本发明专利技术公布了一种考虑励磁系统调节作用的改进同步发电机抛载试验参数辨识方法。首先，进行同步发电机抛载试验。然后，将励磁电压视为励磁绕组的输入激励。接着，在已对d轴参数进行辨识的前提下，推算出定子电压q轴分量。最后，以励磁电流及机端电压的拟合误差为反映参数辨识误差的指标，若误差小于设定值，则输出同步发电机d、q轴参数辨识结果。本方法考虑了抛载后励磁电压的暂态过程，与传统方法相比，适用各种负荷水平，辨识结果更为准确。
【技术实现步骤摘要】
一种考虑励磁系统调节作用的改进同步发电机抛载试验参数辨识方法
本专利技术涉及一种考虑励磁系统调节作用的改进同步发电机抛载试验参数辨识方法，属于同步发电机参数辨识技术。
技术介绍
准确辨识同步发电机参数对于电力系统分析、运行与控制具有重要意义，我国2001年7月颁布执行的《电力系统安全稳定导则》明确要求电网计算中发电机要采用实测值。抛载试验法是辨识同步发电机参数的重要方法，它具有物理概念清晰、易于操作、计算简单并可计及工况对参数的影响等优点，自20世纪70年代提出后即获得了广泛应用，电力系统新机组投运或老机组大修后重新投运时，都需要进行抛载试验。传统的抛载试验需要在d、q轴分两次进行，存在q轴抛载点难以确定的问题；近年来，功角测量技术发展迅速，在发电机功角可测的条件下，通过任意一次抛载试验即可辨识同步发电机的全部参数，其主要原理是根据抛载后的励磁电流曲线及端口电压包络线分别辨识发电机的d、q轴电气参数。但已有抛载试验法也存在一些不足之处，如：目前大多数抛载试验法辨识同步发电机参数时都假定励磁电压保持不变，忽略了励磁系统的调节作用，这与工程实际不符。实践中，由于抛载后转子加速，若保持额定励磁电压不变，发电机机端将会出现过电压，极有可能损坏发电机及附属设备。为了保护设备，在抛载试验中通常采取保持电压参考值不变的做法，此时，考虑到电压调节器的调节作用，抛载后的励磁电压实际上是时变的，而现有抛载辨识方法大多忽略了该问题，故辨识所得发电机参数与真实值相比会存在一定误差。针对这一问题，本专利技术提出了一种考虑励磁系统调节作用的改进同步发电机抛载试验参数辨识方法，将实测励磁电压视作励磁绕组的输入激励，用数值方法求出励磁电流与端口电压的理论计算曲线，与抛载试验中的实测曲线进行对比，应用蚁群算法进行优化拟合，更准确的辨识发电机d、q轴电气参数。
技术实现思路
本专利技术的目的正是为了针对现有同步发电机抛载试验参数辨识方法忽略励磁系统调节作用的不足，提出了一种考虑励磁系统调节作用的改进同步发电机抛载试验参数辨识方法，在计及励磁电压变化的条件下，理论计算出励磁电流及端口电压包络线，与实测曲线相对比，并应用蚁群算法，优化辨识发电机d、q轴电气参数。本专利技术的技术方案是通过如下技术方案来实现的：一种考虑励磁系统调节作用的改进同步发电机抛载试验参数辨识方法，本专利技术特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)进行同步发电机抛载试验；记录抛载前同步发电机的稳态功角δ0、ua0，抛载后同步发电机实测励磁电压励磁电流和定子电压包络线(2)辨识同步发电机d轴参数；同步发电机d轴参数辨识按图1(a)所示的以下步骤实现，同步发电机d轴待辨识参数为：α＝[XadXfXDT′doT″do]，其中Xad为同步发电机d轴电枢反应电抗，Xf为励磁绕组电抗，XD为d轴阻尼绕组电抗，T′do为d轴开路暂态时间常数，T″do为d轴开路次暂态时间常数；在计及励磁电压变化的条件下，其中，s为复变量，Uf(s)、if(s)分别为励磁电压和励磁电流的Laplace变换，为d轴阻尼绕组电阻，为励磁绕组电阻，ψf0为抛载瞬间励磁绕组的初始磁链，ψD