第３３卷第３期 四川电力技术 Ｖｏ１．３３。Ｎｏ．３ ２０１０年６月 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｊｕｎ．。２０１０ 水电厂励磁系统数学建模中存在的问题及解决方法 毕坚 。夏潮 （１．四川省电力工业调整实验所，四川成都６１００１６；２．中国电力科学研究院，北京１００１９２） 摘要：准确的模型和参数的精确，是进一步提高电网安全稳定分析准确度的必要条件。在对电网中运行的部分水 电厂励磁系统模型参数辩识中遇到模型或参数不准确的现象。分析了这些问题产生的原因，提出了几种有效的解决 方法，解决了仿真结果和实测结果不一致的问题。 关键词：励磁；模型；问题；方法 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ａ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ８ｅＣＵ－ ｄｒｙ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｎ ｓｏｍｅ ｓｍａｌｌ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔｓ ｒｕｎｎｉｎｇ ｉｎ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ，ｔｈｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ｉｎａｃｃｕｒａｔｅ．Ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｓｅｖｅｒａｌ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ａｌｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｈｅｌｐｆｕｌ ｔｏ ｅｓｔａｂ－ ｌｉｓｈ ａｎ ａｃｃｕｒａｔｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ；ｍｏｄｅｌ；ｐｒｏｂｌｅｍ；ｍｅｔｈｏｄ 中图分类号：ＴＭ７６１ 文献标志码：Ａ文章编号：１００３—６９５４（２０１０）０３—００９２—０３ 励磁系统模型作为电力系统“四大模型”之一， １２型，作为电力系统稳定计算用励磁系统模型 。 模型参数的准确性直接关系到系统稳定分析工作的 在图１所示的传递函数中， ＝３， ＝６， ＝０。 正确性。随着电网规模的不断扩大，分析使用的模 型、参数对计算结果的影响越来越大。模型的完整和 参数的精确，是进一步提高电网安全稳定分析准确度 的必要条件¨ ｊ。励磁系统模型参数一般根据调节 器、发电机及励磁变压器等厂家提供的资料，由试验 图１励磁调节器ＰＩＤ传递涵数 院（所）通过现场试验进行校验或测试获得。厂家提 供的资料是否准确，测试方法是否正确都将影响励磁 ２励磁系统数学建模中存在的问题 系统模型和参数的准确性。 四川某水电厂的励磁系统模型按现场采集的数 按励磁调节器厂家提供的ＰＩＤ参数建立发电机 据建立后，仿真结果和实测结果之问出现了较大的偏 励磁系统数学模型，在ＰＳＡＳＰ仿真程序中对机端电 差，分析了偏差产生的可能原因，提出了对模型参数 压做５％阶跃仿真试验。发电机空载５％机端电压阶 的修改办法，修改后，模型的计算结果和实测结果基 跃响应各项指标的仿真结果与现场实测结果见表１。 本吻合。 由表１可见，上升时间和峰值时间两项重要指标 的偏差超出了励磁系统建模导则的允许偏差 】。 １某水电厂１号机组励磁系统简介 ３仿真计算存在较大偏差的原因分析 某水电厂１号机组为２１ ＭＷ水轮发电机，发电 机采用自并激励磁方式，励磁调节器为数字式励磁调 ３．１ ＰＩＤ放大倍数设置不一致 节器，采用并联ＰＩＤ控制，其传递函数如图１。图１ 目前国内电网中运行的励磁调节器，其ＡＶＲ调 中 为ＰＩＤ比例环节系数， 为积分环节系数， 节器的主环ＰＩＤ参数中的放大倍数，有的已经将可控 为微分环节系数。发电机励磁模型选用中国版ＢＰＡ 硅放大倍数 折算进去了，有的则没有包括 。因 暂态稳定程序中的ＦＶ型 、或ＰＳＡＳＰ程序包中的 此进行仿真试验时，如果已经确认 包含在ＰＩＤ的 ・９２・ 第３３卷第３期 ２０１０年６月 四川电力技术 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．３３，Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．，２０１０ 放大倍数中，模型中通常将 设置为１。相反，则要 对 的值进行实测并设置为实测值。因此，在情况 不明确的情况下，当阶跃曲线的仿真与实测结果之间 的误差超过相关的行业标准时，通常首先考虑的是对 ＡＶＲ放大倍数进行调整 ｍ 。 表１ 发电机空载５％机端电压阶跃响应仿真结果 与实测结果比较 ３．