一种PSCAD自定义发电机控制器的初始化方法技术

本发明专利技术涉及力系统暂态仿真技术领域，公开了一种PSCAD自定义发电机控制器的初始化方法。包括以下过程：确定控制器传递函数中需要初始化的模块i和模块i的变量输出Yi0，以及控制器的参考输入Yref0；确定稳定状态下输出Yi0与包括控制器的输入、需求输出在内的已知量的关系；添加用于初始化的发电机变量；在Script中定义发电机初始化状态和正常状态的变量、模块i的变量以及计算发电机初始化状态下的模块i的输出Yi0；发电机完成初始化后锁定控制器的参考输入。本发明专利技术的技术方案的发电机初始化达到稳定状态时，自定义控制器也达到稳定状态，实现对自定义控制器的初始化。

A method of initializing the PSCAD custom generator controller

The invention relates to the technical field of force system transient simulation, and discloses an initialization method of the PSCAD custom generator controller. Includes the following process: determine the variable output Yi0 controller module and I transmission module I initialization need to function, and the relationship between the reference input Yref0 controller; known quantity and includes input, output, the output of the Yi0 controller needs to determine the steady state; add generator for variable initialization; Yi0 output module I, variable definition I generator module initialization and the normal state variables and calculate generator initialization state in Script; lock controller reference input generator after initialization. When the generator initialization of the technical scheme reaches a stable state, the custom controller also achieves a stable state, and realizes the initialization of the custom controller.

【技术实现步骤摘要】
一种PSCAD自定义发电机控制器的初始化方法
本专利技术涉及力系统暂态仿真
，特别是一种PSCAD自定义发电机控制器的初始化方法。
技术介绍
PSCAD-EMTDC(简称PSCAD)是世界上应用最广泛的电磁暂态仿真软件之一。该软件的提供了丰富的发电机控制系统模型库，如调速系统、励磁系统等。但在实际仿真中，总会用到官方模型库中没有的控制器，这时就需对该模型进行自定义。PSCAD提供了两种建立自定义控制器的方法，一种是使用软件提供的连续系统模型函数(ContinuousSystemModelFunctions)进行搭建；另一种是在PSCAD的自定义模块中，通过编写脚本(Script)实现控制系统建模。与第一种方法相比，第二种方法建立的模型更便于使用。用以上任意一种方法建立的自定义控制器，都要进行适当的初始化才能准确模拟实际控制系统。这是因为电磁暂态仿真的数学本质就是求解微分方程，而微分方程需要给出适当的边界条件才能给出正确的解，初始化就是给出这个边界条件。另一方面，根据电力系统电磁暂态仿真的要求，在施加扰动前，需要让系统处于稳定状态，才能让仿真结果与实际运行接近。因此，自定义控制器需要在系统潮流确定、被控对象达到稳定状态时给出稳定的输出；控制器内部的状态变量的值和参考输入值在不施加扰动的情况下不发生变化。对于有独立潮流计算程序电力系统仿真软件，要达到以上要求并不难，但PSCAD有独特的潮流计算方式。在暂态仿真开始后，PSCAD通过调整发电机功率、电压等变量以确定系统潮流，同时完成对发电机的初始化。也就是说，无法在仿真开始前得到系统潮流，进而初始化控制器。因此，有必要提供一种方法实现对PSCAD自定义控制器初始化。传统的初始化方法为：在仿真开始瞬间，将变量初始值设置为0。这样做的缺点是，在发电机完成初始化达到稳定状态时控制器尚未达到稳定状态。从文献“PSASP模型向PSCAD软件转换方法研究及应用”(郭杏叶，重庆大学,2015)可以看出，在发电机潮流确定瞬间，其自定义励磁系统励磁电压输出仍然为0。这会使发电机运行状态偏离潮流计算确定的状态，进而影响仿真结果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种PSCAD自定义发电机控制器的初始化方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种PSCAD自定义发电机控制器的初始化方法，包括以下过程：步骤1、确定控制器传递函数中需要初始化的模块i和模块i的变量输出Yi0，以及控制器的参考输入Yref0；步骤2、确定稳定状态下输出Yi0与包括控制器的输入、需求输出在内的已知量的关系；步骤3、添加用于初始化的发电机变量；步骤4、在Script中定义发电机初始化状态和正常状态的变量、模块i的变量以及计算发电机初始化状态下的模块i的输出Yi0；步骤5、发电机完成初始化后锁定控制器的参考输入。进一步的，所述步骤1中的需要初始化的模块包括惯性环节、超前滞后环节、微分环节和积分环节；如果自定义控制器中包含含状态变量的环节，则将所述含状态变量的环节分解，用所述惯性环节、超前滞后环节、微分环节和积分环节表示。进一步的，所述步骤2的具体过程包括：步骤21、建立与原自定义控制器传递函数结构相同的直流增益的传递函数，针对原传递函数中每一个模块在直流增益的传递函数中具有对应的模块，直流增益的传递函数与原传递函数的信号流向相同；步骤22、针对原传递函数中的积分模块，在直流增益的传递函数中相应的位置断开，并令输入位置的信号为0，作为已知量；步骤23、针对原传递函数中的微分模块，在直流增益的传递函数中相应的位置断开，并令输出的位置的信号为0，作为已知量；步骤24、对原传递函数中用传递函数G1(s)表示的模块，如果G1(0)＝0，则将模块拆分为微分环节与不含微分的环节G(s)串联，如果则将模块拆分为积分环节与不含积分的环节G(s)串联；针对传递函数G(s)，在直流增益的传递函数中用对应模块的直流增益K＝G(0)表示；步骤25、忽略传递函数中限幅环节和死区，最终确定控制器直流增益的传递函数；步骤26、根据直流增益的传递函数，计算模块i的输出Yi0和参考输入Yref0。进一步的，所述步骤3中，如果自定义控制器是发电机励磁系统，添加需求励磁电压(requiredfieldvoltage)Ef0作为初始化阶段控制器输出，添加被控发电机的电源到机器转换(Source[0]->Machine[1]Transition)信号作为反应发电机运行状态的信号；如果自定义控制器是发电机调速系统，添加需求机械转矩(requiredmechanicaltorque)Tm0作为发电机作为初始化阶段控制器输出，添加被控发电机的转子锁定模式到正常模式转换(Lock-rotor[0]<->NormalMode[1]Transition)信号作为反应发电机运行状态的信号。进一步的，所述步骤4的具体过程包括：(1)定义复位变量R，用于区分发电机工作于初始化状态和正常状态；(2)对每一个需要初始化的模块i，定义变量输出Yi0，用于表示模块i在初始化运行状态中的输出，根据步骤2的过程计算Yi0，并计算发电机参考输入Yref0；(3)计算不同运行状态下各模块i的输出，如果发电机运行于初始化状态，模块i的输出为Yi0；如果发电机运行于正常状态，计算正常状态下模块i输出。与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本专利技术的技术方案的发电机初始化达到稳定状态时，自定义控制器也达到稳定状态，实现对自定义控制器的初始化。附图说明图1是本专利技术PSCAD自定义发电机控制器的初始化方法的流程示意图。图2是本专利技术实施例1中励磁系统AC4A传递函数的示意图。图3是本专利技术实施例1中励磁系统AC4A待初始化模块输出与已知量关系。图4是本专利技术实施例1中励磁系统AC4A锁定励磁参考输入的示意图。图5是本专利技术实施例1中自定义励磁系统AC4A的输出和官方提供的输出的比较示意图。图6是本专利技术实施例2中调速系统传递函数的示意图。图7是本专利技术实施例2中调速系统待初始化模块输出与已知量关系。图8是本专利技术实施例2中锁定调速系统参考输入的示意图。图9是本专利技术实施例2中自定义调速系统的输出的机械功率示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。实施例1：本实施例的自定义控制器是发电机励磁系统步骤1、确定控制器传递函数中需要初始化的模块，如图2所示为励磁系统AC4A传递函数，VS为励磁系统附加控制输入，Vref为励磁系统参考输入，EFD是励磁系统输出，需要初始化的模块包括一个超前滞后环节和一阶惯性环节超前滞后环节的输出为Y3_0。步骤2、确定稳定状态下需要初始化模块的输出与包括控制器的输入、需求输出在内的已知量的关系；忽略限幅环节，稳定状态下控制器附加励磁输入VS＝0，则超前滞后环节和一阶惯性环节中S＝0，所以超前滞后环节和一阶惯性环节在稳定状态下分别为1和KA，分别用两个需要初始化的模块的直流增益代替原模块，得到直流增益传递函数如图3所示，一阶惯性环节稳态下的输出为励磁系统稳态输出EFD0，超前滞后环节稳态下的输出满足Y3_0＝EFD0/KA，稳态下励磁参考电压满足步骤3、添加用于初始化的发电机变量；本实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PSCAD自定义发电机控制器的初始化方法，其特征在于，包括以下过程：步骤1、确定控制器传递函数中需要初始化的模块i和模块i的变量输出Yi0，以及控制器的参考输入Yref0；步骤2、确定稳定状态下输出Yi0与包括控制器的输入、需求输出在内的已知量的关系；步骤3、添加用于初始化的发电机变量；步骤4、在Script中定义发电机初始化状态和正常状态的变量、模块i的变量以及计算发电机初始化状态下的模块i的输出Yi0；步骤5、发电机完成初始化后锁定控制器的参考输入。