0为抛载瞬间阻尼绕组的初始磁链，ψD0和ψf0根据抛载瞬间磁链不变的原理计算；在励磁电压uf(t)时变的情况下，无法推出if(t)的解析表达式，但可以用数值方法计算得出，其方法如下：给定α的一组取值，对if(s)进行拉普拉斯反变换，求出则g(t)与励磁电压uf(t)的卷积为if(t)中与励磁电压相关的项if1(t)，即励磁电流理论计算曲线if(t)＝if1(t)+if2(t)+if3(t)，其中将励磁电流理论计算值if(t)与实测值相比较，定义d轴参数α偏差：其中，N1为采样点总数；应用蚁群优化算法，以同步发电机的给定参数为初始值α0，设参数取值范围为[0.5,1.5]α0，将每一维参数的取值区间等分为m个子区间，m取5-6；整个参数空间共有m5只蚂蚁；定义每只蚂蚁的信息素分布函数：其中，Xi为参数空间中蚂蚁对应的参数取值，e(Xi)为该参数下if(t)与之间的偏差，e(Xi)越小，则信息素取值越大，Xi的精度越高，对同步发电机d轴参数α按蚁群算法进行优化；根据辨识出的α最优取值，计算d轴其它参数的值，Eq0＝Xadif0，其中，Xd为d轴同步电抗，X′d为d轴暂态电抗，X″d为d轴次暂态电抗，Eq0为稳态时的发电机暂态电势，if0为稳态励磁电流，δ0为稳态功角，U0为定子电压稳态值，id0为定子电流的d轴分量；(3)辨识同步发电机q轴参数；同步发电机q轴参数辨识按以下步骤实现，同步发电机q轴待辨识参数为：β＝[Xaq,XQ,T″q0]，其中，Xaq为同步发电机q轴电枢反应电抗，XQ为d轴阻尼绕组电抗，T″qo为q轴开路次暂态时间常数；在d轴参数已辨识完毕的条件下，d轴阻尼绕组电流的Laplace变换为其中，XD为d轴阻尼绕组电抗，rD为d轴阻尼绕组电阻，Xad为同步发电机d轴电枢反应电抗，为实测励磁电流的Laplace变换；由iD(s)反变换求出阻尼绕组电流，发电机定子磁链d轴分量ψd＝Xadif+XadiD，若忽略定子变压器电势，则可近似认为uq≈ψd，其中，uq为发电机定子电压ua的q轴分量，由试验数据推出的其中为发电机定子电压d轴分量的实测数据推导值；任取一组q轴参数β，可计算出发电机的q轴实用参数根据可计算出发电机定子电压d轴分量的理论值；将理论计算值ud与实测数据推导值相比较，定义q轴参数β偏差：其中，N2为采样点总数；应用蚁群优化算法，以同步发电机的给定参数为初始值β0，设参数取值范围为[0.5,1.5]β0，将每一维参数的取值区间等分为j个子区间，j取5-6；整个参数空间共有j5只蚂蚁；定义每只蚂蚁的信息素分布函数：其中，Xi为参数空间中蚂蚁对应的参数取值，e(Xi)为该参数下ud与之间的偏差，e(Xi)越小，则信息素取值越大，Xi的精度越高，对同步发电机q轴参数β按蚁群算法进行优化,将优化值作为q轴参数辨识结果，并计算发电机的q轴实用参数输出发电机参数辨识结果，即d轴参数Xd，X′d，X″d，T′do，T″do与q轴参数Xq，X″q，T″qo。本专利技术的有益效果是，提出的考虑励磁系统调节作用的改进同步发电机抛载试验参数辨识方法将实测励磁电压作为励磁绕组输入激励，将理论计算励磁电流与实测电流进行比较，应用蚁群算法优化辨识发电机d轴参数；然后在已辨识的d轴参数基础上，结合实测机端电压，求出基于实测数据的定子电压d轴分量推导值，将其与理论计算值比较，应用蚁群算法优化辨识发电机q轴参数；由于考虑了励磁电压的变化，故可获得更高的同步发电机参数辨识精度。附图说明图1为本专利技术辨识流程图，其中：图1(a)为同步发电机d轴参数辨识流程图；图1(b)为同步发电机q轴参数辨识流程图。图2为抛载试验励磁绕组电压、电流实测曲线图，其中：图2(a)为抛载试验励磁电流曲线；图2(b)为抛载试验励磁电压实测曲线图。