一种发电机励磁系统振荡提供的阻尼极性判断方法与流程
本发明涉及发电机励磁系统振荡领域，尤其涉及一种发电机励磁系统振荡提供的阻尼极性判断方法。
背景技术：
F.Demello和Concordia于1969年运用阻尼转矩的概念对单机—无穷大系统中的低频振荡现象进行了机理研究，结果指出在较高外部系统电抗和较高发电机功率输出的条件下，由于励磁系统存在惯性，随着励磁系统放大倍数的增加，与转子机械振荡相对应的特征根的实部数值将由负值逐渐上升，若放大倍数过大，实部将由负变正，从而产生增幅振荡。因此低频振荡的负阻尼机理是由于高放大倍数的励磁系统产生了负阻尼作用，抵消了系统固有的正阻尼，使得系统的总阻尼很小或为负，这样一旦出现扰动，就会引起转子增幅振荡或振荡不收敛。该振荡机理概念清晰，物理意义明确，有助于理解为何远距离大容量输电易发生低频振荡，已成为电力系统低频振荡的经典理论。
强迫振荡理论认为：当系统受到持续周期性功率扰动的频率接近系统功率振荡的固有频率时，会引起大幅度的功率振荡。近年来，专家学者们从不同角度研究了电网强迫功率振荡的特征。有文献从能量角度分析电力系统强迫振荡稳态阶段能量转换关系和特征；有文献采用复模态叠加方法推到了多机电力系统强迫振荡的稳态响应特征等。在实际电网运行中，由强迫振荡产生的低频振荡，其扰动源位置很难被及时发现和判断。近年来，国内广域测量系统(WAMS)的广泛建设和应用为扰动源分析与判断带来了有效的技术手段。有文献提出基于对WAMS实测数据的参数识别，研究适合于在线分析的强迫振荡的扰动源定位方法，为电网运行中快速抑制振荡和防止振荡传播提供参考。
目前国内外已对机组波动的发生机制、分析方法等方面进行了较为广泛的研究，主要包括传统的负阻尼理论，以及新提出的强迫振荡理论，普遍采用阻尼比这一指标来评价发电机组的动态特征及动态行为。目前计算阻尼比的方法是从实测试验波形或者故障录波记录的数据进行直接的公式计算，计算出的阻尼比是整个发电机组输出外特性的总阻尼比大小，包含了发电机组励磁、调速等控制系统的阻尼及机械阻尼之和；基于能量函数的振荡源定位方法可以区分出发电机组是否为振荡源，计算公式相对复杂，物理概念不够直观。以上两种主流分析发电机组低频振荡的方法，均没有对发电机组的不同控制系统提供的阻尼情况进行单独分析计算，仅获得了发电机组的整体外特性。由于具体发电机组控制系统的阻尼比大小计算包含复杂的数学模型，且计算公式复杂，发电机组在低频振荡过程中各个控制系统提供阻尼的极性正、负更值得去关注。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种发电机励磁系统振荡提供的阻尼极性判断方法，解决了目前分析发电机组低频振荡的过程中没有对发电机组的不同控制系统提供的阻尼情况进行单独分析计算，仅获得了发电机组的整体外特性，而不清楚发电机组在低频振荡过程中各个控制系统所提供的阻尼的极性的技术问题。
本发明实施例提供的一种发电机励磁系统振荡提供的阻尼极性判断方法，包括：
读取发电机组扰动数据，根据发电机组扰动数据提取发电机
计算和的点积值；
根据点积值判断励磁系统提供阻尼的极性。
可选地，读取发电机组扰动数据，根据发电机组扰动数据提取发电机数值具体包括：
读取发电机组扰动数据，发电机组扰动数据包括电网同步相量测量装置PMU数据和故障录波；
根据电网同步相量测量装置PMU数据和故障录波，提取发电机的数值。
可选地，提取发电机数值具体包括：
通过对发电机机端电压、发电机机端电流和发电机电抗进行计算得到发电机
可选地，根据点积值判断励磁系统提供阻尼的极性具体包括：
