專利名稱：用于同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)的快速建模和驗(yàn)證的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)。本發(fā)明尤其涉及勵(lì)磁系統(tǒng)的建模。
背景技術(shù)：
勵(lì)磁系統(tǒng)用于在同步發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生支配的磁通量。典型地同步發(fā)電機(jī)具有用于它們的勵(lì)磁系統(tǒng)的控制器。制造一個(gè)用于特定工業(yè)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)的特制的IEEE(電氣和電子工程師協(xié)會(huì)，公司)模型在工業(yè)上是通常的做法。
IEEE委員會(huì)已經(jīng)簽署多種普通的勵(lì)磁模型，作為在建模特定勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)所使用的標(biāo)準(zhǔn)模型。這些標(biāo)準(zhǔn)模型的每一個(gè)都是具有參數(shù)的簡化控制方塊圖，該參數(shù)能被修改，以在數(shù)學(xué)上匹配特定勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)于某些數(shù)據(jù)輸入的響應(yīng)。每個(gè)模型具有確定的參數(shù)變量和常量。可以設(shè)置該常量以修改IEEE標(biāo)準(zhǔn)模型，從而模擬特定勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行。特制的IEEE勵(lì)磁模型用于模擬勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)于各種目的的操作。該模型的一個(gè)目的是用于電力系統(tǒng)的研究，其中包括對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)和與勵(lì)磁系統(tǒng)相關(guān)的發(fā)電機(jī)的優(yōu)化，以提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
為了建模一特定勵(lì)磁系統(tǒng)，選擇適當(dāng)?shù)腎EEE標(biāo)準(zhǔn)模型，并基于所獲得的用于勵(lì)磁系統(tǒng)的預(yù)計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行初步修改。為了修改IEEE標(biāo)準(zhǔn)模型，工程師使用預(yù)計(jì)算數(shù)據(jù)設(shè)置選定的IEEE標(biāo)準(zhǔn)模型中的參數(shù)值。首先基于已知的勵(lì)磁器信息來估計(jì)參數(shù)。在勵(lì)磁器被設(shè)置成與客戶端的發(fā)電機(jī)一起投入工作之前，確定這些估計(jì)。通常還使用在直接來自勵(lì)磁器和發(fā)電機(jī)的現(xiàn)場所獲得的檢測數(shù)據(jù)來進(jìn)一步修改所述選定的I EEE標(biāo)準(zhǔn)模型(典型地，在遠(yuǎn)離客戶發(fā)電機(jī)現(xiàn)場的遠(yuǎn)程位置，例如勵(lì)磁系統(tǒng)的制造現(xiàn)場)。
當(dāng)使用由檢測現(xiàn)場所獲得的數(shù)據(jù)來修改IEEE標(biāo)準(zhǔn)模型之后，可另外運(yùn)行現(xiàn)場的發(fā)電機(jī)的檢測以驗(yàn)證已修改的IEEE勵(lì)磁模型的準(zhǔn)確性。典型地，需要專家人員在客戶端執(zhí)行對(duì)已修改模型的驗(yàn)證檢測。將額外的檢測和測量設(shè)備帶到客戶端進(jìn)行檢測并不少見。如果在現(xiàn)場檢測期間探測到已修改的IEEE勵(lì)磁模型和從實(shí)際的勵(lì)磁系統(tǒng)所獲得的數(shù)據(jù)之間存在明顯的差異，則所修改的I EEE勵(lì)磁模型將被更新和重排?？赡芟Ｍ蓪＜覉?zhí)行多步驟分析以準(zhǔn)備最終的IEEE模型。報(bào)告通常交給發(fā)電機(jī)的客戶擁有者以證明勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。
如果專家人員不能在現(xiàn)場驗(yàn)證已修改的IEEE勵(lì)磁模型，則典型地由較少經(jīng)驗(yàn)的人員執(zhí)行特定的檢測并采集有關(guān)勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行的數(shù)據(jù)。在遠(yuǎn)程端的專家可以稍后分析所采集的數(shù)據(jù)以驗(yàn)證已修改的IEEE模型。如果發(fā)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)存在錯(cuò)誤，則可能不得不重新進(jìn)行需要對(duì)客戶端進(jìn)行再次訪問的檢測。
在過去，數(shù)據(jù)記錄、分析和報(bào)告系統(tǒng)沒有與勵(lì)磁系統(tǒng)及其配置工具完全集成在一起。產(chǎn)生準(zhǔn)確的和被驗(yàn)證的IEEE勵(lì)磁模型，通常需要選擇標(biāo)準(zhǔn)模型、從勵(lì)磁器采集數(shù)據(jù)、通過數(shù)據(jù)來修改模型和驗(yàn)證所定制模型的多重努力。這個(gè)多步過程費(fèi)時(shí)、昂貴并且易于出錯(cuò)。始終需要更有效率的系統(tǒng)和方法來選擇適當(dāng)?shù)腎EEE標(biāo)準(zhǔn)模型、從勵(lì)磁系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)、修改選定的標(biāo)準(zhǔn)模型和驗(yàn)證已修改的模型。
