專利名稱：基于量測注入的發(fā)電機(jī)模型參數(shù)校核方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析與仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于量測注入的 發(fā)電機(jī)模型參數(shù)校核方法。
背景技術(shù)：
目前在電力系統(tǒng)中，人們越來越依靠仿真去完成大量的計劃和運(yùn)行工作。動態(tài) 仿真工具被廣泛運(yùn)用于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定分析與控制，也被電網(wǎng)調(diào)度部門作為指導(dǎo)電力系 統(tǒng)運(yùn)行的主要依據(jù)。而在動態(tài)仿真中，很顯然準(zhǔn)確的模型和參數(shù)對仿真可信度是非常重 要的。美國西部電網(wǎng)1996年8月10日大停電，系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩、解列，造成大面積停 電，但事后使用電網(wǎng)動態(tài)數(shù)據(jù)庫對事故進(jìn)行重現(xiàn)時，發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果卻是系統(tǒng)穩(wěn)定。由此 可見，當(dāng)現(xiàn)有模型與參數(shù)不能準(zhǔn)確反映電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況和物理過程時，將嚴(yán)重 影響電力系統(tǒng)安全性分析的準(zhǔn)確性和可靠性，從而制約電力系統(tǒng)調(diào)度和運(yùn)行人員操作的 正確性。如何正確認(rèn)識并提高仿真模型的準(zhǔn)確度，確保動態(tài)仿真能夠正確反映電力系統(tǒng) 的動態(tài)特性，成為目前迫切需要解決的問題。完整的發(fā)電機(jī)模型實(shí)際包含發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)(包括勵磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng))， 是電力系統(tǒng)中最重要的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，也是電網(wǎng)動態(tài)行為特征的關(guān)鍵設(shè)備，其動態(tài)數(shù)學(xué) 模型和參數(shù)的準(zhǔn)確性將直接影響全電網(wǎng)動態(tài)仿真的結(jié)果，具有舉足輕重的影響。為了 驗(yàn)證并得到較準(zhǔn)確的發(fā)電機(jī)組模型，人們普遍采用設(shè)備現(xiàn)場測試的方法來獲得其特性參 數(shù)。但是發(fā)電機(jī)組測試耗時耗財，還會影響發(fā)電機(jī)組的正常供電，且現(xiàn)場測得的參數(shù)也 會因?yàn)楦鞣N誤差原因而不盡準(zhǔn)確。而實(shí)際電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中由于各種原因產(chǎn)生了大量的故障數(shù)據(jù)，如何及時 捕捉故障數(shù)據(jù)，并使用其中合適的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)電機(jī)模型參數(shù)的準(zhǔn)確性檢驗(yàn)，是一個 值得研究的課題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有發(fā)電機(jī)模型參數(shù)主要通過專門安排測試獲取這一方法的不足，本 發(fā)明提供一種使用實(shí)際量測數(shù)據(jù)注入的方式實(shí)現(xiàn)外部等值，并與發(fā)電機(jī)模型聯(lián)立仿真， 計算仿真輸出曲線與實(shí)測參考曲線的相似度，檢驗(yàn)發(fā)電機(jī)模型參數(shù)的準(zhǔn)確性，從而實(shí)現(xiàn) 了對發(fā)電機(jī)模型參數(shù)是否可用于電力系統(tǒng)機(jī)電動態(tài)過程的仿真計算的判斷?