欠励限制器自适应数学模型的构建方法技术

本发明专利技术公开了一种欠励限制器自适应数学模型的构建方法，考虑到同步电机端电压U

【技术实现步骤摘要】
欠励限制器自适应数学模型的构建方法
本专利技术涉及一种欠励限制器数学模型的构建方法，尤其是适用于同步电机的欠励限制器自适应数学模型的构建方法。
技术介绍
励磁调节系统是同步电机的重要组成部分，是保证同步电机输出合格电能质量和电力系统安全稳定运行的重要保障。欠励限制器是励磁调节系统中极为重要的辅助环节，其特性为在电机进相或超前运行时，为防止出现系统静态稳定失稳或功角超过静态稳定极限角、电机定子端部铁芯局部过热和厂用电电压低于允许值等情况，将电机功率运行点(Q，P)限制在由以上因素所决定的临界PQ曲线以内。能够准确反映欠励限制器动作特性的电气量是电机输出的无功功率Q。欠励限制器的数学模型及其构建方法，关乎欠励限制的功能，甚至直接影响到同步电机及电力系统的安全稳定运行。目前，工程上欠励限制器的数学模型具有多样性，而且构建方法也很不合理，缺少全面考虑电机端电压、电机及电力系统功角两个因素对欠励限制器功能发挥的动态影响，结果给同步电机及电力系统的安全稳定运行埋下隐患。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种综合考虑了电机端电压、电机及电力系统功角两个因素，来构建能够在线实时动态调整的欠励限制器自适应数学模型的方法。技术方案：本专利技术所述的欠励限制器自适应数学模型的构建方法包括如下步骤：(1)建立参考无功功率Qref的数学模型：所述参考无功功率Qref＝Q(p)+ΔQref，其中Q(p)为同步电机在进相运行时允许输出的临界无功功率，ΔQref为参考无功功率减少量，其中Xd为直轴电抗；(2)建立欠励限制器输出电压Uuel的数学模型；无功功率调节偏差Qerr由参考无功功率Qref与无功功率Q相减得到，无功功率调节偏差Qerr经过相位补偿和放大环节后，采用KC乘以cosδ进行在线实时修正，得到欠励限制器输出电压中间值U′uel，其中KC为相位补偿和放大环节的放大倍数，δ为功角，这样在功角δ较大或较小时，起到了降低或增大欠励限制器输出电压中间值U′uel的目的；所述U′uel经过限幅环节，得到欠励限制器输出电压Uuel。进一步地，在电机进相运行且输出功率运行点(Q，P)达到或越过临界PQ曲线时，通过查表得到所述临界无功功率Q(p)。无功功率调节偏差Qerr通过一阶超前-滞后环节进行相位补偿和放大，其中TC1、TC2为一阶超前-滞后环节补偿时间常数，s为拉普拉斯算子。所述限幅环节将所述U′uel限制在[0，Uuelmax]范围内；所述Uuelmax的表达式为：有益效果：综合考虑电机端电压、电机及电力系统功角两个因素对欠励限制器功能发挥的动态影响，使欠励限制器的数学模型具有了在线实时动态调整参数的自适应能力，提升了励磁调节对系统静态稳定性的支撑作用，最终实现了提高系统静态稳定性的目的。附图说明图1为本专利技术的欠励限制器自适应数学模型；图2为本专利技术的单机向无穷大容量母线送电系统；图3为本专利技术的端电压对同步电机及系统静稳边界的影响；图4为本专利技术的忽略绕组电阻损耗下的同步电机的功角特性。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。如图1所示，本专利技术的欠励限制器自适应数学模型的构建方法的构建方法包括如下步骤：(1)建立参考无功功率Qref的数学模型当同步电机进相运行，并且同步电机输出功率运行点(Q，P)达到或越过临界PQ曲线时，欠励限制功能启动，其中P为同步电机实际输出的有功功率，Q为同步电机实际输出的无功功率。根据预先设定好的临界PQ曲线，通过查表可以得出同步电机允许输出的临界无功功率Q(p)。如图2所示为单台同步电机经升压变压器和双回线路向无穷大容量母线送电系统的结构，其中(a)为系统连接图，(b)为等值电路图，(c)为相量图；其中Xq为同步电机的交轴电抗，Xs为同步电机的系统电抗，Xs＝XT+XL/2，XL为单回线路电抗，Xd为同步电机的直轴电抗，即d轴电抗，IG为同步电机的端电流，UG为同步电机端电压，E0为同步电机的空载电动势，δ为同步电机的功角。