根据点积值判断励磁系统提供阻尼的极性，当点积值为正时，励磁系统提供阻尼的极性为正，当点积值为负时，励磁系统提供阻尼的极性为负。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例提供了一种发电机励磁系统振荡提供的阻尼极性判断方法，通过读取发电机组扰动数据，根据发电机组扰动数据提取发电机计算和的点积值；根据点积值判断励磁系统提供阻尼的极性，本发明从分析发电机组小扰动波动过程的发生机制着手，揭示了发电机励磁系统阻尼比与小干扰过程中的重要变量之间关系，具有明确的物理概念和简便的计算公式，易于理解和操作，解决了目前分析发电机组低频振荡的过程中没有对发电机组的不同控制系统提供的阻尼情况进行单独分析计算，仅获得了发电机组的整体外特性，而不清楚发电机组在低频振荡过程中各个控制系统所提供的阻尼的极性的技术问题。
附图说明
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图。
图1为本发明实施例提供的励磁系统力矩的投影计算示意图；
图2为本发明实施例提供的单机Heffron-Phillips模型示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种发电机励磁系统振荡提供的阻尼极性判断方法，用于解决目前分析发电机组低频振荡的过程中没有对发电机组的不同控制系统提供的阻尼情况进行单独分析计算，仅获得了发电机组的整体外特性，而不清楚发电机组在低频振荡过程中各个控制系统所提供的阻尼的极性的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2，在分析单机—无穷大系统中励磁控制系统对小扰动稳定性的影响时，广泛采用的是W·G·Heffron和R·A·Phillips提出的K1—K6模型，它保留了发电机在小干扰过程中的重要变量，并且各量之间的关系表现得十分清晰。
由上述模型的上半部分(机电振荡回路)可得公式一，公式一具体为：
其中，ΔMe2是电磁转矩增量，是发电机励磁回路(模型的下半部分)对发电机转子运动的影响；ΔMm为调速系统产生的机械转矩增量。
首先不考虑输入信号ΔMm和ΔMe2的影响，仅考虑ΔMe1，则图2可由公式二所示的二阶微分方程表示。公式二只考虑了发电机转子的动态特性，而忽略了调速系统、励磁系统和自动电压控制器的动态特性的影响，这时相当于假设Mm和E'q为常数的情形。公式二具体为：
求解如上微分方程，得到公式三，公式三具体为：
式中，a和b为常数；称为发电机功角自然振荡角频率。
公式二描述的是系统在小扰动情况下发电机转子加速或减速，转子角位移发生变化，从而导致发电机输出有功功率波动的动态过程。显然，当很小或为负值时，发电机转子运动呈现弱阻尼或发散振荡，角位移弱阻尼或发散波动导致发电机输出有功功率呈现低频振荡。这表明单机无穷大系统低频振荡阻尼由公式二中一阶导数项的系数决定。
现在考虑输入信号ΔMe2的影响，可将其按公式四进行分解，公式四具体为：
ΔMe2＝MdΔω+MsΔδ；
代入公式一，得公式五，公式五具体为：
从公式五可以看出，电磁转矩ΔMe2中MdΔω部分影响系统低频振荡的阻尼，MsΔδ部分对系统低频振荡阻尼没有影响，影响的是发电机输出同步力矩。故MdΔω称为阻尼转矩，MsΔδ称为同步转矩。
一般地，当电力系统运行在系数K5＜0的方式下，励磁控制系统就会提供负阻尼。通常利用广域测量系统(WAMS)实测数据，往往是难以直接求出K5的数值，也就难以判断励磁系统提供阻尼的性质。
下面是本发明提出的一种利用WAMS数据近似求解励磁系统力矩的方法。
发电机的电磁转矩分量ΔMe2与ΔEq′成正比，其比例系数为K2。发电机励磁系统(包括电力系统稳定器PSS)产生的电磁力矩体现在该分量中，可将其投影至Δδ-Δω坐标轴上，得到同步力矩分量和阻尼力矩分量：如果投影到Δω方向上得到的阻尼力矩分量为正，则本台机组的励磁系统对某一振荡频率(对应某一具体振荡模式)提供正阻尼；反之，则提供的是负阻尼，可能是系统引发低频振荡问题的源头。由于ΔMe2＝K2ΔE'q，在发电机状态下K2＞0，所以向量的相位与ΔMe2相同，通过判断与的相位关系，就可以得出励磁系统提供的阻尼性质。