；诹繙y注入的發(fā)電機(jī)模型參數(shù)仿真校核方法，所述方法使用廣域測量系統(tǒng)收 集的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓跌落事件對應(yīng)的故障數(shù)據(jù)，進(jìn)行計算分析，其特征在于，所述方法 包括以下步驟步驟1 通過所述廣域測量系統(tǒng)對發(fā)電機(jī)機(jī)端實(shí)時相量數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)端電壓跌落 事件在線檢測，保存機(jī)端電壓跌落事件時間和對應(yīng)的故障數(shù)據(jù)，所述故障數(shù)據(jù)包括發(fā)電 機(jī)機(jī)端故障電壓、相位、有功功率、無功功率數(shù)據(jù)；步驟2:對故障記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪濾波處理，并通過故障前、后穩(wěn)態(tài)擬合，將發(fā)電機(jī)機(jī)端故障記錄數(shù)據(jù)劃分為故障前穩(wěn)態(tài)、故障中、故障后穩(wěn)態(tài)共3個階段；步驟3:選擇實(shí)測機(jī)端故障電壓和相位作為注入數(shù)據(jù)，用于構(gòu)造受控電壓源， 實(shí)現(xiàn)待分析發(fā)電機(jī)與外部電力系統(tǒng)的解耦；選擇實(shí)測的發(fā)電機(jī)機(jī)端故障有功功率和發(fā)電 機(jī)機(jī)端故障無功功率作為輸出參考，用于計算仿真曲線和實(shí)測曲線的相似度；步驟4:獲取發(fā)電機(jī)的模型參數(shù)，并根據(jù)發(fā)電機(jī)機(jī)端故障前穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，計算出 發(fā)電機(jī)各變量初值，包括勵磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)的初始化；步驟5:使用步驟3所構(gòu)造的受控電壓源，與發(fā)電機(jī)模型聯(lián)立進(jìn)行動態(tài)仿真，輸 出有功功率和無功功率的仿真結(jié)果；步驟6:計算仿真有功功率和實(shí)測有功功率的數(shù)值相似度SNP、趨勢相似度Stp以 及綜合相似度sep，計算仿真無功功率和實(shí)測無功功率的數(shù)值相似度SNQ、趨勢相似度Stq 以及綜合相似度SeQ，根據(jù)有功功率的綜合相似度Sep和無功功率的綜合相似度SeQ計算總 體相似度Sw，最后根據(jù)總體相似度Sw是否大于設(shè)定相似度閾值判斷仿真計算所采用的發(fā) 電機(jī)模型參數(shù)是否可用于電力系統(tǒng)機(jī)電動態(tài)過程的仿真計算。本發(fā)明的有益效果是，直接利用廣域測量系統(tǒng)收集的電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生 的發(fā)電機(jī)實(shí)際故障數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對發(fā)電機(jī)模型參數(shù)可用性的判斷，為發(fā)電機(jī)模型參數(shù)測 試工作提供指導(dǎo)和依據(jù)。


圖1是基于量測注入的發(fā)電機(jī)模型參數(shù)仿真可信度評估方法流程圖。圖2是發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓跌落檢測與故障數(shù)據(jù)記錄流程圖。圖3是某故障過程中機(jī)端電壓曲線及其不同故障階段劃分。圖4是某故障過程中電壓故障前穩(wěn)態(tài)搜索過程擬合誤差曲線。圖5是基于量測注入的受控電壓源等值方案。圖6是量測注入所使用的機(jī)端電壓和相位曲線。圖7是實(shí)測和基于量測注入仿真輸出的有功功率和無功功率曲線比較。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明方法通過使用實(shí)測機(jī)端電壓和相位數(shù)據(jù)注入的方式，構(gòu)造受控電壓源， 實(shí)現(xiàn)待評估發(fā)電機(jī)與外部系統(tǒng)的解耦，并與發(fā)電機(jī)模型聯(lián)立仿真，計算仿真輸出曲線與 實(shí)測參考曲線的相似度，實(shí)現(xiàn)了對發(fā)電機(jī)模型參數(shù)可用性的判斷。圖1是基于量測注入 的發(fā)電機(jī)模型參數(shù)校核方法流程圖。