一种火电机组低频振荡频率和幅值确定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种火电机组低频振荡频率和幅值确定方法及系统。本发明专利技术针对死区饱和切换环节参与的火电机组的低频振荡现象，通过描述函数法和广义Nyquist判据计算振荡的幅值和频率，采用的技术方案为：首先，建立单机无穷大系统的时域模型；其次，通过对时域模型局部线性化，得到雅克比矩阵，通过框图的化简变换，推导单机无穷大系统线性部分的传递函数；再次，基于描述函数法的定义，推导死区饱和切换环节的描述函数；最后，基于推导的传递函数和描述函数的表达式，计算不同参数下的单机无穷大系统低频振荡的幅值和频率，结果表明计算结果和仿真结果基本一致。本发明专利技术能够准确计算死区饱和切换环节参与的火电机组低频振荡的幅值和频率。频率。频率。

【技术实现步骤摘要】
一种火电机组低频振荡频率和幅值确定方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统稳定运行分析领域，尤其是一种基于描述函数的切换环节参与的火电机组低频振荡频率和幅值确定方法及系统。

技术介绍

[0002]20世纪60年代，北美电力系统发生了低频振荡后，美国学者F.P.Demello和C.Concordia采用考虑发电机暂态电势Eq变化的飞利普斯
‑
海佛容(Phillips
‑
Heffrom)模型(单机一无限大母线系统)，分析电力系统低频振荡发生的原因。最早认为低频振荡主要是由于系统缺乏足够的阻尼引发的，两位学者于1969年基于阻尼转矩的概念提出相应理论被广泛接受。
[0003]另一方面，电力系统是一个高度复杂的非线性动力学系统，包含诸多死区、限幅等切换环节。在其分析方法上，常用的有特征根分析法、时域仿真法、描述函数法等。
[0004]由于系统发生切换环节参与的振荡时，系统与平衡点性质无明显对应关系，故此时特征根分析法并不适用。时域仿真法是直接在时域中采用数值计算求解系统微分代数方程，得到系统状态量、代数量的时间响应，但提供的振荡信息较少，不能解释振荡形成的原因。描述函数法主要是用来分析非线性系统的稳定性问题，并且不受系统阶次的限制，一般都能给出比较满意的结果。
[0005]目前，对于考虑切换环节的火电机组的低频振荡的分析，该方法还很少见到应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于描述函数的切换环节参与的火电机组低频振荡频率和幅值确定方法及系统，其在建立考虑调速和励磁的单机无穷大系统的时域模型的基础上，推导单机无穷大系统线性部分的传递函数，然后通过描述函数法和广义Nyquist判据对含死区饱和切换环节的单机无穷大系统的振荡特征进行分析和计算。
[0007]为此，本专利技术采用的一种技术方案为：一种火电机组低频振荡频率和幅值确定方法，其包括：
[0008]步骤1、考虑同步电机的励磁系统和调速系统，建立单机无穷大系统的时域模型；
[0009]步骤2、将时域模型局部线性化，得到雅可比矩阵，通过框图的化简变换，推导单机无穷大系统线性部分的传递函数；
[0010]步骤3、基于描述函数法的定义，推导死区饱和切换环节的描述函数；
[0011]步骤4、基于推导的传递函数和描述函数的表达式，计算不同参数下的单机无穷大系统低频振荡的幅值和频率。
[0012]进一步地，所述步骤1中，同步电机的6阶实用模型如下：
[0013][0014]式中，δ为发电机的功角，ω为发电机的转速，ω0为发电机的同步转速，T
j
为机组惯性时间常数，D为阻尼系数，T
m
、T
e
分别为发电机的机械转矩、电磁转矩，E
q
′
、E
q
″
分别为发电机交轴暂态电动势、次暂态电动势，E
d
′
、E
d
″
分别为发电机直轴暂态电动势、次暂态电动势，E
f
为励磁电动势，x
q
、x
′
q
、x
′
q
′
分别为交轴同步电抗、暂态电抗、次暂态电抗，x
d
、x
′
d
、x
′
d
′
分别为直轴同步电抗、暂态电抗、次暂态电抗，T
q
′0、T
q
″0分别为交轴开路暂态时间常数、次暂态时间常数，T
d
′0、T
d
″0分别为直轴开路暂态时间常数、次暂态时间常数，i
d
、i
q
分别为发电机定子电流的d、q轴分量。
[0015]其中，
[0016][0017]式中，x
l
为外电抗，u
td
、u
tq
分别为发电机机端电压的d、q轴分量。
[0018]进一步地，所述步骤1中，同步电机的励磁系统的时域模型如下：
[0019][0020]其中，
[0021][0022]式中，T
