考虑发电机性能差异的励磁顶值电压优化配置方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑发电机性能差异的励磁顶值电压优化配置方法及系统，方法包括在预想故障下对发电机分群，进行多机系统的单机等值得到等值功角曲线；进行励磁顶值电压增量扰动，计算各发电机对系统故障恢复的调节性能指标；选取对系统故障恢复的调节性能指标最大的发电机，完成励磁顶值电压的一轮配置，判断是否达到系统稳定性能改善目标，若是，结束配置；否则，判断更新后发电机的励磁顶值电压继续增加一个扰动步长是否达到预设的配置上限，若是，选取仍有励磁顶值电压提升裕度的发电机进行下一轮配置；否则，继续进行励磁顶值电压增量扰动。本发明专利技术可以实现发电机励磁顶值电压差异化配置，较好改善系统暂态稳定性，提升区域联络线输送功率。

Optimization method and system of excitation top value voltage considering generator performance difference

【技术实现步骤摘要】
考虑发电机性能差异的励磁顶值电压优化配置方法及系统
本专利技术属于电力系统稳定控制
，更具体地，涉及一种考虑发电机性能差异的励磁顶值电压优化配置方法及系统。
技术介绍
发电机励磁系统在提升电力系统暂态稳定性方面发挥着重要作用。发电机的强励紧急控制配合具备高顶值电压的励磁系统，可充分发挥机组强励功能，使得发电机在电力系统发生故障后短时间内向系统提供动态无功，提高发电机输出电压增加输出电磁功率，从而有效抑制故障后机组的加速过程。随着大机组、大电网的发展，对事故情况下的励磁强励性能的要求更加提高。发电机励磁系统的励磁顶值电压是决定其动态无功输出能力的主要指标，提高励磁顶值电压对系统暂态稳定性是有利的。但受励磁主回路设备的过压过流能力限制，励磁顶值电压不能无限制提升，发电机的强励紧急控制的控制效果通常因此受到限制。目前，已有一些研究通过加入发电机的强励紧急控制，在故障后某一时段内抬升励磁电压的给定参考值，充分发挥发电机在设定励磁参数下的强励能力。然而，发电机的强励紧急控制通常只在发电机具备较高的励磁顶值电压下才能发挥较好的控制效果，当励磁顶值电压不足或过低时，发电机的机端电压恢复较慢，强励紧急控制甚至没有作用。因此，合理配置发电机励磁顶值电压是强励紧急控制措施发挥作用的前提。如何对发电机励磁顶值电压进行合理配置的有待进一步研究，现有传统的方法一般采用均一化思想，同类型励磁系统通常设计等同的励磁顶值电压。均一化方法设计励磁顶值电压时，具有同类型励磁系统的发电机组在电网系统中可以发挥的最大调节性能是被设定为相同的。但是，实际电网运行时仅部分关键发电机对故障扰动敏感而能够充分发挥其设定的调节性能。某些非关键发电机因距离故障较远等原因，不可避免地存在性能浪费。而考虑故障扰动后不同发电机在暂态调节过程中实际发挥的调节性能差异性，对发电机进行差异化控制或设计差异化参数的研究甚少。但因发电机距离电力系统故障位置远近以及输出功率的不同，故障扰动下不同发电机对系统故障恢复的调节性能必然会存在差异性，考虑这种差异性合理地设计发电机励磁顶值电压，能一定程度上改善系统的暂态稳定性。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种考虑发电机性能差异的励磁顶值电压优化配置方法及系统，旨在实现不同性能的发电机差异化励磁顶值电压配置，改善电网系统的暂态稳定性。为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提供了一种考虑发电机性能差异的励磁顶值电压优化配置方法，包括以下步骤：(1)在初始潮流工况的预想故障下对所有发电机分群，进行多机系统的单机等值得到等值功角曲线；(2)进行临界机组励磁顶值电压增量扰动，根据受扰动的等值功角曲线计算各发电机对系统故障恢复的调节性能指标；(3)选取对系统故障恢复的调节性能指标最大的发电机，对其励磁顶值电压进行更新，完成励磁顶值电压的一轮配置，若系统稳定性能改善目标完成，结束配置，输出励磁顶值电压优化配置结果；否则，判断更新后的励磁顶值电压继续增加一个扰动步长是否达到预设的配置上限，进入步骤(4)；(4)若更新后的励磁顶值电压继续增加一个扰动步长达到设定的配置上限，选取临界机组中励磁顶值电压仍有提升裕度的发电机进行下一轮配置，回到步骤(2)；否则，直接回到步骤(2)。进一步地，步骤(1)具体包括：(11)在初始潮流工况的故障失稳模式下，根据多机系统中所有发电机相对系统惯性中心的功角曲线，选择相对功角超过180°的发电机构成临界机群，其余发电机则构成余下机群；(12)对多机系统进行单机等值，根据临界机群和余下机群的功角得到等值功角曲线。进一步地，步骤(2)具体包括：(21)进行励磁顶值电压增量扰动，根据受扰动的等值功角曲线，得到功角首摆最大值；(22)依次将临界机群的每一台发电机的励磁顶值电压增加一个扰动步长；(23)根据励磁顶值电压进行增量扰动后的等值功角曲线，得到增量扰动后的功角首摆最大值；(24)根据励磁顶值电压进行增量扰动前后的功角首摆最大值计算励磁顶值电压增加对系统暂态稳定性能的提升量，进而得到系统首摆最大值相对励磁顶值电压的灵敏度，作为发电机对系统故障恢复的调节性能指标。进一步地，步骤(3)中的系统稳定性能改善目标为励磁顶值电压进行更新后的等值功角首摆最大值的减小量大于等于期望值。进一步地，步骤(4)中若需进行下一轮配置时，仍有励磁顶值电压提升裕度的临界发电机数量小于1，则结束配置。按照本专利技术的另一方面，提供了一种考虑发电机性能差异的励磁顶值电压优化配置系统，包括：机组分群模块，用于在初始潮流工况下对故障机组分群，进行多机系统的单机等值得到等值功角曲线；增量扰动模块，用于进行励磁顶值电压增量扰动，根据受扰动的所述等值功角曲线计算各发电机对系统故障恢复的调节性能指标；第一判断模块，用于通过系统稳定性能改善目标判断是否进行下一轮配置；第二判断模块，用于通过励磁顶值电压上限判断临界发电机是否参与下一轮配置；优化配置输出模块，用于输出励磁顶值电压优化配置结果。优选地，系统稳定性能改善目标为励磁顶值电压进行更新后的等值功角首摆最大值的减小量大于等于期望值。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：1、本专利技术提供的发电机对电力系统故障恢复的调节性能的量化评估指标，根据系统分群模式确定多机系统的单机无穷大等值，因此多机系统的暂态稳定性可以基于系统扰动轨迹实现简单的定量分析；等值单机无穷大系统的功角曲线的最大值直接表征着系统暂态稳定程度，多机系统的功角失稳在等值单机系统中表现为等值功角不能成功回摆至正常范围内；增加发电机励磁顶值电压可以增强发电机的动态无功输出能力，有效抑制系统功角正向摆幅；通过依次在不同发电机初始值基础上增加相同的数值计算励磁顶值电压进行增量扰动后的系统等值功角首摆最大值的变化量，可以正确表征不同发电机对电力系统故障恢复的调节性能；2、与传统的均一化设计发电机励磁系统参数不同，本专利技术提供了考虑发电机性能差异性的励磁顶值电压优化配置方法，通过对临界机群发电机的励磁顶值电压进行优化，可以保证发电机强励紧急控制的作用效果，且可以更大程度地利用好预想故障下关键发电机的调节性能，改善电力系统暂态稳定性；本专利技术研究了根据不同临界发电机对故障恢复的调节性能的差异化性，总是选取调节性能最好的发电机优先增加其励磁顶值电压，可以在最小的励磁系统改造的代价下满足系统稳定性能预期的提升量，相比于传统的均一化配置发电机励磁参数，具有更佳经济效益；3、本专利技术充分利用了电力系统扰动轨迹信息，根据不同发电机扰动轨迹的差异性衡量其对系统故障恢复的调节性能，原理简单，对复杂系统能有很好适用性，其精度也能够满足差异化设计发电机控制参数的要求。附图说明图1为本专利技术实施例提供的修改的10机39节点交直流混联系统示意图；图2为本专利技术实施例提供的配备强励紧急控制器的励磁系统简化模型示意图；...