本發(fā)明方法各環(huán)節(jié)具體設(shè)計步驟如下步驟1 通過所述廣域測量系統(tǒng)對發(fā)電機(jī)機(jī)端實(shí)時相量數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)端電壓跌落 事件在線檢測，保存機(jī)端電壓跌落事件時間和對應(yīng)的故障數(shù)據(jù)，所述故障數(shù)據(jù)包括發(fā)電 機(jī)機(jī)端故障電壓、相位、有功功率、無功功率數(shù)據(jù)；圖2是發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓跌落檢測與故障數(shù)據(jù)記錄流程圖。發(fā)電機(jī)模型仿真準(zhǔn)確度評估功能，首先通過在線運(yùn)行于廣域測量系統(tǒng)上的在線 電壓跌落檢測程序檢測發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓突變量超出某一閾值的事件，并記錄事件數(shù)據(jù)(包括電壓、相位、有功功率、無功功率數(shù)據(jù)，記錄突變時間點(diǎn)之前時間長度為Windowl 和突變時間點(diǎn)之后時間長度為WindoW2的相關(guān)數(shù)據(jù))至歷史庫。然后發(fā)電機(jī)模型仿真準(zhǔn) 確度評估程序通過歷史事件查詢，讀取待評估機(jī)組的電壓跌落事件所對應(yīng)的故障數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中，圖3是某故障過程中機(jī)端電壓曲線，電壓突變量檢測閾值為額定 電壓的3%，S卩0.3kV，檢測到的電壓突變量為0.35kV，對應(yīng)突變時間點(diǎn)為第25.4秒，突 變前記錄時間長度Windowl = 3秒，突變前記錄時間長度Window2 = 10秒。步驟2:對故障記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪濾波處理，并通過故障前、后穩(wěn)態(tài)擬合，將 發(fā)電機(jī)機(jī)端故障記錄數(shù)據(jù)劃分為故障前穩(wěn)態(tài)、故障中、故障后穩(wěn)態(tài)共3個階段；首先通過低通濾波去除測量過程帶來的高頻噪聲干擾，然后將電壓過程曲線劃 分為故障前穩(wěn)態(tài)、故障中、故障后穩(wěn)態(tài)共3個階段。故障前穩(wěn)態(tài)主要用于動態(tài)仿真計算 的初始化，故障后穩(wěn)態(tài)主要用于通過模型仿真計算進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后是否出現(xiàn)運(yùn)行點(diǎn)的偏移。故障前穩(wěn)態(tài)和故障后穩(wěn)態(tài)的劃分采用水平直線擬合。通常用最小二乘法把兩個 觀測變量χ和y所構(gòu)成的觀測數(shù)據(jù)擬合成如下代表直線的函數(shù)關(guān)系
權(quán)利要求
1.基于量測注入的發(fā)電機(jī)模型參數(shù)校核方法，所述方法通過廣域測量系統(tǒng)采集發(fā)電 機(jī)機(jī)端電壓跌落事件對應(yīng)的故障數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析，判斷發(fā)電機(jī)模型參數(shù)是否可用于電力 系統(tǒng)機(jī)電動態(tài)過程的仿真計算，其特征在于，所述方法包括以下步驟步驟1 通過廣域測量系統(tǒng)對發(fā)電機(jī)機(jī)端實(shí)時相量數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)端電壓跌落事件在線 檢測，保存機(jī)端電壓跌落事件時間和對應(yīng)的故障數(shù)據(jù)，所述故障數(shù)據(jù)包括發(fā)電機(jī)機(jī)端故 障電壓、相位、有功功率、無功功率數(shù)據(jù)；步驟2:對所述故障數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪濾波處理，并通過故障前、后穩(wěn)態(tài)擬合，將發(fā)電 機(jī)機(jī)端故障數(shù)據(jù)劃分為故障前穩(wěn)態(tài)、故障中、故障后穩(wěn)態(tài)共3個階段；步驟3:選擇實(shí)測機(jī)端故障電壓和相位作為注入數(shù)據(jù)，用于構(gòu)造受控電壓源，實(shí)現(xiàn) 待分析發(fā)電機(jī)與外部電力系統(tǒng)的解耦，選擇實(shí)測的發(fā)電機(jī)機(jī)端故障有功功率和發(fā)電機(jī)機(jī) 