SignalCalc在励磁系统静态模型辨识中的应用技术方案

本发明专利技术涉及励磁系统实验领域，具体是SignalCalc动态信号分析仪在励磁系统静态模型辨识中的应用。在未进行模型转换前，由于实测数据超过了BPA数据文件输入的范围，使得仿真工作无法开展。通过模型等效转换以及采用仿真校核计算程序不断修正计算，确定了励磁系统模型所有参数。SignalCalc采用拷贝的方式直接导出试验数据，避免了安捷伦35670A人工读数计数的弊端；另外其测试数据可靠性较高，坏数据较少，减少了在数据上修正所耗费的时间。仿真计算效率和精度的提高，为电网的安全稳定分析提供了准确的励磁系统模型，以此可计算电网内部存在的安全风险隐患，防范电网发生低频振荡的风险，从而保障社会居民的用电安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及励磁系统实验领域，具体是SignalCalc动态信号分析仪在励磁系统静态模型辨识中的应用。
技术介绍
励磁系统静态模型辨识主要是对励磁调节器PID和PSS的各个传递函数环节进行频谱辨识，确定各个环节的准确性，具体辨识示意图如图1所示。由图1可以看出，辨识需要对PID及PSS（这里为2A模型）共计9~14个传递函数环节进行辨识，每个环节的辨识需要读取记录每个频率点对应的相频和幅频特性，共计64组数据，则整个试验下来，仅读取记录的数据就多达576~896组，而目前的试验仪器安捷伦35670A由于功能的限制，试验数据的读取记录只能通过手动完成，使得原始数据的读取记录就占了50%的试验时间，如图2所示，因此要提高辨识的效率，就必须找到快捷的数据读取记录方法。表1两种试验仪器的优缺点分析试验仪器优点缺点安捷伦35670A已得到较好的应用。便携性差，参数设置复杂；抗干扰能力较差，容易产生坏数据；数据的读取记录需要通过人工手动完成。Signalcalc外观小巧，易携带；通过计算机软件控制，可方便地导出扫频数据。主要应用于力学振动试验，无实践于励磁试验的先例；参数设置与试验效果均为未知。表1对安捷伦35670A和Signalcalc的优缺点进行了分析，由表1可知，Signalcalc在辨识完成后，即可直接导出数据，有效弥补了安捷伦35670A的缺点，进而提高试验效率，但设备无应用辨识的先例，其参数设置与效果均为未知，需要通过摸索尝试来进一步验证确认。为了更加高效准确的完成励磁试验，在国内首次完成三机无刷励磁系统MEC7000的仿真建模，三菱MEC7000励磁系统现场实测模型如图3所示，在进行BPA仿真时，根据对比验证，采用FM型无刷励磁系统模型作为仿真计算用的等效模型，模型图如图4所示。在模型的等效转换中，图3中的主励磁机及不可控功率整流器模块b可与图4中主励磁机及不可控功率整流器模型d分别对应等效，其中图3中的K2/Rfe可由图4的二级调节器增益KB来等效，但由于K2/Rfe的现场实测值为14104，超出了二级调节器增益KB的最大取值范围（最大限值为9999），因而无法在BPA数据卡中输入该值；图3中的励磁机电流反馈增益参数Kf可由图4中的励磁机电流反馈增益KH进行等效，励磁机电流反馈增益参数Kf取值为0.0015，而励磁机电流反馈增益KH输入的数值精度达不到要求（最小限值为0.001），如采用约数，则可能影响仿真效果。因此需要通过进一步的等效计算，在保证仿真效果的情况下，降低二级调节器增益KB，增大励磁机电流反馈增益KH。然而一直以来，在电力系统中，发电机励磁仿真建模校核计算多采用人工读数，手动计算的方式。由于此次是首次对三菱MEC7000进行仿真建模，需要通过不断的尝试修正参数，使仿真阶跃响应曲线与现场实测曲线一致，每修正一次，均需要重新进行校核计算，如果采用上述方法，将消耗大量时间在读数与计算上面；另外采用人工读数的方法也有可能对计算精度产生影响，降低仿真校核计算的效率和精度。
技术实现思路
