3-同步发电机建模电子教案.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3 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,I,d,=0,，,亦即,q,轴抛载：使发电机,I,q,=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,时不变,快过程,快过程的幅值,慢过程,只能辨识二者之差,利用励磁电流辨识部分参数利用暂态辨识,X,d,和,T,d0,利用次暂态辨识,T,d0,”,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,X,d,”,，,X,q,”,，,T,q0,”,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,U,ref,输入变量：励磁（绕组）电压,U,f,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,除三相短路、抛载等特殊扰动能获得解析解外，一般采用数值解，如,Runge,Kutta,法,现场测量,现场测量,2.2,参数辨识,从,PMU,读数据,数据处理,优化算法辨识,相序变换,Park,变换,标么化等,蚁群算法,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,ref,来产生的，而不能直接改变励磁绕组上的电压,U,f,来产生的，两者之间经过了电压调节器、稳定器和励磁机；,U,ref,为阶跃变化时的,U,f,图形如下；,另外，研究了在,U,ref,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,U,f,的功率谱如图。可见，,U,f,的功率谱在,U,ref,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,2.0,4.0,时具有较好的精度，其中在信噪比为,2.5,时,q,轴辨识精度最好；,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,实用参数,电路参数,电路参数,实用参数,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,参数,x,d,(p.u),x,q,(p.u),已知值,0.992,0.608,辨识值,0.9919,0.6077,误差,%,-0.0081,-0.0428,动态参数辨识结果,收搜范围,（,%,）,参数,x,d,(p.u),x,d,(p.u),T,d0,(s),T,d0,(s),x,q,(p.u),T,q0,(s),已知值,0.257,0.201,8.77,0.14,0.24,0.3,(-30,+30),辨识值,0.2573,0.2194,8.8520,0.1337,0.2394,0.2967,误差,%,0.1013,9.1728,0.9346,-4.4759,-0.2488,-1.0978,(-60,+10),辨识值,0.1928,0.1813,9.8682,0.0995,0.2219,0.2794,误差,%,-24.9918,-9.7771,12.5221,-28.9189,-7.5337,-6.8521,(-60,+30),辨识值,0.1152,0.2539,11.3061,0.1623,0.2205,0.2726,误差,%,-55.1627,26.3413,28.9174,15.9421,-8.1071,-9.1469,(-60,+60),辨识值,0.3468,0.2495,7.7379,0.1149,0.2438,0.2946,误差,%,34.9310,24.1246,-11.7683,-17.9265,1.5951,-1.7888,(-30,+60),辨识值,0.3688,0.2856,7.4914,0.1420,0.2328,0.2910,误差,%,43.5178,42.0762,-14.5789,1.4506,-3.0000,-3.0000,(-10,+60),辨识值,0.3521,0.2897,7.6690,0.1667,0.2328,0.2910,误差,%,37.0141,44.1445,-12.5539,19.0665,-3.0000,-3.0000,(-60,+80),辨识值,0.3280,0.2772,7.9363,0.1263,0.2408,0.2852,误差,%,27.6279,37.9061,-9.5066,-9.8077,0.3242,-4.9215,(-80,+80),辨识值,0.1702,0.2671,10.2014,0.1322,0.2400,0.2841,误差,%,-33.7645,32.8984,16.3212,-5.5687,0.0083,-5.3018,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,动态参数辨识结果,收搜范围,（,%,）,参数,x,d,(p.u),x,d,(p.u),T,d0,(s),T,d0,(s),x,q,(p.u),T,q0,(s),已知值,0.257,0.201,8.77,0.14,0.24,0.3,(-30,+30),辨识值,0.2724,0.2115,7.5285,0.1350,0.2413,0.2994,误差,%,5.9777,5.2354,-14.1558,-3.5966,0.5479,-0.2108,(-60,+10),辨识值,0.2645,0.2026,7.4757,0.1297,0.2441,0.2929,误差,%,2.9088,0.8086,-14.7577,-7.3624,1.7239,-2.3653,(-60,+30),辨识值,0.2703,0.2115,7.5059,0.1349,0.2441,0.2929,误差,%,5.1659,5.2353,-14.4141,-3.6727,0.5479,-0.2108,(-60,+60),辨识值,0.2678,0.2150,7.4794,0.1429,0.2413,0.2994,误差,%,4.1967,6.9445,-14.7158,2.0950,0.5479,-0.2108,(-30,+60),辨识值,0.2859,0.2165,7.6778,0.1465,0.2384,0.3062,误差,%,11.2314,7.7236,-12.4540,4.6376,-0.6465,2.0769,(-10,+60),辨识值,0.2977,0.2148,7.8137,0.1470,0.2515,0.3174,误差,%,15.8517,6.8802,-10.9041,5.0272,4.7731,5.8035,(-60,+80),辨识值,0.2784,0.2164,7.5954,0.1458,0.2506,0.2792,误差,%,8.3291,7.6822,-13.3938,4.1180,4.3987,-6.9353,(-80,+80),辨识值,0.2691,0.2151,7.4930,0.1429,0.2413,0.2994,误差,%,4.6979,7.0046,-14.5608,2.0659,0.5479,-0.2108,3.6,两种模型,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,a,0.9258,，,b,=0.0791,，,n,=8.0417,参数,xd(p.u),x,d,(p.u),x,d,(p.u),T,d0,(s),T,d0,(s),x,q,(p.u),x,q,(p.u),T,q0,(s),真值,0.992,0.257,0.201,8.77,0.14,0.608,0.24,0.3,S,结果,0.910,0.250,0.230,8.242,0.125,0.608,0.240,0.30,S,误差（,%,）,-8.241,-2.507,14.563,-6.020,-10.594,0.0,0.015,0.00,U,结果,0.814,0.183,0.234,9.473,0.118,0.608,0.240,0.300,U,误差（,%,）,-17.926,-28.614,16.708,8.017,-15.155,0.0,0.015,0.00,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 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