基于matlab的勵(lì)磁系統(tǒng)全功能特性仿真系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于MATLAB的勵(lì)磁系統(tǒng)全功能特性仿真系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)、廠用電、主變壓器、短路故障設(shè)置單元、線路、AVR單元、PSS單元、機(jī)端電壓有效值計(jì)算模塊、定子過(guò)流限制單元、轉(zhuǎn)子過(guò)流限制單元和低勵(lì)限制單元，發(fā)電機(jī)的一些參數(shù)輸入到AVR單元，AVR輸出調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)電壓至發(fā)電機(jī)；所述的發(fā)電機(jī)的輸出接至廠用電和主變壓器，主變壓器的輸出通過(guò)線路連接電網(wǎng)，主變壓器的輸出連接有短路故障設(shè)置單元；定子過(guò)流限制單元、轉(zhuǎn)子過(guò)流限制單元和低勵(lì)限制單元對(duì)發(fā)電機(jī)的參數(shù)進(jìn)行控制處理。本發(fā)明首次利用MATLAB建立了功能完整、符合實(shí)際的勵(lì)磁系統(tǒng)仿真模型，各單元接入方式靈活可選，代表性強(qiáng)，可以適應(yīng)和滿足不同結(jié)構(gòu)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的仿真需要。
【專利說(shuō)明】基于MATLAB的勵(lì)磁系統(tǒng)全功能特性仿真系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種勵(lì)磁系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)，尤其涉及一種基于MATLAB的勵(lì)磁系統(tǒng)全功能特性。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在電力系統(tǒng)常用的PSASP、BPA仿真計(jì)算程序等，由于不對(duì)用戶開(kāi)放，不便進(jìn)行仿真模型的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)；仿真測(cè)試信號(hào)類型及接入點(diǎn)、中間變量輸出觀測(cè)都受到限制，無(wú)法滿足有關(guān)仿真測(cè)試的要求；勵(lì)磁系統(tǒng)相關(guān)限制單元模型類型不全(目前只提供了過(guò)勵(lì)限制、低勵(lì)限制模型)，但由于與實(shí)際不符，模型不完善，參數(shù)物理意義不明確，一直無(wú)法使用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的是提供一種基于MATLAB的勵(lì)磁系統(tǒng)全功能特性仿真系統(tǒng)，應(yīng)用更加靈活，適應(yīng)性更廣。
[0004]本發(fā)明米用下述技術(shù)方案:一種基于MATLAB的勵(lì)磁系統(tǒng)全功能特性仿真系統(tǒng),包括AVR單元、PSS單元、機(jī)端電壓有效值計(jì)算模塊、定子過(guò)流限制單元、轉(zhuǎn)子過(guò)流限制單元和低勵(lì)限制單元，電壓給定值和試驗(yàn)信號(hào)經(jīng)加法器I疊加后形成電壓參考值至AVR單元；兩個(gè)機(jī)端電壓分量輸入至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的輸出至機(jī)端電壓有效值計(jì)算模塊，機(jī)端電壓有效值計(jì)算模塊的輸出VS至AVR單元；轉(zhuǎn)子電流輸入至AVR單元；發(fā)電機(jī)有功給定值和發(fā)電機(jī)有功經(jīng)加法器2疊加后輸入至PSS單元，轉(zhuǎn)子速度偏差輸入至PSS單元，PSS單元的輸出至AVR單元；發(fā)電機(jī)無(wú)功也至AVR單元，AVR輸出Vf至發(fā)電機(jī)用于調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)電壓；所述的發(fā)電機(jī)的輸出接至廠用電和主變壓器，主變壓器的輸出通過(guò)線路連接電網(wǎng)，主變壓器的輸出連接有短路故障設(shè)置單元。
[0005]所述的機(jī)端電壓有效值計(jì)算模塊輸出的機(jī)端電壓也輸出至定子過(guò)流限制單元和低勵(lì)限制單元，所述的發(fā)電機(jī)有功也輸入至低勵(lì)限制單元，所述的發(fā)電機(jī)無(wú)功同時(shí)輸入定子過(guò)流限制單元和低勵(lì)限制單元，所述的定子過(guò)流限制單元還輸入有機(jī)端電流，所述的轉(zhuǎn)子電流也輸入至轉(zhuǎn)子過(guò)流限制單元；所述的定子過(guò)流限制單元的輸出和轉(zhuǎn)子過(guò)流限制單元的輸出接至低比門，低比門的輸入還接有AVR單元的過(guò)勵(lì)輸出信號(hào)，所述低勵(lì)限制單元的輸出和低比門的輸出接至高比門，高比門的輸出接至AVR單元的低勵(lì)信號(hào)輸入端。
