基于实时状态内电势控制的同步电机励磁系统控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于实时状态内电势控制的同步电机励磁系统控制方法，属于电 机励磁控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 由于励磁控制对象同步电机（包括同步电动机和同步发电机）的非线性，当励磁 采用经典PID控制时，在不同的工作点放大倍数差异非常大，使得经典PID在全局系统的响 应特性差别非常大，导致为了满足全局静态稳定的需要，使得在某些工作点系统的响应速 度难W满足大扰动稳定的要求。
[0003] 对于同步发电机，随着全国电网互联的实施，电网规模不断扩大，大容量、超高压、 远距离输电系统日益增多，因而电网的稳定运行问题变得越来越复杂，电机控制也就显得 越来越重要。电力系统稳定包括功角稳定和电压稳定两部分。电压稳定分为大扰动电压稳 定和小扰动电压稳定：大扰动电压稳定是指大扰动如系统故障、失去发电机或回路故障后 系统控制电压的能力；而小扰动电压稳定是指小扰动如系统负荷逐渐增长的情况下系统控 制电压的能力。励磁系统是控制发电机无功功率的关键环节，对发电机动态行为有很大影 响。
[0004] 随着励磁控制技术的进步，现代大型机组的励磁控制系统具有多项辅助功能，除 主环机端电压控制外，还有许多辅环控制环节，例如转子电流控制、调差、伏赫兹限制、欠励 限制、过励限制、过无功限制、PSS(电力系统稳定器）等。主要用来保护发电机转子和定子 的安全。当W上辅助环节发生作用时，往往正是电网稳定性受到威胁或者发电机本体的安 全受到潜在威胁的时候，也可W说当电网或者同步发电机组发生故障时，一般都伴随着各 种限制环节的作用，此时的控制性能往往不再由主环决定，而W前对于励磁系统的研究更 多的是关注励磁系统主环的特性，所W在电网或者同步发电机组发生故障时往往未必能够 起到预想的效果。通过对辅环控制性能的研究，可W大大提高励磁系统在电网或同步发电 机组发生故障情况下的调节性能，真正提高励磁系统的可靠性，提高电网的安全性和稳定 性。所W对于大型发电机励磁系统不但要研究主环、辅环的控制性能，还要研究主环和辅环 共同作用过程中的协调问题，该样才能保证在电网出现故障或者发电机自身发生故障时， 励磁系统能够最大限度地为电网的稳定及发电机的安全做出贡献。
[0005] 目前国际标准IE邸std421，特别是国标GB/T7409. 2中励磁系统控制模型中 辅助环节与主控制环节间既有采用叠加方式的又有采用高低口方式的，当采用高低口形式 的限制器时，只需分别考虑主、辅环模型和参数的选择，而当采用叠加方式的励磁系统模型 时，则不但要分别考虑主、辅环的模型和参数的选择，还必须考虑其间的协调控制。两者各 有优缺点，采用高低口方式的励磁系统在限制动作与退出中存在无扰切换的问题，而叠加 方式的模型存在辅环参数选择的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于实时状态内电势控制的 同步电机励磁系统控制方法，解决现有技术中同步电机励磁系统稳定性不高的技术问题。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是；基于实时状态内电势控制的 同步电机励磁系统控制方法，包括如下步骤：
[000引步骤一：将同步电机励磁控制目标中的机端电压参考值Uref、无功功率参考值Qref按照公式（1)转换成控制目标内电势E。：
[0009]
【主权项】
1. 基于实时状态内电势控制的同步电机励磁系统控制方法，其特征在于，包括如下步 骤： 步骤一：将同步电机励磁控制目标中的机端电压参考值UMf、无功功率参考值Qref按照 公式⑴转换成控制目标内电势Eq:
率实时测量值，xd为电抗变换系数； 当以无功功率Q为控制目标时，U为同步电机机端电压实时测量值，Q即为无功功率参 考值QMf; 当以机端电压U为控制目标时，U即为机端电压参考值UMf，Q为同步电机无功功率实 时测量值； 当控制目标进行内电势转换后，与之比较的实际测量值也相应的进行Eq转换，式中U 为同步电机机端电压实时测量值，Q为同步电机无功功率实时测量值； 步骤二：将同步电机励磁系统控制归结为三类控制：主环-机端电压控制、辅环-无功 功率控制和辅环-励磁电流控制； 所述主环-机端电压控制包括：机端电压控制、调差控制、伏赫兹限制控制； 所述辅环-无功功率控制包括：欠励限制控制、过无功限制控制； 所述辅环-励磁电流控制包括：最大励磁电流控制、最小励磁电流控制、PSS控制、过励 限制控制； 步骤三：对于主环-机端电压控制：设叠加了调差值的机端电压参考值为UMf，则转化 同步电机控制目标内电势的参考值为：