在本領(lǐng)域中存在著減少產(chǎn)生勵(lì)磁系統(tǒng)的精確IEEE模型的時(shí)間和花費(fèi)的需求。該需求包括用于識(shí)別勵(lì)磁系統(tǒng)特性和預(yù)測系統(tǒng)性能的更好的手段。也希望減少檢測調(diào)節(jié)器和限幅器功能所需的時(shí)間，并且優(yōu)選不需要專家在現(xiàn)場進(jìn)行現(xiàn)場檢測。進(jìn)一步的需要是在經(jīng)過現(xiàn)場檢測后能夠快速地產(chǎn)生面向客戶的報(bào)告。
進(jìn)一步，勵(lì)磁系統(tǒng)的被確認(rèn)的和修改的IEEE模型能用于對(duì)運(yùn)行的勵(lì)磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)的設(shè)置進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化過程典型地包括確定對(duì)具有大量至勵(lì)磁系統(tǒng)的可能輸入值的模型的輸出響應(yīng)。該優(yōu)化過程典型地包括施加多種輸入值到模型并評(píng)估該模型響應(yīng)的多個(gè)周期。長期需要以各種可能的輸入的較少周期對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的方法。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)開發(fā)了一種用于對(duì)同步電力發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行建模的方法，其包括從多種被電子存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)勵(lì)磁系統(tǒng)模型中選擇一標(biāo)準(zhǔn)IEEE勵(lì)磁系統(tǒng)模型；其中以與勵(lì)磁系統(tǒng)相類似為基礎(chǔ)來選擇所述選定的標(biāo)準(zhǔn)模型；從勵(lì)磁系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)；使用所述采集數(shù)據(jù)確定用于所述選定模型的參數(shù)設(shè)置；通過比較所述模型的輸出與所述勵(lì)磁系統(tǒng)的相應(yīng)輸出來驗(yàn)證所述具有已修改參數(shù)的選定標(biāo)準(zhǔn)模型；電子存儲(chǔ)所述具有已修改參數(shù)的被驗(yàn)證的選定標(biāo)準(zhǔn)模型；并作為技術(shù)效果，產(chǎn)生一份具有已修改參數(shù)的被驗(yàn)證的選定標(biāo)準(zhǔn)模型的報(bào)告。
用于對(duì)同步電力發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行建模的方法也被具體化，其具有如下步驟從多種被電子存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)勵(lì)磁系統(tǒng)模型中選擇一標(biāo)準(zhǔn)IEEE勵(lì)磁系統(tǒng)模型；其中以與勵(lì)磁系統(tǒng)相類似為基礎(chǔ)來選擇所述選定的標(biāo)準(zhǔn)模型；使用用于勵(lì)磁系統(tǒng)的預(yù)計(jì)算數(shù)據(jù)最初地確定用于選定標(biāo)準(zhǔn)模型的參數(shù)設(shè)置；在勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行期間從勵(lì)磁系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)；使用所述采集數(shù)據(jù)和現(xiàn)場維護(hù)計(jì)算機(jī)確定用于選定標(biāo)準(zhǔn)模型的替代參數(shù)設(shè)置；使用所述替代參數(shù)設(shè)置來填充選定標(biāo)準(zhǔn)模型；通過比較所述模型的輸出與所述勵(lì)磁系統(tǒng)的相應(yīng)輸出，來驗(yàn)證具有所述參數(shù)設(shè)置的選定標(biāo)準(zhǔn)模型；電子存儲(chǔ)具有所述參數(shù)設(shè)置的被驗(yàn)證的選定標(biāo)準(zhǔn)模型；并作為技術(shù)效果，產(chǎn)生一份具有所述參數(shù)設(shè)置的被驗(yàn)證的選定標(biāo)準(zhǔn)模型的報(bào)告。
作為技術(shù)效果，用于對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)建模的系統(tǒng)已被發(fā)展出來，包括具有數(shù)據(jù)采集功能的用于同步電力發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制器；在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)勵(lì)磁系統(tǒng)模型的維護(hù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和用于修改系統(tǒng)模型的軟件工具；存儲(chǔ)在維護(hù)計(jì)算機(jī)中，從多個(gè)電子存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)勵(lì)磁系統(tǒng)模型中選擇出來，并被選來建模勵(lì)磁系統(tǒng)的基于數(shù)學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)IEEE勵(lì)磁系統(tǒng)模型；從勵(lì)磁系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)由維護(hù)計(jì)算機(jī)使用以修改選定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)勵(lì)磁系統(tǒng)；由維護(hù)計(jì)算機(jī)使用采集的數(shù)據(jù)而確定的用于選定的標(biāo)準(zhǔn)模型的參數(shù)設(shè)置；被驗(yàn)證的選定標(biāo)準(zhǔn)模型，該標(biāo)準(zhǔn)模型具有存儲(chǔ)在維護(hù)計(jì)算機(jī)中的參數(shù)設(shè)置。
