基于统一模型的发电机励磁系统聚合方法
【专利摘要】本发明是一种基于统一模型的发电机励磁系统聚合方法，本发明首先提出聚合后励磁系统模型的选取原则；然后通过励磁系统状态相量系数矩阵构建了统一结构模型；最后利用等值机模型系数矩阵与统一模型分块对角阵之间结构相似与等值前后电气特征相似的约束关系，可直接获取励磁系统的参数。与基于频域传递函数拟合和时域仿真优化的方法相比，本发明的方法对工作点设置或寻优方向选取不具有依赖性，是一种时域非迭代的聚合参数解析求解方法，尤其适用于含有多种励磁模型的实际大电网，能有效简化计算，提高等值精度。计算量小、等值精度高，无需迭代即可获取励磁模型及参数，适用于含多种励磁模型的复杂机群聚合。
【专利说明】基于统一模型的发电机励磁系统聚合方法
【技术领域】
[0001] 本发明是一种基于统一模型的发电机励磁系统聚合方法，属于电力系统动态等值 技术应用的创新技术。
【背景技术】
[0002] 励磁系统聚合是发电机聚合的一项关键环节，会直接影响发电机的暂态性能。目 前励磁系统聚合使用较多的是加权平均法，该方法过程简单且计算量小，适用于模型结构 相同且参数不存在明显差异的励磁系统聚合。而实际系统中待聚合的发电机励磁系统往往 存在模型与参数的差异，简单套用是千差万别的加权平均的方式无法适用这一现状。且加 权平均法只能聚合模型相同的励磁系统，从而每个同调机群需被等值为若干台模型不同的 等值机，使得化简规模受到极大的限制。
[0003] 为解决不同模型励磁系统的聚合问题，电力工作者进行了大量的科学研究，取得 了一些成果。不少学者使用了频域拟合及参数辨识方法进行聚合。频域方法可采用标准传 递函数的方式，通过将高阶聚合传递函数降为低阶，并引入分段线性多项式函数对低阶标 准传递函数模型进行参数辨识，但不能确定降低阶次，只能反复尝试对比。频域聚合方法具 有过程复杂、计算量大、实施过程不易掌控、对信息具有较强依赖性等缺陷，难以应用于大 规模电网励磁系统聚合。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种能有效简化计算，提高等值精度的简 单实用的基于统一模型的发电机励磁系统聚合方法。本发明能适用于模型不同的发电机 励磁系统，解决了传统加权平均法无法聚合模型不同的励磁系统的问题。本发明对工作点 设置或寻优方向选取不具有依赖性，是一种时域非迭代的聚合参数解析求解方法，尤其适 用于含有多种励磁模型的实际大电网。
[0005] 本发明的技术方案是：本发明的基于统一模型的发电机励磁系统聚合方法，包括 如下步骤：
[0006] 1)根据等值励磁模型选取方法选取等值机模型；
[0007] 2)对各聚合发电机的励磁系统进行建模，建立其各自状态空间表达式，并推导出 各聚合发电机的状态相量系数矩阵；
[0008] 3)构造以各聚合机状态相量系数矩阵为主对角元的分块对角矩阵，该分块对角矩 阵就是一个由型号不同的励磁系统组成的统一模型，其中的每一分块对角矩阵表示待聚合 的励磁系统；
[0009] 4)通过等值机模型状态相量系数矩阵与统一模型分块对角阵间的结构约束关系， 推导出等值机参数解析表达式，获取聚合后发电机励磁系统解析参数；包括调压器稳定回 路时间常数K，调压器放大时间常数7：，调节器增益，励磁机时间常数Γ〗，调压器稳 定回路增益I;，自励磁时间常数，最大励磁电压《UMCIf ?调压器输出最大值，最大 励磁电压时励磁机饱和系数I
[0010] 5)用前一步得到的等值机参数进行时域仿真，观测对比聚合前后发电机转子角、 母线电压、线路有功功率等动态性能，若误差超过一定范围则返回第一步重新选定等值机 励磁系统模型；若误差在可接受的范围内则结束，输出结果。
