基于MATLAB的励磁系统全功能特性仿真系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于MATLAB的励磁系统全功能特性仿真系统，包括发电机、厂用电、主变压器、短路故障设置单元、线路、AVR单元、PSS单元、机端电压有效值计算模块、定子过流限制单元、转子过流限制单元和低励限制单元，发电机的一些参数输入到AVR单元，AVR输出调节的发电机电压至发电机；所述的发电机的输出接至厂用电和主变压器，主变压器的输出通过线路连接电网，主变压器的输出连接有短路故障设置单元；定子过流限制单元、转子过流限制单元和低励限制单元对发电机的参数进行控制处理。本发明专利技术首次利用MATLAB建立了功能完整、符合实际的励磁系统仿真模型，各单元接入方式灵活可选，代表性强，可以适应和满足不同结构励磁调节器的仿真需要。

【技术实现步骤摘要】
基于MATLAB的励磁系统全功能特性仿真系统
本专利技术涉及一种励磁系统的仿真系统，尤其涉及一种基于MATLAB的励磁系统全功能特性。
技术介绍
目前在电力系统常用的PSASP、BPA仿真计算程序等，由于不对用户开放，不便进行仿真模型的开发和设计；仿真测试信号类型及接入点、中间变量输出观测都受到限制，无法满足有关仿真测试的要求；励磁系统相关限制单元模型类型不全(目前只提供了过励限制、低励限制模型)，但由于与实际不符，模型不完善，参数物理意义不明确，一直无法使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于MATLAB的励磁系统全功能特性仿真系统，应用更加灵活，适应性更广。本专利技术米用下述技术方案:一种基于MATLAB的励磁系统全功能特性仿真系统,包括AVR单元、PSS单元、机端电压有效值计算模块、定子过流限制单元、转子过流限制单元和低励限制单元，电压给定值和试验信号经加法器I叠加后形成电压参考值至AVR单元；两个机端电压分量输入至数据转换器，数据转换器的输出至机端电压有效值计算模块，机端电压有效值计算模块的输出VS至AVR单元；转子电流输入至AVR单元；发电机有功给定值和发电机有功经加法器2叠加后输入至PSS单元，转子速度偏差输入至PSS单元，PSS单元的输出至AVR单元；发电机无功也至AVR单元，AVR输出Vf至发电机用于调节的发电机电压；所述的发电机的输出接至厂用电和主变压器，主变压器的输出通过线路连接电网，主变压器的输出连接有短路故障设置单元。所述的机端电压有效值计算模块输出的机端电压也输出至定子过流限制单元和低励限制单元，所述的发电机有功也输入至低励限制单元，所述的发电机无功同时输入定子过流限制单元和低励限制单元，所述的定子过流限制单元还输入有机端电流，所述的转子电流也输入至转子过流限制单元；所述的定子过流限制单元的输出和转子过流限制单元的输出接至低比门，低比门的输入还接有AVR单元的过励输出信号，所述低励限制单元的输出和低比门的输出接至高比门，高比门的输出接至AVR单元的低励信号输入端。所述的AVR单元包括有调差单元、PID环节、放大环节，励磁变换相电抗，输入AVR单元的电压参考值至AVR加法器4，调差单元的输出与输入AVR单元的发电机无功输入至AVR乘法器1，AVR乘法器I的输出和输入AVR单元的机端电压通过加法器3输入至AVR机端电压测量环节，AVR机端电压测量环节的输出也至AVR加法器4，AVR加法器4的输出至低比门输入；高比门的输出至和PSS的输出至AVR加法器5，AVR加法器5的输出依次通过PID环节、放大环节、限幅I进入限幅2，测量环节的输出也至限幅2，限幅2的输出至AVR加法器6，励磁变换相电抗和输入AVR单元的转子电流输入至AVR乘法器2，AVR乘法器2的输出至AVR加法器6，AVR加法器6的输出即AVR单元输出，用于调节的发电机机端电压。