作為技術(shù)效果，已經(jīng)發(fā)展了一種用于從發(fā)電機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，其包括施加干擾信號(hào)到用于同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)的信號(hào)輸入；從勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)多信號(hào)點(diǎn)采集關(guān)于信號(hào)輸出的數(shù)據(jù)；轉(zhuǎn)換所采集數(shù)據(jù)，以預(yù)計(jì)在與用于采集數(shù)據(jù)的信號(hào)點(diǎn)不同的系統(tǒng)中信號(hào)輸出處的信號(hào)響應(yīng)；通過單一檢測產(chǎn)生多個(gè)頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)，以減少檢測時(shí)間及發(fā)電機(jī)因此常遭受干擾事件的時(shí)間；使用用于IEEE模型確認(rèn)的頻率響應(yīng)測量。


附圖1是用于控制和維護(hù)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁器控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D。
附圖2是示例性標(biāo)準(zhǔn)I EEE勵(lì)磁器模型的示意圖。
附圖3是用于動(dòng)態(tài)產(chǎn)生勵(lì)磁系統(tǒng)的已修改電子模型和顯示該模型的示例性過程的流程圖。
附圖4，5和6是示例性勵(lì)磁系統(tǒng)和調(diào)整勵(lì)磁系統(tǒng)的方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式
已經(jīng)開發(fā)了可以被整合在用于勵(lì)磁器控制硬件的計(jì)算機(jī)中和附裝的維護(hù)計(jì)算機(jī)中(例如運(yùn)行微軟WindowsTM的個(gè)人電腦)的軟件程序。勵(lì)磁器控制硬件可以是常規(guī)的，例如通用電氣公司EX2100TM勵(lì)磁器，但因?yàn)閷?shí)際原因它本質(zhì)上對(duì)于數(shù)據(jù)采集目的和調(diào)整應(yīng)是數(shù)字化的。對(duì)于工業(yè)用或民用電力同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)來說，EX2100勵(lì)磁器執(zhí)行全部的控制功能，例如調(diào)節(jié)器和限幅器功能。附裝的維護(hù)計(jì)算機(jī)執(zhí)行關(guān)于勵(lì)磁系統(tǒng)的分析和報(bào)告功能。EX2100勵(lì)磁器能在沒有附著維護(hù)計(jì)算機(jī)的情況下運(yùn)行，并在發(fā)電機(jī)的大量的正常運(yùn)行期間也如此工作。維護(hù)計(jì)算機(jī)傳輸配置信息到勵(lì)磁器控制并接收來自勵(lì)磁器控制的數(shù)據(jù)。
圖1是一網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒▌?lì)磁器控制10，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)12，如以太網(wǎng)交換機(jī)，和其它能訪問該勵(lì)磁器控制的計(jì)算機(jī)。該勵(lì)磁器控制10給用于發(fā)電機(jī)14的轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁器供電。具有用于勵(lì)磁器的分析、控制和優(yōu)化的軟件30的維護(hù)計(jì)算機(jī)16，例如，個(gè)人電腦或膝上型電腦，可以通過網(wǎng)絡(luò)和其交換機(jī)遠(yuǎn)程訪問該勵(lì)磁器。該維護(hù)計(jì)算機(jī)可用于維護(hù)、監(jiān)視和優(yōu)化所述勵(lì)磁器。該維護(hù)計(jì)算機(jī)16通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)12可以永久地與該勵(lì)磁器控制10連接，或通過現(xiàn)場服務(wù)工程師臨時(shí)地連接以監(jiān)視該勵(lì)磁器。
運(yùn)行發(fā)電機(jī)的客戶可具有控制和客戶的用戶界面計(jì)算機(jī)20，其訪問勵(lì)磁器控制器以監(jiān)視和接收用戶對(duì)勵(lì)磁器的輸入。此外，該維護(hù)計(jì)算機(jī)16可以訪問客戶計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)22，例如通過與客戶端相關(guān)聯(lián)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的路由器24。也可以通過遠(yuǎn)程輸入/輸出設(shè)備18訪問該勵(lì)磁器控制10。
例如發(fā)電機(jī)制造商的代表或第三方服務(wù)提供商可以運(yùn)行該維護(hù)計(jì)算機(jī)16。該維護(hù)計(jì)算機(jī)不需要持續(xù)地與客戶網(wǎng)絡(luò)連接。例如，通過與客戶網(wǎng)絡(luò)22連接，維護(hù)計(jì)算機(jī)可以向客戶提交關(guān)于勵(lì)磁器與已修改IEEE勵(lì)磁器模型相比較的性能報(bào)告。
