同步发电机建模.ppt

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1、第 3 讲同步发电机建模,I.一次任意抛载测试法,1.1 传统方法,分2次甩负荷，测量端口电压、功角d轴抛载：使发电机 Id=0，亦即q轴抛载：使发电机 Iq=0，亦即,1.2 新方法,1次任意状态甩负荷增加测量励磁电流和功角先利用前后稳态条件确定,利用励磁电流辨识部分参数利用暂态辨识 Xd 和 Td0利用次暂态辨识 Td0”,未知,q轴参数均未知,由包络线只能辨识两个电抗之差,完全已知,利用电压辨识剩余参数Xd”，Xq”，Tq0”,辨识结果,辨识效果很好！,辨识效果很好！,II.基于励磁小扰动的参数辨识,以往试验：抛载试验、系统故障励磁小干扰：改变电压参考值 Uref 输入变量：励磁（绕组）

2、电压 Uf 输出变量：发电机功角、端口三相交流电压、端口三相交流电流测量：RTDS试验 PMU测量,2.1 试验方法,2.2 参数辨识,辨识结果 RDTS直接出来的数据辨识q轴结果PMU采集到的数据辨识q轴结果,RDTS直接出来的数据辨识d轴结果 PMU采集到的数据辨识d轴结果,励磁扰动大小对辨识精度的影响,q轴2扰动下辨识结果 q轴10扰动下辨识结果:,q轴辨识结果 2阶跃时 10阶跃时,d轴辨识结果 2阶跃时 10阶跃时,结果表明：扰动大小的改变对于稳态参数的辨识精度没有明显的影响，对于暂态与次暂态参数，辨识精度的改变相对明显。,扰动类型对辨识精度的影响,注意，扰动是通过改变电压参考值 U

3、ref 来产生的，而不能直接改变励磁绕组上的电压 Uf 来产生的，两者之间经过了电压调节器、稳定器和励磁机；Uref 为阶跃变化时的 Uf 图形如下；另外，研究了在Uref 上施加白噪声。白噪声是一个在全频段具有平均功率的随机过程，是理想的试验信号，但经过中间环节后则已经不再是白噪声了；,两种情况下 Uf 的功率谱如图。可见，Uf 的功率谱在 Uref 上施加白噪声信号时要好于阶跃信号，但并不是恒定的。,励磁阶跃10扰动下q轴辨识结果,白噪声扰动下q轴辨识结果,励磁阶跃10扰动下d轴辨识结果 白噪声扰动下d轴辨识结果,结果分析信噪比在2.04.0时具有较好的精度，其中在信噪比为2.5时q轴辨识

4、精度最好；两种激励方式下，稳态电抗的辨识精度没有明显提高，暂态和次暂态电抗的辨识精度有较为明显的提高；因此，白噪声扰动方式更有利于激发同步发电机的动态过程，有利于提高动态参数的辨识精度。,方法：时域法没有严格条件，频域法有条件，,2.3 对比研究,忽略脉变电势 忽略转速变化 忽略电阻 励磁电压不变,对q轴动态参数，时域法略差于频域法；对d轴动态参数，时域法优于频域法法；各有千秋，可以同时使用对比，但时域法更好些。,干扰方式,励磁白噪声好甩负荷辨识较好励磁阶跃扰动方式次之外部断线扰动方式再次之,III.基于Park模型的参数辨识,3.1 两种模型结构示意图,Park模型,五阶实用模型,3.2 两

5、种模型参数间的关系同步发电机d、q轴等值电路,实用参数与基本参数的关系 实用 经典表达 精确表达,前向变换后向变换,结论等值电路模型参数具有独立性当采用5阶实用模型时，d轴的实用参数 是不独立的两种模型可以互相推导，有唯一性,3.3 Park模型d轴参数的可辨识性分析由磁链、电压方程得：,线性化得：,Laplace变换，可得传递函数：,根据线性系统辨识理论，均可辨识但不能单独辨识：,由前后稳态条件可辨识稳态方程利用扰动前、后的稳态条件和动态过程，同步发电机Park模型中d轴电路参数均是可以唯一辨识的,3.4 Park模型q轴参数的可辨识性分析分析方法同d轴利用扰动前稳态条件和动态过程，同步发电

6、机Park模型q轴电路参数是唯一可辨识的,3.4 参数辨识策略与过程分步策略稳态参数动态参数提高速度，精度d轴原来辨识的参数 现在辨识参数,优化方法蚁群算法辨识过程,3.5 基于实用模型的参数辨识结果目标函数观测量选的是d、q轴的电流,辨识流程,仿真算例单机无穷大RTDS仿真系统额定容量217.43MVA，功率因数0.875在t=0.5s时发电机励磁阶跃参考电压升高3%,稳态参数辨识结果,动态参数辨识结果,曲线拟合 RTDS测量输出-实用模型,3.6 基于Park模型的参数辨识结果目标函数观测量选的是d、q轴的磁链,由电压方程获得测量磁链,辨识流程,磁链拟合 RTDS测量输出-Park模型,动

7、态参数辨识结果,3.6 两种模型参数辨识结果对比曲线拟合(+-30%)RTDS测量输出-实用模型-Park模型,曲线拟合(-30%,+60%)RTDS测量输出-实用模型-Park模型,结论分步辨识策略是有效的同步发电机Park模型参数辨识取磁链为输出量是可行的 d，q轴磁链拟合的比较好，参数辨识有较高的精度，适合于工程实践 Park模型辨识结果稳定，适应性强验证了Park模型电路参数是互相独立的，而实用模型d轴参数不是完全独立的,IV.考虑饱和的参数辨识,4.1 饱和概述额定运行点都有一定程度的饱和饱和程度越深，电抗减少越明显 水轮发电机减少25%左右 汽轮发电机减少15%-25%极限运行情况

8、下更加明显,4.2 考虑饱和的同步发电机模型,饱和系数a、b、n的参数值可根据实际饱和曲线用拟合的方法（如最小二乘法）求出,4.3 考虑饱和的参数辨识辨识步骤根据发电机手册（或空载试验）上的空载饱和曲线，求参数a，b，n 进行励磁阶跃扰动试验，采集数据 用蚁群算法进行优化判断参数是否达到收敛条件，如果达到，则结束辨识，否则，回到第三步,算例分析单机无穷大系统空载特性曲线,辨识结果a0.9258，b=0.0791，n=8.0417,d轴曲线拟合 不饱和模型-饱和模型 仿真曲线,q轴曲线拟合-(不)饱和模型 仿真曲线,V.其它参数,励磁及其调节系统励磁系统调节系统PSS,机械系统 原动机（汽轮机、水轮机）调速系统 动力系统,摇摆方程 惯性时间常数 阻尼系数,阻尼系数问题机械阻尼阻尼绕组励磁绕组及其调节系统阻尼系数与模型内含有关,第3讲结 束!,