态的方法，可包括步骤：

S1421：通过多次修改所述低励限制参数，获取在各修改后的低励限制参数下的第二特性曲线，并利用所述第一特性曲线和在各修改后的低励限制参数下的第二特性曲线计算得到所述发电机系统在各修改后的低励限制参数下的奈奎斯特曲线，并确定在各修改后的低励限制参数下的奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴的交点的位置变化规律；

S1422：根据所述位置变化规律调整所述发电机系统的低励限制参数，并在调整后的低励限制参数下重新获取第二特性曲线，并利用所述第一特性曲线和重新获取的第二特性曲线重新获取所述发电机系统的奈奎斯特曲线，使重新获取的奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴无交点，使所述发电机系统达到稳定状态。

实质上，在上述步骤S1421和步骤S1422中，均可以在其各自的励磁限制参数下通过重复上述步骤S120和步骤S130来获取在其各自的励磁限制参数下发电机系统的奈奎斯特曲线。

图4是本发明一实施例中竞比型低励限制的原理示意图。如图4所示，无功功率Q_t减去无功参考功率Q_ref所得差值乘以低励限制传递函数G_UEL(s)(例如厂家提供的传递函数)得到励磁电压E_FD，即E_FD＝(Q_t-Q_ref)*G_UEL(s)。对于采用该种竞比型低励限制的励磁系统，现场只需测量实际电网中等效传递函数H₁(s)＝ΔQ_t/ΔE_FD随频率变化的响应特性，再与低励限制的传递函数G_UEL(s)相乘得到开环传递函数的频域特性，绘出奈奎斯特曲线，以判断发电机系统的稳定性。

图5是本发明一实施例中叠加型低励限制的原理示意图。如图5所示，无功功率Q_t减去无功参考功率Q_ref所得差值乘以低励限制传递函数G_UEL(s)(例如厂家提供的传递函数)得到低励限制输出电压V_UEL，即V_UEL＝(Q_t-Q_ref)*G_UEL(s)。对于采用该种叠加型低励限制的励磁系统，其中仍有电压主环的作用，因此等效传递函数H₂(s)中包含自动电压调节器，现场需测量无功功率Q_t与低励限制输出电压V_UEL的比值(即Q_t/V_UEL)随频率变化的动态特性，再与低励限制的传递函数相乘得奈奎斯特曲线，以此即可判断发电机系统的稳定性。

一个实施例中，发电机系统采用竞比型低励限制的励磁系统。励磁调节器厂家提供的电压调节器模型参数可为G_AVR(s)＝300*(1+1.5s)/(1+15s)，其中，式中数字300表示电压调节器增益为300，式中数字1.5表示电压调节器超前时间常数，式中数字15表示电压调节器滞后时间常数，式中s＝jω＝j2πf，ω表示角频率，f表示频率。该励磁调节器厂家提供的低励限制参数可为G_UEL(s)＝110*(1+1.5s)/(1+15s)，其中，式中数字110表示低励限制增益，式中数字1.5表示低励限制超前时间常数，式中数字15表示低励限制滞后时间常数，式中s＝jω＝j2πf，ω表示角频率，f表示频率。应用RTDS(Real Time Digital Simulator，实时数字仿真仪)建立励磁系统模型，结合扫频设备可得到等效传递函数H₁(s)＝ΔQ_t/ΔE_FD随频率变化的动态特性，再将等效传递函数H₁(s)与厂家提供的低励限制传递函数G_UEL(s)相乘得开环传递函数的奈奎斯特曲线。图6是利用本发明一实施例的方法得到的采用竞比型低励限制励磁系统的发电机系统的奈奎斯特曲线示意图。如图6所示，在0Hz～5Hz频段，奈奎斯特曲线在点(-1，j0)左侧与实轴没有交点，根据自动控制原理中的奈奎斯特稳定判据可以得知该闭环系统稳定，说明发电机系统的该低励限制参数整定合理。

