專利名稱：同步發(fā)電機(jī)實測電氣參數(shù)測辨系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的同步發(fā)電機(jī)實測電氣參數(shù)測辨系統(tǒng)及方法，屬于同步發(fā)電機(jī)電氣參 數(shù)實測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)的心臟。在電力系統(tǒng)的工程研究中，同步發(fā)電機(jī)的實 測電氣參數(shù)是其特征反映的重要參量，既是機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)優(yōu)化和高精準(zhǔn)度控制的 必備參數(shù)，也是電力系統(tǒng)潮流計算、穩(wěn)定分析、運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)化、穩(wěn)定極限的優(yōu) 化、繼電保護(hù)整定優(yōu)化、高精準(zhǔn)度狀態(tài)監(jiān)測、高精準(zhǔn)度控制的必備的參數(shù)。在大 系統(tǒng)低頻震蕩分析和抑制技術(shù)的研究領(lǐng)域，同歩發(fā)電機(jī)的實測電氣參數(shù)也是必備 參數(shù)。隨著電力系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)SMU技術(shù)的發(fā)展，高精準(zhǔn)度的實測參數(shù)，結(jié) 合同步發(fā)電機(jī)輸入?yún)⒘?，可以有效校核SMU裝置系統(tǒng)實測功角的準(zhǔn)確度，從而 為電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和安全控制提供準(zhǔn)確的適時功角。
在工程中，同歩發(fā)電機(jī)的電氣參數(shù)的獲取采用甩負(fù)荷測試法、頻域辨識法、 時域辨識法。甩負(fù)荷測試法包括傳統(tǒng)的實驗方法和新的辨識方法，傳統(tǒng)的實驗方 法分2次甩負(fù)荷，測量端口電壓、功角，其中d軸甩負(fù)荷，只要令發(fā)電機(jī)從電網(wǎng) 吸收一定無功，幾乎不發(fā)有功即可，q軸甩負(fù)荷，要滿足功率因數(shù)角等于功角， 多次拋載找到勵磁電流變化最小的運(yùn)行點(diǎn)，將功角當(dāng)作一個未知量進(jìn)行辨識；新 的辨識方法需要一次任意狀態(tài)甩負(fù)荷、增加測量勵磁電流，利用勵磁電流辨識d 軸參數(shù)，利用電樞電壓辨識剩余參數(shù)。頻域辨識法通過測量測量發(fā)電機(jī)的輸出電 壓電流和功角，利用FFT變換，在頻域內(nèi)動態(tài)擬合直軸交軸運(yùn)算電抗，進(jìn)而辨 識參數(shù)。時域辨識法最先進(jìn)的做法是利用SMU裝置測量發(fā)電機(jī)的輸入輸出量， 離線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再用優(yōu)化類的方法搜索滿足模型方程的參數(shù)解。這些方法的 缺陷分別是甩負(fù)荷測試法難以準(zhǔn)確把握實驗條件，需要根據(jù)經(jīng)驗作近似調(diào)整，
實驗時機(jī)組不是正常并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)；頻域辨識法需要對測量變量作偏差化處理，
4實際上也就是線性化處理，對于機(jī)組的部分參數(shù)的辨識精度，特別是暫態(tài)參數(shù)辨 識精度影響很大。時域辨識法需要運(yùn)用功角測量值的絕對量信息，由于功角測量 精度的校對需要精確的參數(shù)，所以在不知道精確參數(shù)的條件下，功角的測量精度 無法保證，實際辨識中，部分參數(shù)特別是暫態(tài)參數(shù)的誤差可能會超過10%，從而 缺乏工程運(yùn)用價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種精確度高的同步發(fā)電機(jī)實測電氣 參數(shù)測辨系統(tǒng)及方法。該方法利用同步相量測量(SMU)裝置的測量數(shù)據(jù)辨識 獲取同步發(fā)電機(jī)實測電氣參數(shù)的方法。
本系統(tǒng)的構(gòu)成包括個六單元GPS授時單元、同步相量測量單元、數(shù)據(jù)存儲