該維護(hù)計(jì)算機(jī)16和該勵(lì)磁器控制器10通過通信鏈路，例如以太網(wǎng)12，進(jìn)行本地通信或遠(yuǎn)程通信。該維護(hù)計(jì)算機(jī)具有該勵(lì)磁器的特定配置信息，例如增益、時(shí)間常數(shù)和限制范圍，這些是控制該勵(lì)磁器所需要的。該維護(hù)計(jì)算機(jī)發(fā)送指令到該勵(lì)磁器，以運(yùn)行由該勵(lì)磁器內(nèi)的處理器所執(zhí)行的檢測。
圖2以框圖的形式示出了示例性的標(biāo)準(zhǔn)IEEE勵(lì)磁器模型26。IEEE標(biāo)準(zhǔn)模型通過這樣的術(shù)語，例如ST4B、AC3A和被建議的模型AC7B，而為人所知。對(duì)于一類或一種勵(lì)磁系統(tǒng)來說，用于每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型的圖和支持?jǐn)?shù)學(xué)函數(shù)是通用的，并且典型地，對(duì)于任何特定的勵(lì)磁器制造商來說它們也并不是專用的。IEEE標(biāo)準(zhǔn)模型相對(duì)簡單，并且試圖精確地描述一類或一種勵(lì)磁器控制。出于實(shí)際目的，IEEE標(biāo)準(zhǔn)模型成為一數(shù)學(xué)模型，該數(shù)學(xué)模型被編碼為模擬勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行的一系列算法。標(biāo)準(zhǔn)模型可接受某些預(yù)定義的參數(shù)28，例如KPR，KIR和TA，它們調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)模型以模擬特定的勵(lì)磁器控制系統(tǒng)的增益和時(shí)間常數(shù)。為不同的輸入和輸出點(diǎn)定義可變的點(diǎn)名稱(例如VE和FEX)。
控制器配置軟件產(chǎn)品30在維護(hù)計(jì)算機(jī)16上運(yùn)行，并對(duì)來自勵(lì)磁器控制器10的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳統(tǒng)的分析。所述勵(lì)磁器控制器接收來自發(fā)電機(jī)14的數(shù)據(jù)。用于所述維護(hù)計(jì)算機(jī)的傳統(tǒng)軟件的例子是通用電氣控制系統(tǒng)ToolboxTM(工具箱)，它被用來配置所述勵(lì)磁器控制器。
在這里所公開的實(shí)施例中，傳統(tǒng)的GE Toolbox程序已被修改，以包括用于標(biāo)準(zhǔn)IEEE模型的電子制圖和算法，該標(biāo)準(zhǔn)IEEE模型表示了勵(lì)磁系統(tǒng)的功能，例如調(diào)節(jié)器、限幅器和保護(hù)功能。另外，該被修改的Toolbox程序30包括一模塊，其選擇適當(dāng)?shù)腎EEE標(biāo)準(zhǔn)模型以模擬特定的勵(lì)磁系統(tǒng)，并確定該選定的IEEE標(biāo)準(zhǔn)模型的參數(shù)值。作為一補(bǔ)充的可能實(shí)施例，現(xiàn)有的勵(lì)磁器控制器軟件產(chǎn)品，例如通用電氣的EX2100分析工具，其被修改從而包括增強(qiáng)勵(lì)磁器的頻率響應(yīng)分析的軟件程序。所述勵(lì)磁器控制10的軟件程序也被修改，以通過增強(qiáng)的數(shù)據(jù)采集特征來支持本發(fā)明。
用于選擇適當(dāng)?shù)腎EEE標(biāo)準(zhǔn)模型以及確定其被修改參數(shù)的步驟和算法是眾所周知的。可以與先前在遠(yuǎn)程端所完成的過程相類似的方式來修改IEEE模型。所述維護(hù)計(jì)算機(jī)中的軟件模塊30允許在現(xiàn)場修改該模型，而不需要專家協(xié)助。典型地，為每個(gè)IEEE標(biāo)準(zhǔn)模型建立用于確定所述參數(shù)的計(jì)算。典型地，每個(gè)IEEE標(biāo)準(zhǔn)模型包括模擬所述勵(lì)磁器及其控制器對(duì)多種輸入信號(hào)和條件的電響應(yīng)的數(shù)學(xué)算法，用于確定哪個(gè)勵(lì)磁器符合所述模型和用于計(jì)算模型的參數(shù)的規(guī)則，以及勵(lì)磁器模型的制圖。所述IEEE標(biāo)準(zhǔn)模型被包括在存儲(chǔ)于維護(hù)計(jì)算機(jī)上的被修改的工具箱程序30中，但是其也可以從中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行訪問。所述工具箱程序30具有存儲(chǔ)所述模型的存儲(chǔ)設(shè)備，并且?guī)椭こ處熞詣?lì)磁器數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)在選定模型中填充數(shù)值參數(shù)。
在預(yù)計(jì)算數(shù)據(jù)和從勵(lì)磁器控制10采集而來的當(dāng)前數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，維護(hù)計(jì)算機(jī)16使用所述被修改的工具箱程序30計(jì)算用于選定的IEEE標(biāo)準(zhǔn)模型的參數(shù)。用于選定模型的參數(shù)能以當(dāng)前勵(lì)磁器和發(fā)電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)而被重新確定。通過使用當(dāng)前數(shù)據(jù)和所述被修改的工具箱程序30，被修改的IEEE模型始終是安裝在客戶端的勵(lì)磁系統(tǒng)的當(dāng)前表示。數(shù)學(xué)規(guī)則集合修改選定的IEEE模型，并且可以由經(jīng)常開發(fā)勵(lì)磁器模型的普通技術(shù)人員開發(fā)。
