一種發電機勵磁系統振蕩提供的阻尼極性判斷方法與流程
2024-02-11 16:38:15 1
本發明涉及發電機勵磁系統振蕩領域，尤其涉及一種發電機勵磁系統振蕩提供的阻尼極性判斷方法。
背景技術：
F.Demello和Concordia於1969年運用阻尼轉矩的概念對單機—無窮大系統中的低頻振蕩現象進行了機理研究，結果指出在較高外部系統電抗和較高發電機功率輸出的條件下，由於勵磁系統存在慣性，隨著勵磁系統放大倍數的增加，與轉子機械振蕩相對應的特徵根的實部數值將由負值逐漸上升，若放大倍數過大，實部將由負變正，從而產生增幅振蕩。因此低頻振蕩的負阻尼機理是由於高放大倍數的勵磁系統產生了負阻尼作用，抵消了系統固有的正阻尼，使得系統的總阻尼很小或為負，這樣一旦出現擾動，就會引起轉子增幅振蕩或振蕩不收斂。該振蕩機理概念清晰，物理意義明確，有助於理解為何遠距離大容量輸電易發生低頻振蕩，已成為電力系統低頻振蕩的經典理論。
強迫振蕩理論認為：當系統受到持續周期性功率擾動的頻率接近系統功率振蕩的固有頻率時，會引起大幅度的功率振蕩。近年來，專家學者們從不同角度研究了電網強迫功率振蕩的特徵。有文獻從能量角度分析電力系統強迫振蕩穩態階段能量轉換關係和特徵；有文獻採用復模態疊加方法推到了多機電力系統強迫振蕩的穩態響應特徵等。在實際電網運行中，由強迫振蕩產生的低頻振蕩，其擾動源位置很難被及時發現和判斷。近年來，國內廣域測量系統(WAMS)的廣泛建設和應用為擾動源分析與判斷帶來了有效的技術手段。有文獻提出基於對WAMS實測數據的參數識別，研究適合於在線分析的強迫振蕩的擾動源定位方法，為電網運行中快速抑制振蕩和防止振蕩傳播提供參考。
目前國內外已對機組波動的發生機制、分析方法等方面進行了較為廣泛的研究，主要包括傳統的負阻尼理論，以及新提出的強迫振蕩理論，普遍採用阻尼比這一指標來評價發電機組的動態特徵及動態行為。目前計算阻尼比的方法是從實測試驗波形或者故障錄波記錄的數據進行直接的公式計算，計算出的阻尼比是整個發電機組輸出外特性的總阻尼比大小，包含了發電機組勵磁、調速等控制系統的阻尼及機械阻尼之和；基於能量函數的振蕩源定位方法可以區分出發電機組是否為振蕩源，計算公式相對複雜，物理概念不夠直觀。以上兩種主流分析發電機組低頻振蕩的方法，均沒有對發電機組的不同控制系統提供的阻尼情況進行單獨分析計算，僅獲得了發電機組的整體外特性。由於具體發電機組控制系統的阻尼比大小計算包含複雜的數學模型，且計算公式複雜，發電機組在低頻振蕩過程中各個控制系統提供阻尼的極性正、負更值得去關注。
技術實現要素：
本發明實施例提供了一種發電機勵磁系統振蕩提供的阻尼極性判斷方法，解決了目前分析發電機組低頻振蕩的過程中沒有對發電機組的不同控制系統提供的阻尼情況進行單獨分析計算，僅獲得了發電機組的整體外特性，而不清楚發電機組在低頻振蕩過程中各個控制系統所提供的阻尼的極性的技術問題。
本發明實施例提供的一種發電機勵磁系統振蕩提供的阻尼極性判斷方法，包括：
讀取發電機組擾動數據，根據發電機組擾動數據提取發電機
計算和的點積值；
根據點積值判斷勵磁系統提供阻尼的極性。
可選地，讀取發電機組擾動數據，根據發電機組擾動數據提取發電機數值具體包括：
讀取發電機組擾動數據，發電機組擾動數據包括電網同步相量測量裝置PMU數據和故障錄波；
根據電網同步相量測量裝置PMU數據和故障錄波，提取發電機的數值。
可選地，提取發電機數值具體包括：
通過對發電機機端電壓、發電機機端電流和發電機電抗進行計算得到發電機
可選地，根據點積值判斷勵磁系統提供阻尼的極性具體包括：
根據點積值判斷勵磁系統提供阻尼的極性，當點積值為正時，勵磁系統提供阻尼的極性為正，當點積值為負時，勵磁系統提供阻尼的極性為負。
從以上技術方案可以看出，本發明實施例具有以下優點：
