低勵限制參數整定方法和裝置與流程

2023-06-19 06:51:36 1

本發明涉及發電機技術領域，尤其涉及一種低勵限制參數整定方法和裝置。

背景技術：

隨著發電機勵磁系統的發展，其輔助限制環節不斷優化，低勵限制(UEL)是其中較為重要的一種限制環節，在各大電廠中廣泛應用。低勵限制在應用中最常見的問題就是：由於低勵限制的各種參數設定不合理導致低勵限制的動作破壞發電機系統運行的穩定性。目前，電廠中整定低勵限制參數的方法多為採用默認參數後，在幾種運行工況下加深無功功率的進相深度，觸發低勵限制動作，觀察其動作後系統的穩定性。該方法不具有普遍適應性，並且當低勵限制參數不合理時不易找出設定不合理的參數變量，為參數整定造成一定難度。

現有低勵限制的現場參數整定一般為在低勵限制曲線上取不同工況下的運行點進行檢測。將初始運行點設定在曲線內部，臨近無功功率邊界值，通過在發電機機端作電壓下階躍或並聯電容的方式加大無功功率的進相深度，觀察低勵限制能否正常動作以及動作後系統的穩定程度。若系統各電氣量不能快速收斂，則需要分析導致系統不穩的原因，從而相應的修改低勵限制參數。

採用該技術的方法不能保證各種工況下低勵限制均能正常動作。一旦發生振蕩不能夠迅速分析出低勵限制不合理的參數變量，需要多次試驗尋找不合理的參數，在參數修正上也有很大困難。並且，在實際電網中試驗有一定的風險，不能進相過深或弱化系統阻尼，否則可能導致與該發電機組相連的電網發生振蕩。所以，該檢測方法存在一定的局限性。

因此，亟需更適用於現場低勵限制參數整定的方法，使得低勵限制在勵磁系統中發揮更好的作用。

技術實現要素：

本發明提供一種低勵限制參數整定方法和裝置，以應用於現場實際電網，使發電機的低勵限制在勵磁系統中發揮更好的作用。

本發明提供一種低勵限制參數整定方法，包括：通過掃頻方式獲取發電機系統的等效傳遞函數隨一設定頻率範圍內頻率變化的第一特性曲線；在所述發電機系統的一低勵限制參數下，獲取所述發電機系統的設定傳遞函數隨所述設定頻率範圍內頻率變化的第二特性曲線；利用所述第一特性曲線和所述第二特性曲線計算得到所述發電機系統的奈奎斯特曲線；利用所述奈奎斯特曲線，根據奈奎斯特穩定判據對所述低勵限制參數進行整定。

一個實施例中，所述發電機系統的勵磁系統為競比型低勵限制勵磁系統，通過掃頻方式獲取發電機系統的等效傳遞函數隨一設定頻率範圍內頻率變化的第一特性曲線，包括：通過掃頻方式獲取所述發電機系統的無功功率與勵磁電壓比值隨所述設定頻率範圍內頻率變化的曲線，作為所述第一特性曲線。

一個實施例中，所述發電機系統的勵磁系統為疊加型低勵限制勵磁系統，通過掃頻方式獲取發電機系統的等效傳遞函數隨一設定頻率範圍內頻率變化的第一特性曲線，包括：通過掃頻方式獲取所述發電機系統的無功功率與低勵限制輸出電壓比值隨所述設定頻率範圍內頻率變化的曲線，作為所述第二特性曲線。

一個實施例中，通過掃頻方式獲取發電機系統的等效傳遞函數隨一設定頻率範圍內頻率變化的第一特性曲線，包括：通過掃頻設備對所述等效傳遞函數添加所述設定頻率範圍內頻率的擾動，並記錄所述等效傳遞函數隨所述設定頻率範圍內頻率的變化，得到所述第一特性曲線。

一個實施例中，在所述發電機系統的一低勵限制參數下，獲取所述發電機系統的設定傳遞函數隨所述設定頻率範圍內頻率變化的第二特性曲線，包括：在所述發電機系統的一低勵限制參數下，通過Matlab軟體在所述設定頻率範圍內不斷改變所述設定傳遞函數中的頻率變量的值，並獲取所述設定傳遞函數隨所述設定頻率範圍內頻率的變化，得到所述第二特性曲線。

一個實施例中，利用所述第一特性曲線和所述第二特性曲線計算得到所述發電機系統的奈奎斯特曲線，包括：通過將所述第一特性曲線在各頻率下的等效傳遞函數的值和所述第二特性曲線在相應頻率下的設定傳遞函數的值相乘，得到所述發電機系統的開環頻率特性曲線，作為所述奈奎斯特曲線。

一個實施例中，利用所述奈奎斯特曲線，根據奈奎斯特穩定判據對所述低勵限制參數進行整定，包括：根據所述奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸無交點判定所述發電機系統在所述一低勵限制參數下處於穩定狀態，根據所述奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸有交點判定所述發電機系統在所述一低勵限制參數下處於不穩定狀態；若所述發電機系統在所述一低勵限制參數下處於不穩定狀態，調整所述低勵限制參數，並重新獲取所述發電機系統的奈奎斯特曲線，使重新獲取的奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸無交點，以使所述發電機系統達到穩定狀態。

