一种新型AVR励磁系统传递函数模型

摘要

本发明是关于一种新型AVR励磁系统传递函数模型，所述模型包括PID控制模块、竞高门、第二惯性单元、限幅单元和第三惯性单元，其中，PID控制模块用于接收定子电压参考值U

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统控制技术领域，尤其涉及一种新型AVR励磁系统传递函数模型。

背景技术

AVR励磁控制系统是同步发电机的重要组成部分，能够提高电力系统的静态和动态稳定性，在暂态过程中能够加速电网电压的恢复。传递函数是自动化原理里面放应的控制模型，结果是对设备的具体控制模式，不同的传递函数放映了设备不同的输结果，AVR励磁系统传递函数放映了励磁系统的调压作用。

现有的AVR励磁系统传递函数模型包括励磁系统及各辅助环节的协调控制，如图1所示，U_pss代表PSS控制环节输出的值，UEL代表励磁控制系统低励限制输出的值，PSS和励磁低励限制协调控制，通过PID控制模块中的比例单元调节系统的偏差、积分单元消除系统稳态误差、微分单元调节系统偏差信号的变化率，再通过第三惯性单元对PID控制模块输出的值进行延迟，使得输出结果不能突变，再通过限幅单元对输出结果进行限幅输出，最后输出G(S)，从而起到维持电压水平的作用。

但是，如图2所示，当U_pss和UEL同时作用时，容易造成励磁PSS控制环节和励磁低励限制环节之间的冲突，引起电网的振荡，进而影响电网的安全正常运行。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种新型AVR励磁系统传递函数模型。

本发明提供的新型AVR励磁系统传递函数模型包括PID控制模块、竞高门、第二惯性单元、限幅单元和第三惯性单元，其中：

所述PID控制模块用于接收定子电压参考值U_gref和PSS调节输出值U_pss；

所述PID控制模块的输出端电连接所述竞高门的输入端，且所述竞高门用于比较所述PID控制模块输出的Us和反馈值UEL'；

所述竞高门的输出端电连接所述第二惯性单元的输入端；

所述第二惯性单元的输出端电连接所述限幅单元的输入端；

所述限幅单元用于输出电压值G(S)；

所述电压值G(S)通过所述第三惯性单元反馈至所述PID控制模块。

优选地，上述新型AVR励磁系统传递函数模型中，所述反馈值UEL'为励磁系统低励限制模块输出的UEL与数值Ue相加之和。

优选地，上述新型AVR励磁系统传递函数模型中，所述PID控制模块包括比例单元、积分单元和微分单元，所述比例单元、积分单元和微分单元并联连接。

优选地，上述新型AVR励磁系统传递函数模型中，所述模型还包括一阶微分单元，所述积分单元的输出端电连接所述一阶微分单元的输入端。

优选地，上述新型AVR励磁系统传递函数模型中，所述模型还包括第一惯性单元，所述微分单元的输出端电连接所述第一惯性单元的输入端。

本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明提供的新型AVR励磁系统传递函数模型包括PID控制模块、竞高门、第二惯性单元、限幅单元和第三惯性单元，其中，PID控制模块用于接收定子电压参考值U_gref和PSS调节输出值U_pss，通过PID控制模块的调节处理输出电压值Us，通过竞高门选择电压值Us和励磁系统低励限制模块输出的UEL中较高的数值作为输出值，同时为避免Us和UEL之间频繁切换，设定一个数值Ue范围的缓冲区；竞高门输出的数值经过第二惯性单元的时间延迟和限幅单元的限幅输出，最终输出电压值G(S)，从而起到维持电压水平的目的。本发明提供的新型AVR励磁系统传递函数模型增设竞高门，通过竞高门只输出PID控制模块输出的电压值Us和励磁低励限制模块反馈的UEL中较高的数值，避免U_pss和UEL同时作用造成冲突，从而避免引起电网的振荡，进而保障了电网的安全稳定运行；同时，为避免Us和UEL之间频换切换，设定一个数值Ue范围的缓冲区。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的一种AVR励磁系统传递函数模型的结构示意图；

图2为现有技术提供的一种AVR励磁系统传递函数模型的波形示意图；

图3为本发明实施例提供的一种新型AVR励磁系统传递函数模型的结构示意图；

图1-图3具体符号表示：

1-PID控制模块，11-比例单元，12-积分单元，13-微分单元，2-一阶微分单元，3-第一惯性单元，4-竞高门，5-第二惯性单元，6-限幅单元，7-第三惯性单元。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

励磁系统的主要作用是维持发电机或其他控制点(例如发电厂高压侧母线)的电压在给定水平。

维持电压水平是励磁控制系统的最主要的任务，有以下3个主要原因:

第一，保证电力系统运行设备的安全。电力系统中的运行设备都有其额定运行电压和最高运行电压。保持发电机端电压在容许水平上，是保证发电机及电力系统设备安全运行的基本条件之一，这就要求发电机励磁系统不但能够在静态下，而且能在大扰动后的稳态下保证发电机电压在给定的容许水平上。发电机运行规程规定，大型同步发电机运行电压不得高于额定值的110％。

第二，保证发电机运行的经济性。发电机在额定值附近运行是最经济的。如果发电机电压下降,则输出相同的功率所需的定子电流将增加,从而使损耗增加。规程规定大型发电机运行电压不得低于额定值的90％；当发电机电压低于95％时，发电机应限负荷运行。其他电力设备也有此问题。

