[发明专利]一种基于频域法的发电机组励磁系统建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及发电机组励磁系统建模方法，尤其涉及一种基于频域分析法建立发电机组励磁系统的更可靠、更精确模型的方法，属于电力系统运行与控制领域。

背景技术

随着电网规模的不断扩大，发电机组单机容量和电压等级的不断提高，电力系统已步入大电网、高电压与大机组时代，因此对系统稳定性也提出了更高的要求。在这种背景下，发电机励磁系统对电力系统的电压控制和稳定控制具有十分重要的作用，尤其是在故障情况下，对系统暂态稳定的影响更大。发电机组励磁系统对于电力系统的稳定安全运行意义重大，电力系统日常稳定计算通常涉及励磁系统的模型；同时根据国家电网公司调度中心的文件要求，对目前电网参数库中的励磁系统计算用模型提出了更高的准确性要求，因此有必要对目前现有的大型发电机组励磁系统建模技术进行改进创新，以符合新的需要和标准。

目前对于发电机组的励磁系统建模广泛采用的是基于时域法的建模技术，在很多场合已成为一种默认的建模标准。基于时域法的励磁系统建模技术的一些优点毋庸置疑，已在大量文献中被阐述过，在实践中也已有所体现。从时域角度进行建模在很大程度上只是很浅显的研究了励磁系统的在某些特定场合的时域动态特性，以此作为发电机组励磁系统建模的依据和目标，而并没有考虑励磁系统更深层次的频域特性，因此这种基于时域法的建模技术将很有可能导致所建模型准确性和精确性的欠缺。

时域法在当前发电机组励磁系统建模中的广泛应用，而频域法却很少被利用，但是随着频域法的不断改进和现场试验设备性能的提高，频域法已在其他科学领域得到大量应用，也日臻成熟完善。一般认为系统的频域特性能够给出对数据和系统的特性较为透彻的理解，其反映系统最本质的性质；频域特性具有较强的信息直观性，其对于系统深入分析时模型类型的选定和复杂性的判定都具有一定天然的优势。同时频域特性能够从本质上反映系统所拥有的相位滞后特性，为实际系统的相位补偿提供了可靠地数据来源。这种方法能够方便的显示出系统各部分参数和结构对系统性能的影响，并可以进一步指明如何设计校正，可以方便对励磁系统模型参数的进行优化调整，针对性极强，可观性较高。更重要的是基于这种技术所建的励磁系统模型能有效兼顾系统的时域特性和频域特性，模型的准确性和精确度能够得到大大提高，为励磁系统的日常稳定计算提供了更可靠有力的保证。

因此，基于频域的发电机组励磁系统建模技术可作为现有励磁系统建模方法的补充和完善，以获得精确的励磁系统模型及准确参数，从而进一步提高电网的安全、经济运行水平，因而具有较高的工程实用价值。

发明内容

发明目的：针对励磁系统参数的长效管理和其在电力系统仿真计算中可靠性的需求，本发明提出一种基于频域法的发电机组励磁系统建模技术，该方法从系统频域角度入手，所建模型能够充分兼顾实际系统的频域特性和时域特性，提高所建模型的可观性，改善实际励磁系统的模型的准确性和可靠性，为传统发电机组励磁系统建模提供了新方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于频域法的发电机组励磁系统建模方法，其将频域分析法引入发电机组励磁系统建模中，具体该方法包括如下步骤：

（1）获取包括现场试验和设备制造商提供的出厂试验资料在内的原始基础技术数据，并据此初步确定该发电机组和所使用励磁系统的模型；同时收集模型各部分所对应的相关初始参数，包括发电机组、励磁变及励磁系统各部分的初始参数；

（2）基于频率扫描法对发电机组励磁系统现场空载试验所录数据进行处理，据此提取该发电机组励磁系统实际的幅频特性和相频特性曲线；

（3）对步骤（1）中确定的发电机组和所使用励磁系统的模型，按照经验做出简化，建立发电机组励磁系统详细的传递函数表达式，将抽象的图形化模型转化为直观的数学公式化模型；

（4）对步骤（3）中建立的传递函数表达式，在计算机软件中搭建对应的相关系统模型，对该系统模型赋予步骤（1）中收集到的初始参数，获得基于初始化参数的初始模型；对初始模型进行初始仿真分析，获得初始试验曲线，继而提取初始模型的幅频特性和相频特性曲线；

（5）利用MATLAB软件按照设定的扫描频率点间隔分析比对实际的频谱特性曲线和初始模型的频谱特性曲线，获得两者之间各扫描频率点处存在的误差值；以各扫描频率点处误差数值加权和最小为目标函数，运用基于人工蜂群收索算子的改进微粒群算法对初始模型中的部分参数进行优化调整，获得参数优化调整后的优化模型，使得实际的频谱特性和优化模型的频谱特性在合理范围内吻合，该优化模型即基于频域法的发电机组励磁系统模型。