端故障無功功率作為輸出參考，用于計算仿真曲線和實(shí)測曲線的相似度；步驟4:獲取發(fā)電機(jī)的模型參數(shù)，并根據(jù)發(fā)電機(jī)機(jī)端故障前穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，計算出發(fā)電 機(jī)各變量初值，包括勵磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)的初始化；步驟5:使用步驟3所構(gòu)造的受控電壓源，與發(fā)電機(jī)模型聯(lián)立進(jìn)行動態(tài)仿真，輸出有 功功率和無功功率的仿真結(jié)果；步驟6:計算仿真有功功率和實(shí)測有功功率的數(shù)值相似度SNP、趨勢相似度Stp以及綜 合相似度SeP，計算仿真無功功率和實(shí)測無功功率的數(shù)值相似度SNQ、趨勢相似度Stq以及 綜合相似度SeQ，根據(jù)有功功率的綜合相似度Sep和無功功率的綜合相似度SeQ計算總體相 似度Sw，最后根據(jù)總體相似度Sw是否大于設(shè)定相似度閾值判斷仿真計算所采用的發(fā)電機(jī) 模型參數(shù)是否可用于電力系統(tǒng)機(jī)電動態(tài)過程的仿真計算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于量測注入的發(fā)電機(jī)模型參數(shù)校核方法，其特征在于 在步驟1中，檢測發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓突變量超出設(shè)定的電壓突變量檢測閾值時，記錄發(fā)電 機(jī)機(jī)端故障記錄數(shù)據(jù)，所述電壓突變量檢測閾值優(yōu)選為額定電壓的3%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于量測注入的發(fā)電機(jī)模型參數(shù)校核方法，其特征在于 在步驟2中，確定擬合窗口長度、滑動窗口長度以及擬合方差閾值，從故障數(shù)據(jù)記錄的 時間起點(diǎn)開始前向移動擬合窗口，進(jìn)行水平直線擬合，直至擬合方差大于擬合方差閾值 而停止前向搜索過程，前一窗口對應(yīng)的末端時刻即為故障前穩(wěn)態(tài)末端時刻，記為Tpre; 從故障數(shù)據(jù)記錄的時間終點(diǎn)開始后向移動擬合窗口，進(jìn)行水平直線擬合，直至擬合方差 大于擬合方差閾值而停止后向搜索過程，前一窗口對應(yīng)的起始時刻即為故障后穩(wěn)態(tài)起始 時刻，記為Tpost，故障數(shù)據(jù)的時間起點(diǎn)至故障前穩(wěn)態(tài)末端時刻的數(shù)據(jù)為故障前穩(wěn)態(tài)數(shù) 據(jù)，故障前穩(wěn)態(tài)末端時刻至故障后穩(wěn)態(tài)起始時刻的數(shù)據(jù)為故障中數(shù)據(jù)，故障后穩(wěn)態(tài)起始 時刻至故障數(shù)據(jù)的時間終點(diǎn)為故障后穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于量測注入的發(fā)電機(jī)模型參數(shù)校核方法，其特征在于 在步驟4中，優(yōu)選按以下計算得到的發(fā)電機(jī)包括勵磁系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)各變量初值如下由潮流計算可得到發(fā)電機(jī)端電壓& = Ko +·/&。和發(fā)電機(jī)注入電網(wǎng)的功率皂=P0+ JQo，進(jìn)而可以計算出發(fā)電機(jī)注入電網(wǎng)的電流為/。= ‘ + jly0 =之/ &，其中，廣。為發(fā)電機(jī)端電壓相量，Vxtl為發(fā)電機(jī)端電壓相量的χ軸分量，Vytl為發(fā)電機(jī)端電壓相量的y軸分量，戈為發(fā) 電機(jī)注入電網(wǎng)的視在功率，Ptl為發(fā)電機(jī)注入電網(wǎng)的有功功率，Qtl為發(fā)電機(jī)注入電網(wǎng)的無功功率，/。為發(fā)電機(jī)注入電網(wǎng)的電流相量，Ixtl為發(fā)電機(jī)注入電網(wǎng)的電流相量的χ軸分量， Iy0為發(fā)電機(jī)注入電網(wǎng)的電流相量的y軸分量；根據(jù)用同步電抗表示的穩(wěn)態(tài)方程，可求出虛擬電勢以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角初值 ^。