[0011] 本发明基于统一模型的发电机励磁系统聚合方法，根据所提出的等值励磁模型选 取方法选取等值机模型后，由解析推导构造出统一模型复合系数矩阵，利用模型系数矩阵 聚合前后结构不变的特性，直接获得等值机励磁模型及参数。
[0012] 本发明基于统一模型的发电机励磁系统聚合方法，求解得到的发电机的参数是解 析解，无须迭代、寻优过程，适应于大规模电网在线化简应用。
[0013] 本发明基于统一模型的发电机励磁系统聚合方法，能获取聚合后发电机包括调压 器稳定回路时间常数？；，调压器放大时间常数Γ] ?调节器增益励磁机时间常数 调压器稳定回路增益I》，自励磁时间常数[【，最大励磁电压?，调压器输出最大值 ，最大励磁电压时励磁机饱和系数·这9项等值发电机参数。
[0014] 本发明是一种基于统一模型的发电机励磁系统聚合方法，本发明首先提出聚合后 励磁系统模型的选取原则；然后通过励磁系统状态相量系数矩阵构建了统一结构模型；最 后利用等值机模型系数矩阵与统一模型分块对角阵之间结构相似与等值前后电气特征相 似的约束关系，可直接获取励磁系统的参数。与基于频域传递函数拟合和时域仿真优化的 方法相比，本发明的方法对工作点设置或寻优方向选取不具有依赖性，是一种时域非迭代 的聚合参数解析求解方法，尤其适用于含有多种励磁模型的实际大电网，能有效简化计算， 提高等值精度。计算量小、等值精度高，无需迭代即可获取励磁模型及参数，适用于含多种 励磁模型的复杂机群聚合。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为本发明的流程图。
[0016] 图2为EA型励磁机传递函数框图。
[0017] 图3为等值励磁电压的构成示意图。
[0018] 图4为施加大阶跃输入的简化励磁机模型示意图。
【具体实施方式】
[0019] 实施例：
[0020] 本发明的基于统一模型的发电机励磁系统聚合方法，包括如下步骤：
[0021] 1)根据等值励磁模型选取方法选取等值机模型；
[0022] 2)对各聚合发电机的励磁系统进行建模，建立其各自状态空间表达式，并推导出 各聚合发电机的状态相量系数矩阵；
[0023] 3)构造以各聚合机状态相量系数矩阵为主对角元的分块对角矩阵，该分块对角 矩阵就是一个由型号不同的励磁系统组成的统一模型，其中的每一分块对角矩阵表示待聚 合的励磁系统；
[0024] 4)通过等值机模型状态相量系数矩阵与统一模型分块对角阵间的结构约束关系， 推导出等值机参数解析表达式，获取聚合后发电机励磁系统解析参数；包括调压器稳定回 路时间常数7；，调压器放大时间常数:，调节器增益欠】，励磁机时间常数G，调压器稳 定回路增益I》，自励磁时间常数最大励磁电压￡：.,,--，调压器输出最大值，最大 励磁电压时励磁机饱和系数;
[0025] 5)用前一步得到的等值机参数进行时域仿真，观测对比聚合前后发电机转子角、 母线电压、线路有功功率等动态性能，若误差超过一定范围则返回第一步重新选定等值机 励磁系统模型；若误差在可接受的范围内则结束，输出结果。
[0026] 本发明的具体过程如下：
[0027] 1、统一模型构建
[0028] 聚合前后的励磁系统应保留相似的电气特征。本专利提出了励磁系统聚合前后模 型统一处理原则：
[0029] (1)如果待聚合发电机励磁系统的模型相同，则取该励磁系统模型为等值机模 型；
[0030] ⑵如果各发电机的励磁系统模型和参数不相同，则选择对应机组的总容量最大 的励磁系统模型作为统一模型。若同调机群内有若干组励磁系统模型对应的发电机群容量 比重均较大且比较接近，则选取与接口母线电气距离最近的发电机励磁系统模型作为等值 机模型。
[0031] (3)检验等值机模型的选取是否恰当。如果等值前后发电机动态特性差距较大，则 需重新选择励磁系统等值机模型以改善等值效果。
