一种基于振荡能量注入的励磁系统负阻尼检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于振荡能量注入的励磁系统负阻尼检测方法，涉及电力系统动态稳定【技术领域】。对所述的励磁系统振荡能量注入由公式计算；通过辨识算法，只提取所关心的振荡频率的振荡分量进行计算；以振荡能量注入的正负来判定励磁系统阻尼的负和正。采用直接测量的发电机励磁电压uf和励磁电流if来检测励磁系统阻尼，避免对发电机内部变量进行重构，因此计算简单；由于不需要用到发电机内部参数，避免了因发电机参数不准确而造成的误差，因此计算更加准确。从发电机监控系统数据库中提取振荡期间的励磁电压和励磁电流进行励磁系统阻尼特性分析；也可编程作为一个子程序，集成于发电机监控系统中应用。
【专利说明】一种基于振荡能量注入的励磁系统负阻尼检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统动态稳定【技术领域】，尤其是一种基于振荡能量注入的励磁系 统负阻尼检测方法。
【背景技术】
[0002] 现代电力系统中，具有高放大倍数的快速励磁装置的使用是引起低频振荡的主要 原因之一。励磁装置可能在特殊的运行工况下可能会使发电机转子上产生一个负的阻尼转 矩，导致发电机振荡。
[0003] 另一方面，励磁系统也是抑制低频振荡的关键所在。在励磁系统正加装电力系统 稳定器（Power System Stabilizer, PSS)，通过反馈发电机转速、机端频率或者发电机功 率，经滤波、放大、相位补偿等处理，生成一个附加励磁参考信号，作用于励磁装置，改变励 磁电压，以使其在发电机转子上产生一个正阻尼转矩，可以起到抑制发电机振荡的作用。
[0004] 当PSS整定不当也可能产生负阻尼。如不恰当的相位补偿参数，过大或过小的放 大倍数，都有可能导致PSS产生负阻尼。也可能在一个频率范围为发电机提供正阻尼，而在 另一个频率范围为发电机提供负阻尼。
[0005] 现有的励磁系统负阻尼检测方法经检索有如下几种：
[0006] 方法1:检测指标/ Λ if Λ codt来判断励磁系统是否产生负阻尼（王茂海， 郭登峰，江长明.低频振荡过程中励磁系统阻尼特性分析方法[J].电力系统自动 化，2013, 37(04) :47-50)。
[0007] 方法2 :检测指标来判断励磁系统是否产生负阻尼（李颖，沈 沉，刘锋.基于Hamilton实现的电力系统振荡源设备级定位[J].电力系统自动 化，2012, 36(23) :6-11.)。
[0008] 方法3 :检测指标/ ΛΕ' codt来判断励磁系统是否产生负阻尼，（李文锋，李 莹，周孝信，等.基于WAMS的电力系统功率振荡分析与振荡源定位（2)力矩分解法[J]. 中国电机工程学报，2013, 33 (25) : 47-53.)。
[0009] 上述方法的缺陷表现在：方法1，这一方法的导出依靠工程经验，缺少严格数学依 据；
[0010] 方法2 :检测的两个变量是不能直接测量的，需要通过可以测量的量来重 构，这使得计算较为复杂；重构变量需要用到某些发电机内部参数，如果设备生产商给出的 参数不准确，或在运行过程中参数发生变化，可能造成检测误差；
[0011] 方法3:与方法2的缺点类似，变量ΛΕ',是不能直接测量的，需要通过可以测量 的量来重构，这使得计算较为复杂；重构变量需要用到某些发电机内部参数，如果设备生产 商给出的参数不准确，或在运行过程中参数发生变化，可能造成检测误差。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的克服上述技术缺陷与不足，采用直接测量发电机励磁电压和励磁电 流来检测励磁系统阻尼，计算简单；不会因发电机内部参数发生变化带来计算误差，计算准 确；检测励磁系统是否产生了负阻尼，提供一种基于振荡能量注入的励磁系统负阻尼检测 方法。