[0006]所述的AVR單元包括有調(diào)差單元、PID環(huán)節(jié)、放大環(huán)節(jié)，勵(lì)磁變換相電抗，輸入AVR單元的電壓參考值至AVR加法器4，調(diào)差單元的輸出與輸入AVR單元的發(fā)電機(jī)無(wú)功輸入至AVR乘法器1，AVR乘法器I的輸出和輸入AVR單元的機(jī)端電壓通過(guò)加法器3輸入至AVR機(jī)端電壓測(cè)量環(huán)節(jié)，AVR機(jī)端電壓測(cè)量環(huán)節(jié)的輸出也至AVR加法器4，AVR加法器4的輸出至低比門輸入；高比門的輸出至和PSS的輸出至AVR加法器5，AVR加法器5的輸出依次通過(guò)PID環(huán)節(jié)、放大環(huán)節(jié)、限幅I進(jìn)入限幅2，測(cè)量環(huán)節(jié)的輸出也至限幅2，限幅2的輸出至AVR加法器6，勵(lì)磁變換相電抗和輸入AVR單元的轉(zhuǎn)子電流輸入至AVR乘法器2，AVR乘法器2的輸出至AVR加法器6，AVR加法器6的輸出即AVR單元輸出，用于調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓。[0007]所述的定子過(guò)流限制單元包括有頂值判斷單元、熱積累計(jì)算單元、過(guò)熱判斷單元和輸出控制邏輯單元，輸入定子過(guò)流限制單元的機(jī)端電壓通過(guò)機(jī)端電壓測(cè)量環(huán)節(jié)輸送至頂值判斷單元，輸入定子過(guò)流限制單元的機(jī)端電流通過(guò)機(jī)端電流測(cè)量環(huán)節(jié)輸送至頂值判斷單元、啟動(dòng)值單元和定子過(guò)流限制第一校正環(huán)節(jié)，啟動(dòng)值單元的輸出通過(guò)熱積累計(jì)算單元至過(guò)熱判斷單元，過(guò)熱判斷單元和頂值判斷單元的輸出至電流限制給定單元，電流限制給定單元的輸出、頂值判斷單元的輸出和定子過(guò)流限制第一校正環(huán)節(jié)的輸出均至輸出控制邏輯單元；發(fā)電機(jī)無(wú)功依次通過(guò)無(wú)功測(cè)量環(huán)節(jié)、定子過(guò)流限制第二校正環(huán)節(jié)至無(wú)功限制給定單元，無(wú)功限制給定單元的第一輸出端通過(guò)非門和邏輯/數(shù)值轉(zhuǎn)換單元至輸出控制邏輯單元，無(wú)功限制給定單元的第二輸出端直接至輸出控制邏輯單元，輸出控制邏輯單元的輸出即為定子過(guò)流限制單元的輸出。
[0008]所述的轉(zhuǎn)子過(guò)流限制單元包括有頂值判斷單元、過(guò)熱判斷單元、熱積累計(jì)算單元、給定值選擇單元和輸出控制邏輯單元，轉(zhuǎn)子電流通過(guò)轉(zhuǎn)子電流測(cè)量環(huán)節(jié)輸入至啟動(dòng)值單元、頂值判斷單元和轉(zhuǎn)子電流校正環(huán)節(jié)，啟動(dòng)值單元的輸出通過(guò)熱積累計(jì)算單元至過(guò)熱判斷單元，過(guò)熱判斷單元的輸出和頂值判斷單元的輸出至給定值選擇單元，給定值選擇單元的輸出和轉(zhuǎn)子電流校正環(huán)節(jié)的輸出至轉(zhuǎn)子過(guò)流限制加法器，轉(zhuǎn)子過(guò)流限制加法器的輸出、頂值判斷單元的輸出和過(guò)熱判斷單元的輸出至輸出控制邏輯單元，輸出控制邏輯單元的輸出即轉(zhuǎn)子過(guò)流限制單元的輸出。
[0009]本發(fā)明有以下有益效果:
[0010](I)、首次利用MATLAB建立了功能完整、符合實(shí)際的勵(lì)磁系統(tǒng)仿真模型，各單元接入方式靈活可選，代表性強(qiáng)，可以適應(yīng)和滿足不同結(jié)構(gòu)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的仿真需要。其中過(guò)勵(lì)限制、低勵(lì)限制、定子過(guò)流限制(包括最大無(wú)功限制)模型是在研究多種勵(lì)磁系統(tǒng)限制單元工作原理及實(shí)測(cè)特性的基礎(chǔ)上自主研究建立，通過(guò)與實(shí)測(cè)特性比對(duì)，模型工作穩(wěn)定，符合實(shí)際。
[0011](2)、仿真系統(tǒng)為開(kāi)放式設(shè)計(jì)，使用者可以根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的仿真對(duì)象方便地進(jìn)行組合和增減，相比常用的系統(tǒng)分析軟件(如PSASP、BPA等不對(duì)用戶開(kāi)放，無(wú)法對(duì)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變)應(yīng)用更加靈活，適應(yīng)性更廣。