图3为参数优化辨识后同步发电机励磁电流、机端电压包络线拟合效果图，其中：图3(a)分别为励磁电流拟合曲线；图3(b)分别为同步发电机机端电压拟合曲线；实线表示“实测曲线”，虚线表示“优化辨识参数后的曲线”，点线表示“参数为初始值时的曲线”。具体本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种考虑励磁系统调节作用的改进同步发电机抛载试验参数辨识方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)进行同步发电机抛载试验，记录抛载前同步发电机的稳态功角δ0、ua0，抛载后同步发电机实测励磁电压励磁电流和定子电压包络线(2)辨识同步发电机d轴参数，同步发电机d轴待辨识参数为：α＝[Xad Xf XD T′do T″do]，其中Xad为同步发电机d轴电枢反应电抗，Xf为励磁绕组电抗，XD为d轴阻尼绕组电抗，T′do为d轴开路暂态时间常数，T″do为d轴开路次暂态时间常数；在计及励磁电压变化的条件下，if(s)=(sXD+rD)·Uf(s)+(XD+rD/s)ψf0-XadψD0(XfXD-Xad2)s2+(XfrD+XDrf)s+rfrD,]]>其中，s为复变量，Uf(s)、if(s)分别为励磁电压和励磁电流的Laplace变换，为d轴阻尼绕组电阻，为励磁绕组电阻，ψf0为抛载瞬间励磁绕组的初始磁链，ψD0为抛载瞬间阻尼绕组的初始磁链；在励磁电压uf(t)时变的情况下，无法推出if(t)的解析表达式，但可以用数值方法计算得出，其方法如下：给定α的一组取值，对if(s)进行拉普拉斯反变换，求出g(t)=L-1{(sXD+rD)(XfXD-Xad2)s2+(XfrD+XDrf)s+rfrD},]]>则g(t)与励磁电压uf(t)的卷积为if(t)中与励磁电压相关的项if1(t)，即励磁电流理论计算曲线if(t)＝if1(t)+if2(t)+if3(t)，其中，if2(t)=L-1{(XD+rD/s)ψf0(XfXD-Xad2)s2+(XfrD+XDrf)s+rfrD},]]>if3(t)=L-1{-XadψD0(XfXD-Xad2)s2+(XfrD+XDrf)s+rfrD};]]>将励磁电流理论计算值if(t)与实测值相比较，定义d轴参数α偏差：其中，N1为采样点总数；应用蚁群优化算法，以同步发电机的给定参数为初始值α0，设参数取值范围为[0.5,1.5]α0，将每一维参数的取值区间等分为m个子区间，m取5‑6；整个参数空间共有m5只蚂蚁；定义每只蚂蚁的信息素分布函数：其中，Xi为参数空间中蚂蚁对应的参数取值，e(Xi)为该参数下if(t)与之间的偏差，e(Xi)越小，则信息素取值越大，Xi的精度越高，对同步发电机d轴参数α按蚁群算法进行优化；根据辨识出的α最优取值，计算d轴其它参数，Eq0=Xadif0,Xd=Eq0-U0cosδ0id0,]]>Xd′=Xd-Xad2Xf,Xd′′=Xd-Xad2(XD-2Xad+Xf)XDXf-Xad2,]]>其中，Xd为d轴同步电抗，X′d为d轴暂态电抗，X″d为d轴次暂态电抗，Eq0为稳态时的发电机暂态电势，if0为稳态励磁电流，δ0为稳态功角，U0为定子电压稳态值，id0为定子电流的d轴分量。