[发明专利]基于非线性鲁棒电力系统稳定器的大扰动实时仿真系统

摘要

基于非线性鲁棒电力系统稳定器的大扰动实时仿真系统属于电力系统稳定性仿真实验技术。其特征在于，该仿真系统由功率放大器、非线性鲁棒电力系统稳定器NR－PSS和电力系统实时数字仿真器RTDS依闭环串接而成，输向RTDS中发电机励磁控制同可控硅的合成信号是由NR－PSS产生的，其中会有，AVR的控制信号以及考虑了由发电机不确定性引起的大扰动信号的影响的辅助励磁控制信号，从而解决了用动态模拟大扰动实验由于机端参数和动模实验、现场实验时系统差异较大的问题，使得本发明能真实反应NR－PSS在世纪运行的系统中发生大扰动时其各方面的性能。

主权项

1.基于非线性鲁棒电力系统稳定器的大扰动实时仿真系统，其特征在于，含有一个由功率放大器、非线性鲁棒电力系统稳定器NR-PSS以及电力系统实时数字仿真器RTDS依次串连组成的闭环系统，其中：功率放大器向所选NR-PSS输出发电机i的三相电压和三相电流，分别用u_a，u_b，u_c和i_a，i_b，i_c表示；NR-PSS有数字集成电路构成，含有：模数转换电路、状态参数计算电路，所述NR-PSS输出的辅助励磁控制信号与V_fiNR-PSS的计算电路、自动调压器AVR输出的主励磁控制信号V_fiAVR的计算电路以及输往发电机励磁的可控硅控制端的合成励磁控制信号V_fi的计算电路，其中：模数转换电路，对发电机三相电压u_a，u_b，u_c以及三相电流i_a，i_b，i_c作模数转换；状态参数计算电路，输入信号是所选魔术转换电路的输出信号，还有以下设定的发电机参数：给定频率值ω₀＝314.16，D轴电抗X_di、Q轴电抗X_qi、D轴暂态电抗X_di′、输出信号是标幺值下的Q轴电势E_qi、Q轴暂态电势E_qi′、D轴电流i_di、Q轴电流i_qi、频率偏差Δω_i、功角偏差△δ_i、有功功率偏差ΔP_ei以及线电压偏差ΔV_ei、微分量和，所述标幺制下的各状态参数：线电压和线电流的额定值、发电机组视在功率、稳态频率值ω₀。以及额定线电压、额定线电流下的阻抗值的标幺值在[0，1]选取，其中各状态参数分别按照下式计算：$E_{\mathrm{qi}}=\sqrt{{(V_{\mathrm{ti}}+\frac{Q_{\mathrm{ei}}{x}_{\mathrm{di}}}{V_{\mathrm{ti}}})}^2+{\left(\frac{P_{\mathrm{ei}}{x}_{\mathrm{di}}}{V_{\mathrm{ti}}}\right)}^2},$$E_{\mathrm{qi}}^{\′}=\sqrt{{(V_{\mathrm{ti}}+\frac{Q_{\mathrm{ei}}{x}_{\mathrm{di}}^{\′}}{V_{\mathrm{ti}}})}^2+{\left(\frac{P_{\mathrm{ei}}{x}_{\mathrm{di}}^{\′}}{V_{\mathrm{ti}}}\right)}^2},$$i_{\mathrm{di}}=\frac{c_i}{d_i}{E}_{\mathrm{qi}}^{\′}{I}_{\mathrm{ti}}^2,$$i_{\mathrm{qi}}=\frac{b_i}{\mathrm{di}}{E}_{\mathrm{qi}}^{\′}{I}_{\mathrm{ti}}^2,$其中：$\left\{\begin{array}{c}{a}_i=Q_{\mathrm{ei}}+x_{\mathrm{di}}^{\′}{I}_{\mathrm{ti}}^2\\ b_i=P_{\mathrm{ei}}\\ c_i=Q_{\mathrm{ei}}+x_{\mathrm{qi}}{I}_{\mathrm{ti}}^2\\ d_i=a_i{c}_i+b_i^2\end{array}\right.,$Δω_i＝(ω_i-ω_0i)，ω_i为发电机转速反馈量，${\mathrm{\Δ\δ}}_i={\∫}_0^t\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_i\mathrm{d\τ},$t为积分周期，dτ为积分间隔，均为设定值，ΔP_ei＝(P_ei-P_ei0)，P_ei由额定功率下相电压、相电流有效值算出，P_ei0为视在功率，ΔV_ti＝(V_ti-V_ti0)，V_ti0为额定线电压，V_ti为线电压，和分别由如下所述线性拟合求导法求出：选取当前时刻的微分量i_qi或i_di连同前面七个时刻的数值组成的向量I_q或I_d得到，V_fiNR-PSS计算电路：输入信号是：E_qi、i_qi、E_qi′、i_qi、Δδ_i、Δω_i、ΔP_ei，还有设定量：X_di、X_qi、X_di′、机组转动惯量H_i、反馈系数k_1i，k_2i，k_3i，各自在[0，300]间取值，阻尼调节系数C_1i，C_1i＝1/m_i，m_i，在[0.1，10]间取值，轻载修正系数k_qi，以及空载修正系数C_qi，当i_qi＝i_qimin，或i_qi＝-i_qimin时，k_qi＝0，C_qi=0.1，当i_qi＞i_qimin，或i_qi＜-i_qimin时，k_qi＝1，C_qi＝1；输出信号V_fiNR-PSS按照下式求出：$V_{\mathrm{fiNR}-\mathrm{PSS}}=E_{\mathrm{qi}}-\frac{T_{d0i}}{i_{\mathrm{qi}}}[K_{\mathrm{qi}}{E}_{\mathrm{qi}}^{\′}{\stackrel{.}{i}}_{\mathrm{qi}}+(x_{\mathrm{qi}}-x_{\mathrm{di}}^{\′})(i_{\mathrm{qi}}{\stackrel{.}{i}}_{\mathrm{di}}+K_{\mathrm{qi}}{i}_{\mathrm{di}}{\stackrel{.}{i}}_{\mathrm{qi}})],$$+C_{\mathrm{qi}}{C}_{1i}\frac{{\mathrm{HT}}_{d0i}}{{\mathrm{\ω}}_0{i}_{\mathrm{qi}}}(k_{1i}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\δ}}_i+k_{2i}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ω}}_i-k_{3i}\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{H_i}\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{ei}})$V_fiAVR计算电路：输入信号是ΔV_ti以及比例系数k_pi，、积分系数k_li，及微分系数k_di，k_pi，在[1，300]间取值，k_Ii、k_di在[0，100]间取值；V_fiAVR按下式求出：$V_{\mathrm{fiAVR}}=-k_{\mathrm{pi}}\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{ti}}-k_{\mathrm{ii}}{\∫}_0^t\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{ti}}\mathrm{d\τ}-k_{\mathrm{di}}\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{V}}_{\mathrm{ti}},$其中：Δ_ti＝(_ti-_ti0)，V_fi计算电路，V_fi按下式算出：V_fi＝C_3i·V_fiAVR+C_2i·V_fiNR-PSS(C₁)，其中：C_2i为NR-PSS的增益系数，取值范围为[0.1，1]，C_3i为AVR的增益系数，取值范围为[0.5，1]；电力系统实时数值仿真器RTDS，含有：自并励励磁发电机、位于发电机输出母线上的电压互感器、电流互感器、变压器以及断路器，还含有位于输电线路上的多个断路器；其中：电压互感器和电流互感器输出分别向所述功率放大器输出所述三相电压和三相电流，自并励励磁发电机励磁线圈上串联的可控硅的控制信号是V_fiNR-PSS。