一個實施例中，調整所述低勵限制參數，並重新獲取所述發電機系統的奈奎斯特曲線，使重新獲取的奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸無交點，以使所述發電機系統達到穩定狀態，包括：通過多次修改所述低勵限制參數，獲取在各修改後的低勵限制參數下的第二特性曲線，並利用所述第一特性曲線和在各修改後的低勵限制參數下的第二特性曲線計算得到所述發電機系統在各修改後的低勵限制參數下的奈奎斯特曲線，並確定在各修改後的低勵限制參數下的奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸的交點的位置變化規律；根據所述位置變化規律調整所述發電機系統的低勵限制參數，並在調整後的低勵限制參數下重新獲取第二特性曲線，並利用所述第一特性曲線和重新獲取的第二特性曲線重新獲取所述發電機系統的奈奎斯特曲線，使重新獲取的奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸無交點，使所述發電機系統達到穩定狀態。

一個實施例中，所述設定頻率範圍為0Hz～5Hz。

本發明還一種低勵限制參數整定裝置，包括：等效傳遞函數頻率特性獲取單元，用於執行：通過掃頻方式獲取發電機系統的等效傳遞函數隨一設定頻率範圍內頻率變化的第一特性曲線；設定傳遞函數頻率特性獲取單元，用於執行：在所述發電機系統的一低勵限制參數下，獲取所述發電機系統的設定傳遞函數隨所述設定頻率範圍內頻率變化的第二特性曲線；奈奎斯特曲線獲取單元，用於執行：利用所述第一特性曲線和所述第二特性曲線計算得到所述發電機系統的奈奎斯特曲線；低勵限制參數整定單元，用於執行：利用所述奈奎斯特曲線，根據奈奎斯特穩定判據對所述低勵限制參數進行整定。

一個實施例中，所述發電機系統的勵磁系統為競比型低勵限制勵磁系統，所述等效傳遞函數頻率特性獲取單元，包括：第一等效傳遞函數頻率特性獲取模塊，用於執行：通過掃頻方式獲取所述發電機系統的無功功率與勵磁電壓比值隨所述設定頻率範圍內頻率變化的曲線，作為所述第一特性曲線。

一個實施例中，所述發電機系統的勵磁系統為疊加型低勵限制勵磁系統，所述等效傳遞函數頻率特性獲取單元，包括：第二等效傳遞函數頻率特性獲取模塊，用於執行：通過掃頻方式獲取所述發電機系統的無功功率與低勵限制輸出電壓比值隨所述設定頻率範圍內頻率變化的曲線，作為所述第二特性曲線。

一個實施例中，所述等效傳遞函數頻率特性獲取單元，包括：第三等效傳遞函數頻率特性獲取模塊，用於執行：通過掃頻設備對所述等效傳遞函數添加所述設定頻率範圍內頻率的擾動，並記錄所述等效傳遞函數隨所述設定頻率範圍內頻率的變化，得到所述第一特性曲線。

一個實施例中，所述設定傳遞函數頻率特性獲取單元，包括：設定傳遞函數頻率特性獲取模塊，用於執行：在所述發電機系統的一低勵限制參數下，通過Matlab軟體在所述設定頻率範圍內不斷改變所述設定傳遞函數中的頻率變量的值，並獲取所述設定傳遞函數隨所述設定頻率範圍內頻率的變化，得到所述第二特性曲線。

一個實施例中，所述奈奎斯特曲線獲取單元，包括：奈奎斯特曲線獲取模塊，用於執行：通過將所述第一特性曲線在各頻率下的等效傳遞函數的值和所述第二特性曲線在相應頻率下的設定傳遞函數的值相乘，得到所述發電機系統的開環頻率特性曲線，作為所述奈奎斯特曲線。

一個實施例中，所述低勵限制參數整定單元，包括：發電機系統穩定性判斷模塊，用於執行：根據所述奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸無交點判定所述發電機系統在所述發電機系統的一低勵限制參數下處於穩定狀態，根據所述奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸有交點判定所述發電機系統在所述發電機系統的一低勵限制參數下處於不穩定狀態；低勵限制參數整定模塊，用於執行：若所述發電機系統在所述一低勵限制參數下處於不穩定狀態，調整所述低勵限制參數，並重新獲取所述發電機系統的奈奎斯特曲線，使重新獲取的奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸無交點，以使所述發電機系統達到穩定狀態。

一個實施例中，所述低勵限制參數整定模塊，包括：交點的位置變化規律獲取模塊，用於執行：通過多次修改所述低勵限制參數，獲取在各修改後的低勵限制參數下的第二特性曲線，並利用所述第一特性曲線和在各修改後的低勵限制參數下的第二特性曲線計算得到所述發電機系統在各修改後的低勵限制參數下的奈奎斯特曲線，並確定在各修改後的低勵限制參數下的奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸的交點的位置變化規律；低勵限制參數調整模塊，用於執行：根據所述位置變化規律調整所述發電機系統的低勵限制參數，並在調整後的低勵限制參數下重新獲取第二特性曲線，並利用所述第一特性曲線和重新獲取的第二特性曲線重新獲取所述發電機系統的奈奎斯特曲線，使重新獲取的奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸無交點，使所述發電機系統達到穩定狀態。