- 。+■/^。^^+(^+ /^^。和^。= ^^!! ^/^』，其中，&。為虛擬電勢相 量，Eqxci為虛擬電勢相量的X軸分量，EQy(1為虛擬電勢相量的y軸分量，Ra為發(fā)電機(jī)內(nèi)電 阻，Xq為發(fā)電機(jī)q軸電抗，S C1為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子角；利用坐標(biāo)變換公式，可以求出發(fā)電機(jī)定子電壓和電流的d、q分量Vdtl, Vq0, Id。，Iq。，然后根據(jù)用暫態(tài)電抗表示的穩(wěn)態(tài)方程，可以算出暫態(tài)電勢的值E' q0 = Vq0+RaIq0+X' Λ。，其中，E' q。為暫態(tài)電勢，X' d為暫態(tài)電抗；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時原動機(jī)的機(jī)械功率Pmto)等于發(fā)電機(jī)的電磁功率=^ +(/,2O 尺，其中 Prfl為發(fā)電機(jī)的電磁功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于量測注入的發(fā)電機(jī)模型參數(shù)校核方法，其特征在于 在步驟5中，進(jìn)一步優(yōu)選采用量測注入形式的動態(tài)仿真，其過程如下假定t = Ij時刻，已知仿真模型中的狀態(tài)變量x(tp，代數(shù)變量y' (0，量測注入量 y*(tp，其中X(Ij)包括了發(fā)電機(jī)及其控制器的狀態(tài)變量，y*(tp為采用量測注入形式的發(fā) 電機(jī)機(jī)端電壓和相位，y' (t；則包括了發(fā)電機(jī)機(jī)端電流和相位，計算狀態(tài)變量的微分方 程 dx/dt = f(x, y'，y*)；t = !^時刻，其中Ijrt = I^At,可求得當(dāng)前時刻的狀態(tài)變量X(I^1) = x(tp + (dx/ dt) · At,該時刻量測注入量為y* (U，根據(jù)描述電力系統(tǒng)動態(tài)過程的機(jī)網(wǎng)接口代數(shù)方 程0 = g' (x(tJ+1), y'，yMtJ+1)),計算代數(shù)變量y'在y時刻的新值y' (tJ+1)；通過 y* (U提供的量測注入形式的機(jī)端電壓和相位以及計算得到的y' (tJ+1)中所包括的機(jī)端 電流和相位，計算機(jī)端有功功率和無功功率。
全文摘要
一種基于量測注入的發(fā)電機(jī)模型參數(shù)校核方法，首先利用廣域測量系統(tǒng)對發(fā)電機(jī)機(jī)端實(shí)時相量數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)端電壓跌落事件在線檢測，通過讀取機(jī)端電壓跌落事件對應(yīng)的故障數(shù)據(jù)，對故障電壓進(jìn)行故障前、后穩(wěn)態(tài)擬合，利用故障前穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)待分析發(fā)電機(jī)的動態(tài)仿真初始化，并使用量測注入的方式構(gòu)造受控電壓源，通過受控電壓源與發(fā)電機(jī)模型聯(lián)立方式進(jìn)行動態(tài)仿真，并對仿真結(jié)果與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行數(shù)值相似度和趨勢相似度的計算，最后根據(jù)相似度計算結(jié)果判斷仿真計算所采用的發(fā)電機(jī)模型參數(shù)是否可用于電力系統(tǒng)機(jī)電動態(tài)過程的仿真計算。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對發(fā)電機(jī)模型參數(shù)可用性的判斷，為發(fā)電機(jī)模型參數(shù)測試工作提供指導(dǎo)和依據(jù)。
文檔編號H02J3/38GK102013703SQ20101058103
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者吳京濤, 吳小辰, 時伯年, 楊東, 柳勇軍, 陳剛 申請人:中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)技術(shù)研究中心, 北京四方繼保自動化股份有限公司