２ ＰＩＤ环节中的参数设置和实测值不吻合 部分调节器厂家的程序设计人员根据产品的特 点在ＰＩＤ的环节中设置一些系数，这样导致调节器参 数库中的参数值与ＰＩＤ环节实测的参数值不吻合，这 给现场参数的测量带来很大的困难。通常对于这种 情况，可以采用频域法对ＰＩＤ的各个环节进行现场测 量… ，求取环节实际的参数值。由于该电站调节器 没有信号叠加点，无法采用频域法进行测量，只能采 用拟合的办法估计ＰＩＤ的参数。一般来说，利用拟合 得出的参数会有很好的仿真效果，但得到的结果往往 不是唯一的，一般都可以拟合出多组参数，因此通常 只有拟合的参数与厂家提供的参数差别很小且有一 定依据的情况下才值得采信。 ３．３发电机转子绕组时间常数 ，出厂值和实测值 不相同 发电机出厂资料中一般都会有转子绕组的时间 常数 ，，建模试验时一般会对该时间常数进行校 验，但有些调节器装置无法做校验性的试验项目，或 由于发电机出厂参数测量时的环境与现场环境不同， 例如从转子绕组到调节器装置之间的这段电缆是在 安装后才有的，从而引起转子绕组的阻抗值与出厂值 不一致，另外，转子绕组的电阻值也因为工况的变化而 变化，这些因素都会引起转子回路时间常数的变化。 ４解决方法 ４．１对ＰＩＤ放大倍数进行调整 按同步发电机励磁系统建模导则的要求，实测结 果和仿真结果的差异较大时可以调整可能产生偏差 的数据，如励磁机时间常数、励磁系统总的静态增益、 励磁机励磁绕组电阻值、由纯延时特性推出的等效惯 性环节时间常数参数等。这里首先考虑励磁系统总 的静态增益不包括可控硅的放大倍数 的情况。通 过现场的试验数据，利用式（１），可计算出 。。 Ｋ：ｏ１．３５ ＵＵＮ （１） ＦＯ ＿１．３５ ８ ０８１￣２．２８ 式（１）中， 为发电机励磁电压；％为发电机励 磁电压的基准值； 为发电机端电压；Ｕ 为发电机 端电压额定值。 将仿真程序中 的值由１改为２．２８，仿真结果 见表２。 表２ 发电机空载５％阶跃响应试验仿真结果 与实测结果比较 由表２可见，仿真结果中的上升时间 与峰值 时间 与实测结果的偏差分别为０．１４ Ｓ、０．２１ ｓ，依 然没有满足行标要求的０．１ Ｓ，说明调节器厂家提供 的ＰＩＤ参数不完整。 ４．２对ＰＩＤ环节中的参数进行拟合 在该水电厂数学模型中，缺少的资料可采用 ＰＳＡＳＰ经典参数。对可控硅放大倍数和发电机转子 时间常数进行了实测，并对实测数据进行了仿真，仿 真结果都不理想，可采用拟合的方法对ＰＩＤ参数进行 调整，调整后的数据如下：Ｋｅ＝６，Ｋ，＝６，Ｋ ：０。 根据拟合的参数进行仿真计算，结果见表３，阶 跃曲线的仿真结果和实测结果如图２所示。 Ｉ一■口【●■ｌ—Ｉ曩嗣＿ｌ — ｉ ………． ……． ： ● ● ● ＇Ｏ ｎ－Ｉ‘－・‘ｊ 图２发电机空载５％阶跃响应曲线及仿真曲线 ・９３・ 第３３卷第３期 ２０１０年６月 四川电力技术 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｅｌｅｃｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ ｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．３３。Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．。２０１０ 表３根据拟合的ＰＩＤ参数仿真结果与实测结果比较 ［２］ 窦骞，刘南平．励磁控制系统的实时仿真研究［Ｊ］．广 西电力，２００５，２８（１）：５—８，２６． ［３］ 彭波，赵勇，苏寅生，等．南方电网励磁系统实测与建模 技术及其应用［Ｊ］．南方电网技术，２００８，２（５）：５１—５４． ［４］黄梅，郝满江．励磁系统模型可辨识性研究［Ｊ］．北京 交通大学学报，２００６，３０（２）：１０１—１０３． 表３中横坐标为时间，单位为秒，纵坐标为机端 电压的标幺值。由表３可见，仿真结果和实测结果之 间的偏差在允许偏差范围内。由图１可见，仿真曲线 与实测曲线基本吻合。 ［５］ 肖洋．四川宝兴东风水电站２号机励磁系统模型参数测 试报告［Ｒ］．中国电力科学研究院，２００９． ［６］ 贺文．大坝电厂４号机励磁系统数学模型参数测试 ［Ｊ］．宁夏电力，２００５（５）：２２—２６． ［７］ 袁训奎，刘世富，赵义术．山东电网励磁系统模型参数确 认试验的分析［Ｊ］．电力建设，２００８，２９（７）：３２—３４． ５结论 ［８］ 夏潮．四川宝兴东风水电站１号机励磁系统模型参数测 试报告［Ｒ］．中国电力科学研究院，２００８． ［９］ 国家电网公司．Ｑ／ＧＤＷ １４２—２００６国家电网公司企业 标准［Ｓ］．北京：中国电力出版社，２００６． ［１Ｏ］ 吴涛，苏为民，刘永奇，等．华北电网开展发电机励磁系统 实测结果和仿真结果的差异较大时可以调整实 际可能产生偏差的数据，如励磁机时间常数、励磁系 统总的静态增益、励磁机励磁绕组电阻值、由纯延时 特性推出的等效惯性环节时间常数参数等。