單元、算法運(yùn)算單元、人機(jī)交互單元、數(shù)據(jù)發(fā)送單元。各單元的主要功能分別為 GPS授時單元對測量單元發(fā)送統(tǒng)一對時信號；同步相量測量單元測量機(jī)組的同歩 相量，包括端口電壓及其相角、端口電流及其相角、勵磁電壓、勵磁電流、轉(zhuǎn)速、 功角等，并進(jìn)行模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)存儲單元存儲測量單元發(fā)送的數(shù)字信 號，并備份和定期刷新；算法運(yùn)算單元實現(xiàn)機(jī)組狀態(tài)的甄別和算法的具體運(yùn)算； 人機(jī)交互單元顯示參數(shù)的辨識結(jié)果，顯示機(jī)組輸出即時比對校驗圖形，報文打印 等；數(shù)據(jù)發(fā)送單元向主控室或省調(diào)度中心發(fā)送數(shù)據(jù)，也能響應(yīng)遠(yuǎn)程召喚。
本系統(tǒng)在辨識算法實現(xiàn)上采取了分步辨識的思想，采用SMU裝置系統(tǒng)的 GPS系統(tǒng)提供的時鐘信號為同時標(biāo)基準(zhǔn)，利用SMU裝置測量到的同步發(fā)電機(jī)端 口電壓電流及相角、勵磁電壓電流、轉(zhuǎn)速及功角等測量數(shù)據(jù)，運(yùn)用功角相對變化 量來甄別分析發(fā)電機(jī)多種運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合不同運(yùn)行狀態(tài)適用的同步發(fā)電機(jī)的電氣 方程，先比較精確地計算出同步發(fā)電機(jī)電氣參數(shù)的數(shù)值，以此數(shù)值作為初值，在 該數(shù)值附近作微小步長變化進(jìn)行合適范圍的搜索，從而辨識求解得到滿足同步發(fā) 電機(jī)全部狀態(tài)方程的實測電氣參數(shù)。
本方法采用嵌入式結(jié)構(gòu)設(shè)計，工程上易于實現(xiàn)，不影響現(xiàn)有機(jī)組的運(yùn)行和控 制。可以與現(xiàn)已裝設(shè)SMU裝置兼容，而直接應(yīng)用現(xiàn)有的同步發(fā)電機(jī)SMU裝置 的測量數(shù)據(jù)，本方法能克服現(xiàn)有方法對功角測量值絕對量值的依賴，只運(yùn)用功角 測量值的相對量值作發(fā)電機(jī)狀態(tài)的甄別，辨識過程中功角作為辨識量，避免了功角測量誤差的影響，從而能獲取所有參數(shù)的高精度數(shù)值，解決了暫態(tài)參數(shù)的辨識 精度不高的問題。能為發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)優(yōu)化和高精準(zhǔn)度控制提供必備的參 數(shù)，為電力系統(tǒng)潮流計算、穩(wěn)定分析、運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)化、穩(wěn)定極限的優(yōu)化、繼電 保護(hù)整定優(yōu)化、高精準(zhǔn)度狀態(tài)監(jiān)測、高精準(zhǔn)度控制提供必備的參數(shù)，為大系統(tǒng)低 頻震蕩分析和抑制技術(shù)的研究提供必備參數(shù)，也為有效校核SMU裝置系統(tǒng)實測 功角的準(zhǔn)確度，從而為電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和安全控制提供準(zhǔn)確的適時功角。
說明書附圖
圖l為測辨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。 圖2為算法實現(xiàn)的程序框圖。
具體實現(xiàn)方式
本發(fā)明同步發(fā)電機(jī)實測電氣參數(shù)測辨系統(tǒng)及方法的具體實施方式
如下-
1、 按照模塊功能需求，構(gòu)建相應(yīng)的模塊，聯(lián)結(jié)組成系統(tǒng)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 如

圖1所示。
2、 以優(yōu)選初值微變搜索法辨識計算實測參數(shù)，步驟如下
(1) 用具有GPS時鐘信號標(biāo)識的同步發(fā)電機(jī)SMU裝置系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)
端口電壓t/。和其相角(^。、端口電流/。和其相角A。，求解轉(zhuǎn)子側(cè)等效合成電壓 向量A和其相角A,、等效合成電流向量A和其相角％ 。
(2) 根據(jù)等效合成電壓向量A、合成電流^、勵磁電壓2^、勵磁電流^、