[0012](3)、提供了專用頻率特性試驗(yàn)信號(hào)模塊及計(jì)算程序，可進(jìn)行PSS有補(bǔ)償特性及無(wú)補(bǔ)償特性的仿真測(cè)試，實(shí)現(xiàn)PSS單元的預(yù)整定計(jì)算及試驗(yàn)結(jié)果的仿真校核等；而PSASP、BPA卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)PSS有補(bǔ)償特性的仿真測(cè)試。
[0013](4)、利用MATLAB本身提供的錄波器功能可以很方便地觀察任意測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)波形，利于進(jìn)行分析和調(diào)試，提高工作效率。
[0014](5)、仿真系統(tǒng)中各整定參數(shù)的結(jié)構(gòu)及物理意義，與國(guó)標(biāo)保持一致，便于使用者掌握和應(yīng)用。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明的主系統(tǒng)模型圖；
[0016]圖2為AVR模型圖；
[0017]圖3為定子電流限制模型圖；
[0018]圖4為轉(zhuǎn)子電流限制模型圖；[0019]圖5為低勵(lì)限制模型圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于MATLAB的勵(lì)磁系統(tǒng)全功能特性仿真系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)、廠用電、主變壓器、短路故障設(shè)置單元、線路、AVR單元、PSS單元、機(jī)端電壓有效值計(jì)算模塊、定子過(guò)流限制單元、轉(zhuǎn)子過(guò)流限制單元和低勵(lì)限制單元，電壓給定值和試驗(yàn)信號(hào)(仿真所需要的電壓測(cè)試信號(hào))經(jīng)加法器I疊加后形成電壓參考值Vref輸入至AVR單元；兩個(gè)機(jī)端電壓分量輸入至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的輸出至機(jī)端電壓有效值計(jì)算模塊，機(jī)端電壓有效值計(jì)算模塊的輸出VS至AVR單元；轉(zhuǎn)子電流ifd輸入至AVR單元；發(fā)電機(jī)有功給定值和發(fā)電機(jī)有功經(jīng)加法器2疊加后輸入至PSS單元，轉(zhuǎn)子速度偏差輸入w至PSS單元，PSS單元的輸出upss至AVR單元；發(fā)電機(jī)無(wú)功Q也至AVR單元，AVR輸出調(diào)節(jié)電壓Vf至發(fā)電機(jī)用于調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓；所述的發(fā)電機(jī)的輸出接至廠用電和主變壓器，主變壓器的輸出通過(guò)線路連接電網(wǎng)，主變壓器的輸出連接有短路故障設(shè)置單元。
[0021]所述的機(jī)端電壓有效值計(jì)算模塊輸出的機(jī)端電壓也輸出至定子過(guò)流限制單元和低勵(lì)限制單元，所述的發(fā)電機(jī)有功也輸入至低勵(lì)限制單元，所述的發(fā)電機(jī)無(wú)功同時(shí)輸入定子過(guò)流限制單元和低勵(lì)限制單元，所述的定子過(guò)流限制單元還輸入有機(jī)端電流，所述的轉(zhuǎn)子電流也輸入至轉(zhuǎn)子過(guò)流限制單元；所述的定子過(guò)流限制單元的輸出和轉(zhuǎn)子過(guò)流限制單元的輸出接至低比門，低比門的輸入還接有AVR單元的過(guò)勵(lì)信號(hào)輸出端⑶OLI (信號(hào)連接符，來(lái)自圖2)，所述低勵(lì)限制單元的輸出和低比門的輸出接至高比門，高比門的輸出接至AVR單元的低勵(lì)信號(hào)輸入端DILI (信號(hào)連接符，接至圖2)。
[0022]如圖2所示，所述的AVR單元包括有調(diào)差單元、PID環(huán)節(jié)、放大環(huán)節(jié)，勵(lì)磁變換相電抗，輸入AVR單元的電壓參考值vref至AVR加法器4，調(diào)差單元的輸出與輸入AVR單元的發(fā)電機(jī)無(wú)功Q輸入至AVR乘法器1，AVR乘法器I的輸出和輸入AVR單元的機(jī)端電壓vs通過(guò)加法器3輸入至AVR機(jī)端電壓測(cè)量環(huán)節(jié)，AVR機(jī)端電壓測(cè)量環(huán)節(jié)的輸出也至AVR加法器4，AVR加法器4的輸出至圖1中的低比門，與限制單元輸出進(jìn)行比較。圖1中的DILI和PSS的輸出upss至AVR加法器5，AVR加法器5的輸出依次通過(guò)PID環(huán)節(jié)、放大環(huán)節(jié)、限幅I進(jìn)入限幅2，AVR機(jī)端電壓測(cè)量環(huán)節(jié)的輸出也至限幅2，限幅2的輸出至AVR加法器6，勵(lì)磁變換相電抗和輸入AVR單元的轉(zhuǎn)子電流ifd輸入至AVR乘法器2，AVR乘法器2的輸出至AVR加法器6，AVR加法器6的輸出即AVR單元輸出Vf，用于調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓。