一個實施例中，所述等效傳遞函數頻率特性獲取單元，還用於執行：所述設定頻率範圍為0Hz～5Hz。

本發明實施例的低勵限制參數整定方法和裝置，通過採用掃頻方式獲取發電機系統的等效傳遞函數隨頻率變化的特性曲線，並獲取發電機系統的設定傳遞函數隨在同樣頻率範圍內頻率變化的特性曲線，以及利用上述兩種頻率特性曲線計算得到發電機系統的奈奎斯特曲線，實現了在發電機系統外獲取發電機系統的奈奎斯特曲線，克服了本領域技術人員無法獲取發電機系統的奈奎斯特曲線的問題，利用奈奎斯特曲線能夠判斷各種工況發電機系統在各種低勵限制參數下的穩定性，且低勵限制動作基本不影響發電機系統，低勵限制參數整定方式安全、可靠、方便。

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的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：

圖1是本發明實施例的低勵限制參數整定方法的流程示意圖；

圖2是本發明一實施例中利用所述奈奎斯特曲線進行低勵限制參數整定的方法的流程示意圖；

圖3是本發明一實施例中利用所述奈奎斯特曲線整定低勵限制參數使發電機系統達到穩定的方法的流程示意圖；

圖4是本發明一實施例中競比型低勵限制的原理示意圖；

圖5是本發明一實施例中疊加型低勵限制的原理示意圖；

圖6是利用本發明一實施例的方法得到的採用競比型低勵限制勵磁系統的發電機系統的奈奎斯特曲線示意圖；

圖7是利用本發明一實施例的方法得到的採用疊加型低勵限制勵磁系統的發電機系統的奈奎斯特曲線示意圖；

圖8是利用本發明一實施例的方法在修改後的低勵限制積分時間常數下採用疊加型低勵限制勵磁系統的發電機系統的奈奎斯特曲線示意圖；

圖9是本發明實施例的低勵限制參數整定裝置的結構示意圖；

圖10是本發明一實施例中低勵限制參數整定單元的結構示意圖；

圖11是本發明一實施例中低勵限制參數整定模塊的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合附圖對本發明實施例做進一步詳細說明。在此，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，但並不作為對本發明的限定。

針對現有低勵限制參數整定方法在現場應用中存在的問題，本發明將理論方法與現場實際相結合，提出一種低勵限制參數整定方法，能夠很好地適用於現場檢測。

圖1是本發明實施例的低勵限制參數整定方法的流程示意圖。如圖1所示，本發明實施例的低勵限制參數整定方法，可包括步驟：

S110：通過掃頻方式獲取發電機系統的等效傳遞函數隨一設定頻率範圍內頻率變化的第一特性曲線；

S120：在所述發電機系統的一低勵限制參數下，獲取所述發電機系統的設定傳遞函數隨所述設定頻率範圍內頻率變化的第二特性曲線；

S130：利用所述第一特性曲線和所述第二特性曲線計算得到所述發電機系統的奈奎斯特曲線；

S140：利用所述奈奎斯特曲線，根據奈奎斯特穩定判據對所述低勵限制參數進行整定。

在上述步驟S110中，該掃頻方式可以通過掃頻設備實現。通過掃頻方式可以從發電機系統中提取計算發電機系統的等效傳遞函數所需的電氣量，例如無功功率，並為提取的該電氣量添加頻率擾動，進而計算得到該頻率下發電機系統的等效傳遞函數，以此可以得到發電機系統的等效傳遞函數隨頻率變化的特性曲線。通過該種掃頻方式可以避免直接在發電機系統上試驗各種低勵限制參數。

該設定頻率範圍可以根據需要設定，例如該設定頻率範圍可為0Hz～5Hz。如此一來，不僅可以包括低勵限制參數對發電機系統穩定性的低頻振蕩影響的頻率範圍，又可以減少不必要的掃頻工作。

在上述步驟S120中，該設定傳遞函數可以是廠家提供的傳遞函數。該設定傳遞函數可以直接為或變換為關於頻率的函數。通過不斷改變其中頻率的取值，並得到相應的傳遞函數值，即可得到該設定傳遞函數隨頻率變化的特性曲線。該第二特性曲線的頻率範圍至少應包括上述設定頻率範圍。

在上述步驟S140中，利用所述奈奎斯特曲線，根據奈奎斯特穩定判據可以判斷各種工況下的發電機系統的低勵限制參數是否能使發電機系統穩定工作，若不能，通過修改發電機系統的低勵限制參數並重新獲得奈奎斯特曲線，並根據奈奎斯特穩定判據重新判斷發電機系統的穩定性，直至發電機系統穩定，低勵限制在勵磁系統中能夠發揮更好的作用。

本發明實施例中，通過獨創地採用掃頻方式獲取發電機系統的等效傳遞函數隨頻率變化的特性曲線，並獲取發電機系統的設定傳遞函數隨在同樣頻率範圍內頻率變化的特性曲線，以及利用上述兩種頻率特性曲線計算得到發電機系統的奈奎斯特曲線，實現了在發電機系統外獲取發電機系統的奈奎斯特曲線，克服了本領域技術人員無法獲取發電機系統的奈奎斯特曲線的問題，利用奈奎斯特曲線能夠判斷各種工況發電機系統在各種低勵限制參數下的穩定性，且低勵限制動作基本不影響發電機系統，低勵限制參數整定方式安全、可靠、方便。