轉(zhuǎn)速0、功角3相對變化量所反應(yīng)的狀態(tài)信息，甄別分析找出穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)運(yùn) 行點(diǎn)，即轉(zhuǎn)速、勵磁電流、功角不變的運(yùn)行點(diǎn)，結(jié)合同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)電氣方程， 求解出直軸同步電抗i^、交軸同步電抗J^、直軸電樞反應(yīng)電抗JT^、交軸電
樞反應(yīng)電抗Jf。。、漏抗JT/、定子電阻/;、勵磁放大倍數(shù)^:、勵磁繞組電阻^。
在穩(wěn)態(tài)情況下，同步發(fā)電機(jī)空載時的電氣方程為1/
上式中，t/d—為直軸電壓分量，wd=t/sin^ w?！獮榻惠S電壓分量，w。二？7cos^ "--為轉(zhuǎn)子側(cè)等效合成電壓向量的幅值 / —為轉(zhuǎn)子側(cè)等效合成電流向量的幅值
五,-為勵磁電勢
為勵磁電壓 由上式可求得勵磁放大倍數(shù)i 。
在穩(wěn)態(tài)情況下，同步發(fā)電機(jī)空載時，勵磁繞組的電壓方程為
上式中，/,-為勵磁電流 由上式可求得勵磁繞組電阻；。 在穩(wěn)態(tài)情況下，同步發(fā)電機(jī)有載時的電氣方程為
ww = X / — r ^
d 《《 d
w =￡, —Z丄一r/ 上式中，/d—為直軸電流分量，/d=/sin(^ + ^)
/q —為交軸電流分量，/q = / COS(5 + 0)
p--為轉(zhuǎn)子側(cè)等效合成電流向量和合成電流向量的相角差 上式中，由多個穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)消去功角5，可求得直軸同步電抗J^、交軸同歩電抗i 、定子電阻r。。由《二^^/^求得直軸電樞反應(yīng)電抗jt^，
由x, —z^求得漏抗i,，由1。, —；^求得交軸電樞反應(yīng)電抗&。
(3) 根據(jù)已求得的j^、 jq、 iarf、 z?！?、i,、 ^、《，結(jié)合同步發(fā)
電機(jī)的部分暫態(tài)電氣方程，求解直軸瞬變電抗J^C、直軸超瞬變電抗i:、交軸
瞬變電抗z《、交軸超瞬變電抗z:、直軸暫態(tài)時間常數(shù)7^、交軸暫態(tài)時間常
數(shù)t;。、直軸次暫態(tài)時間常數(shù)7;。、交軸次暫態(tài)時間常數(shù)7;'o。
暫態(tài)情況下，同步發(fā)電機(jī)空載時電氣方程為
一 a0z -《& rf "
rf0 A7 x廣《g a
,,,, —兀w ,,, 乙」=乙^ ; +五 "。&《-^ &9
上式中，五,-為暫態(tài)電勢的直軸分量
五:-為暫態(tài)電勢的交軸分量
五:-為次暫態(tài)電勢的直軸分量
五:-為次暫態(tài)電勢的交軸分量
運(yùn)用優(yōu)化類的方法可以搜索求解得到直軸瞬變電抗、直軸超瞬變電抗^c 、 交軸瞬變電抗i《、交軸超瞬變電抗x;直軸暫態(tài)時間常數(shù)《。、交軸暫態(tài)時
間常數(shù)7;。、直軸次暫態(tài)時間常數(shù)7^、交軸次暫態(tài)時間常數(shù)j;'。。
(4) 以這些求得的j^、 ^;、 x^、 z,、 r。、 a:， 義:、j^、;^、 rrfQ、 7;Q、 ？;。、 i;。的值作為初值，結(jié)合同步發(fā)電機(jī)的全部暫態(tài)電氣方
程，采取在初值附近作微小步長的變化，得到若干新的點(diǎn)，比較這些點(diǎn)的目標(biāo)評 價函數(shù)值，取目標(biāo)評價函數(shù)值最好的點(diǎn)作為新的初值，再在其附近作微小變化， 再得到若干新的點(diǎn)，再比較這些新點(diǎn)的目標(biāo)評價函數(shù)，保留最好的點(diǎn)繼續(xù)變化， 直到滿足停止條件，如此辨識求得全部電氣參數(shù)。 暫態(tài)情況下，同步發(fā)電機(jī)有載時的電氣方程為 <formula>formula see original document page 9</formula>運(yùn)用z'd 二 / sin(5 +， 人=/ cos(3 +， wd = sin 5 ，
Wq=t/COS^，消去功角5，再運(yùn)用上面的暫態(tài)電氣方程，采用排列組合 的辦法可以在初值點(diǎn)以微小的歩長變化，獲得若干個新點(diǎn)，比較這些點(diǎn)的目 標(biāo)評價函數(shù)F的值，目標(biāo)評價函數(shù)F的取法為
F = ti.o/(/。k-/〕2
上式中，/Qk-為已知的合成電流向量幅值
/:-為根據(jù)各點(diǎn)結(jié)合輸入計算求得的的合成電流向量幅值
-為測量數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)，A = 1,2..."