[0023]如圖3所示，所述的定子過(guò)流限制單元包括有頂值判斷單元、熱積累計(jì)算單元、過(guò)熱判斷單元和輸出控制邏輯單元，輸入定子過(guò)流限制單元的機(jī)端電壓vs通過(guò)機(jī)端電壓測(cè)量環(huán)節(jié)輸送至頂值判斷單元，輸入定子過(guò)流限制單元的機(jī)端電流is通過(guò)機(jī)端電流測(cè)量環(huán)節(jié)輸送至頂值判斷單元、啟動(dòng)值單元和定子過(guò)流限制第一校正環(huán)節(jié)，啟動(dòng)值單元的輸出通過(guò)熱積累計(jì)算單元至過(guò)熱判斷單元，過(guò)熱判斷單元和頂值判斷單元的輸出至電流限制給定單元，電流限制給定單元的輸出、頂值判斷單元的輸出和定子過(guò)流限制第一校正環(huán)節(jié)的輸出均至輸出控制邏輯單元；發(fā)電機(jī)無(wú)功Qe依次通過(guò)無(wú)功測(cè)量環(huán)節(jié)、定子過(guò)流限制第二校正環(huán)節(jié)至無(wú)功限制給定單元，無(wú)功限制給定單元的第一輸出端通過(guò)非門和邏輯/數(shù)值轉(zhuǎn)換單元至輸出控制邏輯單元，無(wú)功限制給定單元的第二輸出端直接至輸出控制邏輯單元，輸出控制邏輯單元的輸出即為定子過(guò)流限制單元的輸出。[0024]如圖4所示，所述的轉(zhuǎn)子過(guò)流限制單元包括有頂值判斷單元、過(guò)熱判斷單元、熱積累計(jì)算單元、給定值選擇單元和輸出控制邏輯單元，轉(zhuǎn)子電流通過(guò)轉(zhuǎn)子電流測(cè)量環(huán)節(jié)輸入至啟動(dòng)值單元、頂值判斷單元和轉(zhuǎn)子電流校正環(huán)節(jié)，啟動(dòng)值單元的輸出通過(guò)熱積累計(jì)算單元至過(guò)熱判斷單元，過(guò)熱判斷單元的輸出和頂值判斷單元的輸出至給定值選擇單元，給定值選擇單元的輸出和轉(zhuǎn)子電流校正環(huán)節(jié)的輸出至轉(zhuǎn)子過(guò)流限制加法器7，轉(zhuǎn)子過(guò)流限制加法器7的輸出、頂值判斷單元的輸出和過(guò)熱判斷單元的輸出至輸出控制邏輯單元，輸出控制邏輯單元的輸出即轉(zhuǎn)子過(guò)流限制單元的輸出。
[0025]如圖5所示，所述的低勵(lì)限制單元包括有低勵(lì)定值表單元、低電壓補(bǔ)償單元、低勵(lì)投退控制單元，發(fā)電機(jī)有功PE通過(guò)有功測(cè)量環(huán)節(jié)和低勵(lì)定值表至低勵(lì)限制乘法器3，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓通過(guò)機(jī)端電壓測(cè)量環(huán)節(jié)至低電壓補(bǔ)償單元(作用是根據(jù)機(jī)端電壓變化動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)蛣?lì)限制定值)，低電壓補(bǔ)償單元的輸出至低勵(lì)限制乘法器3，低勵(lì)限制乘法器3的輸出通過(guò)濾波環(huán)節(jié)至低勵(lì)限制加法器8 ;發(fā)電機(jī)無(wú)功通過(guò)無(wú)功測(cè)量環(huán)節(jié)、低勵(lì)限制校正環(huán)節(jié)至低勵(lì)限制加法器8，低勵(lì)限制加法器8的輸出通過(guò)放大環(huán)節(jié)K至低勵(lì)限制加法器9，低勵(lì)投退控制單元的輸出至加法器9，加法器9的輸出即低勵(lì)限制單元的輸出。
[0026]下面以自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的機(jī)組、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用各限制單元輸出以競(jìng)比門方式接在PID環(huán)節(jié)前的結(jié)構(gòu)為例，介紹見(jiàn)各模塊的功能。
[0027]圖1中的各模塊分析:
[0028]1、發(fā)電機(jī):采用MATLAB提供的詳細(xì)模型，這個(gè)模型是已知的，需輸入的參數(shù)可為銘牌參數(shù)或?qū)崪y(cè)參數(shù)；
[0029]2、主變壓器:采用MATLAB提供的詳細(xì)模型，需輸入的參數(shù)可為銘牌參數(shù)或?qū)崪y(cè)參數(shù)；
[0030]3、廠用負(fù)荷:為一 RLC型并聯(lián)型負(fù)載，采用缺省值；