在上述步驟S110中，對於不同類型的發電機系統勵磁系統，獲取發電機系統等效傳遞函數的具體方式可不同。

一些實施例中，所述發電機系統的勵磁系統為競比型低勵限制勵磁系統，在上述步驟S110中，通過掃頻方式獲取發電機系統的等效傳遞函數隨一設定頻率範圍內頻率變化的第一特性曲線的方法，具體實施方式可為：通過掃頻方式獲取所述發電機系統的無功功率與勵磁電壓比值隨所述設定頻率範圍內頻率變化的曲線，作為所述第一特性曲線。

本實施例中，可以通過掃頻設備實現該掃頻方式。可以通過掃頻設備獲取發電機系統的無功功率，並可利用掃頻設備為獲取的無功功率添加頻率擾動，發電機系統的無功功率和發電機系統的勵磁電壓隨之發生變化，還可利用掃頻設備輸出在該頻率下的發電機系統等效傳遞函數(等於無功功率與勵磁電壓的比值)。通過在多個不同頻率下分別獲得無功功率與勵磁電壓的比值，可以得到競比型低勵限制勵磁系統下發電機系統的等效傳遞函數隨頻率變化的特性曲線。

一些實施例中，所述發電機系統的勵磁系統為疊加型低勵限制勵磁系統，在上述步驟S110中，通過掃頻方式獲取發電機系統的等效傳遞函數隨一設定頻率範圍內頻率變化的第一特性曲線的方法，具體實施方式可為：通過掃頻方式獲取所述發電機系統的無功功率與低勵限制輸出電壓比值隨所述設定頻率範圍內頻率變化的曲線，作為所述第二特性曲線。

本實施例中，可以通過掃頻設備實現該掃頻方式。可以通過掃頻設備獲取發電機系統的無功功率，並可利用掃頻設備為獲取的無功功率添加頻率擾動，發電機系統的無功功率和發電機系統的低勵限制輸出電壓隨之發生變化，還可利用掃頻設備輸出在該頻率下的發電機系統等效傳遞函數(等於無功功率與低勵限制輸出電壓的比值)。通過在多個不同頻率下分別獲得無功功率與低勵限制輸出電壓的比值，可以得到疊加型低勵限制勵磁系統下發電機系統的等效傳遞函數隨頻率變化的特性曲線。

與競比型低勵限制勵磁系統相比，採用疊加型低勵限制的勵磁系統中仍有電壓主環的作用，因此此時的發電機系統內等效傳遞函數中包含自動電壓調節器，現場需測量無功功率與低勵限制輸出電壓的比值隨頻率變化的動態特性。

一些實施例中，在上述步驟S110中，通過掃頻方式獲取發電機系統的等效傳遞函數隨一設定頻率範圍內頻率變化的第一特性曲線的方法，具體實施方式可為：通過掃頻設備對所述等效傳遞函數添加所述設定頻率範圍內頻率的擾動，並記錄所述等效傳遞函數隨所述設定頻率範圍內頻率的變化，得到所述第一特性曲線。

本實施例中，通過掃頻設備可以方便地獲得等效傳遞函數隨頻率變化的特性曲線。因該掃頻方式是通過將等效傳遞函數的相關量(例如無功功率、勵磁電壓、低勵限制輸出電壓)引出，在發電機系統外部獲得該些量在頻率擾動下的響應，進而得到等效傳遞函數對頻率擾動的響應，而不是直接在發電機系統中進行修改低勵限制參數的試驗，所以可使本發明基本不會破壞發電機系統的穩定性。

一些實施例中，在上述步驟S120中，在所述發電機系統的一低勵限制參數下，獲取所述發電機系統的設定傳遞函數隨所述設定頻率範圍內頻率變化的第二特性曲線的方法，具體實施方式可為：在所述發電機系統的一低勵限制參數下，通過Matlab軟體在所述設定頻率範圍內不斷改變所述設定傳遞函數中的頻率變量的值，並獲取所述設定傳遞函數隨所述設定頻率範圍內頻率的變化，得到所述第二特性曲線。

本實施例中，該設定傳遞函數可以是廠家給定的傳遞函數。可以通過Matlab軟體編寫程序，改變頻率，即可獲得相應的傳遞函數的值，進而得到該設定傳遞函數隨頻率變化的特性曲線。

一些實施例中，在上述步驟S130中，利用所述第一特性曲線和所述第二特性曲線計算得到所述發電機系統的奈奎斯特曲線的方法，具體實施方式可為：通過將所述第一特性曲線在各頻率下的等效傳遞函數的值和所述第二特性曲線在相應頻率下的設定傳遞函數的值相乘，得到所述發電機系統的開環頻率特性曲線，作為所述奈奎斯特曲線。

圖2是本發明一實施例中利用所述奈奎斯特曲線進行低勵限制參數整定的方法的流程示意圖。如圖2所示，在上述步驟S140中，利用所述奈奎斯特曲線，根據奈奎斯特穩定判據對所述低勵限制參數進行整定的方法，可包括步驟：

S141：根據所述奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸無交點判定所述發電機系統在所述一低勵限制參數下處於穩定狀態，根據所述奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸有交點判定所述發電機系統在所述一低勵限制參數下處於不穩定狀態；