[0032] 然后对各待聚合发电机的励磁系统进行建模，建立其各自状态空间表达式，并可 推导出各待聚合发电机的状态相量系数矩阵A ek(k= 1，2…m)，不同型号的励磁系统由于 状态空间表达式不同，故其状态相量系数矩阵也可能拥有不同形式。
[0033] 由于选定等值机模型后，等值机状态空间表达式被确定，等值机状态方程中的状 态相量系数矩阵^的结构也被确定。由系数矩阵结构约束的性质可知，等值机状态相量系 数矩阵应是由以各待聚合机状态相量系数矩阵为主对角元的分块对角矩阵，该分块对角矩 阵就是一个由型号不同的励磁系统组成的统一模型。通过等值机模型状态相量系数矩阵与 统一模型分块对角阵间的结构约束关系，可以推导出等值机励磁参数解析表达式。
[0034] 由此，不同的励磁系统被聚合为一个具有所选定等值机型号的统一模型。统一模 型构建过程严格遵守系数矩阵结构约束特性，并可推导出准确的等值参数表达式。同时完 整保留了原有参数信息，且没有对模型或参数进行人为调整从而带来误差。下文详细叙述 了统一模型建模和参数求取过程。
[0035] 2、系统建模
[0036] 下面选取较有最具通用性和代表性的EA型励磁系统模型为例进行推导，其传递 函数框图如图1所示。取Xi = V3, x2 = VK, x3 = efd，系统可用状态空间表示为式（1)，（2)。
[0037]
【权利要求】
1. 一种基于统一模型的发电机励磁系统聚合方法，其特征在于包括如下步骤： 1) 根据等值励磁模型选取方法选取等值机模型； 2) 对各聚合发电机的励磁系统进行建模，建立其各自状态空间表达式，并推导出各聚 合发电机的状态相量系数矩阵； 3) 构造以各聚合机状态相量系数矩阵为主对角元的分块对角矩阵，该分块对角矩阵就 是一个由型号不同的励磁系统组成的统一模型，其中的每一分块对角矩阵表示待聚合的励 磁系统； 4) 通过等值机模型状态相量系数矩阵与统一模型分块对角阵间的结构约束关系，推导 出等值机参数解析表达式，获取聚合后发电机励磁系统解析参数；包括调压器稳定回路时 间常数ζ ?调压器放大时间常数Γ] ?调节器增益尤：；，励磁机时间常数Γ;，调压器稳定回路 增益，自励磁时间常数最大励磁电压，调压器输出最大值*最大励磁 电压时励磁机饱和系数; 5) 用前一步得到的等值机参数进行时域仿真，观测对比聚合前后发电机转子角、母线 电压、线路有功功率等动态性能，若误差超过一定范围则返回第一步重新选定等值机励磁 系统模型；若误差在可接受的范围内则结束，输出结果。
2. 根据权利要求1所述的基于统一模型的发电机励磁系统聚合方法，其特征在于根据 所提出的等值励磁模型选取方法选取等值机模型后，由解析推导构造出统一模型复合系数 矩阵，利用模型系数矩阵聚合前后结构不变的特性，直接获得等值机励磁模型及参数。
3. 根据权利要求1所述的基于统一模型的发电机励磁系统聚合方法，其特征在于上述 求解方法得到的发电机的参数是解析解，无须迭代、寻优过程，适应于大规模电网在线化简 应用。
4. 根据权利要求1所述的基于统一模型的发电机励磁系统聚合方法，其特征在于能 获取聚合后发电机包括调压器稳定回路时间常数?；，调压器放大时间常数7：?调节器增 益I】，励磁机时间常数调压器稳定回路增益夂》，自励磁时间常数，最大励磁电压 ?，调压器输出最大值，最大励磁电压时励磁机饱和系数$胃这9项等值发电机 参数。
【文档编号】G06F19/00GK104143046SQ201410334731
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】王长香, 朱林, 武志刚, 李莎, 刘平, 甄鸿越, 赵利刚, 杨诚, 门锟 申请人:中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心, 南方电网科学研究院有限责任公司