所述的定子过流限制单元包括有顶值判断单元、热积累计算单元、过热判断单元和输出控制逻辑单元，输入定子过流限制单元的机端电压通过机端电压测量环节输送至顶值判断单元，输入定子过流限制单元的机端电流通过机端电流测量环节输送至顶值判断单元、启动值单元和定子过流限制第一校正环节，启动值单元的输出通过热积累计算单元至过热判断单元，过热判断单元和顶值判断单元的输出至电流限制给定单元，电流限制给定单元的输出、顶值判断单元的输出和定子过流限制第一校正环节的输出均至输出控制逻辑单元；发电机无功依次通过无功测量环节、定子过流限制第二校正环节至无功限制给定单元，无功限制给定单元的第一输出端通过非门和逻辑/数值转换单元至输出控制逻辑单元，无功限制给定单元的第二输出端直接至输出控制逻辑单元，输出控制逻辑单元的输出即为定子过流限制单元的输出。所述的转子过流限制单元包括有顶值判断单元、过热判断单元、热积累计算单元、给定值选择单元和输出控制逻辑单元，转子电流通过转子电流测量环节输入至启动值单元、顶值判断单元和转子电流校正环节，启动值单元的输出通过热积累计算单元至过热判断单元，过热判断单元的输出和顶值判断单元的输出至给定值选择单元，给定值选择单元的输出和转子电流校正环节的输出至转子过流限制加法器，转子过流限制加法器的输出、顶值判断单元的输出和过热判断单元的输出至输出控制逻辑单元，输出控制逻辑单元的输出即转子过流限制单元的输出。本专利技术有以下有益效果:(I)、首次利用MATLAB建立了功能完整、符合实际的励磁系统仿真模型，各单元接入方式灵活可选，代表性强，可以适应和满足不同结构励磁调节器的仿真需要。其中过励限制、低励限制、定子过流限制(包括最大无功限制)模型是在研究多种励磁系统限制单元工作原理及实测特性的基础上自主研究建立，通过与实测特性比对，模型工作稳定，符合实际。(2)、仿真系统为开放式设计，使用者可以根据不同结构的仿真对象方便地进行组合和增减，相比常用的系统分析软件(如PSASP、BPA等不对用户开放，无法对模型结构进行改变)应用更加灵活，适应性更广。(3)、提供了专用频率特性试验信号模块及计算程序，可进行PSS有补偿特性及无补偿特性的仿真测试，实现PSS单元的预整定计算及试验结果的仿真校核等；而PSASP、BPA却无法实现PSS有补偿特性的仿真测试。(4)、利用MATLAB本身提供的录波器功能可以很方便地观察任意测点的响应波形，利于进行分析和调试，提高工作效率。(5)、仿真系统中各整定参数的结构及物理意义，与国标保持一致，便于使用者掌握和应用。【附图说明】图1为本专利技术的主系统模型图；图2为AVR模型图；图3为定子电流限制模型图；图4为转子电流限制模型图；图5为低励限制模型图。【具体实施方式】如图1所示，本专利技术公开了一种基于MATLAB的励磁系统全功能特性仿真系统，包括发电机、厂用电、主变压器、短路故障设置单元、线路、AVR单元、PSS单元、机端电压有效值计算模块、定子过流限制单元、转子过流限制单元和低励限制单元，电压给定值和试验信号(仿真所需要的电压测试信号)经加法器I叠加后形成电压参考值Vref输入至AVR单元；两个机端电压分量输入至数据转换器，数据转换器的输出至机端电压有效值计算模块，机端电压有效值计算模块的输出VS至AVR单元；转子电流ifd输入至AVR单元；发电机有功给定值和发电机有功经加法器2叠加后输入至PSS单元，转子速度偏差输入w至PSS单元，PSS单元的输出upss至AVR单元；发电机无功Q也至AVR单元，AVR输出调节电压Vf至发电机用于调节发电机电压；所述的发电机的输出接至厂用电和主变压器，主变压器的输出通过线路连接电网，主变压器的输出连接有短路故障设置单元。所述的机端电压有效值计算模块输出的机端电压也输出至定子过流限制单元和低励限制单元，所述的发电机有功也输入至低励限制单元，所述的发电机无功同时输入定子过流限制单元和低励限制单元，所述的定子过流限制单元还输入有机端电流，所述的转子电流也输入至转子过流限制单元；所述的定子过流限制单元的输出和转子过流限制单元的输出接至低比门，低比门的输入还接有AVR单元的过励信号输出端⑶OLI (信号连接符，来自图2)，所述低励限制单元的输出和低比门的输出接至高比门，高比门的输出接至AVR单元的低励信号输入端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MATLAB的励磁系统全功能特性仿真系统，其特征在于：包括AVR单元、PSS单元、机端电压有效值计算模块、定子过流限制单元、转子过流限制单元和低励限制单元，电压给定值和试验信号经加法器1叠加后形成电压参考值至AVR单元；两个机端电压分量输入至数据转换器，数据转换器的输出至机端电压有效值计算模块，机端电压有效值计算模块的输出VS至AVR单元；转子电流输入至AVR单元；发电机有功给定值和发电机有功经加法器2叠加后输入至PSS单元，转子速度偏差输入至PSS单元，PSS单元的输出至AVR单元；发电机无功也至AVR单元，AVR输出Vf至发电机用于调节的发电机电压；所述的发电机的输出接至厂用电和主变压器，主变压器的输出通过线路连接电网，主变压器的输出连接有短路故障设置单元；所述的机端电压有效值计算模块输出的机端电压也输出至定子过流限制单元和低励限制单元，所述的发电机有功也输入至低励限制单元，所述的发电机无功同时输入定子过流限制单元和低励限制单元，所述的定子过流限制单元还输入有机端电流，所述的转子电流也输入至转子过流限制单元；所述的定子过流限制单元的输出和转子过流限制单元的输出接至低比门，低比门的输入还接有AVR单元的过励输出信号，所述低励限制单元的输出和低比门的输出接至高比门，高比门的输出接至AVR单元的低励信号输入端。...

【技术特征摘要】
1.一种基于MATLAB的励磁系统全功能特性仿真系统，其特征在于:包括AVR单元、PSS单元、机端电压有效值计算模块、定子过流限制单元、转子过流限制单元和低励限制单元，电压给定值和试验信号经加法器I叠加后形成电压参考值至AVR单元；两个机端电压分量输入至数据转换器，数据转换器的输出至机端电压有效值计算模块，机端电压有效值计算模块的输出VS至AVR单元；转子电流输入至AVR单元；发电机有功给定值和发电机有功经加法器2叠加后输入至PSS单元，转子速度偏差输入至PSS单元，PSS单元的输出至AVR单元；发电机无功也至AVR单元，AVR输出Vf至发电机用于调节的发电机电压；所述的发电机的输出接至厂用电和主变压器，主变压器的输出通过线路连接电网，主变压器的输出连接有短路故障设置单元； 所述的机端电压有效值计算模块输出的机端电压也输出至定子过流限制单元和低励限制单元，所述的发电机有功也输入至低励限制单元，所述的发电机无功同时输入定子过流限制单元和低励限制单元，所述的定子过流限制单元还输入有机端电流，所述的转子电流也输入至转子过流限制单元；所述的定子过流限制单元的输出和转子过流限制单元的输出接至低比门，低比门的输入还接有AVR单元的过励输出信号，所述低励限制单元的输出和低比门的输出接至高比门，高比门的输出接至AVR单元的低励信号输入端。2.根据权利要求1所述的基于MATLAB的励磁系统全功能特性仿真系统，其特征在于:所述的AVR单元包括有调差单元、PID环节、放大环节，励磁变换相电抗，输入AVR单元的电压参考值至AVR加法器4，调差单元的输出与输入AVR单元的发电机无功输入至AVR乘法器.1，AVR乘法器I的输出和输入AVR单元的机端电压通过加法器3输入至AVR机端电压测量环节，AVR机端电压测量环节的输出也至AVR加法器4，AVR加法器4的输出至低比门输入；高比门的输出至和PSS的输出至AVR加法器5，AVR加法器5的输出依次通过PID环节、放大环节、限幅I进入限幅2，测量环节的输出也至限幅2，限幅2的输出至AVR加法器6，励磁变换相电抗和输入AVR单元的转子电流输入至AVR乘法器2，AVR乘法器2的输出至AVR加法器6，AVR加法器6的输出即AVR单元输出，用于调节的发电机机端电压。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈强，王骅，王君亮，徐鹏煜，栗占伟，许立长，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网河南省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：