同步电机实际输出的有功功率P和无功功率Q可分别表示为：其中为同步电机功率因数角，即端电压与端电流间的夹角，δG为同步电机端电压与内电动势(即q轴)间的夹角，为同步电机端电流与内电动势(即q轴)间的夹角。根据图2(c)中的相量关系，则有：其中Id为同步电机端电流的d轴分量，Iq为同步电机端电流的q轴分量。利用三角函数公式，并将相量关系式代入式(1)，经整理可得：在不考虑励磁调节作用，并且系统达到静稳圆极限，即δ＝90°时，式(3)可改写为将式(4)等号两端平方后相加，则有：如图3所示，式(5)的轨迹是一个圆，其圆心在Q轴上，半径图中实线1和虚线1′分别对应同步电机端电压为UG和U′G的两种情况，UG＜U′G，可以看出，随着同步电机端电压的降低，在同一有功功率P的条件下同步电机实际输出的无功功率Q也会减少，减少量为若取UG＝1即从额定工况开始，则无功功率减少量为因此，欠励限制器的数学模型中必须考虑到同步电机端电压UG的变化对同步电机实际输出无功功率Q的影响，同时考虑到欠励限制是作用在同步电机进相运行工况下，即Q＜0，于是同步电机实际输出无功功率的减少量可统一取为根据上述结论，参考无功功率的减小量ΔQref可取为即则Qref的数学模型表达式为：这样所得到的欠励限制器数学模型中的参考无功功率Qref是一个考虑了端电压UG影响的在线实时调整的动态值，也就实现了欠励限制器与系统静稳圆动态配合的目的，提高了系统的静态稳定性。(2)建立欠励限制器输出电压Uuel的数学模型(21)根据参考无功功率Qref与同步电机实际输出的无功功率Q进行比较，形成无功功率调节偏差Qerr，Qerr＝Qref-Q。(22)无功功率调节偏差Qerr通过一阶超前-滞后环节进行相位补偿和放大，其中TC1、TC2为一阶超前、滞后环节补偿时间常数，s为拉普拉斯算子，KC为一阶超前-滞后环节放大倍数。(23)在图2所示的单台同步电机向无穷大容量母线送电系统结构下，忽略同步电机定子绕组电阻损耗，同步电机实际输出的有功功率P为：其中X∑＝Xd+Xs。如图4所示为根据式(6)绘制的同步电机功角特性曲线，可以看出系统稳定的最大功角为90°。因此，欠励限制器的数学模型中也必须考虑到同步电机及系统的功角大小对欠励限制器输出电压的影响。本步骤采用KC乘以cosδ进行在线实时修正，即K′C＝KC·cosδ；这样欠励限制器数学模型中补偿环节的放大倍数K′C是一个随系统功角δ变化而变化的实时动态值，实现了欠励限制器可以根据系统功角δ大小实时动态修正放大倍数K′C的目的，也就是说，功角δ越大，cosδ越小，意味着系统功角δ越临近系统静态稳定的最大功角，因此为提高系统的静态稳定性，弱化欠励限制器的作用或降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种欠励限制器自适应数学模型的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)建立参考无功功率Q

【技术特征摘要】
1.一种欠励限制器自适应数学模型的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)建立参考无功功率Qref的数学模型：所述参考无功功率Qref＝Q(p)+ΔQref，其中Q(p)为同步电机在进相运行时允许输出的临界无功功率，ΔQref为参考无功功率变化量，其中Xd为同步电机直轴电抗；
(2)建立欠励限制器输出电压Uuel的数学模型：所述参考无功功率Qref与无功功率Q比较得到无功功率调节偏差Qerr，所述无功功率调节偏差Qerr经过相位补偿和放大环节后，采用KC乘以cosδ进行在线实时修正得到欠励限制器输出电压中间值U′uel，其中KC为相位补偿和放大环节的放大倍数，δ为功角；所述U′uel经过限幅环节得到所述欠励限制器输出电压Uuel。


2.根据权利要求1所述的欠励限制器自适应数学模型的构建方法，其特征在于，在电机进相...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭春平，
申请(专利权)人：南京信息工程大学滨江学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32