第三，提高维持发电机电压能力的要求和提高电力系统稳定的要求在许多方面是一致的。励磁控制系统对静态稳定、动态稳定和暂态稳定的改善，都有显著的作用，而且是最为简单、经济而有效的措施。

参见图3，该图示出了本发明实施例提供的新型AVR励磁系统传递函数模型的基本结构。

本发明实施例提供的新型AVR励磁系统传递函数模型包括PID控制模型1、竞高门4、第二惯性单元5、限幅单元6和第三惯性单元7，其中:

PID控制模块1用于接收定子电压参考值U_gref和PSS调节输出值U_pss，对定子电压参考值U_gref和PSS调节输出值U_pss进行调节处理，其中，PSS调节输出值U_pss为PSS(电力系统稳定器)输出的电压值，PSS是励磁调节器自动通道(自动电压调节器AVR)的附加环节或者附加装置，以低频0.2-2.5Hz的有功功率摆动作为输入，经过放大和调整相位后叠加在AVR输出上，产生同发电机阻尼绕组一样效果的正阻尼，抵消单纯电压偏差调节的AVR所产生的负阻尼，防止电力系统出现低频振荡，提高电力系统动态稳定性。

进一步地，输入的定子电压参考值U_gref和PSS调节输出值U_pss通过PID控制模块1的调节作用，输出电压值Us。PID控制模块1包括比例单元11、积分单元12和微分单元13，且比例单元11、积分单元12和微分单元13并联连接，其中：

比例单元11是按比例反应系统的偏差，起到比例调节作用。系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。

积分单元12是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数T_i，T_i越小，积分作用就越强。反之T_i大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。

微分单元13反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的加微分调节，对系统抗干扰不利。此外，微分反应的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成PD或PID控制器。

进一步地，若积分单元12的积分作用过强，会使调节作用过强，引起被调参数超调，甚至产生振荡，因此为防止积分单元12积分作用过强，积分单元12的输出端电连接一阶微分单元2，用于预见偏差。

进一步地，若微分单元13的微分作用过强，会使调节作用过强，引起系统超调和振荡，因此微分单元13的输出端电连接第一惯性单元3，起到时间延迟作用，使输出结果不能突变。

进一步地，PID控制模块1的输出端电连接竞高门4的输入端，且竞高门4用于比较PID控制模块1输出的Us和励磁系统低励限制模块输出的UEL，竞高门4选择Us和UEL其中较高的值进行输出，也就是说，通过竞高门4只有一个数值输出，从而避免了U_pss和UEL同时作用而引起冲突，进而保障了电网的安全稳定运行。

进一步地，通过竞高门4选择PID控制模块1输出的U_s和励磁系统低励限制模块输出的UEL中较高的数值输出，但Us和UEL两者之间频繁切换，这样不利于电网的稳定运行，因此设定一个门槛值，只有达到门槛值才能通过竞高门4输出，具体地：设定一个缓冲值Ue，当UEL限制转换为Us时，需要其功率为UEL'(UEL'＝UEL+Ue)才能通过竞高门4输出；而Us转换为UEL时，只需要达到UEL即可，这样相当于设定一个Ue范围的缓冲区。

进一步地，竞高门4的输出端电连接第二惯性单元5的输入端，即竞高门4输出的值通过第二惯性单元5的延迟作用，使得通过竞高门4的数值Us或UEL'不能突变。

进一步地，为限制输出的数值Us或UEL'的幅值，第二惯性单元5的输出端电连接限幅单元6的输入端，当U_min＜输出的数值Us或UEL'的幅值＜U_max时，输出数值Us或UEL'的幅值；当输出的数值Us或UEL'的幅值≥U_max时，输出的幅值为U_max；当输出的数值Us或UEL'的幅值≤U_min，输出的幅值为U_min。

进一步地，通过限幅单元6的作用，输出最终的电压值G(S)，为进一步减小电压的偏差，采用迭代算法将输出的电压值G(S)通过第三惯性单元7反馈至PID控制模块1的输入端，直至将电压的偏差降到最小范围内，输出最终的电压值G(S)。

本发明实施例提供的新型AVR励磁系统传递函数模型包括PID控制模块1、竞高门4、第二惯性单元5、限幅单元6和第三惯性单元7，其中，PID控制模块1用于接收定子电压参考值U_gref和PSS调节输出值U_pss，通过PID控制模块1的调节处理输出电压值Us，通过竞高门4选择电压值Us和励磁系统低励限制模块输出的UEL中较高的数值作为输出值，同时为避免Us和UEL之间频繁切换，设定一个数值Ue范围的缓冲区；竞高门4输出的数值经过第二惯性单元5的时间延迟和限幅单元6的限幅输出，最终输出电压值G(S)，从而起到维持电压水平的目的。本发明实施例提供的新型AVR励磁系统传递函数模型增设竞高门4，通过竞高门4只输出PID控制模块1输出的电压值Us和励磁低励限制模块反馈的UEL中较高的数值，避免U_pss和UEL同时作用造成冲突，从而避免引起电网的振荡，进而保障了电网的安全稳定运行；同时，为避免Us和UEL之间频换切换，设定一个数值Ue范围的缓冲区。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。