对于辅环-无功功率控制：设无功功率参考值为QMf，则转化为的同步电机控制目标内 电势的参考值为：
对于辅环-励磁电流控制：直接切换至以励磁电流为控制目标进行的控制； 步骤四：将以机端电压为控制目标的励磁控制主环、以无功功率为控制目标的励磁控 制辅环和以励磁电流为控制目标的励磁控制辅环，按照各自对系统稳定的影响及实时控制 的需要，选取当前的实时控制目标，进行闭环控制实现励磁系统控制。
2. 根据权利要求1所述的基于实时状态内电势控制的同步电机励磁系统控制方法，其 特征在于，步骤四中实时控制目标的选取步骤如下： 步骤401 :若过无功限制动作，以过无功限制的无功功率参考值转换后的控制目标内 电势的参考值作为控制目标；无限制动作且电压闭环情况下，将机端电压参考值转换 后的控制目标内电势的参考值为控制目标； 步骤402 :若伏赫兹限制动作，设机端电压与频率比的限制为k，取伏赫兹限制电压参 考值Umf= k*f转换后的控制目标内电势的参考值作为控制目标；若伏赫限制动作未动作， 取步骤401中的值作为本步骤所得的控制目标； 步骤403 :若电流闭环启动，取励磁电流参考值为本次步骤所得的控制目标，若电流闭 环未启动，取步骤402中所得的控制目标； 步骤404 :若过励限制动作，取过励限制励磁电流参考值为本步骤所得的控制目标，若 过励限制未动作，取步骤403中所得的控制目标； 步骤405 :若欠励限制动作，取欠励限制无功功率参考值转换后的控制目标内电势的 参考值为本步骤所得的控制目标，若欠励限制未动作，取步骤404中所得的控制目标； 步骤406 :若最大励磁电流限制动作，取最大励磁电流限制励磁电流参考值为本步骤 所得的控制目标，若最大励磁电流限制未动作，取步骤405中所得的控制目标； 步骤407 :若最小励磁电流限制动作，取最小励磁电流限制励磁电流参考值为本步骤 所得的控制目标，若最小励磁电流限制未动作，取步骤406中所得的控制目标； 步骤408 :若PSS投入，将PSS输出叠加在步骤407得到的控制目标上；若PSS未投入， 取步骤407中所得的控制目标； 步骤409 :当机端电压、无功功率等控制目标转换成内电势参考值时，与之比较的实际 测量值也相应的进行Eq转换；当控制目标为励磁电流参考值时，与之比较的是实时励磁电 流； 步骤410 :针对机端电压控制、无功功率控制、励磁电流控制设计对应的控制参数，若 步骤408中所得最终控制目标为机端电压控制、伏赫限制，选取机端电压控制对应的控制 参数；若步骤408中所得最终控制目标为过无功限制、欠励限制，选取无功功率控制对应的 控制参数；若步骤408中所得最终控制目标为励磁电流控制、过励限制、最大励磁电流限 制、最小励磁电流限制，选取励磁电流控制对应的控制参数。
【专利摘要】本发明公开了一种基于实时状态内电势控制的同步电机励磁系统控制方法，将同步电机励磁控制目标中的机端电压，无功功率，按照折算成控制目标内电势，P为电机实时有功功率，当以无功功率为控制目标时，U为电机实时机端电压值，Q为无功功率Qref；当以机端电压为控制目标时，U为机端电压Uref，Q为电机实时无功功率值；xd为电抗变换系数。将以机端电压为控制目标的励磁控制主环、以无功功率为控制目标的励磁控制辅环和以励磁电流为控制目标的励磁控制辅环，按照各自对系统稳定的影响及实时控制的需要，选取当前的实时控制目标，进行闭环控制实现励磁系统控制，形成同步电机的励磁控制模型。本发明可加强励磁系统对电力系统稳定的支撑作用。
【IPC分类】H02P6-00
【公开号】CN104821757
【申请号】CN201510170370
【发明人】杨铭, 许其品, 邵宜祥, 耿敏彪
【申请人】国电南瑞科技股份有限公司
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月10日