[发明专利]基于统一模型的发电机励磁系统聚合方法

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。

主权项

一种基于统一模型的励磁系统聚合方法，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励磁模型；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)构造以各聚合发电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矩阵间的结构约束关系，推导出等值机励磁模型参数解析表达式，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调压器放大时间常数调节器增益励磁机时间常数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励磁模型参数进行时域仿真，观测对比聚合前后发电机转子角、母线电压、线路有功功率动态性能，若误差超过预定范围则返回第一步重新选定等值机励磁模型；若误差在预定范围内则结束，输出结果；由系数矩阵结构约束的性质可知，等值机励磁模型状态相量系数矩阵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聚合发电机的励磁系统组成的统一模型，通过等值机励磁模型状态相量系数矩阵与统一模型分块对角矩阵间的结构约束关系，推导出等值机励磁模型参数解析表达式；具体方法如下：取x1＝V3,x2＝VR,x3＝efd,系统可用状态空间表示为式(1),(2)；x·1...x·m=-1TFKFTFTE-KF(SE+KE)TFTE-KATA-1TA001TE-SE+KETFTEx1...xm+0KATA0ΔVT---(1)]]>输出方程：EFD＝[0 0 1][x1 x2 x3]T               (2)写成矩阵形式x·ek=Aekxek+BekΔVT---(3)]]>efdk＝Cekxek                     (4)等值励磁系统的状态空间表达也具有相同形式，X·ek=AE*XE+BE*ΔVT---(5)]]>EFD=CE*XE---(6)]]>由于故EFD可表示为，EFD＝[d1 … dm][efd1 … efdm]T             (7)其中，为各励磁系统化为等值机励磁模型的转换系数；假设第1～n台发电机的励磁系统模型为A型，第n+1～m台发电机的励磁模型为B型，可以构建m个励磁系统的复合状态空间模型，其状态方程，输出方程EFD＝[0 0 d1 … 0 0 d2][xe1 … xem]T          (9)要使由(5)和(6)描述的复合系统模型与由(3)和(4)描述的聚合模型具有相同形式，需要引入一个聚合矩阵L,定义为满足下式的变量，XE＝L[xe1 … xem]T                 (10)则复合系统模型线性聚合成的等值模型系数矩阵应满足以下条件：AE*L=LdiagAe1...Aem---(11)]]>BE*=LBe1...Bem---(12)]]>CE*L=00d1...00d2---(13)]]>XE(0)＝L[xe1(0) … xem(0)]T              (14)假定L为满秩，则其有一个广义逆矩阵，(10)式的解不是唯一的，其最小二乘解为AE*=LdiagAe1...AemLT[LLT]-1---(15)]]>故的解为(15)，(12)，以及(16)Ce*=001---(16)]]>L阵的结构为L＝[L1 … Lm]，其中Lk＝diag[lk11 lk22 lk33]＝diag[lk11 lk22 dk]参数求取如下：聚合矩阵L的解不是精确解，是一个最小二乘解，取lk11＝lk22＝0.5，即L表达如式(17)示，L=0.500...0.50000.50...00.5000d1...00dm---(17)]]>另一种可行的取法是取其中ak为变比ak＝|Vk|/|Ve|，当状态变量取电压以外的其他状态变量时，取等值时间常数和系数确定如下：由于和Aek应有相同形式，故把与(3)式中的Aek比较，可获取以下参数，TF*=-1/AE11*---(18)]]>TA*=-1/AE22*---(19)]]>KA*=AE21*/AE22*---(20)]]>TE*=1/AE32*---(21)]]>KA*=AE12*TF*TE*---(22)]]>励磁系统考虑工作点饱和时，工作点的饱和方程的励磁机增益为复数，这使得KE+SE＝0,则Ae13＝Ae33＝0；等值限幅参数的确定如下：为计算调压器极限，对每个励磁系统同时施加一个与调压器极限效果等价的阶跃输入,再有eFD(s)=1/s·Σk=1mVRMAXdk(s)/(sTEk+KEk+SEk)---(23)]]>由初值定理和终值定理得，limt→o+deFD/dt=Σk=1mVRMAXkdk/Tk(s=∞)=VRMAX*/TE*,]]>VRMAX*=TE*Σk=1mVRMAXkdk/Tk(s=∞)---(24)]]>又故EFDMAX*=Σk=1mVRMAXkdk/(KEk+SEMAXk),(s=0)---(25)]]>等值机励磁模型在饱和工作点的饱和系数可由各聚合发电机的励磁系统在初始工作点的饱和系数取平均值得到，即对聚合发电机中的并励电机有SEMAX*=-KE*+VRMAX*/EFDMAX*---(26)]]>由此，励磁等值系统的模型及所有参数全部获得，均推导出了参数的解析表达式。