本發明實施例提供了一種發電機勵磁系統振蕩提供的阻尼極性判斷方法，通過讀取發電機組擾動數據，根據發電機組擾動數據提取發電機計算和的點積值；根據點積值判斷勵磁系統提供阻尼的極性，本發明從分析發電機組小擾動波動過程的發生機制著手，揭示了發電機勵磁系統阻尼比與小幹擾過程中的重要變量之間關係，具有明確的物理概念和簡便的計算公式，易於理解和操作，解決了目前分析發電機組低頻振蕩的過程中沒有對發電機組的不同控制系統提供的阻尼情況進行單獨分析計算，僅獲得了發電機組的整體外特性，而不清楚發電機組在低頻振蕩過程中各個控制系統所提供的阻尼的極性的技術問題。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。
圖1為本發明實施例提供的勵磁系統力矩的投影計算示意圖；
圖2為本發明實施例提供的單機Heffron-Phillips模型示意圖。
具體實施方式
本發明實施例提供了一種發電機勵磁系統振蕩提供的阻尼極性判斷方法，用於解決目前分析發電機組低頻振蕩的過程中沒有對發電機組的不同控制系統提供的阻尼情況進行單獨分析計算，僅獲得了發電機組的整體外特性，而不清楚發電機組在低頻振蕩過程中各個控制系統所提供的阻尼的極性的技術問題。
為使得本發明的發明目的、特徵、優點能夠更加的明顯和易懂，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而非全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參閱圖2，在分析單機—無窮大系統中勵磁控制系統對小擾動穩定性的影響時，廣泛採用的是W·G·Heffron和R·A·Phillips提出的K1—K6模型，它保留了發電機在小幹擾過程中的重要變量，並且各量之間的關係表現得十分清晰。
由上述模型的上半部分(機電振蕩迴路)可得公式一，公式一具體為：
其中，ΔMe2是電磁轉矩增量，是發電機勵磁迴路(模型的下半部分)對發電機轉子運動的影響；ΔMm為調速系統產生的機械轉矩增量。
首先不考慮輸入信號ΔMm和ΔMe2的影響，僅考慮ΔMe1，則圖2可由公式二所示的二階微分方程表示。公式二隻考慮了發電機轉子的動態特性，而忽略了調速系統、勵磁系統和自動電壓控制器的動態特性的影響，這時相當於假設Mm和E'q為常數的情形。公式二具體為：
求解如上微分方程，得到公式三，公式三具體為：
式中，a和b為常數；稱為發電機功角自然振蕩角頻率。
公式二描述的是系統在小擾動情況下發電機轉子加速或減速，轉子角位移發生變化，從而導致發電機輸出有功功率波動的動態過程。顯然，當很小或為負值時，發電機轉子運動呈現弱阻尼或發散振蕩，角位移弱阻尼或發散波動導致發電機輸出有功功率呈現低頻振蕩。這表明單機無窮大系統低頻振蕩阻尼由公式二中一階導數項的係數決定。
現在考慮輸入信號ΔMe2的影響，可將其按公式四進行分解，公式四具體為：
ΔMe2＝MdΔω+MsΔδ；
代入公式一，得公式五，公式五具體為：
從公式五可以看出，電磁轉矩ΔMe2中MdΔω部分影響系統低頻振蕩的阻尼，MsΔδ部分對系統低頻振蕩阻尼沒有影響，影響的是發電機輸出同步力矩。故MdΔω稱為阻尼轉矩，MsΔδ稱為同步轉矩。
一般地，當電力系統運行在係數K5＜0的方式下，勵磁控制系統就會提供負阻尼。通常利用廣域測量系統(WAMS)實測數據，往往是難以直接求出K5的數值，也就難以判斷勵磁系統提供阻尼的性質。
下面是本發明提出的一種利用WAMS數據近似求解勵磁系統力矩的方法。
發電機的電磁轉矩分量ΔMe2與ΔEq′成正比，其比例係數為K2。發電機勵磁系統(包括電力系統穩定器PSS)產生的電磁力矩體現在該分量中，可將其投影至Δδ-Δω坐標軸上，得到同步力矩分量和阻尼力矩分量：如果投影到Δω方向上得到的阻尼力矩分量為正，則本臺機組的勵磁系統對某一振蕩頻率(對應某一具體振蕩模式)提供正阻尼；反之，則提供的是負阻尼，可能是系統引發低頻振蕩問題的源頭。由於ΔMe2＝K2ΔE'q，在發電機狀態下K2＞0，所以向量的相位與ΔMe2相同，通過判斷與的相位關係，就可以得出勵磁系統提供的阻尼性質。