附圖3是用于選擇、確定和使用勵(lì)磁器控制系統(tǒng)的已修改模型的示例性步驟39的流程圖。在步驟40中，從大量的標(biāo)準(zhǔn)模型中選擇一標(biāo)準(zhǔn)模型。所述大量的標(biāo)準(zhǔn)模型可以被電子存儲(chǔ)在維護(hù)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中。通過下載標(biāo)準(zhǔn)模型到維護(hù)計(jì)算機(jī)可以不時(shí)地對(duì)所述被存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行更新。標(biāo)準(zhǔn)模型的選擇可以由具有相關(guān)知識(shí)的工程師或技術(shù)人員手動(dòng)進(jìn)行，或被自動(dòng)選擇，例如通過輸入勵(lì)磁器識(shí)別信息，維護(hù)計(jì)算機(jī)使用該識(shí)別信息去選擇符合被識(shí)別的勵(lì)磁器控制的IEEE標(biāo)準(zhǔn)模型。維護(hù)計(jì)算機(jī)可以包括一查找表，該查找表為多個(gè)實(shí)際的勵(lì)磁器控制系統(tǒng)中的每一個(gè)識(shí)別一適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)模型。制造商可以例如為它的勵(lì)磁器控制系統(tǒng)的各種模型準(zhǔn)備這樣的查找表。
在步驟42中，使用預(yù)計(jì)算數(shù)據(jù)來修改所述選定的標(biāo)準(zhǔn)模型，從而建模識(shí)別的勵(lì)磁器。在所述勵(lì)磁系統(tǒng)在客戶端被使用之前，可用所述預(yù)計(jì)算數(shù)據(jù)來修改勵(lì)磁器。所述預(yù)計(jì)算數(shù)據(jù)以勵(lì)磁系統(tǒng)的先前技術(shù)為基礎(chǔ)。預(yù)計(jì)算數(shù)據(jù)可用于那些沒有完全地投入運(yùn)行以及尚沒有產(chǎn)生實(shí)際的性能數(shù)據(jù)的新的勵(lì)磁器系統(tǒng)。
一旦勵(lì)磁器系統(tǒng)在客戶端被投入運(yùn)行，用預(yù)計(jì)算數(shù)據(jù)修改的IEEE模型就可以通過用直接從在客戶端的勵(lì)磁系統(tǒng)中采集的測量數(shù)據(jù)(步驟44)替換(步驟46)所述預(yù)計(jì)算數(shù)據(jù)來被更新。在步驟44中，從勵(lì)磁系統(tǒng)中采集的數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在維護(hù)計(jì)算機(jī)，該維護(hù)計(jì)算機(jī)使用該數(shù)據(jù)進(jìn)行再計(jì)算，并因此確定全部或一部分用于IEEE模型的參數(shù)值。與發(fā)電機(jī)一起在現(xiàn)場的所述維護(hù)計(jì)算機(jī)修改IEEE模型，并避免了與該模型的遠(yuǎn)程配置相關(guān)聯(lián)的延遲。
在步驟48中，通過比較該模型的輸出與勵(lì)磁系統(tǒng)的相應(yīng)的實(shí)際輸出，來驗(yàn)證所述被修改的IEEE模型。所述模型可以使用維護(hù)計(jì)算機(jī)被現(xiàn)場驗(yàn)證。如果所述模型的任何一個(gè)輸出與實(shí)際勵(lì)磁系統(tǒng)的相應(yīng)輸出差別在一個(gè)閾值以上，則可以再次使用維護(hù)計(jì)算機(jī)來采集關(guān)于勵(lì)磁器的運(yùn)行條件的新數(shù)據(jù)并對(duì)參數(shù)值進(jìn)行再計(jì)算。通常，這些輸出值來自勵(lì)磁器系統(tǒng)例如場電壓和勵(lì)磁器源電壓。這些輸出通常與作為輸入值使用的勵(lì)磁器數(shù)據(jù)截然不同，輸入值的例子如用于確定IEEE模型參數(shù)值的場電流和發(fā)電機(jī)端電壓。
當(dāng)所述參數(shù)值通過勵(lì)磁系統(tǒng)的當(dāng)前檢測數(shù)據(jù)已被再計(jì)算時(shí)，維護(hù)計(jì)算機(jī)(其與發(fā)電機(jī)一起在現(xiàn)場)能夠立即更新IEEE模型。通過被再計(jì)算的參數(shù)值，維護(hù)計(jì)算機(jī)可以通過比較所述模型的計(jì)算輸出值與實(shí)際勵(lì)磁器系統(tǒng)的被測量的輸出來自動(dòng)(或通過工程師的手動(dòng)協(xié)助)驗(yàn)證所述模型。在步驟50中，一旦所述已修改的模型被驗(yàn)證，該模型能夠被存儲(chǔ)在勵(lì)磁器控制器中。
在步驟52中，維護(hù)計(jì)算機(jī)能產(chǎn)生包括具有修改參數(shù)的模型的制圖的報(bào)告。這些制圖和關(guān)于勵(lì)磁器系統(tǒng)的補(bǔ)充信息可以被打印以及提供給客戶。在步驟54中，定期地，維護(hù)計(jì)算機(jī)被用于從運(yùn)行的勵(lì)磁器采集當(dāng)前數(shù)據(jù)，例如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并再計(jì)算用于已修改IEEE模型的參數(shù)值?？梢詫⑸?jí)后的模型與先前修改的模型進(jìn)行比較，從而探測勵(lì)磁器電路的運(yùn)行狀態(tài)的趨勢。表現(xiàn)出有害的模型多樣化可以觸發(fā)并影響對(duì)于系統(tǒng)的進(jìn)一步評(píng)價(jià)。
作為對(duì)模型構(gòu)造和模型參數(shù)計(jì)算的輔助，一種允許在單一檢測中分析多種調(diào)節(jié)控制環(huán)的響應(yīng)的方法已被開發(fā)出來。在勵(lì)磁系統(tǒng)中的一點(diǎn)處執(zhí)行頻率響應(yīng)檢測的傳統(tǒng)方法是插入干擾信號(hào)并測量系統(tǒng)中的其它點(diǎn)處的輸出。傳統(tǒng)方法使用一個(gè)干擾源信號(hào)且只采集兩個(gè)信號(hào)(一個(gè)是輸入，一個(gè)是輸出)，以致于僅產(chǎn)生單一調(diào)節(jié)器的單一的傳遞函數(shù)(如所知的頻率響應(yīng)或波德圖)，或僅產(chǎn)生在一特定檢測期間整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)的其它函數(shù)。傳統(tǒng)方法需要進(jìn)行測試，在該測試中插入干擾信號(hào)，并且在系統(tǒng)中的每個(gè)要求的輸入和輸出位置上采集輸出信號(hào)。