[0013] 励磁系统负阻尼是造成电力系统低频振荡的主要原因。本发明要解决的问题是检 测励磁系统是否产生了负阻尼。
[0014] 实现本发明目的之技术解决方案如下：一种基于振荡能量注入的励磁系统负阻尼 检测方法，包括如下步骤：
[0015] 1)选择振荡期间待检测发电机的励磁电压和励磁电流进行分析；
[0016] 2)利用辨识算法对测量获得的的励磁电压和励磁电流进行辨识，分别辨识出所选 择时间窗口内励磁电压和励磁电流的振荡幅值A、衰减因子σ、振荡频率f和初始相位f I
[0017] 3)选择待分析振荡模式，根据励磁电压和励磁电流重构公式以及所要分析的振荡 频率对应的振荡幅值Α、衰减因子σ、振荡频率f和初始相位φ，在时域内分别重构励磁电 压振荡分量和励磁电流振荡分量，得到Au f(t)和Aif(t);
[0018] 4)励磁系统向发电机中注入的振荡能量为：
[0019] - j' (16)
[0020] 式中：Λ uf为励磁电压的主振荡模式分量，Λ if为励磁电流待分析振荡模式分量；
[0021] 5)将式（16)离散化，得到式（22) k
[0022] = X Α--Λ (22) 丨丨：.:.-
[0023] 将式（22)进一步化简为递推的振荡能量计算公式：
[0024] ffex (0) = 0 (23)
[0025]
[0026] ffex (k) = ffex (k-1) + Δ uf (k) Δ if (k) At (k > 0)
[0027] 按照振荡能量计算公式（23)计算待分析振荡模式注入的振荡能量，形成励磁系 统注入能流曲线W ex ;
[0028] 6)计算机判定，如果励磁系统注入能流曲线Wex曲线斜率为正，励磁系统呈现负阻 尼，励磁系统使电力系统待分析振荡模式的阻尼比降低；如果注入能流曲线W ex曲线斜率为 负，该系统呈现正阻尼，励磁系统使电力系统待分析振荡模式阻尼比增加。
[0029] 进一步地，所述的一种基于振荡能量注入的励磁系统负阻尼检测方法，步骤6)所 述的计算机判定，其具体步骤如下：
[0030] 2. 1)、选择所要分析的时间段，输入该时间段内的励磁电压和励磁电流；
[0031] 2. 2)、输入采样周期At，辨识程序阶数P，大致的振荡周期数m;
[0032] 2. 3)、估算主振荡频率段，主振荡频率满足彡&彡f_其中 m .? m ? > ?广:-.: * - -：： J s ? η Μ n A r
[0033] 2. 4)、启动辨识程序，辨识出该时间段内励磁电压和励磁电流的振荡幅值A、衰减 因子〇、振荡频率f和初始相位φ;
[0034] 2. 5)、选择待分析振荡模式，根据励磁电压重构公式：
[0035] .Σ七叫咖,,加细+在时域内重构励磁电压待分析 'mm - J ? - J mss 振荡模式振荡分量，得AUfU);
[0036] 2. 6)、根据励磁电流重构公式：
[0037] Λ/'⑷=.Σ 々eXp(<x (+M_S(2〇M +? >在时域内重构励磁电流待分析 Jmm -- Jmmw 振荡模式振荡分量，得△ if (t);
[0038] 2. 7)、计算时间与采样点的对应关系为：t (k) = Δ t · k ;
[0039] 2. 8)、根据递推的振荡能量计算公式计算振荡能流：
[0040] ffex (0) = 0
[0041] ffex (k) = ffex (k-1) + Δ uf (k) Δ if (k) At (k > 0)
[0042] 计算励磁系统注入的振荡能量；
[0043] 2.9)、打印曲线Wex(t)，判断曲线Wex⑴斜率是否大于0 ?如果是，励磁系统呈现 负阻尼，励磁系统使电力系统待分析振荡模式阻尼比降低；如果否，励磁系统呈现正阻尼， 励磁系统使电力系统待分析振荡模式阻尼比增加。
