双轴励磁发电机励磁系统实时优化的控制方法及系统

摘要

本发明涉及一种双轴励磁发电机励磁系统实时优化的控制方法及系统，建立双轴发电机励磁系统的控制参数，所述控制参数包括有功功率控制参数和无功功率控制参数；获得双轴发电机扰动后的实时响应，所述实时响应包括有功功率偏差e

说明书

技术领域

本发明涉及一种双轴励磁发电机励磁系统实时优化的控制方法及系统。

背景技术

随着单机容量的增加和特高压远距离输电的发展，同步发电机励磁电动势与系统电压的夹角越来越接近于极限值，降低了发电机及电力系统的稳定性。

传统同步发电机的励磁绕组仅有一套，置于转子的d轴，这一特征决定了其功率调节以及运行稳定性均与发电机纵轴磁电势和电网电压之间的夹角有关，即与发电机功率角有关，限制了运行稳定性的范围。双轴励磁发电机(双励机)在转子的d轴和q轴均设有励磁绕组，两套绕组的轴线相互垂直。可以独立地调节两套励磁绕组中电流大小和方向，通过改变d、q轴励磁电流的比例调节励磁电动势的相位，从而提高电力系统的稳定性。双励机能够很好的改善电力系统的稳定性，除了在转子上增加励磁绕组外，还必须有一套能充分发挥电机运行性能的励磁控制系统。

基于某一特定运行点或某一特定扰动建立的励磁系统的控制效果受到双励机电机参数、运行点及扰动类型和大小的影响。励磁系统的控制效果不好，则使得双励机的动态过程时间长，振荡幅值大，不利于电力系统的稳定运行。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种双轴励磁发电机励磁系统实时优化的控制方法及系统，能够对励磁系统的参数进行实时优化，改善励磁系统的控制效果，提高电力系统的稳定性。

基于同一发明构思，本发明具有两个独立的技术方案：

1、一种双轴励磁发电机励磁系统实时优化的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：建立双轴发电机励磁系统的控制参数，所述控制参数包括有功功率控制参数和无功功率控制参数；

步骤2：获得双轴发电机扰动后的实时响应，所述实时响应包括有功功率偏差e

步骤3：调节所述有功功率控制参数，直至有功功率偏差e

步骤1中，基于如下公式建立双轴发电机励磁系统的控制参数，

式中，

式中，K

步骤2中，双轴发电机扰动后的实时响应通过如下公式计算获得，

其中，X＝[i

F＝[u

式中，i

有功功率响应P通过如下公式得到:

P＝F(1)X(1)+F(2)X(2)

式中，F(1)、F(2)表示u

无功功率响应Q通过如下公式得到:

Q＝F(2)X(1)-F(1)X(2)

式中，F(1)、F(2)表示u

有功功率偏差e

e

有功功率偏差变化率ec

式中，k为采样次数，t为采样时间。

无功功率偏差e

e

式中，P

无功功率偏差变化率ec

式中，k为采样次数，t为采样时间。

步骤1中还包括，建立扰动后的实时响应与控制参数的对应关系，包括有功功率偏差e

进一步地，步骤1中还包括，通过扰动施加系统，对双轴励磁发电机施加扰动信号进行扰动试验，建立扰动后的实时响应与控制参数的对应关系。

步骤3中还包括，根据每一时刻所得的有功功率偏差e

2、一种双轴励磁发电机励磁系统实时优化的控制系统，包括处理器，用于执行上述的方法。

本发明具有的有益效果：

本发明建立双轴发电机励磁系统的控制参数；获得双轴发电机扰动后的实时响应，所述实时响应包括有功功率偏差e

本发明基于如下公式建立双轴发电机励磁系统的控制参数，

式中，

进一步保证改善励磁系统的控制效果，缩短双励机的动态过程，提高电力系统的稳定性。

本发明提前建立扰动后的实时响应与控制参数的对应关系，包括有功功率偏差e

附图说明

图1是本发明双轴励磁发电机励磁系统实时优化的控制方法流程图；

图2是本发明双轴发电机励磁系统控制参数的实时优化示意图；

图3为e

图4为e

图5为e

图6为e

图7为e

图8为e

图9为参数优化前后施加转矩扰动时双励机的转速波形对比；

图10为参数优化前后施加无功扰动时双励机的无功功率波形对比；

图11为参数优化前后施加突然三相短路时双励机的转速波形对比。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

实施例一：

双轴励磁发电机励磁系统实时优化的控制方法

如图1所示，一种双轴励磁发电机励磁系统实时优化的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：建立双轴发电机励磁系统的控制参数，所述控制参数包括有功功率控制参数和无功功率控制参数。

基于如下公式建立双轴发电机励磁系统的控制参数，

式中，

式中，K

通过扰动施加系统，对双轴励磁发电机施加扰动信号进行扰动试验，建立扰动后的实时响应与控制参数的对应关系。扰动后的实时响应与控制参数的对应关系，包括有功功率偏差e

步骤2：获得双轴发电机扰动后的实时响应，所述实时响应包括有功功率偏差e

双轴发电机扰动后的实时响应通过如下公式计算获得，

其中，X＝[i

F＝[u

式中，i

有功功率响应P通过如下公式得到:

P＝F(1)X(1)+F(2)X(2)

式中，F(1)、F(2)表示u

无功功率响应Q通过如下公式得到:

Q＝F(2)X(1)-F(1)X(2)

式中，F(1)、F(2)表示u

有功功率偏差e

e

有功功率偏差变化率ec

式中，k为采样次数，t为采样时间。

无功功率偏差e

e

式中，P

无功功率偏差变化率ec

式中，k为采样次数，t为采样时间。

步骤3：调节所述有功功率控制参数，直至有功功率偏差e

根据已建立的对应关系得到各励磁参数的最优值，并将其施加给励磁系统，励磁系统计算得到励磁电压U

优化控制参数时，如图2所示，根据每一时刻所得的有功功率偏差e

图9为施加转矩扰动时，励磁系统参数优化前后得到的双励机的转速波形对比图。从图9可以看出，参数优化后得到的双励机的转速波动幅度和振荡时间有明显的减小。表1计算了具体的动态特性指标，从表1可以看出，与参数优化前相比，参数优化后得到的转速波动幅度和振荡时间分别减小了2.57％和8.42％。

表1参数优化前后转矩扰动特性指标对比

图10为施加无功功率扰动时，励磁系统参数优化前后得到的双励机无功功率波形对比图。从图10可以看出，参数优化后得到的双励机无功功率最大值和振荡时间有明显的减小。表2计算了具体的动态特性指标，可以看出，与参数优化前相比，参数优化后得到的无功功率最大值和振荡时间分别减小了34.15％和66.75％。

表2参数优化前后无功扰动特性指标对比

图11为施加突然三相短路大扰动时，励磁系统参数优化前后得到的双励机转速波形对比图，表3计算了具体的动态特性指标，从图11和表3可以看出，相比参数优化前，参数优化后得到的转速最大值、波动幅度和振荡时间分别减小了0.29、31.69％和2.60s。

表3参数优化前后突然三相短路的动态特性指标对比

从以上结果可以看出，参数优化后得到的双励机的振荡幅值和振荡时间大幅减小。本发明提出的双励机励磁系统参数实时优化方法及系统可以显著改善励磁系统的控制效果，提高双励机的稳定性。

实施例二：

一种双轴励磁发电机励磁系统实时优化的控制系统

包括处理器，用于执行实施例一所述的方法

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。