对于低励限制参数对系统稳定性的影响，主要关注能否引起低频振荡，扫频时可只取0Hz～5Hz频段的响应曲线。

一个实施例中，发电机系统采用叠加型低励限制的励磁系统。励磁调节器厂家提供的电压调节器模型参数可为其中，式中数据6表示电压调节器增益，数字2.5表示电压调节器积分时间常数，式中s＝jω＝j2πf，ω表示角频率，f表示频率。该励磁调节器厂家提供的低励限制模型参数可为式中数据0.5表示低励限制增益，数字0.001表示低励限制积分时间常数，式中s＝jω＝j2πf，ω表示角频率，f表示频率。应用RTDS设备建立励磁系统模型，结合扫频设备得到等效传递函数H₂(s)＝ΔQ_t/ΔV_UEL随频率变化的动态特性，将等效传递函数H₂(s)函数与厂家提供的低励限制传递函数G_UEL(s)相乘得开环传递函数的奈奎斯特曲线。图7是利用本发明一实施例的方法得到的采用叠加型低励限制励磁系统的发电机系统的奈奎斯特曲线示意图。如图7所示，在0Hz～5Hz频段，奈奎斯特曲线在点(-1，j0)左侧与实轴相交，有交点，根据自动控制原理中的奈奎斯特稳定判据可以得知该发电机闭环系统不稳定，说明发电机系统的该低励限制参数整定不合理。一个实施例中，通过多次修改低励限制的积分时间常数，观察奈奎斯特曲线与实轴交点的位置，发现随着积分时间常数的增大，交点逐渐向右侧移动，据此，将低励限制积分时间常数由0.001修改为0.02，即令低励限制传递函数再次利用同样的方法绘制奈奎斯特曲线。图8是利用本发明一实施例的方法在修改后的低励限制积分时间常数下采用叠加型低励限制励磁系统的发电机系统的奈奎斯特曲线示意图。如图8所示，在修改后的低励限制积分时间常数下，重新绘制的奈奎斯特曲线在点(-1，j0)左侧与实轴不再有交点，根据自动控制原理中的奈奎斯特稳定判据可以得知该发电机闭环系统稳定。由此可见，修正后的低励限制参数设定合理，能够保证系统稳定运行。

本发明实施例的低励限制参数整定方法，通过独创地采用扫频方式获取发电机系统的等效传递函数随频率变化的特性曲线，并获取发电机系统的设定传递函数随在同样频率范围内频率变化的特性曲线，以及利用上述两种频率特性曲线计算得到发电机系统的奈奎斯特曲线，实现了在发电机系统外获取发电机系统的奈奎斯特曲线，克服了本领域技术人员无法获取发电机系统的奈奎斯特曲线的问题，利用奈奎斯特曲线能够判断各种工况发电机系统在各种低励限制参数下的稳定性，且低励限制动作基本不影响发电机系统，低励限制参数整定方式安全、可靠、方便。本发明的方法能保证各种工况下低励限制均能正常动作。一旦发生振荡能够迅速分析出低励限制不合理的参数变量，在参数修正简单。并且，不用在实际电网中进行试验，安全性高，能够使进相较深或弱化系统阻尼，不会导致与该发电机组相连的电网发生振荡。

基于与图1所示的低励限制参数整定方法相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种低励限制参数整定装置，如下面实施例所述。由于该低励限制参数整定装置解决问题的原理与低励限制参数整定方法相似，因此该低励限制参数整定装置的实施可以参见低励限制参数整定方法的实施，重复之处不再赘述。

图9是本发明实施例的低励限制参数整定装置的结构示意图。如图9所示，本发明实施例的低励限制参数整定装置，可包括：等效传递函数频率特性获取单元210、设定传递函数频率特性获取单元220、奈奎斯特曲线获取单元230及低励限制参数整定单元240，上述各单元顺序连接。

等效传递函数频率特性获取单元210，用于执行：通过扫频方式获取发电机系统的等效传递函数随一设定频率范围内频率变化的第一特性曲线。

设定传递函数频率特性获取单元220，用于执行：在所述发电机系统的一低励限制参数下，获取所述发电机系统的设定传递函数随所述设定频率范围内频率变化的第二特性曲线。

奈奎斯特曲线获取单元230，用于执行：利用所述第一特性曲线和所述第二特性曲线计算得到所述发电机系统的奈奎斯特曲线。

低励限制参数整定单元240，用于执行：利用所述奈奎斯特曲线，根据奈奎斯特稳定判据对所述低励限制参数进行整定。

在等效传递函数频率特性获取单元210中，该扫频方式可以通过扫频设备实现。通过扫频方式可以从发电机系统中提取计算发电机系统的等效传递函数所需的电气量，例如无功功率，并为提取的该电气量添加频率扰动，进而计算得到该频率下发电机系统的等效传递函数，以此可以得到发电机系统的等效传递函数随频率变化的特性曲线。通过该种扫频方式可以避免直接在发电机系统上试验各种低励限制参数。