为了将Signalcalc动态信号分析仪应用于励磁系统静态模型辨识中，发挥其优点，本专利技术提供了以下技术方案：SignalCalc动态信号分析仪在励磁系统静态模型辨识试验中的应用，包括以下步骤：（1）采用等效转换的方法，搭建仿真模型；（2）采用BPA仿真工具进行仿真校核，检验搭建的仿真模型的功能效果；（3）将SignalCalc应用于励磁系统静态模型辨识中，完成模型环节的辨识工作。进一步，所述步骤（1）包含以下步骤：1）励磁系统现场实测模型进行仿真时采用无刷励磁系统作为等效模型，在等效转换时，分别对励磁系统现场实测模型的主励磁机及不可控功率整流器模型和无刷励磁系统模型的主励磁机及不可控功率整流器模型进行转换；2）建立励磁系统模型转换的等效传递函数，令KB1=K2/Rfe，励磁系统现场实测模型的主励磁机及不可控功率整流器模型转换后得到等效传递函数为：（1）无刷励磁系统模型的主励磁机及不可控功率整流器模型转换后得到等效传递函数为：（2）其中：KB为第二级调节器增益，KH为励磁机电流反馈增益，SE为励磁机饱和系数，VA为励磁调节器输出电压，VE为不可控三相全波整流桥的输出电压，其中K2为励磁调节器二级放大增益，Kf为励磁机电流反馈增益，KE为空载励磁电流的倒数，TE为励磁机时间常数，Rfe为励磁机磁场电阻,KB1为励磁调节器二级放大增益K2与励磁机磁场电阻Rfe的比值。进一步，所述步骤2)中等效传递函数（1）和（2），采用解析求解的方法求解，求得第二级调节器增益KB、励磁机电流反馈增益KH的数值；励磁调节器二级放大增益K2取1890，励磁机电流反馈增益Kf取0.0015，励磁机时间常数TE取2.13,励磁机磁场电阻Rfe取0.134，空载励磁电流的倒数KE取0.0121。进一步，所述采用BPA仿真工具进行仿真校核包括以下步骤：1）修正BPA数据卡片，调用BPA程序进行仿真计算；2）将BPA仿真计算结果导入“仿真.xls”；3）启动程序；4）点击“导入仿真数据”选择“仿真.xls”；5）点击“导入实测数据”选择现场实测数据；6）点击“校核计算”，同时计算仿真和实测数据的超调量、上升、峰值、调节时间，并进行误差计算；7）校核仿真结果是否符合要求；8）若仿真结果不符合要求，则返回步骤（1）重新开始进行以上步骤；若仿真结果符合要求，则仿真校核结束。进一步，所述程序为应用编程软件编写的可直接读取数据文件中数据的程序；所述程序开发相应的图形界面，并且读取数据时直接导入到相应的图形界面进行校核计算；所述的数据文件中的数据是通过电力系统分析软件BPA对修正BPA数据卡片进行仿真计算，得出计算结果导出至数据文件得到的；所述的数据文件是Excel文件；所述的BPA数据卡片包括励磁系统FM卡、励磁系统F+数据卡、发电机MF卡。进一步，所述的励磁系统FM卡参数：调差系数Xc为0、调节器输入滤波器时间常数TR为0.004S、调节器PID增益K为23.55、积分调节选择因子Kv为0、电压调节器超前时间常数T1为20S、电压调节器滞后时间常数T2为20S、电压调节器超前时间常数T3为0.95S、电压调节器滞后时间常数T4为3.309S、电压调节器放大器增益KA为1、电压调节器放大器时间常数TA为0.004S、软负反馈放大倍数KF为0、励磁机电流反馈增益KH（标幺值)为0.107；其中，调节器PID增益K、积分调节选择因子Kv、电压调节器放大器增益KA、软负反馈放大倍数KF、励磁机电流反馈增益KH均为标幺值。进一步，所述的励磁系统F+数据卡参数：调节器最大内部电压VAMAX为100、调节器最小内部电压VAMIN为-100、二级调节器增益KB为169.98、二级调节器时间常数T5为0.01、励磁机自励系数KE为1、励磁机时间常数TE为2.13S、最大励磁电压处的励磁机饱和系数SE1为0.154、75%最大励磁电压处的励磁机饱和系数SE2为0.048、电压调节器最大输出电压VRMAX为61.6、电压调节器最小输出电压VRMIN为-31.7、换相电抗的整流器负载因子KC为0.279、去磁因子KD为0.22、励磁机励磁电流限制增益KL1为4本文档来自技高网...