通过对 这些参数的调整后，如果仿真结果与实测结果偏差满 足行业标准的要求，可以认为模型参数基本准确，可 以作为系统仿真计算使用。 参考文献 ［１］贾善杰，苏刚，郑吉成，等．励磁系统建 怯及应注意的 问题［Ｊ］．山东电力高等专科学校学报，２ＯＯ６，９（５）：５１—５４． 岂Ｇ乜雷ｅ雷８ ８Ｇ 参数辨识工作综述［Ｊ］．华北电力技术，２１１１３（９）：２４一施 ［１１］贺仁睦，沈峰，韩冬，等．发电机励磁系统建模与参数 辨识综述［Ｊ］．电网技术，２００７，３１（１４）：６３—６７． 作者简介： 毕调。 坚（１９６６一），男，工程师，研究方向为水电厂机网协 夏潮（１９７４一），男，工程师，研究方向为励磁控制系统 研究与电力系统稳定分析。 版社，１９９８． （收稿日期：２００９—１２一ｏ３） （上接第８０页） ［９］关天祺，梅生伟，卢强，等．超导储能装置的非线性鲁棒 控制器设计［Ｊ］．电力系统自动化，２００１，２５（１７）：１—６． ［１Ｏ］姚涛，唐跃进，石晶，等．针对系统暂态稳定性的超导磁 储能装置容量研究［Ｊ］．低温物理学报，２００５，２７（５）： １０９６—１１００． ［１８］ 赵静波，甘德强，雷金勇．电池储能装置在抑制电力系统 低频振荡中的应用［Ｊ］．电网技术，２００８，３２（６）：９３—９９． ［１９］ 王少荣，彭晓涛，唐跃进，等．电力系统稳定控制用高温 超导磁储能装置及实验研究［Ｊ］．中国电机工程学报， ２００７，２７（２２）：４４—５Ｏ． ［１１］ＫｉｎｊｏＴ，Ｓｅｎｊｙｕ Ｔ，Ｕｒａｓａｋｉ Ｎ，ｅｔ ａ１．Ｔｅｒｍｉｎａｌ—ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ Ｏｕｔｐｕｔ・－ｐｏｗｅｒ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗｉｎｄ——ｔｕｒｂｉｎｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｂｙ ［２０］ 文劲字，程时杰，李刚，等．一种增强电力系统稳定性的 多功能柔性功率调节器［Ｊ］．中国电机工程学报， ２００５，２５（２５）：６一ｌ１． 『２１ １ Ｍａｔｈｕｒ Ｒ Ｍ，Ｖａｒｍａ Ｒ．Ｔｈｙｒｉｓ￣ｒ—ｂａｓｅｄ ＦＡＣＴＳ Ｃｏｎｔｒｏ１． Ｓｅｉｒｅｓ ａｎｄ Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ ＳＭＥＳ［Ｊ］．Ｐｒｏ— ｅｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌＥＥ，Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ Ｄｉｓｔｌ—ｉ ｂｕｔｉｏｎ，２００６，１５３（３）：２７６—２８２． １ｅｒｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｍ］．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ： ＩＥＥＥ Ｐｒｅｓｓ，２００２．Ｓｙｓｔｅｍｓ．２００３，２５（５）：３８７—３９４． ［１２］ 余运佳，惠东．中大型超导储能装置的研制与应用 ［Ｊ］．中国电力，１９９７，３０（３）：５７—５９． ［１３］ 郭文勇，赵彩宏，张志丰，等．电压型超导储能系统的统一 直接功率控制方法［Ｊ］．电网技术，２ＯＯ７，３１（９）：５８—６３． ［１４］李艳，程时杰，潘垣．超导磁储能系统的自适应单神经 元控制［Ｊ］．电网技术，２００５，２９（２０）：５７—６１． ［１５］ 樊冬梅，雷金勇，甘德强．超导储能装置在提高电力系 统暂态稳定性中的应用［Ｊ］．电网技术，２００８，３２（１８）：３７—４２． ［２２］ Ｗａｎｇ Ｈ Ｆ．Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｕｌｔｉ— ｐｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ａ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｗｅｒ ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｏｗｅｒ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００２，２４（７）：５９１—６００． 作者简介： 李 勇（１９８３一），男，硕士研究生，主要从事电力系统稳 定与控制的研究。 ［１６］ 林姿峰，闵勇．基于超导储能的电力系统静态安全性在 刘俊勇（１９６３一），男，教授，博士生导师，主要从事电力市 场、电力系统可视化及电力系稳定与控制等方面的研究。 线评估［Ｊ］．电力系统自动化，２００３，２７（８）：４０—４４，４８． ［１７］西安交通大学．电力系统计算［Ｍ］．北京：水利电力出 ・（收稿日期：２０１０一Ｏｌ一２６） ９４．