一些实施例中，所述等效传递函数频率特性获取单元210，还用于执行：所述设定频率范围为0Hz～5Hz。如此一来，不仅可以包括低励限制参数对发电机系统稳定性的低频振荡影响的频率范围，又可以减少不必要的扫频工作。

在设定传递函数频率特性获取单元220中，该设定传递函数可以是厂家提供的传递函数。该设定传递函数可以直接为或变换为关于频率的函数。通过不断改变其中频率的取值，并得到相应的传递函数值，即可得到该设定传递函数随频率变化的特性曲线。该第二特性曲线的频率范围至少应包括上述设定频率范围。

在低励限制参数整定单元240中，利用所述奈奎斯特曲线，根据奈奎斯特稳定判据可以判断各种工况下的发电机系统的低励限制参数是否能使发电机系统稳定工作，若不能，通过修改发电机系统的低励限制参数并重新获得奈奎斯特曲线，并根据奈奎斯特稳定判据重新判断发电机系统的稳定性，直至发电机系统稳定，低励限制在励磁系统中能够发挥更好的作用。

本发明实施例中，通过独创地采用扫频方式获取发电机系统的等效传递函数随频率变化的特性曲线，并获取发电机系统的设定传递函数随在同样频率范围内频率变化的特性曲线，以及利用上述两种频率特性曲线计算得到发电机系统的奈奎斯特曲线，实现了在发电机系统外获取发电机系统的奈奎斯特曲线，克服了本领域技术人员无法获取发电机系统的奈奎斯特曲线的问题，利用奈奎斯特曲线能够判断各种工况发电机系统在各种低励限制参数下的稳定性，且低励限制动作基本不影响发电机系统，低励限制参数整定方式安全、可靠、方便。

在等效传递函数频率特性获取单元210中，对于不同类型的发电机系统励磁系统，获取发电机系统等效传递函数的具体方式可不同。

一些实施例中，所述发电机系统的励磁系统为竞比型低励限制励磁系统，所述等效传递函数频率特性获取单元210，可包括：第一等效传递函数频率特性获取模块。第一等效传递函数频率特性获取模块，用于执行：通过扫频方式获取所述发电机系统的无功功率与励磁电压比值随所述设定频率范围内频率变化的曲线，作为所述第一特性曲线。

本实施例中，可以通过扫频设备实现该扫频方式。可以通过扫频设备获取发电机系统的无功功率，并可利用扫频设备为获取的无功功率添加频率扰动，发电机系统的无功功率和发电机系统的励磁电压随之发生变化，还可利用扫频设备输出在该频率下的发电机系统等效传递函数(等于无功功率与励磁电压的比值)。通过在多个不同频率下分别获得无功功率与励磁电压的比值，可以得到竞比型低励限制励磁系统下发电机系统的等效传递函数随频率变化的特性曲线。

一些实施例中，所述发电机系统的励磁系统为叠加型低励限制励磁系统，所述等效传递函数频率特性获取单元210，可包括：第二等效传递函数频率特性获取模块。第二等效传递函数频率特性获取模块，用于执行：通过扫频方式获取所述发电机系统的无功功率与低励限制输出电压比值随所述设定频率范围内频率变化的曲线，作为所述第二特性曲线。

本实施例中，可以通过扫频设备实现该扫频方式。可以通过扫频设备获取发电机系统的无功功率，并可利用扫频设备为获取的无功功率添加频率扰动，发电机系统的无功功率和发电机系统的低励限制输出电压随之发生变化，还可利用扫频设备输出在该频率下的发电机系统等效传递函数(等于无功功率与低励限制输出电压的比值)。通过在多个不同频率下分别获得无功功率与低励限制输出电压的比值，可以得到叠加型低励限制励磁系统下发电机系统的等效传递函数随频率变化的特性曲线。

一些实施例中，所述等效传递函数频率特性获取单元210，可包括：第三等效传递函数频率特性获取模块。第三等效传递函数频率特性获取模块，用于执行：通过扫频设备对所述等效传递函数添加所述设定频率范围内频率的扰动，并记录所述等效传递函数随所述设定频率范围内频率的变化，得到所述第一特性曲线。

本实施例中，通过扫频设备可以方便地获得等效传递函数随频率变化的特性曲线。因该扫频方式是通过将等效传递函数的相关量(例如无功功率、励磁电压、低励限制输出电压)引出，在发电机系统外部获得该些量在频率扰动下的响应，进而得到等效传递函数对频率扰动的响应，而不是直接在发电机系统中进行修改低励限制参数的试验，所以可使本发明基本不会破坏发电机系统的稳定性。