R
为励磁调节器输入滤波器的时间常数，K
P
、K
I
分别为并联PID环节的比例环节系数、积分环节系数，K
A
、T
A
分别为调压器增益、时间常数，U
REF
为电压调节器参考电压，E
fd
为励磁机的励磁电压，x
c
为负载补偿的电抗分量，x1为量测环节的输出量，x2为并联PID环节中积分环节的输出量。
[0023]进一步地，所述步骤1中，同步电机的调速系统的时域模型如下：
[0024][0025]式中，T
g
为执行机构时间常数，T
ch
为高压缸时间常数；x4为调门开度。
[0026]其中，
[0027][0028]式中，K
w
为转速偏差放大倍数，a、b分别为死区饱和切换环节的死区值、限幅值，ω
ref
为转速参考值，P
ref
为功率参考值。
[0029]更进一步地，由式(1)、(3)、(5)共同组成单机无穷大系统的时域模型，将该时域模型线性化，得到其小干扰模型，其中雅克比矩阵J如下：
[0030][0031]其中，
[0032][0033]式中，U
cd
、U
cq
分别为U
C
的d、q轴分量。
[0034]进一步地，由单机无穷大系统的时域模型，求得不同功率参考值P
ref
和外电抗x
l
下的平衡点，该平衡点的稳定性由对应雅克比矩阵J的特征值决定。
[0035]进一步地，将单机无穷大系统的时域模型线性化后得到的小干扰模型的框图进行化简变换，将线性部分和非线性部分分离，由此得线性部分G0(s)的表达式：
[0036][0037]其中，
[0038][0039]进一步地，所述步骤3中，死区饱和切换环节的描述函数表达式为：
[0040][0041]式中，a、b分别为死区饱和切换环节的死区值、限幅值，A为输入信号的幅值。
[0042]进一步地，所述步骤4中，由G0(s)和N(A)的表达式通过式(12)
[0043][0044]求得交点处的振荡频率f
s
和输入信号的幅值A，此时输入信号的幅值即是振荡幅值。
[0045]本专利技术采用的另一种技术方案为：一种火电机组低频振荡频率和幅值确定系统，
其包括：
[0046]时域模型建立单元：考虑同步电机的励磁系统和调速系统，建立单机无穷大系统的时域模型；
[0047]传递本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种火电机组低频振荡频率和幅值确定方法，其特征在于，包括：步骤1、考虑同步电机的励磁系统和调速系统，建立单机无穷大系统的时域模型；步骤2、将时域模型局部线性化，得到雅可比矩阵，通过框图的化简变换，推导单机无穷大系统线性部分的传递函数；步骤3、基于描述函数法的定义，推导死区饱和切换环节的描述函数；步骤4、基于推导的传递函数和描述函数的表达式，计算不同参数下的单机无穷大系统低频振荡的幅值和频率。2.根据权利要求1所述的火电机组低频振荡频率和幅值确定方法，其特征在于：所述步骤1中，同步电机的6阶实用模型如下：式中，δ为发电机的功角，ω为发电机的转速，ω0为发电机的同步转速，T
j
为机组惯性时间常数，D为阻尼系数，T
m
、T
e
分别为发电机的机械转矩、电磁转矩，E
′
q
、E
″
q
分别为发电机交轴暂态电动势、次暂态电动势，E
′
d
、E
″
d
分别为发电机直轴暂态电动势、次暂态电动势，E
f
为励磁电动势，x
q
、x
′
q
、x
″
q
分别为交轴同步电抗、暂态电抗、次暂态电抗，x
d
、x
′
d
、x
″
d
分别为直轴同步电抗、暂态电抗、次暂态电抗，T
′
q0
、T
″
q0
分别为交轴开路暂态时间常数、次暂态时间常数，T
′
d0
、T
″
d0
分别为直轴开路暂态时间常数、次暂态时间常数；i
d
、i
q
分别为发电机定子电流的d、q轴分量。其中，
式中，x
l
为外电抗，u
td
、u
tq
分别为发电机机端电压的d、q轴分量。3.根据权利要求2所述的火电机组低频振荡频率和幅值确定方法，其特征在于：所述步骤1中，同步电机的励磁系统的时域模型如下：其中，式中，T
R
为励磁调节器输入滤波器的时间常数，K
P
、K
I
分别为并联PID环节的比例环节系数、积分环节系数，K
A
、T
A
分别为调压器增益、时间常数...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊鸿韬，郭鹏程，王嘉伟，王龙飞，薛安成，张建承，林进钿，石博隆，汪宗恒，胡明康，王子龙，何吉祥，
申请(专利权)人：华北电力大学国网浙江省电力有限公司杭州意能电力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：