這里公開了執(zhí)行頻率響應(yīng)檢測的新方法，其允許在兩個(gè)或更多輸出點(diǎn)上同時(shí)從勵(lì)磁器系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。該方法提供一步法，在該一步法中輸入一個(gè)干擾信號(hào)到勵(lì)磁器并采集多個(gè)信號(hào)輸出。該多個(gè)信號(hào)可以為輸出/輸入對(duì)的組合。每個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)都可用來計(jì)算頻域內(nèi)的傳遞函數(shù)。該成對(duì)的數(shù)據(jù)可以是單獨(dú)的調(diào)節(jié)器或較大的網(wǎng)絡(luò)(也就是調(diào)節(jié)器外加發(fā)電機(jī))。在測試期間，調(diào)節(jié)器不需要起作用或工作。該方法通過縮短發(fā)電機(jī)經(jīng)受干擾信號(hào)的時(shí)間而給客戶帶來好處。
在干擾檢測之后，使用現(xiàn)有的勵(lì)磁器的知識(shí)，并將其與通過檢測所獲得的知識(shí)結(jié)合起來。由于許多調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)通過設(shè)計(jì)而為人所知(例如，調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)的方塊圖通過設(shè)計(jì)而為人所知)，從檢測中得到傳遞函數(shù)算術(shù)地除以已知設(shè)計(jì)的傳遞函數(shù)僅產(chǎn)生了未知的設(shè)計(jì)。干擾檢測分析方法體現(xiàn)在軟件程序中，該軟件程序形成集成的系統(tǒng)分析和建模工具。與發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁器保持通信的維護(hù)計(jì)算機(jī)上的工具箱30可以運(yùn)行該軟件程序。
該軟件程序允許用戶在整個(gè)系統(tǒng)模型上執(zhí)行干擾檢測，從而預(yù)測可能包括發(fā)電機(jī)特性的系統(tǒng)性能。所述干擾檢測能用于產(chǎn)生一組信號(hào)傳遞函數(shù)。這些傳遞函數(shù)能用于預(yù)測整個(gè)勵(lì)磁器系統(tǒng)響應(yīng)于多種信號(hào)輸入的性能。
附圖4是勵(lì)磁器系統(tǒng)的示例方塊圖。該圖特別對(duì)勵(lì)磁器生產(chǎn)商來說是詳細(xì)的表示。干擾輸入，例如輸入66，被用于對(duì)勵(lì)磁器的控制器的多個(gè)控制函數(shù)進(jìn)行分析。該方法采集有關(guān)勵(lì)磁器在單一檢測中對(duì)多種輸出/輸入對(duì)的響應(yīng)的數(shù)據(jù)。靜態(tài)勵(lì)磁器50的數(shù)學(xué)模型存儲(chǔ)在維護(hù)計(jì)算機(jī)中，并以勵(lì)磁器控制10內(nèi)的算法為基礎(chǔ)。這些來自勵(lì)磁器控制的算法對(duì)于勵(lì)磁器制造商來說是特殊的。使用現(xiàn)有知識(shí)(例如勵(lì)磁器控制10算法)和從干擾檢測中測量而得的響應(yīng)，就有足夠的信息用來制造降價(jià)模型，例如IEEE標(biāo)準(zhǔn)模型。比如，附圖2中的參數(shù)KPR部分地得自附圖4中的AVR塊56內(nèi)的細(xì)節(jié)。
靜態(tài)勵(lì)磁器50可以包括低勵(lì)限幅器(UEL)52、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)54、自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AVR)56、場電壓調(diào)節(jié)器(FVR)58、限幅器60、整流器62和場電流調(diào)節(jié)器(FCR)64。這些部件是靜態(tài)勵(lì)磁器系統(tǒng)的典型部件。這些部件的每一個(gè)都可以在軟件模塊中被算術(shù)地建模。每個(gè)勵(lì)磁器部件的軟件模型被安排在勵(lì)磁器模型50中，以使它們能模擬特定勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行。
干擾信號(hào)66被施加于在UEL和AVR之間的AVR求和點(diǎn)。干擾信號(hào)可通過偽隨機(jī)二進(jìn)制序列(PRBS)而產(chǎn)生。作為足以激勵(lì)寬頻系統(tǒng)——如勵(lì)磁器——的信號(hào)源，擾亂或干擾信號(hào)66對(duì)于那些具有系統(tǒng)識(shí)別方法的普通技術(shù)人員而言是熟知的。偽隨機(jī)二進(jìn)制序列可作為干擾信號(hào)，而其他信號(hào)也可以作為干擾信號(hào)。PRBS信號(hào)源產(chǎn)生例如覆蓋范圍為0Hz到50Hz的干擾信號(hào)。0Hz(直流電)時(shí)的分量是0以便不在調(diào)節(jié)回路中引入偏壓。施加干擾信號(hào)到勵(lì)磁器模型50，從而確定所述勵(lì)磁器的頻率響應(yīng)。
另外，可以施加步進(jìn)式干擾信號(hào)以確定勵(lì)磁器對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)?？墒褂脤⒁┘釉趧?lì)磁器模型上的各個(gè)輸入點(diǎn)的步進(jìn)式干擾信號(hào)來代替PRBS。
與應(yīng)用于頻率響應(yīng)分析的單一干擾信號(hào)不同，階躍信號(hào)被施加于靜態(tài)勵(lì)磁器的各個(gè)輸入點(diǎn)。對(duì)施加了階躍信號(hào)的勵(lì)磁器而言，為該勵(lì)磁器的每一個(gè)位置執(zhí)行單獨(dú)的檢測。與之相反，通過使用施加到勵(lì)磁器模型上的一個(gè)點(diǎn)——如AVR求和點(diǎn)——處的干擾信號(hào)，來執(zhí)行單一的檢測，從而分析勵(lì)磁器的頻率響應(yīng)。