[0031]4、線路:模型結(jié)構(gòu)可選，可按機(jī)組實(shí)際的聯(lián)系阻抗選定；
[0032]5、電網(wǎng):采用無(wú)窮大系統(tǒng)或?qū)嶋H等效電網(wǎng)；
[0033]6、短路故障模塊:可實(shí)現(xiàn)單相、兩相、三相短路故障模擬(接地電阻及短路時(shí)間可調(diào))；
[0034]7、PSS模塊:提供了 1、I1、III型PSS模型及信號(hào)處理方式，可按實(shí)際選用并進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，可投退；
[0035]8、試驗(yàn)信號(hào)模塊:可采用MATLAB提供的各種信號(hào)進(jìn)行試驗(yàn)和測(cè)試，也可用自編的專用測(cè)試信號(hào)及FFT程序完成頻率響應(yīng)測(cè)試。
[0036]此仿真系統(tǒng)的工作流程介紹如下:
[0037]通過(guò)“電壓給定”、“有功給定”及“電網(wǎng)”電壓水平設(shè)定，可以將發(fā)電機(jī)的有功、無(wú)功及機(jī)端電壓調(diào)整到所需工況。
[0038]通過(guò)選取不同的試驗(yàn)信號(hào)、設(shè)置故障、投切負(fù)荷，可以進(jìn)行AVR、PSS、限制單元的各種特性仿真及參數(shù)優(yōu)化。
[0039]機(jī)端電壓、調(diào)差單元、電壓給定值疊加后形成的電壓調(diào)節(jié)信號(hào)(參見(jiàn)附圖2)，與過(guò)勵(lì)限制輸出、定子過(guò)流限制輸出一起接到低比門min (參見(jiàn)附圖1)，低比門min的輸出與低勵(lì)限制的輸出一起接到高比門max，高比門max輸出與電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)輸出疊加后(圖2所示)，形成總的調(diào)節(jié)信號(hào)，經(jīng)PID調(diào)節(jié)、放大后，最終調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電壓，達(dá)到控制發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓到目的。
[0040]正常運(yùn)行時(shí)，各限制單元不動(dòng)，過(guò)勵(lì)限制和定子過(guò)流限制輸出為高值，低勵(lì)限制輸出低值，電壓調(diào)節(jié)通道進(jìn)行正常調(diào)節(jié)；當(dāng)由于過(guò)勵(lì)造成過(guò)勵(lì)限制或定子電流限制動(dòng)作時(shí)它們輸出低值，而低勵(lì)限制不會(huì)動(dòng)仍輸出一個(gè)低值，過(guò)勵(lì)限制或定子電流限制就會(huì)取代電壓通道進(jìn)行調(diào)節(jié)，動(dòng)作于減磁并將轉(zhuǎn)子電流或定子電流限制在一定值上，保護(hù)發(fā)電機(jī)不被損壞；當(dāng)由于無(wú)功偏低造成低勵(lì)限制動(dòng)作時(shí)，它將輸出一個(gè)高值，而過(guò)勵(lì)限制或定子電流限制不會(huì)動(dòng)仍輸出一個(gè)高值，低勵(lì)限制就會(huì)取代電壓通道進(jìn)行調(diào)節(jié)，動(dòng)作于增磁，并將無(wú)功限制一給定值，避免發(fā)電機(jī)失去穩(wěn)定。當(dāng)發(fā)電機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)行后，各限制單元將自動(dòng)返回，電壓調(diào)節(jié)通道進(jìn)行正常調(diào)節(jié)。
[0041]圖2中所示的AVR單元模塊的分析如下:
[0042]AVR采用自并勵(lì)系統(tǒng)模型，各參數(shù)可按實(shí)測(cè)值整定。工作流程見(jiàn)上述，除了已提到的模塊，還包含下列模塊:
[0043]1、“測(cè)量環(huán)節(jié)”:測(cè)量環(huán)節(jié)模型I/ (Ι+Trs)，測(cè)量時(shí)間常數(shù)Tr與調(diào)節(jié)器有關(guān)，一般取 0.02 ;
[0044]2、“限幅I”:調(diào)節(jié)器控制環(huán)節(jié)最大、最小輸出限制值；
[0045]3、“限幅2”:勵(lì)磁系統(tǒng)最大、最小輸出限制值；
[0046]4、“勵(lì)磁變換向電抗”:用于反映勵(lì)磁變阻抗對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)輸出電壓的影響具體結(jié)構(gòu)是已知的現(xiàn)有技術(shù)。
[0047]圖3中所示的定子過(guò)流限制單元模塊的分析如下:
[0048]采用反時(shí)限限制特性設(shè)計(jì)(即過(guò)電流值越大，則允許過(guò)流時(shí)間越短)，各主要模塊及作用如下:
[0049]1、“測(cè)量環(huán)節(jié)”:測(cè)量環(huán)節(jié)模型I/ (Ι+Trs)，測(cè)量時(shí)間常數(shù)Tr與調(diào)節(jié)器有關(guān)，一般取0.02。本單兀輸入量分別為發(fā)電機(jī)無(wú)功Q、發(fā)電機(jī)機(jī)端電流Is、發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓Us ；
[0050]2、“啟動(dòng)值”:用于設(shè)定限制單元進(jìn)行熱積累計(jì)算的啟動(dòng)值；
[0051]3、“熱積累計(jì)算”:為一積分器，熱積累B’ = / (Is2-啟動(dòng)值2)dt，下限幅為O;
[0052]4、“頂值判斷”:用于判斷定子電流是否達(dá)到允許最大值，并按要求將定子電流限制到設(shè)定值；
[0053]5、“過(guò)熱判斷”:用于設(shè)定允許的熱積累定值B ;判斷熱積累B’是否達(dá)到設(shè)定值B ；整定過(guò)流反時(shí)限動(dòng)作后允許再次過(guò)流的閉鎖值，避免定子過(guò)流限制反復(fù)動(dòng)作；
[0054]6、“電流限制給定”:用于整定頂值限制和過(guò)熱限制定值，并通過(guò)邏輯判斷選擇其中的一個(gè)作為目標(biāo)值(當(dāng)過(guò)熱動(dòng)作時(shí)目標(biāo)值取長(zhǎng)期允許運(yùn)行值，當(dāng)電流超過(guò)頂值時(shí)目標(biāo)值取頂值)，并將定子電流限制到該目標(biāo)值；
[0055]7、“無(wú)功限制給定”:用于在減小定子電流時(shí)，防止無(wú)功減為負(fù)值；
[0056]8、“校正環(huán)節(jié)”:校正環(huán)節(jié)模型(1+Tls)/ (1+T2s)，一般用于超前校正，有利于過(guò)勵(lì)限制工作的穩(wěn)定性。Tl、T2缺省值取0.5,0.1 ；
[0057]9、“doUble”模塊:用于邏輯量與數(shù)值量間的轉(zhuǎn)換；
[0058]10、“輸出控制邏輯”:在限制單元?jiǎng)幼鲿r(shí)，實(shí)現(xiàn)定子電流或無(wú)功的閉環(huán)控制，而在限制單元未動(dòng)時(shí)確保單元不會(huì)誤動(dòng)；完成限制單元的投退設(shè)定。定子過(guò)流限制輸出接至圖1低比門min。[0059]圖4所示的轉(zhuǎn)子過(guò)流限制單元模型的分析如下:
[0060]采用反時(shí)限限制特性設(shè)計(jì)，各主要模塊及作用如下:
[0061]1、“測(cè)量環(huán)節(jié)”:測(cè)量環(huán)節(jié)模型I/ (Ι+Trs)，測(cè)量時(shí)間常數(shù)Tr與調(diào)節(jié)器有關(guān)，一般取0.02，本單元輸入量為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流If ；
[0062]2、“啟動(dòng)值”:用于設(shè)定限制單元進(jìn)行熱積累計(jì)算的啟動(dòng)值；
[0063]3、“熱積累計(jì)算”:為一積分器，熱積累B’ = / (If2-啟動(dòng)值2)dt，下限幅為O;
[0064]4、“頂值判斷”:用于判斷轉(zhuǎn)子電流是否達(dá)到允許最大值，并按要求將電流限制到設(shè)定值；
[0065]5、“過(guò)熱判斷”:用于設(shè)定允許的熱積累定值B ;判斷熱積累B’是否達(dá)到設(shè)定值B ;整定過(guò)流反時(shí)限動(dòng)作后允許再次過(guò)勵(lì)的閉鎖值，避免過(guò)勵(lì)限制反復(fù)動(dòng)作；
[0066]6、“給定值選擇”:用于整定頂值限制和過(guò)熱限制定值，并通過(guò)邏輯判斷選擇其中的一個(gè)作為目標(biāo)值(當(dāng)過(guò)熱動(dòng)作時(shí)目標(biāo)值取長(zhǎng)期允許運(yùn)行值，當(dāng)電流超過(guò)頂值時(shí)目標(biāo)值取頂值)，并將轉(zhuǎn)子電流限制到該目標(biāo)值；
[0067]7、“校正環(huán)節(jié)”:校正環(huán)節(jié)模型(1+Tls) / (1+T2s)，一般用于超前校正，有利于過(guò)勵(lì)限制工作的穩(wěn)定性。Tl、T2缺省值取0.5,0.1 ；
[0068]8、“輸出控制邏輯”:在限制單元?jiǎng)幼鲿r(shí)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子電流的閉環(huán)控制，而在限制單元未動(dòng)時(shí)確保單元不會(huì)誤動(dòng)；完成限制單元的投退設(shè)定。過(guò)勵(lì)限制輸出接至圖1低比門。
[0069]圖5所示的低勵(lì)限制單元模型的分析如下:
[0070]1、“測(cè)量環(huán)節(jié)”:測(cè)量環(huán)節(jié)模型I/ (Ι+Trs),測(cè)量時(shí)間常數(shù)Tr與調(diào)節(jié)器有關(guān)，一般取0.02。本單元輸入量分別為發(fā)電機(jī)無(wú)功Q、發(fā)電機(jī)有功P、發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓Us ；
[0071]2、“濾波環(huán)節(jié)”:測(cè)量環(huán)節(jié)模型I/ (1+Tus)，用于平滑低勵(lì)定值的波動(dòng)，Tu缺省值為I;
[0072]3、“低勵(lì)定值表”:采用(P，Q)五點(diǎn)輸入，即(Pl，Ql)、(P2，Q2)、(P3，Q3)、(P4，Q4)、(P5，Q5)，其它點(diǎn)通過(guò)實(shí)測(cè)的有功P，采取插值法計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的低勵(lì)無(wú)功限制定值；
[0073]4、“低電壓補(bǔ)償”:目的是在機(jī)端電壓低于于額定值時(shí)，將低勵(lì)限制定值抬高，限制進(jìn)相能力；
[0074]5、“校正環(huán)節(jié)”:校正環(huán)節(jié)模型(1+Tls) / (1+T2s)，一般用于超前校正，有利于低勵(lì)限制工作的穩(wěn)定性。Tl、T2缺省值取0.8,0.1 ；
[0075]6、“放大環(huán)節(jié)K”:用于調(diào)節(jié)低勵(lì)限制的穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)精度，缺省值取I ;
[0076]7、“低勵(lì)投退控制”:整定O時(shí)，可將限制單元投入；整定一個(gè)大的負(fù)值(如-50)，可將限制單元退出。低勵(lì)限制輸出接至圖1高比門。
【權(quán)利要求】
1.一種基于MATLAB的勵(lì)磁系統(tǒng)全功能特性仿真系統(tǒng)，其特征在于:包括AVR單元、PSS單元、機(jī)端電壓有效值計(jì)算模塊、定子過(guò)流限制單元、轉(zhuǎn)子過(guò)流限制單元和低勵(lì)限制單元，電壓給定值和試驗(yàn)信號(hào)經(jīng)加法器I疊加后形成電壓參考值至AVR單元；兩個(gè)機(jī)端電壓分量輸入至數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的輸出至機(jī)端電壓有效值計(jì)算模塊，機(jī)端電壓有效值計(jì)算模塊的輸出VS至AVR單元；轉(zhuǎn)子電流輸入至AVR單元；發(fā)電機(jī)有功給定值和發(fā)電機(jī)有功經(jīng)加法器2疊加后輸入至PSS單元，轉(zhuǎn)子速度偏差輸入至PSS單元，PSS單元的輸出至AVR單元；發(fā)電機(jī)無(wú)功也至AVR單元，AVR輸出Vf至發(fā)電機(jī)用于調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)電壓；所述的發(fā)電機(jī)的輸出接至廠用電和主變壓器，主變壓器的輸出通過(guò)線路連接電網(wǎng)，主變壓器的輸出連接有短路故障設(shè)置單元； 所述的機(jī)端電壓有效值計(jì)算模塊輸出的機(jī)端電壓也輸出至定子過(guò)流限制單元和低勵(lì)限制單元，所述的發(fā)電機(jī)有功也輸入至低勵(lì)限制單元，所述的發(fā)電機(jī)無(wú)功同時(shí)輸入定子過(guò)流限制單元和低勵(lì)限制單元，所述的定子過(guò)流限制單元還輸入有機(jī)端電流，所述的轉(zhuǎn)子電流也輸入至轉(zhuǎn)子過(guò)流限制單元；所述的定子過(guò)流限制單元的輸出和轉(zhuǎn)子過(guò)流限制單元的輸出接至低比門，低比門的輸入還接有AVR單元的過(guò)勵(lì)輸出信號(hào)，所述低勵(lì)限制單元的輸出和低比門的輸出接至高比門，高比門的輸出接至AVR單元的低勵(lì)信號(hào)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MATLAB的勵(lì)磁系統(tǒng)全功能特性仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述的AVR單元包括有調(diào)差單元、PID環(huán)節(jié)、放大環(huán)節(jié)，勵(lì)磁變換相電抗，輸入AVR單元的電壓參考值至AVR加法器4，調(diào)差單元的輸出與輸入AVR單元的發(fā)電機(jī)無(wú)功輸入至AVR乘法器.1，AVR乘法器I的輸出和輸入AVR單元的機(jī)端電壓通過(guò)加法器3輸入至AVR機(jī)端電壓測(cè)量環(huán)節(jié)，AVR機(jī)端電壓測(cè)量環(huán)節(jié)的輸出也至AVR加法器4，AVR加法器4的輸出至