[0044] 进一步地，所述的基于振荡能量注入的励磁系统负阻尼检测方法，所述的辨识程 序包括Prony算法或者TLS-Esprit算法中的任意一种辨识程序。
[0045] 本发明所述的励磁系统振荡能量注入计算的原理是有理论依据的，以下是振荡能 量计算的严格数学依据。
[0046] 根据发电机三阶模型：
【权利要求】
1. 一种基于振荡能量注入的励磁系统负阻尼检测方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 选择振荡期间待检测发电机的励磁电压和励磁电流进行分析； 2) 利用辨识算法对测量获得的的励磁电压和励磁电流进行辨识，分别辨识出所选择时 间窗口内励磁电压和励磁电流的振荡幅值A、衰减因子〇、振荡频率f和初始相位φ ; 3) 选择待分析振荡模式，根据励磁电压和励磁电流重构公式以及所要分析的振荡频率 对应的振荡幅值Α、衰减因子〇、振荡频率f和初始相位φ，在时域内分别重构励磁电压振 荡分量和励磁电流振荡分量，得到Au f(t)和Aif(t); 4) 励磁系统向发电机中注入的振荡能量为：
式中：Auf为励磁电压的待分析振荡模式分量，△ if为励磁电流待分析振荡模式分量； 5) 将式（16)离散化，得到式（22)
将式（22)进一步化简为递推的振荡能量计算公式： Wex(0) = 0 (23) ffex (k) = ffex (k-1) + Δ uf (k) Δ if (k) At (k > 0) 按照振荡能量计算公式（23)计算待分析振荡模式注入的振荡能量，形成励磁系统注 入能流曲线Wex ; 6) 计算机判定，如果励磁系统注入能流曲线Wex曲线斜率为正，励磁系统呈现负阻尼， 励磁系统使电力系统待分析振荡模式的阻尼比降低；如果注入能流曲线W ex曲线斜率为负， 该系统呈现正阻尼，励磁系统使电力系统待分析振荡模式阻尼比增加。
2. 根据权利要求1所述的一种基于振荡能量注入的励磁系统负阻尼检测方法，其特征 在于，步骤6)所述的计算机判定，其具体步骤如下： 2. 1)、选择所要分析的时间段，输入该时间段内的励磁电压和励磁电流； 2. 2)、输入采样周期Λ t，辨识程序阶数P，大致的振荡周期数m ; 2. 3)、估算主振荡频率段，主振荡频率满足
2. 4)、启动辨识程序，辨识出该时间段内励磁电压和励磁电流的振荡幅值A、衰减因子 〇、振荡频率f和初始相位Φ ; 2. 5)、选择待分析振荡模式，根据励磁电压重构公式： ΔΜ"=,
主时域内重构励磁电压待分析振 荡模式振荡分量，得△%(0 ; 2. 6)、根据励磁电流重构公式： Ai'.(k、=
生时域内重构励磁电流待分析振荡 模式振荡分量，得Aif(t); 2. 7)、计算时间与采样点的对应关系为：t(k) = At · k ; 2. 8)、根据递推的振荡能量计算公式计算振荡能流： Wex(〇) = 〇 Wex(k) = Wex(k-1) + Auf(k) Aif(k) At (k > 0),计算厉力磁系统注入的振荡能量； 2. 9)、打印曲线Wex⑴，判断曲线⑴斜率是否大于0 ?如果是，励磁系统呈现负阻 尼，励磁系统使电力系统待分析振荡模式阻尼比降低；如果否，励磁系统呈现正阻尼，励磁 系统使电力系统待分析振荡模式阻尼比增加。
3. 根据权利要求1所述的一种基于振荡能量注入的励磁系统负阻尼检测方法，其特征 在于，所述的辨识程序包括Prony算法或者TLS-Esprit算法中的任意一种辨识程序。
【文档编号】G01R31/00GK104101805SQ201410336446
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】刘天琪, 杨毅强, 王峰 申请人:四川大学