干擾信號(hào)66施加于AVR的輸入。其它總計(jì)入AVR輸入的信號(hào)包括AVR反饋信號(hào)68、UEL輸出70和PSS輸出72。在施加干擾信號(hào)期間，反饋信號(hào)68、UEL輸出70以及PSS輸出72都受到影響。當(dāng)施加干擾信號(hào)后，整個(gè)系統(tǒng)50被干擾，并且用于AVR反饋、UEL和PSS輸出的數(shù)據(jù)在輸出信號(hào)線68、70和72上被采集。系統(tǒng)中的其它信號(hào)點(diǎn)也可提供當(dāng)施加干擾信號(hào)到AVR輸入時(shí)采集的輸出信號(hào)。所述采集信號(hào)代表了整個(gè)系統(tǒng)對(duì)所述干擾信號(hào)的響應(yīng)。通過將覆蓋寬頻范圍的偽噪音干擾信號(hào)66施加于AVR輸入，并通過從某信號(hào)線來采集系統(tǒng)的響應(yīng)，可以確定系統(tǒng)對(duì)寬頻范圍信號(hào)的響應(yīng)，其中，該信號(hào)線典型地用于AVR反饋68、UEL或PSS輸出，以及可隨意地在勵(lì)磁器系統(tǒng)內(nèi)的其它信號(hào)點(diǎn)處。
如附圖5所示，被采集的輸出信號(hào)68、70和/或72可由例如抗混疊濾波器74濾波。被采集的信號(hào)也可以以預(yù)定速率被取樣76，該速率慢于來自輸出信號(hào)68、70或72的數(shù)據(jù)速率。取樣步驟76可用于減少采集并存儲(chǔ)78在具有被采集數(shù)據(jù)列表的數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)量。
如附圖6所示，可分析被存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)78以產(chǎn)生對(duì)系統(tǒng)50的頻率響應(yīng)。例如，可通過使用傅立葉變換80將所述被存儲(chǔ)數(shù)據(jù)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，并產(chǎn)生系統(tǒng)的頻率響應(yīng)82，其形式是振幅和相位與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
通過附圖4所示的勵(lì)磁器系統(tǒng)50的勵(lì)磁器部件內(nèi)部的直接連接，或者通過經(jīng)過發(fā)電機(jī)本身的連接，途經(jīng)勵(lì)磁系統(tǒng)的各個(gè)信號(hào)路徑被相互連接起來。在系統(tǒng)50內(nèi)的全部或許多信號(hào)點(diǎn)處，干擾信號(hào)66產(chǎn)生活性。所述系統(tǒng)點(diǎn)可在附圖4中以框圖形式示出的系統(tǒng)50的部件的大多數(shù)或全部的輸入和輸出處。AVR反饋點(diǎn)68的信號(hào)響應(yīng)，UEL輸出70，連同部件52、54、56、58、60、62和64的輸出一起，可被存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)列表中。為了進(jìn)行如附圖6所示的傅立葉分析，數(shù)據(jù)列表中的任何兩個(gè)信號(hào)可以被配對(duì)(一個(gè)認(rèn)定為輸入，而另一個(gè)認(rèn)定為輸出)。換句話說，可通過使用所述數(shù)據(jù)列表78上的數(shù)據(jù)，來分析在任意系統(tǒng)點(diǎn)對(duì)任意另一系統(tǒng)點(diǎn)的系統(tǒng)頻率響應(yīng)。通過分析在某些信號(hào)輸出對(duì)選定的信號(hào)輸入的頻率響應(yīng)，并通過確定為獲得希望的信號(hào)輸出而進(jìn)行的勵(lì)磁器控制的適當(dāng)設(shè)置，可以優(yōu)化勵(lì)磁器系統(tǒng)。
在這里所公開的充分完整的建模和分析系統(tǒng)為勵(lì)磁控制、配置、系統(tǒng)激勵(lì)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、IEEE建模、勵(lì)磁器系統(tǒng)識(shí)別和客戶報(bào)告系統(tǒng)都提供支持。所述系統(tǒng)有能力在單一檢測中執(zhí)行調(diào)節(jié)環(huán)的完整分析?？梢灶A(yù)見，電力生產(chǎn)客戶將會(huì)贊成提供定期的模型確認(rèn)和驗(yàn)證的服務(wù)。全國電力可靠性委員會(huì)(NERC)將來可能要求美國電力生產(chǎn)商進(jìn)行定期的IEEE模型驗(yàn)證，其形式如下(i)每一年的書面確認(rèn)，和(ii)要求每5年詳述IEEE模型確認(rèn)的檢測報(bào)告?？梢灶A(yù)期，通過這里公開的建模和分析系統(tǒng)，電力生產(chǎn)客戶將會(huì)在驗(yàn)證和確認(rèn)他們的發(fā)電機(jī)/勵(lì)磁器模型上節(jié)省相當(dāng)?shù)馁M(fèi)用。
所述建模和分析系統(tǒng)在規(guī)劃模型驗(yàn)證和確認(rèn)上提供了靈活性。另外，除維護(hù)計(jì)算機(jī)以外，不需要外部檢測設(shè)備，因而提供給客戶最強(qiáng)的信心，相信模型驗(yàn)證和確認(rèn)的性能將不會(huì)因?yàn)槭韬龆斐稍O(shè)備跳閘。通過施加一個(gè)干擾信號(hào)，所述系統(tǒng)有能力在單一檢測中對(duì)勵(lì)磁器系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)節(jié)回路進(jìn)行完整的分析?？梢灶A(yù)期，電力生產(chǎn)客戶將會(huì)贊成提供定期的模型確定和驗(yàn)證的服務(wù)。
雖然本發(fā)明以目前認(rèn)為最實(shí)用的和首選的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但應(yīng)該理解本發(fā)明并不局限在被公開的實(shí)施例中，與之相反，其覆蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同配置。