向量與向量的點積在數學上定義為其中θ為向量與向量的夾角，當-90°＜θ＜90°時，點積值為正。若投影到Δω方向上得到的阻尼力矩分量為正，對應於與的夾角在(-90°，90°)之間，即的點積值為正，勵磁系統提供正阻尼；若投影到Δω方向上得到的阻尼力矩分量為負，即的點積值為負，勵磁系統提供負阻尼，如圖1所示。
以上為本發明提出的一種利用WAMS數據近似求解勵磁系統力矩的方法，以下將對本發明實施例提供的一種發電機勵磁系統振蕩提供的阻尼極性判斷方法進行詳細的描述。
本發明實施例提供的一種發電機勵磁系統振蕩提供的阻尼極性判斷方法，包括：
101、讀取發電機組擾動數據，根據發電機組擾動數據提取發電機
首先，讀取發電機組的擾動數據，並根據發電機組擾動數據提取發電機數值。
102、計算和的點積值；
在讀取發電機組擾動數據，根據發電機組擾動數據提取發電機數值之後，計算和的點積值。
103、根據點積值判斷勵磁系統提供阻尼的極性。
在計算得到和的點積值後，即可根據點積值判斷勵磁系統提供阻尼的極性。
本發明實施例提供了一種發電機勵磁系統振蕩提供的阻尼極性判斷方法，通過讀取發電機組擾動數據，根據發電機組擾動數據提取發電機計算和的點積值；根據點積值判斷勵磁系統提供阻尼的極性，本發明從分析發電機組小擾動波動過程的發生機制著手，揭示了發電機勵磁系統阻尼比與小幹擾過程中的重要變量之間關係，具有明確的物理概念和簡便的計算公式，易於理解和操作，解決了目前分析發電機組低頻振蕩的過程中沒有對發電機組的不同控制系統提供的阻尼情況進行單獨分析計算，僅獲得了發電機組的整體外特性，而不清楚發電機組在低頻振蕩過程中各個控制系統所提供的阻尼的極性的技術問題。
以上為對本發明實施例提供的一種發電機勵磁系統振蕩提供的阻尼極性判斷方法進行的詳細描述，以下將對本發明實施例提供的一種發電機勵磁系統振蕩提供的阻尼極性判斷方法的詳細過程進行詳細的描述。
本發明實施例提供的一種發電機勵磁系統振蕩提供的阻尼極性判斷方法的另一個實施例包括：
201、讀取發電機組擾動數據，發電機組擾動數據包括電網同步相量測量裝置PMU數據和故障錄波；
首先，讀取發電機組擾動數據，發電機組擾動數據包括電網同步相量測量裝置PMU數據和故障錄波。
202、根據電網同步相量測量裝置PMU數據和故障錄波，提取發電機的；
在讀取發電機組擾動數據之後，根據電網同步相量測量裝置PMU數據和故障錄波，提取發電機的數值。其中，可通過對發電機機端電壓、發電機機端電流和發電機電抗進行計算得到發電機
203、計算和的點積值；
在根據電網同步相量測量裝置PMU數據和故障錄波，提取發電機的數值之後，計算和的點積值。
204、根據點積值判斷勵磁系統提供阻尼的極性，當點積值為正時，勵磁系統提供阻尼的極性為正，當點積值為負時，勵磁系統提供阻尼的極性為負。
在計算得到和的點積值之後，根據點積值判斷勵磁系統提供阻尼的極性，當點積值為正時，勵磁系統提供阻尼的極性為正，當點積值為負時，勵磁系統提供阻尼的極性為負。
本發明實施例提供了一種發電機勵磁系統振蕩提供的阻尼極性判斷方法，通過讀取發電機組擾動數據，根據發電機組擾動數據提取發電機計算和的點積值；根據點積值判斷勵磁系統提供阻尼的極性，本發明從分析發電機組小擾動波動過程的發生機制著手，揭示了發電機勵磁系統阻尼比與小幹擾過程中的重要變量之間關係，具有明確的物理概念和簡便的計算公式，易於理解和操作，解決了目前分析發電機組低頻振蕩的過程中沒有對發電機組的不同控制系統提供的阻尼情況進行單獨分析計算，僅獲得了發電機組的整體外特性，而不清楚發電機組在低頻振蕩過程中各個控制系統所提供的阻尼的極性的技術問題。
所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。
以上所述，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。