低比門輸入；高比門的輸出至和PSS的輸出至AVR加法器5，AVR加法器5的輸出依次通過(guò)PID環(huán)節(jié)、放大環(huán)節(jié)、限幅I進(jìn)入限幅2，測(cè)量環(huán)節(jié)的輸出也至限幅2，限幅2的輸出至AVR加法器6，勵(lì)磁變換相電抗和輸入AVR單元的轉(zhuǎn)子電流輸入至AVR乘法器2，AVR乘法器2的輸出至AVR加法器6，AVR加法器6的輸出即AVR單元輸出，用于調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MATLAB的勵(lì)磁系統(tǒng)全功能特性仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述的定子過(guò)流限制單元包括有頂值判斷單元、熱積累計(jì)算單元、過(guò)熱判斷單元和輸出控制邏輯單元，輸入定子過(guò)流限制單元的機(jī)端電壓通過(guò)機(jī)端電壓測(cè)量環(huán)節(jié)輸送至頂值判斷單元，輸入定子過(guò)流限制單元的機(jī)端電流通過(guò)機(jī)端電流測(cè)量環(huán)節(jié)輸送至頂值判斷單元、啟動(dòng)值單元和定子過(guò)流限制第一校正環(huán)節(jié)，啟動(dòng)值單元的輸出通過(guò)熱積累計(jì)算單元至過(guò)熱判斷單元，過(guò)熱判斷單元和頂值判斷單元的輸出至電流限制給定單元，電流限制給定單元的輸出、頂值判斷單元的輸出和定子過(guò)流限制第一校正環(huán)節(jié)的輸出均至輸出控制邏輯單元；發(fā)電機(jī)無(wú)功依次通過(guò)無(wú)功測(cè)量環(huán)節(jié)、定子過(guò)流限制第二校正環(huán)節(jié)至無(wú)功限制給定單元，無(wú)功限制給定單元的第一輸出端通過(guò)非門和邏輯/數(shù)值轉(zhuǎn)換單元至輸出控制邏輯單元，無(wú)功限制給定單元的第二輸出端直接至輸出控制邏輯單元，輸出控制邏輯單元的輸出即為定子過(guò)流限制單元的輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MATLAB的勵(lì)磁系統(tǒng)全功能特性仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)子過(guò)流限制單元包括有頂值判斷單元、過(guò)熱判斷單元、熱積累計(jì)算單元、給定值選擇單元和輸出控制邏輯單元，轉(zhuǎn)子電流通過(guò)轉(zhuǎn)子電流測(cè)量環(huán)節(jié)輸入至啟動(dòng)值單元、頂值判斷單元和轉(zhuǎn)子電流校正環(huán)節(jié)，啟動(dòng)值單元的輸出通過(guò)熱積累計(jì)算單元至過(guò)熱判斷單元，過(guò)熱判斷單元的輸出和頂值判斷單元的輸出至給定值選擇單元，給定值選擇單元的輸出和轉(zhuǎn)子電流校正環(huán)節(jié)的輸出至轉(zhuǎn)子過(guò)流限制加法器，轉(zhuǎn)子過(guò)流限制加法器的輸出、頂值判斷單元的輸出和過(guò)熱判斷單元的輸出至輸出控制邏輯單元，輸出控制邏輯單元的輸出即轉(zhuǎn)子過(guò)流限制單元的輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MATLAB的勵(lì)磁系統(tǒng)全功能特性仿真系統(tǒng)，其特征在于:所述的低勵(lì)限制單元包括有低勵(lì)定值表單元、低電壓補(bǔ)償單元、低勵(lì)投退控制單元，發(fā)電機(jī)有功通過(guò)有功測(cè)量環(huán)節(jié)和低勵(lì)定值表至低勵(lì)限制乘法器，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓通過(guò)機(jī)端電壓測(cè)量環(huán)節(jié)至低電壓補(bǔ)償單元，低電壓補(bǔ)償單元的輸出至低勵(lì)限制乘法器，低勵(lì)限制乘法器的輸出通過(guò)濾波環(huán)節(jié)至低勵(lì)限制第一加法器；發(fā)電機(jī)無(wú)功通過(guò)無(wú)功測(cè)量環(huán)節(jié)、低勵(lì)限制校正環(huán)節(jié)至低勵(lì)限制第一加法器，低勵(lì)限制第一加法器的輸出通過(guò)放大環(huán)節(jié)K至低勵(lì)限制第二加法器，低勵(lì)投退 控制單元的輸出至第二加法器，第二加法器的輸出即低勵(lì)限制單元的輸出。
【文檔編號(hào)】H02P21/00GK103516278SQ201310444834
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】陳強(qiáng), 王驊, 王君亮, 徐鵬煜, 栗占偉, 許立長(zhǎng) 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院