S142：若所述發電機系統在所述一低勵限制參數下處於不穩定狀態，調整所述低勵限制參數，並重新獲取所述發電機系統的奈奎斯特曲線，使重新獲取的奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸無交點，以使所述發電機系統達到穩定狀態。

本實施例中，發電機系統的奈奎斯特曲線是發電機整個閉環系統的開環頻率特性，是可以在複平面上畫出開環頻率隨頻率或隨角頻率變化的特性曲線。根據自動控制原理的奈奎斯特穩定判據可以知道，若奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸無交點則說明發電機系統穩定，若奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸有交點則說明發電機系統不穩定。

圖3是本發明一實施例中利用所述奈奎斯特曲線整定低勵限制參數使發電機系統達到穩定的方法的流程示意圖。如圖3所示，在上述步驟S142中，調整所述低勵限制參數，並重新獲取所述發電機系統的奈奎斯特曲線，使重新獲取的奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸無交點，以使所述發電機系統達到穩定狀態的方法，可包括步驟：

S1421：通過多次修改所述低勵限制參數，獲取在各修改後的低勵限制參數下的第二特性曲線，並利用所述第一特性曲線和在各修改後的低勵限制參數下的第二特性曲線計算得到所述發電機系統在各修改後的低勵限制參數下的奈奎斯特曲線，並確定在各修改後的低勵限制參數下的奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸的交點的位置變化規律；

S1422：根據所述位置變化規律調整所述發電機系統的低勵限制參數，並在調整後的低勵限制參數下重新獲取第二特性曲線，並利用所述第一特性曲線和重新獲取的第二特性曲線重新獲取所述發電機系統的奈奎斯特曲線，使重新獲取的奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸無交點，使所述發電機系統達到穩定狀態。

實質上，在上述步驟S1421和步驟S1422中，均可以在其各自的勵磁限制參數下通過重複上述步驟S120和步驟S130來獲取在其各自的勵磁限制參數下發電機系統的奈奎斯特曲線。

圖4是本發明一實施例中競比型低勵限制的原理示意圖。如圖4所示，無功功率Qt減去無功參考功率Qref所得差值乘以低勵限制傳遞函數GUEL(s)(例如廠家提供的傳遞函數)得到勵磁電壓EFD，即EFD＝(Qt-Qref)*GUEL(s)。對於採用該種競比型低勵限制的勵磁系統，現場只需測量實際電網中等效傳遞函數H1(s)＝ΔQt/ΔEFD隨頻率變化的響應特性，再與低勵限制的傳遞函數GUEL(s)相乘得到開環傳遞函數的頻域特性，繪出奈奎斯特曲線，以判斷發電機系統的穩定性。

圖5是本發明一實施例中疊加型低勵限制的原理示意圖。如圖5所示，無功功率Qt減去無功參考功率Qref所得差值乘以低勵限制傳遞函數GUEL(s)(例如廠家提供的傳遞函數)得到低勵限制輸出電壓VUEL，即VUEL＝(Qt-Qref)*GUEL(s)。對於採用該種疊加型低勵限制的勵磁系統，其中仍有電壓主環的作用，因此等效傳遞函數H2(s)中包含自動電壓調節器，現場需測量無功功率Qt與低勵限制輸出電壓VUEL的比值(即Qt/VUEL)隨頻率變化的動態特性，再與低勵限制的傳遞函數相乘得奈奎斯特曲線，以此即可判斷發電機系統的穩定性。

一個實施例中，發電機系統採用競比型低勵限制的勵磁系統。勵磁調節器廠家提供的電壓調節器模型參數可為GAVR(s)＝300*(1+1.5s)/(1+15s)，其中，式中數字300表示電壓調節器增益為300，式中數字1.5表示電壓調節器超前時間常數，式中數字15表示電壓調節器滯後時間常數，式中s＝jω＝j2πf，ω表示角頻率，f表示頻率。該勵磁調節器廠家提供的低勵限制參數可為GUEL(s)＝110*(1+1.5s)/(1+15s)，其中，式中數字110表示低勵限制增益，式中數字1.5表示低勵限制超前時間常數，式中數字15表示低勵限制滯後時間常數，式中s＝jω＝j2πf，ω表示角頻率，f表示頻率。應用RTDS(Real Time Digital Simulator，實時數字仿真儀)建立勵磁系統模型，結合掃頻設備可得到等效傳遞函數H1(s)＝ΔQt/ΔEFD隨頻率變化的動態特性，再將等效傳遞函數H1(s)與廠家提供的低勵限制傳遞函數GUEL(s)相乘得開環傳遞函數的奈奎斯特曲線。圖6是利用本發明一實施例的方法得到的採用競比型低勵限制勵磁系統的發電機系統的奈奎斯特曲線示意圖。如圖6所示，在0Hz～5Hz頻段，奈奎斯特曲線在點(-1，j0)左側與實軸沒有交點，根據自動控制原理中的奈奎斯特穩定判據可以得知該閉環系統穩定，說明發電機系統的該低勵限制參數整定合理。