【技术保护点】
1.一种考虑发电机性能差异的励磁顶值电压优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)在预想故障下对发电机分群，确定临界机群和余下机群，进行多机系统的单机等值得到等值功角曲线；/n(2)进行临界机组励磁顶值电压增量扰动，根据受扰动的所述等值功角曲线计算各发电机对系统故障恢复的调节性能指标；/n(3)选取对系统故障恢复的调节性能指标最大的发电机，对其励磁顶值电压进行更新，完成励磁顶值电压的一轮配置，若系统稳定性能改善目标完成，结束配置，输出励磁顶值电压优化配置结果；否则，判断更新后的励磁顶值电压继续增加一个扰动步长是否达到预设的配置上限，进入步骤(4)；/n(4)若更新后的励磁顶值电压继续增加一个扰动步长达到设定的配置上限，选取仍有励磁顶值电压提升裕度的临界发电机进行下一轮配置，回到步骤(2)；否则，直接回到步骤(2)。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑发电机性能差异的励磁顶值电压优化配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在预想故障下对发电机分群，确定临界机群和余下机群，进行多机系统的单机等值得到等值功角曲线；
(2)进行临界机组励磁顶值电压增量扰动，根据受扰动的所述等值功角曲线计算各发电机对系统故障恢复的调节性能指标；
(3)选取对系统故障恢复的调节性能指标最大的发电机，对其励磁顶值电压进行更新，完成励磁顶值电压的一轮配置，若系统稳定性能改善目标完成，结束配置，输出励磁顶值电压优化配置结果；否则，判断更新后的励磁顶值电压继续增加一个扰动步长是否达到预设的配置上限，进入步骤(4)；
(4)若更新后的励磁顶值电压继续增加一个扰动步长达到设定的配置上限，选取仍有励磁顶值电压提升裕度的临界发电机进行下一轮配置，回到步骤(2)；否则，直接回到步骤(2)。


2.根据权利要求1所述的励磁顶值电压优化配置方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括如下步骤：
(11)在初始潮流工况的预想故障下，根据多机系统中所有发电机相对系统惯性中心的功角曲线，选择相对功角超过180°的发电机构成临界机群，其余发电机则构成余下机群；
(12)对所述多机系统进行单机等值，根据临界机群和余下机群的功角得到等值功角曲线。


3.根据权利要求2所述的励磁顶值电压优化配置方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括如下步骤：
(21)进行励磁顶值电压增量扰动，依次将临界机群的每一台发电机的励磁顶值电压增加一个扰动步长值；
(22)根...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚伟，张志杰，艾小猛，文劲宇，高磊，熊鸿韬，
申请(专利权)人：华中科技大学，中国电力科学研究院有限公司，国网浙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42