【技术特征摘要】
1.一种PSCAD自定义发电机控制器的初始化方法，其特征在于，包括以下过程：步骤1、确定控制器传递函数中需要初始化的模块i和模块i的变量输出Yi0，以及控制器的参考输入Yref0；步骤2、确定稳定状态下输出Yi0与包括控制器的输入、需求输出在内的已知量的关系；步骤3、添加用于初始化的发电机变量；步骤4、在Script中定义发电机初始化状态和正常状态的变量、模块i的变量以及计算发电机初始化状态下的模块i的输出Yi0；步骤5、发电机完成初始化后锁定控制器的参考输入。2.如权利要求1所述的PSCAD自定义发电机控制器的初始化方法，其特征在于，所述步骤1中的需要初始化的模块包括惯性环节、超前滞后环节、微分环节和积分环节；如果自定义控制器中包含含状态变量的环节，则将所述含状态变量的环节分解，用所述惯性环节、超前滞后环节、微分环节和积分环节表示。3.如权利要求2所述的PSCAD自定义发电机控制器的初始化方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程包括：步骤21、建立与原自定义控制器传递函数相同结构的直流增益的传递函数，针对原传递函数中每一个模块在直流增益的传递函数中具有对应的模块，直流增益的传递函数与原传递函数的信号流向相同；步骤22、针对原传递函数中的积分模块，在直流增益的传递函数中相应的位置断开，并令输入位置的信号为0，作为已知量；步骤23、针对原传递函数中的微分模块，在直流增益的传递函数中相应的位置断开，并令输出的位置的信号为0，作为已知量；步骤24、对原传...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨毅强，谭功全，
申请(专利权)人：四川理工学院，
类型：发明
国别省市：四川,51