對於低勵限制參數對系統穩定性的影響，主要關注能否引起低頻振蕩，掃頻時可只取0Hz～5Hz頻段的響應曲線。

一個實施例中，發電機系統採用疊加型低勵限制的勵磁系統。勵磁調節器廠家提供的電壓調節器模型參數可為其中，式中數據6表示電壓調節器增益，數字2.5表示電壓調節器積分時間常數，式中s＝jω＝j2πf，ω表示角頻率，f表示頻率。該勵磁調節器廠家提供的低勵限制模型參數可為式中數據0.5表示低勵限制增益，數字0.001表示低勵限制積分時間常數，式中s＝jω＝j2πf，ω表示角頻率，f表示頻率。應用RTDS設備建立勵磁系統模型，結合掃頻設備得到等效傳遞函數H2(s)＝ΔQt/ΔVUEL隨頻率變化的動態特性，將等效傳遞函數H2(s)函數與廠家提供的低勵限制傳遞函數GUEL(s)相乘得開環傳遞函數的奈奎斯特曲線。圖7是利用本發明一實施例的方法得到的採用疊加型低勵限制勵磁系統的發電機系統的奈奎斯特曲線示意圖。如圖7所示，在0Hz～5Hz頻段，奈奎斯特曲線在點(-1，j0)左側與實軸相交，有交點，根據自動控制原理中的奈奎斯特穩定判據可以得知該發電機閉環系統不穩定，說明發電機系統的該低勵限制參數整定不合理。一個實施例中，通過多次修改低勵限制的積分時間常數，觀察奈奎斯特曲線與實軸交點的位置，發現隨著積分時間常數的增大，交點逐漸向右側移動，據此，將低勵限制積分時間常數由0.001修改為0.02，即令低勵限制傳遞函數再次利用同樣的方法繪製奈奎斯特曲線。圖8是利用本發明一實施例的方法在修改後的低勵限制積分時間常數下採用疊加型低勵限制勵磁系統的發電機系統的奈奎斯特曲線示意圖。如圖8所示，在修改後的低勵限制積分時間常數下，重新繪製的奈奎斯特曲線在點(-1，j0)左側與實軸不再有交點，根據自動控制原理中的奈奎斯特穩定判據可以得知該發電機閉環系統穩定。由此可見，修正後的低勵限制參數設定合理，能夠保證系統穩定運行。

本發明實施例的低勵限制參數整定方法，通過獨創地採用掃頻方式獲取發電機系統的等效傳遞函數隨頻率變化的特性曲線，並獲取發電機系統的設定傳遞函數隨在同樣頻率範圍內頻率變化的特性曲線，以及利用上述兩種頻率特性曲線計算得到發電機系統的奈奎斯特曲線，實現了在發電機系統外獲取發電機系統的奈奎斯特曲線，克服了本領域技術人員無法獲取發電機系統的奈奎斯特曲線的問題，利用奈奎斯特曲線能夠判斷各種工況發電機系統在各種低勵限制參數下的穩定性，且低勵限制動作基本不影響發電機系統，低勵限制參數整定方式安全、可靠、方便。本發明的方法能保證各種工況下低勵限制均能正常動作。一旦發生振蕩能夠迅速分析出低勵限制不合理的參數變量，在參數修正簡單。並且，不用在實際電網中進行試驗，安全性高，能夠使進相較深或弱化系統阻尼，不會導致與該發電機組相連的電網發生振蕩。

基於與圖1所示的低勵限制參數整定方法相同的發明構思，本申請實施例還提供了一種低勵限制參數整定裝置，如下面實施例所述。由於該低勵限制參數整定裝置解決問題的原理與低勵限制參數整定方法相似，因此該低勵限制參數整定裝置的實施可以參見低勵限制參數整定方法的實施，重複之處不再贅述。

圖9是本發明實施例的低勵限制參數整定裝置的結構示意圖。如圖9所示，本發明實施例的低勵限制參數整定裝置，可包括：等效傳遞函數頻率特性獲取單元210、設定傳遞函數頻率特性獲取單元220、奈奎斯特曲線獲取單元230及低勵限制參數整定單元240，上述各單元順序連接。

等效傳遞函數頻率特性獲取單元210，用於執行：通過掃頻方式獲取發電機系統的等效傳遞函數隨一設定頻率範圍內頻率變化的第一特性曲線。

設定傳遞函數頻率特性獲取單元220，用於執行：在所述發電機系統的一低勵限制參數下，獲取所述發電機系統的設定傳遞函數隨所述設定頻率範圍內頻率變化的第二特性曲線。

奈奎斯特曲線獲取單元230，用於執行：利用所述第一特性曲線和所述第二特性曲線計算得到所述發電機系統的奈奎斯特曲線。

低勵限制參數整定單元240，用於執行：利用所述奈奎斯特曲線，根據奈奎斯特穩定判據對所述低勵限制參數進行整定。

在等效傳遞函數頻率特性獲取單元210中，該掃頻方式可以通過掃頻設備實現。通過掃頻方式可以從發電機系統中提取計算發電機系統的等效傳遞函數所需的電氣量，例如無功功率，並為提取的該電氣量添加頻率擾動，進而計算得到該頻率下發電機系統的等效傳遞函數，以此可以得到發電機系統的等效傳遞函數隨頻率變化的特性曲線。通過該種掃頻方式可以避免直接在發電機系統上試驗各種低勵限制參數。