權(quán)利要求
1.一種用于建模同步電力發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)(10)的方法，其包括從多個(gè)被電子存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)勵(lì)磁系統(tǒng)模型中選擇(40)一標(biāo)準(zhǔn)勵(lì)磁模型(26)；其中以與勵(lì)磁系統(tǒng)相類似為基礎(chǔ)來選擇選定的標(biāo)準(zhǔn)模型；從勵(lì)磁系統(tǒng)采集(44)數(shù)據(jù)；使用采集的數(shù)據(jù)來確定(46)用于選定標(biāo)準(zhǔn)模型的參數(shù)設(shè)置；通過比較模型的輸出與勵(lì)磁系統(tǒng)的相應(yīng)輸出來驗(yàn)證(48)具有參數(shù)設(shè)置的選定標(biāo)準(zhǔn)模型；電子存儲(chǔ)(50)具有參數(shù)設(shè)置的被驗(yàn)證的選定標(biāo)準(zhǔn)模型，和產(chǎn)生一具有參數(shù)設(shè)置的被驗(yàn)證的選定標(biāo)準(zhǔn)模型的報(bào)告(52)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該標(biāo)準(zhǔn)勵(lì)磁系統(tǒng)模型(26)是IEEE勵(lì)磁系統(tǒng)模型。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該標(biāo)準(zhǔn)勵(lì)磁系統(tǒng)模型(26)被電子存儲(chǔ)在緊鄰所述勵(lì)磁系統(tǒng)的維護(hù)計(jì)算機(jī)(16)中。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中維護(hù)計(jì)算機(jī)(16)確定(46)用于該選定標(biāo)準(zhǔn)模型的參數(shù)設(shè)置。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中緊鄰該勵(lì)磁系統(tǒng)地進(jìn)行模型參數(shù)設(shè)置的確定(46)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在具有所述勵(lì)磁系統(tǒng)(10)和發(fā)電機(jī)(14)的現(xiàn)場進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的確定(46)。
7.一個(gè)用于采集來自發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)(78)的系統(tǒng)(14)，包括施加一干擾信號(hào)(66)到同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁器系統(tǒng)的信號(hào)輸入；從勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)的多個(gè)信號(hào)點(diǎn)采集關(guān)于信號(hào)輸出的數(shù)據(jù)(72)；轉(zhuǎn)換(80，82)所述采集的數(shù)據(jù)以預(yù)測在系統(tǒng)內(nèi)的信號(hào)輸出處的信號(hào)響應(yīng)，該系統(tǒng)不同于用于采集數(shù)據(jù)的信號(hào)點(diǎn)，和分析(82)所述系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述干擾信號(hào)(66)是偽隨機(jī)二進(jìn)制序列。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所說干擾信號(hào)的范圍為0Hz到50Hz，其中當(dāng)其在0Hz時(shí)，所述干擾信號(hào)為0。
10.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中在施加所述干擾信號(hào)到所述勵(lì)磁系統(tǒng)的單一輸入期間，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
全文摘要
一種用于建模同步電力發(fā)電機(jī)(14)的勵(lì)磁系統(tǒng)(10)的方法，包括從多個(gè)被電子存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)勵(lì)磁系統(tǒng)模型中選擇(40)一標(biāo)準(zhǔn)勵(lì)磁模型(26)；其中所述選定的標(biāo)準(zhǔn)模型以與勵(lì)磁系統(tǒng)相類似為基礎(chǔ)而被選擇；從勵(lì)磁系統(tǒng)采集(44)數(shù)據(jù)；使用所述采集數(shù)據(jù)確定(46)用于所述選定模型的參數(shù)設(shè)置；通過比較所述模型的輸出與所述勵(lì)磁系統(tǒng)的相應(yīng)輸出來驗(yàn)證(48)具有所述參數(shù)設(shè)置的選定標(biāo)準(zhǔn)模型；電子存儲(chǔ)(50)具有所述參數(shù)設(shè)置的被驗(yàn)證的選定標(biāo)準(zhǔn)模型，和產(chǎn)生一具有所述參數(shù)設(shè)置的被驗(yàn)證的選定標(biāo)準(zhǔn)模型的報(bào)告(52)。
文檔編號(hào)G05B17/02GK101090250SQ20071010241
公開日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2007年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月4日
發(fā)明者W·R·皮爾森, P·蒙克洛瓦, J·W·澤勒茲尼克 申請(qǐng)人:通用電氣公司