如此不斷保留最好的點(diǎn)繼續(xù)變化，直到滿足停止條件，可以辨識求得全部電氣參 數(shù)的精確值。
算法實施的步驟程序框如圖2所示。
權(quán)利要求
1、一種同步發(fā)電機(jī)實測電氣參數(shù)測辨系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由GPS授時單元、與GPS授時單元相連的同步相量測量單元、與同步相量測量單元相連的數(shù)據(jù)存儲單元、與數(shù)據(jù)存儲單元相連的算法運(yùn)算單元、與算法運(yùn)算單元相連的人機(jī)交互單元、與人機(jī)交互單元相連的數(shù)據(jù)發(fā)送單元組成。
2、 一種同步發(fā)電機(jī)實測電氣參數(shù)測辨方法，其特征在于包括以下過程(1) 、利用GPS授時單元對同步相量測量單元發(fā)送統(tǒng)一對時信號；(2) 、利用同步相量測量單元測量機(jī)組的同步相量，包括端口電壓及其相角、端口電流及其相角、勵磁電壓、勵磁電流、轉(zhuǎn)速、功角，并進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換；(3) 、利用數(shù)據(jù)存儲單元存儲同步相量測量單元發(fā)送的數(shù)字信號，并備份和 定期刷新；(4) 、利用算法運(yùn)算單元實現(xiàn)機(jī)組狀態(tài)的甄別和算法的具體運(yùn)算；其中所述算法為優(yōu)選初值微變搜索算法，其辨識步驟為① 用具有GPS時鐘信號標(biāo)識的同步發(fā)電機(jī)SMU裝置系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)，包括 端口電壓W。和其相角A。、端口電流^和其相角(^,e，求解轉(zhuǎn)子側(cè)等效合成電壓向量仏及其相角、等效合成電流向量/,及其相角^n ;② 根據(jù)等效合成電壓向量^、合成電流/j、勵磁電壓w,、勵磁電流G、轉(zhuǎn) 速w、功角3相對變化量所反應(yīng)的狀態(tài)信息，甄別分析找出穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 點(diǎn)，結(jié)合同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)電氣方程，求解出直軸同步電抗J^、交軸同步電抗 jq、直軸電樞反應(yīng)電抗jr^、交軸電樞反應(yīng)電抗jr^、漏抗jt,、定子電阻r。、勵磁放大倍數(shù)《、勵磁繞組電阻。；③ 根據(jù)已求得的;^、 x《、xarf、 x。 、義,、G、 k，結(jié)合同步發(fā)電機(jī) 的部分暫態(tài)電氣方程，求解直軸瞬變電抗JC、直軸超瞬變電抗^c、交軸瞬變電抗x《、交軸超瞬變電抗z:、直軸暫態(tài)時間常數(shù)7^、交軸暫態(tài)時間常數(shù)7^、直軸次暫態(tài)時間常數(shù)7^ 、交軸次暫態(tài)時間常數(shù)7;'。；④以這些求得的A、 a、 x,《、小a:，《、《、《、《、《。、《。、《'。、7;'。的值作為初值，結(jié)合同步發(fā)電機(jī)組的全部暫態(tài)電氣方程， 采取在初值附近作微小步長的變化，得到若干新的點(diǎn)，比較這些點(diǎn)的目標(biāo)評價函 數(shù)值，取目標(biāo)評價函數(shù)值最好的點(diǎn)作為新的初值，再在其附近作微小變化，再得 到若干新的點(diǎn)，再比較這些新點(diǎn)的目標(biāo)評價函數(shù)，保留最好的點(diǎn)繼續(xù)變化，直到滿足停止條件，如此辨識求得全部電氣參數(shù)的精確值；(5) 、利用人機(jī)交互單元顯示參數(shù)的辨識結(jié)果，顯示機(jī)組輸出即時比對校驗 圖形，報文打印等；(6) 、利用數(shù)據(jù)發(fā)送單元向主控室或省調(diào)度中心發(fā)送數(shù)據(jù)，也能響應(yīng)遠(yuǎn)程召喚。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種同步發(fā)電機(jī)實測電氣參數(shù)測辨系統(tǒng)及方法，屬于同步發(fā)電機(jī)電氣參數(shù)實測技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)由GPS授時單元、同步相量測量單元、數(shù)據(jù)存儲單元、算法運(yùn)算單元、人機(jī)交互單元、數(shù)據(jù)發(fā)送單元組成。本方法運(yùn)用優(yōu)選初值微變搜索法，根據(jù)典型運(yùn)行狀態(tài)的狀態(tài)約束方程，先辨識部分電氣參數(shù)，再根據(jù)全部運(yùn)行狀態(tài)的狀態(tài)約束方程，精確辨識全部同步發(fā)電機(jī)實測電氣參數(shù)。本發(fā)明能實現(xiàn)對同步發(fā)電機(jī)實測電氣參數(shù)的精確辨識。
文檔編號G01R31/34GK101430365SQ20081024402
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者張仰飛, 越 袁, 陳小虎 申請人:南京工程學(xué)院