一些實施例中，所述等效傳遞函數頻率特性獲取單元210，還用於執行：所述設定頻率範圍為0Hz～5Hz。如此一來，不僅可以包括低勵限制參數對發電機系統穩定性的低頻振蕩影響的頻率範圍，又可以減少不必要的掃頻工作。

在設定傳遞函數頻率特性獲取單元220中，該設定傳遞函數可以是廠家提供的傳遞函數。該設定傳遞函數可以直接為或變換為關於頻率的函數。通過不斷改變其中頻率的取值，並得到相應的傳遞函數值，即可得到該設定傳遞函數隨頻率變化的特性曲線。該第二特性曲線的頻率範圍至少應包括上述設定頻率範圍。

在低勵限制參數整定單元240中，利用所述奈奎斯特曲線，根據奈奎斯特穩定判據可以判斷各種工況下的發電機系統的低勵限制參數是否能使發電機系統穩定工作，若不能，通過修改發電機系統的低勵限制參數並重新獲得奈奎斯特曲線，並根據奈奎斯特穩定判據重新判斷發電機系統的穩定性，直至發電機系統穩定，低勵限制在勵磁系統中能夠發揮更好的作用。

本發明實施例中，通過獨創地採用掃頻方式獲取發電機系統的等效傳遞函數隨頻率變化的特性曲線，並獲取發電機系統的設定傳遞函數隨在同樣頻率範圍內頻率變化的特性曲線，以及利用上述兩種頻率特性曲線計算得到發電機系統的奈奎斯特曲線，實現了在發電機系統外獲取發電機系統的奈奎斯特曲線，克服了本領域技術人員無法獲取發電機系統的奈奎斯特曲線的問題，利用奈奎斯特曲線能夠判斷各種工況發電機系統在各種低勵限制參數下的穩定性，且低勵限制動作基本不影響發電機系統，低勵限制參數整定方式安全、可靠、方便。

在等效傳遞函數頻率特性獲取單元210中，對於不同類型的發電機系統勵磁系統，獲取發電機系統等效傳遞函數的具體方式可不同。

一些實施例中，所述發電機系統的勵磁系統為競比型低勵限制勵磁系統，所述等效傳遞函數頻率特性獲取單元210，可包括：第一等效傳遞函數頻率特性獲取模塊。第一等效傳遞函數頻率特性獲取模塊，用於執行：通過掃頻方式獲取所述發電機系統的無功功率與勵磁電壓比值隨所述設定頻率範圍內頻率變化的曲線，作為所述第一特性曲線。

本實施例中，可以通過掃頻設備實現該掃頻方式。可以通過掃頻設備獲取發電機系統的無功功率，並可利用掃頻設備為獲取的無功功率添加頻率擾動，發電機系統的無功功率和發電機系統的勵磁電壓隨之發生變化，還可利用掃頻設備輸出在該頻率下的發電機系統等效傳遞函數(等於無功功率與勵磁電壓的比值)。通過在多個不同頻率下分別獲得無功功率與勵磁電壓的比值，可以得到競比型低勵限制勵磁系統下發電機系統的等效傳遞函數隨頻率變化的特性曲線。

一些實施例中，所述發電機系統的勵磁系統為疊加型低勵限制勵磁系統，所述等效傳遞函數頻率特性獲取單元210，可包括：第二等效傳遞函數頻率特性獲取模塊。第二等效傳遞函數頻率特性獲取模塊，用於執行：通過掃頻方式獲取所述發電機系統的無功功率與低勵限制輸出電壓比值隨所述設定頻率範圍內頻率變化的曲線，作為所述第二特性曲線。

本實施例中，可以通過掃頻設備實現該掃頻方式。可以通過掃頻設備獲取發電機系統的無功功率，並可利用掃頻設備為獲取的無功功率添加頻率擾動，發電機系統的無功功率和發電機系統的低勵限制輸出電壓隨之發生變化，還可利用掃頻設備輸出在該頻率下的發電機系統等效傳遞函數(等於無功功率與低勵限制輸出電壓的比值)。通過在多個不同頻率下分別獲得無功功率與低勵限制輸出電壓的比值，可以得到疊加型低勵限制勵磁系統下發電機系統的等效傳遞函數隨頻率變化的特性曲線。

一些實施例中，所述等效傳遞函數頻率特性獲取單元210，可包括：第三等效傳遞函數頻率特性獲取模塊。第三等效傳遞函數頻率特性獲取模塊，用於執行：通過掃頻設備對所述等效傳遞函數添加所述設定頻率範圍內頻率的擾動，並記錄所述等效傳遞函數隨所述設定頻率範圍內頻率的變化，得到所述第一特性曲線。

本實施例中，通過掃頻設備可以方便地獲得等效傳遞函數隨頻率變化的特性曲線。因該掃頻方式是通過將等效傳遞函數的相關量(例如無功功率、勵磁電壓、低勵限制輸出電壓)引出，在發電機系統外部獲得該些量在頻率擾動下的響應，進而得到等效傳遞函數對頻率擾動的響應，而不是直接在發電機系統中進行修改低勵限制參數的試驗，所以可使本發明基本不會破壞發電機系統的穩定性。