一些实施例中，所述设定传递函数频率特性获取单元220，可包括：设定传递函数频率特性获取模块。设定传递函数频率特性获取模块，用于执行：在所述发电机系统的一低励限制参数下，通过Matlab软件在所述设定频率范围内不断改变所述设定传递函数中的频率变量的值，并获取所述设定传递函数随所述设定频率范围内频率的变化，得到所述第二特性曲线。

本实施例中，该设定传递函数可以是厂家给定的传递函数。可以通过Matlab软件编写程序，改变频率，即可获得相应的传递函数的值，进而得到该设定传递函数随频率变化的特性曲线。

一些实施例中，所述奈奎斯特曲线获取单元230，可包括：奈奎斯特曲线获取模块。奈奎斯特曲线获取模块，用于执行：通过将所述第一特性曲线在各频率下的等效传递函数的值和所述第二特性曲线在相应频率下的设定传递函数的值相乘，得到所述发电机系统的开环频率特性曲线，作为所述奈奎斯特曲线。

图10是本发明一实施例中低励限制参数整定单元的结构示意图。如图10所示，所述低励限制参数整定单元240，可包括：发电机系统稳定性判断模块241和低励限制参数整定模块242，二者相互连接。

发电机系统稳定性判断模块241，用于执行：根据所述奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴无交点判定所述发电机系统在所述发电机系统的一低励限制参数下处于稳定状态，根据所述奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴有交点判定所述发电机系统在所述发电机系统的一低励限制参数下处于不稳定状态。

低励限制参数整定模块242，用于执行：若所述发电机系统在所述发电机系统的一低励限制参数下处于不稳定状态，调整所述发电机系统的低励限制参数，并重新获取所述发电机系统的奈奎斯特曲线，使重新获取的奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴无交点，以使所述发电机系统达到稳定状态。

本实施例中，发电机系统的奈奎斯特曲线是发电机整个闭环系统的开环频率特性，是可以在复平面上画出开环频率随频率或随角频率变化的特性曲线。根据自动控制原理的奈奎斯特稳定判据可以知道，若奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴无交点则说明发电机系统稳定，若奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴有交点则说明发电机系统不稳定。

图11是本发明一实施例中低励限制参数整定模块的结构示意图。如图11所示，低励限制参数整定模块242，可包括：

交点的位置变化规律获取模块2421，用于执行：通过多次修改所述低励限制参数，获取在各修改后的低励限制参数下的第二特性曲线，并利用所述第一特性曲线和在各修改后的低励限制参数下的第二特性曲线计算得到所述发电机系统在各修改后的低励限制参数下的奈奎斯特曲线，并确定在各修改后的低励限制参数下的奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴的交点的位置变化规律。

低励限制参数调整模块2422，用于执行：根据所述位置变化规律调整所述发电机系统的低励限制参数，并在调整后的低励限制参数下重新获取第二特性曲线，并利用所述第一特性曲线和重新获取的第二特性曲线重新获取所述发电机系统的奈奎斯特曲线，使重新获取的奈奎斯特曲线在复平面上(1，j0)点左侧与实轴无交点，使所述发电机系统达到稳定状态。

实质上，在低励限制参数调整模块2422中，均可以在其各自的励磁限制参数下通过使用设定传递函数频率特性获取单元220和奈奎斯特曲线获取单元230中的方式来获取在其各自的励磁限制参数下发电机系统的奈奎斯特曲线。

本发明实施例的低励限制参数整定装置，通过独创地采用扫频方式获取发电机系统的等效传递函数随频率变化的特性曲线，并获取发电机系统的设定传递函数随在同样频率范围内频率变化的特性曲线，以及利用上述两种频率特性曲线计算得到发电机系统的奈奎斯特曲线，实现了在发电机系统外获取发电机系统的奈奎斯特曲线，克服了本领域技术人员无法获取发电机系统的奈奎斯特曲线的问题，利用奈奎斯特曲线能够判断各种工况发电机系统在各种低励限制参数下的稳定性，且低励限制动作基本不影响发电机系统，低励限制参数整定方式安全、可靠、方便。本发明的方法能保证各种工况下低励限制均能正常动作。一旦发生振荡能够迅速分析出低励限制不合理的参数变量，在参数修正简单。并且，不用在实际电网中进行试验，安全性高，能够使进相较深或弱化系统阻尼，不会导致与该发电机组相连的电网发生振荡。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本发明的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。