向量与向量的点积在数学上定义为其中θ为向量与向量的夹角，当-90°＜θ＜90°时，点积值为正。若投影到Δω方向上得到的阻尼力矩分量为正，对应于与的夹角在(-90°，90°)之间，即的点积值为正，励磁系统提供正阻尼；若投影到Δω方向上得到的阻尼力矩分量为负，即的点积值为负，励磁系统提供负阻尼，如图1所示。
以上为本发明提出的一种利用WAMS数据近似求解励磁系统力矩的方法，以下将对本发明实施例提供的一种发电机励磁系统振荡提供的阻尼极性判断方法进行详细的描述。
本发明实施例提供的一种发电机励磁系统振荡提供的阻尼极性判断方法，包括：
101、读取发电机组扰动数据，根据发电机组扰动数据提取发电机
首先，读取发电机组的扰动数据，并根据发电机组扰动数据提取发电机数值。
102、计算和的点积值；
在读取发电机组扰动数据，根据发电机组扰动数据提取发电机数值之后，计算和的点积值。
103、根据点积值判断励磁系统提供阻尼的极性。
在计算得到和的点积值后，即可根据点积值判断励磁系统提供阻尼的极性。
本发明实施例提供了一种发电机励磁系统振荡提供的阻尼极性判断方法，通过读取发电机组扰动数据，根据发电机组扰动数据提取发电机计算和的点积值；根据点积值判断励磁系统提供阻尼的极性，本发明从分析发电机组小扰动波动过程的发生机制着手，揭示了发电机励磁系统阻尼比与小干扰过程中的重要变量之间关系，具有明确的物理概念和简便的计算公式，易于理解和操作，解决了目前分析发电机组低频振荡的过程中没有对发电机组的不同控制系统提供的阻尼情况进行单独分析计算，仅获得了发电机组的整体外特性，而不清楚发电机组在低频振荡过程中各个控制系统所提供的阻尼的极性的技术问题。
以上为对本发明实施例提供的一种发电机励磁系统振荡提供的阻尼极性判断方法进行的详细描述，以下将对本发明实施例提供的一种发电机励磁系统振荡提供的阻尼极性判断方法的详细过程进行详细的描述。
本发明实施例提供的一种发电机励磁系统振荡提供的阻尼极性判断方法的另一个实施例包括：
201、读取发电机组扰动数据，发电机组扰动数据包括电网同步相量测量装置PMU数据和故障录波；
首先，读取发电机组扰动数据，发电机组扰动数据包括电网同步相量测量装置PMU数据和故障录波。
202、根据电网同步相量测量装置PMU数据和故障录波，提取发电机的；
在读取发电机组扰动数据之后，根据电网同步相量测量装置PMU数据和故障录波，提取发电机的数值。其中，可通过对发电机机端电压、发电机机端电流和发电机电抗进行计算得到发电机
203、计算和的点积值；
在根据电网同步相量测量装置PMU数据和故障录波，提取发电机的数值之后，计算和的点积值。
204、根据点积值判断励磁系统提供阻尼的极性，当点积值为正时，励磁系统提供阻尼的极性为正，当点积值为负时，励磁系统提供阻尼的极性为负。
在计算得到和的点积值之后，根据点积值判断励磁系统提供阻尼的极性，当点积值为正时，励磁系统提供阻尼的极性为正，当点积值为负时，励磁系统提供阻尼的极性为负。
本发明实施例提供了一种发电机励磁系统振荡提供的阻尼极性判断方法，通过读取发电机组扰动数据，根据发电机组扰动数据提取发电机计算和的点积值；根据点积值判断励磁系统提供阻尼的极性，本发明从分析发电机组小扰动波动过程的发生机制着手，揭示了发电机励磁系统阻尼比与小干扰过程中的重要变量之间关系，具有明确的物理概念和简便的计算公式，易于理解和操作，解决了目前分析发电机组低频振荡的过程中没有对发电机组的不同控制系统提供的阻尼情况进行单独分析计算，仅获得了发电机组的整体外特性，而不清楚发电机组在低频振荡过程中各个控制系统所提供的阻尼的极性的技术问题。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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