一些實施例中，所述設定傳遞函數頻率特性獲取單元220，可包括：設定傳遞函數頻率特性獲取模塊。設定傳遞函數頻率特性獲取模塊，用於執行：在所述發電機系統的一低勵限制參數下，通過Matlab軟體在所述設定頻率範圍內不斷改變所述設定傳遞函數中的頻率變量的值，並獲取所述設定傳遞函數隨所述設定頻率範圍內頻率的變化，得到所述第二特性曲線。

本實施例中，該設定傳遞函數可以是廠家給定的傳遞函數。可以通過Matlab軟體編寫程序，改變頻率，即可獲得相應的傳遞函數的值，進而得到該設定傳遞函數隨頻率變化的特性曲線。

一些實施例中，所述奈奎斯特曲線獲取單元230，可包括：奈奎斯特曲線獲取模塊。奈奎斯特曲線獲取模塊，用於執行：通過將所述第一特性曲線在各頻率下的等效傳遞函數的值和所述第二特性曲線在相應頻率下的設定傳遞函數的值相乘，得到所述發電機系統的開環頻率特性曲線，作為所述奈奎斯特曲線。

圖10是本發明一實施例中低勵限制參數整定單元的結構示意圖。如圖10所示，所述低勵限制參數整定單元240，可包括：發電機系統穩定性判斷模塊241和低勵限制參數整定模塊242，二者相互連接。

發電機系統穩定性判斷模塊241，用於執行：根據所述奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸無交點判定所述發電機系統在所述發電機系統的一低勵限制參數下處於穩定狀態，根據所述奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸有交點判定所述發電機系統在所述發電機系統的一低勵限制參數下處於不穩定狀態。

低勵限制參數整定模塊242，用於執行：若所述發電機系統在所述發電機系統的一低勵限制參數下處於不穩定狀態，調整所述發電機系統的低勵限制參數，並重新獲取所述發電機系統的奈奎斯特曲線，使重新獲取的奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸無交點，以使所述發電機系統達到穩定狀態。

本實施例中，發電機系統的奈奎斯特曲線是發電機整個閉環系統的開環頻率特性，是可以在複平面上畫出開環頻率隨頻率或隨角頻率變化的特性曲線。根據自動控制原理的奈奎斯特穩定判據可以知道，若奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸無交點則說明發電機系統穩定，若奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸有交點則說明發電機系統不穩定。

圖11是本發明一實施例中低勵限制參數整定模塊的結構示意圖。如圖11所示，低勵限制參數整定模塊242，可包括：

交點的位置變化規律獲取模塊2421，用於執行：通過多次修改所述低勵限制參數，獲取在各修改後的低勵限制參數下的第二特性曲線，並利用所述第一特性曲線和在各修改後的低勵限制參數下的第二特性曲線計算得到所述發電機系統在各修改後的低勵限制參數下的奈奎斯特曲線，並確定在各修改後的低勵限制參數下的奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸的交點的位置變化規律。

低勵限制參數調整模塊2422，用於執行：根據所述位置變化規律調整所述發電機系統的低勵限制參數，並在調整後的低勵限制參數下重新獲取第二特性曲線，並利用所述第一特性曲線和重新獲取的第二特性曲線重新獲取所述發電機系統的奈奎斯特曲線，使重新獲取的奈奎斯特曲線在複平面上(1，j0)點左側與實軸無交點，使所述發電機系統達到穩定狀態。

實質上，在低勵限制參數調整模塊2422中，均可以在其各自的勵磁限制參數下通過使用設定傳遞函數頻率特性獲取單元220和奈奎斯特曲線獲取單元230中的方式來獲取在其各自的勵磁限制參數下發電機系統的奈奎斯特曲線。

本發明實施例的低勵限制參數整定裝置，通過獨創地採用掃頻方式獲取發電機系統的等效傳遞函數隨頻率變化的特性曲線，並獲取發電機系統的設定傳遞函數隨在同樣頻率範圍內頻率變化的特性曲線，以及利用上述兩種頻率特性曲線計算得到發電機系統的奈奎斯特曲線，實現了在發電機系統外獲取發電機系統的奈奎斯特曲線，克服了本領域技術人員無法獲取發電機系統的奈奎斯特曲線的問題，利用奈奎斯特曲線能夠判斷各種工況發電機系統在各種低勵限制參數下的穩定性，且低勵限制動作基本不影響發電機系統，低勵限制參數整定方式安全、可靠、方便。本發明的方法能保證各種工況下低勵限制均能正常動作。一旦發生振蕩能夠迅速分析出低勵限制不合理的參數變量，在參數修正簡單。並且，不用在實際電網中進行試驗，安全性高，能夠使進相較深或弱化系統阻尼，不會導致與該發電機組相連的電網發生振蕩。

在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一個具體實施例」、「一些實施例」、「例如」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。各實施例中涉及的步驟順序用於示意性說明本發明的實施，其中的步驟順序不作限定，可根據需要作適當調整。

本領域內的技術人員應明白，本發明的實施例可提供為方法、系統、或電腦程式產品。因此，本發明可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例、或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本發明可採用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限於磁碟存儲器、CD-ROM、光學存儲器等)上實施的電腦程式產品的形式。

本發明是參照根據本發明實施例的方法、設備(系統)、和電腦程式產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些電腦程式指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些電腦程式指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些電腦程式指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。