[发明专利]利用三相单点采样值计算转子角速度的计算方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及发电机组励磁系统的PSS(power system stabilization，电力系统稳定器)软件模块输入量获取领域，具体涉及一种利用三相单点采样值计算转子角速度的计算方法及系统。

背景技术

随着电力系统的扩展，互联系统的建立，放大倍数高、时间常数小的自并励励磁系统的广泛应用，恶化了系统的阻尼，导致电力系统间低频振荡愈来愈频繁。

电力系统间低频振荡的原因如下：

电力系统稳态运行时发电机机械输入功率P_M与输出电磁功率P_E平衡，发电机转子以恒定同步转速ω₀旋转。系统功角的微小变化引起电磁功率的微小变化，破坏了电磁转矩T_E与机械转矩T_M的原有平衡，致使转子角速度ω加速或减速变化；经过衰减振荡过程后，机械功率与电磁功率达到新的平衡，这种平衡调节是转子的自然物理特性。

与此同时，功角的微小变化会引起机端电压的微小变化，因为励磁调节器按恒电压方式运行，以机端电压与给定电压的偏差进行调节，所以功角的微小变化会导致高放大倍数、且反应灵敏的调节器“积极”参与调节，改变励磁输出即励磁电动势E_q的大小。

在发电机组高功率因数运行或某些工况下，机端电压的微小变化与功角的微小变化基本上是反相的，另外由于励磁系统整体上是一个大的惯性滞后环节，相位滞后导致E_q改变所引起的电磁转矩增量位于功角-角速度直角坐标系的第四象限。位于第四象限的转矩增量在角速度轴上的投影为负值，E_q调节产生了与转子转速增量反向的附加转矩，改变了旋转转子的自然物理特性，当此附加转矩数值上大于转子阻尼绕阻固有的正值电气阻尼转矩时，即会导致转子角的发散摇摆。

PSS作为励磁调节器的一种附加功能，PSS能够增强系统阻尼，抑制系统低频振荡，PSS在发电机组的励磁系统上得到了广泛的应用，PSS是现代励磁调节器不可缺少的功能之一。PSS数学模型有多种，目前应用最广的是具有抑制反调功能的PSS 2A模型。PSS 2A模型以电功率P_E和发电机转子角速度ω作为输入信号，P_E和ω合成后得到转子加速功率，以加速功率信号叠加于励磁AVR控制的电压参考点，进而影响励磁系统的输出。

PSS 2A模型的电功率P_E为电气信号，P_E通过励磁控制器测量，PSS 2A的ω为机械量，不易获得。目前，一般通过硬件方法或者软件方法获得ω，但是通过硬件方法或者软件方法获得ω分别存在以下缺陷：

(1)通过硬件方法获得ω时，通过1套专用的硬件装置直接测量ω，其测量过程比较复杂，测量的正确率较低，难以满足人们的需求。

(2)通过软件方法获得ω时，一般根据电势三角形公式求解，其中为电势向量，为电压相量，为电流相量，j为虚数单位，X_q为发电机横轴同步电抗。求解过程为：首先根据傅氏计算得到U、I的基波幅值及相位，然后根据电势三角形公式求得的相位，最终根据的相位变化间接求得ω。通过电势三角形公式求解虽然比较简单直观，但是通过电势三角形公式求解涉及复数运算，其软件计算量较大，进而对交流采样硬件的配置要求高，适用范围比较单一，不便于人们使用。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种利用三相单点采样值计算转子角速度的计算方法及系统，本发明对交流采样硬件和软件配置的要求较低，适用范围比较广泛，不仅不涉及复数运算，软件计算量较小，便于人们使用；而且计算精度较高。

为达到以上目的，本发明提供一种利用三相单点采样值计算转子角速度的计算方法，包括以下步骤：