【技术保护点】
SignalCalc动态信号分析仪在励磁系统静态模型辨识中的应用，其特征在于包括以下步骤：（1）采用等效转换的方法，搭建仿真模型；（2）采用BPA仿真工具进行仿真校核，检验搭建的仿真模型的功能效果；（3）将SignalCalc应用于励磁系统静态模型辨识中，完成模型环节的辨识工作。

【技术特征摘要】
1.SignalCalc动态信号分析仪在励磁系统静态模型辨识中的应用，其特征在于包括以下步骤：（1）采用等效转换的方法，搭建仿真模型；（2）采用BPA仿真工具进行仿真校核，检验搭建的仿真模型的功能效果；（3）将SignalCalc应用于励磁系统静态模型辨识中，完成模型环节的辨识工作。2.根据权利要求1所述SignalCalc动态信号分析仪在励磁系统静态模型辨识中的应用，其特征在于所述步骤（1）包含以下步骤：1）励磁系统现场实测模型进行仿真时采用无刷励磁系统作为等效模型，在等效转换时，分别对励磁系统现场实测模型的主励磁机及不可控功率整流器模型和无刷励磁系统模型的主励磁机及不可控功率整流器模型进行转换；2）建立励磁系统模型转换的等效传递函数，令KB1=K2/Rfe，励磁系统现场实测模型的主励磁机及不可控功率整流器模型转换后得到等效传递函数为：（1）无刷励磁系统模型的主励磁机及不可控功率整流器模型转换后得到等效传递函数为：（2）其中：KB为第二级调节器增益，KH为励磁机电流反馈增益，SE为励磁机饱和系数，VA为励磁调节器输出电压，VE为不可控三相全波整流桥的输出电压，其中K2为励磁调节器二级放大增益，Kf为励磁机电流反馈增益，KE为空载励磁电流的倒数，TE为励磁机时间常数，Rfe为励磁机磁场电阻,KB1为励磁调节器二级放大增益K2与励磁机磁场电阻Rfe的比值。3.根据权利要求2所述SignalCalc动态信号分析仪在励磁系统静态模型辨识中的应用，其特征在于所述步骤2)中等效传递函数（1）和（2），采用解析求解的方法求解，求得第二级调节器增益KB、励磁机电流反馈增益KH的数值；励磁调节器二级放大增益K2取1890，励磁机电流反馈增益Kf取0.0015，励磁机时间常数TE取2.13,励磁机磁场电阻Rfe取0.134，空载励磁电流的倒数KE取0.0121。4.根据权利要求1所述SignalCalc动态信号分析仪在励磁系统静态模型辨识中的应用，其特征在于所述采用BPA仿真工具进行仿真校核包括以下步骤：1）修正BPA数据卡片，调用BPA程序进行仿真计算；2）将BPA仿真计算结果导入“仿真.xls”；3）启动程序；4）点击“导入仿真数据”选择“仿真.xls”；5）点击“导入实测数据”选择现场实测数据；6）点击“校核计算”，同时计算仿真和实测数据的超调量、上升、峰值、调节时间，并进行误差计算；7）校核仿真结果是否符合要求；8）若仿真结果不符合要求，则返回步骤（1）重新开始进行以上步骤；若仿真结果符合要求，则仿真校核结束。5.根据权利要求4所述SignalCalc动态信号分析仪在励磁系统静态模型辨识中的应用，其特征在于所述程序为应用编程软件编写的可直接读取数据文件中数据的程序；所述程序开发相应的图形界面，并且读取数据时直接导入到相应的图形界面进行校核计算；所述的数据文件中的数据是通过电力系统分析软件BPA对修正BPA数据卡片进行仿真计算，得出计算结果导出至数据文件得到的；所述的数据文件是Excel文件；所述的BPA数据卡片包括励磁系统FM卡、励磁系统F+数据卡、发电机MF卡。6.根据权利要求5所述SignalCalc动态信号分析仪在励磁系统静态模型辨识中的应用，其特征在于所述的励磁系统FM卡参数：调差系数Xc为0、调节器输入滤波器时间常数TR为0.004S、调节器PID增益K为23.55、积分调节选择因子Kv为0、电压调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘光时，窦骞，孙志媛，张翌晖，周柯，刘默斯，王晓明，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广西;45