(3)辨识同步发电机q轴参数，同步发电机q轴待辨识参数为：β＝[Xaq,XQ,T″q0]，其中，Xaq为同步发电机q轴电枢反应电抗，XQ为d轴阻尼绕组电抗，T″qo为q轴开路次暂态时间常数；在d轴参数已辨识完毕的条件下，d轴阻尼绕组电流的Laplace变换为其中，XD为d轴阻尼绕组电抗，rD为d轴阻尼绕组电阻，Xad为同步发电机d轴电枢反应电抗，为实测励磁电流的Laplace变换；由iD(s)反变换求出阻尼绕组电流，发电机定子磁链d轴分量ψd＝Xadif+XadiD，若忽略定子变压器电势，则近似认为uq≈ψd，其中，uq为发电机定子电压ua的q轴分量，由试验数据推出的其中为发电机定子电压d轴分量的实测数据推导值；任取一组q轴参数β，计算出发电机的q轴实用参数根据计算出发电机定子电压d轴分量的理论值；将理论计算值ud与实测数据推导值相比较，定义q轴参数β偏差：其中，N2为采样点总数；应用蚁群优化算法，以同步发电机的给定参数为初始值β0，设参数取值范围为[0.5,1.5]β0，将每一维参数的取值区间等分为j个子区间，j取5‑6；整个参数空间共有j5只蚂蚁；定义每只蚂蚁的信息素分布函数：其中，Xi为参数空间中蚂蚁对应的参数取值，e(Xi)为该参数下ud与之间的偏差，e(Xi)越小，则信息素取值越大，Xi的精度越高，对同步发电机q轴参数β按蚁群算法进行优化,将优化值作为q轴参数辨识结果，并计算发电机的q轴实用参数(4)输出发电机参数辨识结果，即d轴参数Xd，X′d，X″d，T′do，T″do与q轴参数Xq，X″q，T″qo。...
【技术特征摘要】
1.一种考虑励磁系统调节作用的改进同步发电机抛载试验参数辨识方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)进行同步发电机抛载试验，记录抛载前同步发电机的稳态功角δ0及定子电压稳态值ua0，抛载后同步发电机实测励磁电压励磁电流和定子电压包络线(2)辨识同步发电机d轴参数，同步发电机d轴待辨识参数为：α＝[XadXfXDT′doT″do]，其中Xad为同步发电机d轴电枢反应电抗，Xf为励磁绕组电抗，XD为d轴阻尼绕组电抗，T′do为d轴开路暂态时间常数，T″do为d轴开路次暂态时间常数；在计及励磁电压变化的条件下，其中，s为复变量，Uf(s)、if(s)分别为励磁电压和励磁电流的Laplace变换，为d轴阻尼绕组电阻，为励磁绕组电阻，ψf0为抛载瞬间励磁绕组的初始磁链，ψD0为抛载瞬间阻尼绕组的初始磁链；在励磁电压uf(t)时变的情况下，无法推出if(t)的解析表达式，但可以用数值方法计算得出，其方法如下：给定α的一组取值，对if(s)进行拉普拉斯反变换，求出则g(t)与励磁电压uf(t)的卷积为if(t)中与励磁电压相关的项if1(t)，即励磁电流理论计算曲线if(t)＝if1(t)+if2(t)+if3(t)，其中，将励磁电流理论计算值if(t)与实测值相比较，定义d轴参数α偏差：其中，N1为采样点总数,分别为if(t)和在第k1个采样点的采样值，k1＝1,2,…,N1；应用蚁群优化算法，以同步发电机的给定参数为初始值α0，设参数取值范围为[0.5,1.5]α0，将每一维参数的取值区间等分为m1个子区间，m1取5-6；整个参数空间共有只蚂蚁；定义函数其中，X为d轴参数空间中任意一点对应的参数取值，Xi为第i只蚂蚁对应的参数取值，e(Xi)为该参数下if(t)与之间的偏差，e(Xi)越小，Xi的精度越高，则信息素取值越大，Ti(X)为第i只蚂蚁产生的信息素在点X处的分布，θ1为信息素分布函数的形状系数；对同步发电机d轴参数α按蚁群...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴水军，周海强，李胜男，陈晶，钱礼明，杨杨，万雄彪，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南;53
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