一种励磁调节器及其电力系统稳定器的性能评估装置

技术领域

本发明属于发电设备技术领域，涉及发电设备的性能评估诊断，具体涉及一种励 磁调节器PID和PSS模型性能评估装置。

背景技术

近年来发电机组的单机容量和装机总量越来越大，大型发电侧机组运行状况的好坏将 直接影响到电力系统的稳定、安全运行水平。励磁调节器PID控制的使用能较快的克服发 电机机端电压扰动、消除扰动余差、减少超调量，改善发电机的动态特性，但是针对励磁 调节器PID模型扰动响应特性、整体调节性能评估的研究暂无报道的先例。

为了抑制低频振荡，目前励磁调节器中会添加PSS(电力系统稳定器)控制模型，这 对提高发电机组阻尼、抑制发电侧有功功率振荡起到了很好的效果。但大型发电机组的功 率低频振荡还在不时出现，如何确认励磁调节器中的PSS控制模型在功率低频振荡时能否 有效地抑制振荡、或者是否起作用，实时掌握PSS模型的运行性能的研究还少。

因此，基于发电机组和励磁系统的运行数据，建立于发电机励磁系统的励磁调节器PID 和PSS模型，通过对PID评估模型输出控制电压Uc1、PSS评估模型输出Urpss、有功低频 振荡频率Frp等方面特性分析，及时准确地评估励磁调节器PID和PSS模型的运行性能状 态。这对发电侧自动控制装置的运行健康状态和性能好坏具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种励磁调节器PID和PSS模型性能评估的装置，通过采集的 发电机运行数据和励磁系统运行数据进行计算和分析，对发电机励磁系统励磁调节器PID 和PSS模型运行性能进行动态评估。

本发明的技术方案在于：

一种励磁调节器及其电力系统稳定器性能评估装置，其特征在于：所述装置将采集的 发电机运行数据和励磁系统运行数据进行计算和分析，根据励磁调节器PID与励磁调节器 PSS模型控制定值参数，建立与实际励磁系统相应的PID和PSS评估模型，最终实现对励 磁调节器的PID和PSS模型的运行状态在线监测和性能实时评估。

一种励磁调节器及其电力系统稳定器性能评估装置，其特征在于：

所述性能评估装置包括数据采集和预处理模块、励磁调节器PID模型性能评估模块和 励磁调节器PSS模型性能评估模块；

所述数据采集和预处理模块对发电机运行数据和励磁系统运行数据进行采集、预处 理，其中励磁系统包括励磁装置、励磁调节器及其他辅助设备；

所述励磁调节器PID模型性能评估模块根据待评估励磁调节器的PID模型，设定PID 放大倍数、积分常数、微分常数等控制定值参数，基于数据采集和预处理模块所采集运行 数据和预处理结果，建立与励磁系统相应的PID评估模型，实时计算PID评估模型需要输 出的控制电压Uc1，同时检测PID评估模型输出的控制电压Uc1与励磁调节器的控制电压 Uc0之间差值的变化；

所述励磁调节器PSS模型性能评估模块根据待评估励磁调节器的PSS模型，设定PSS 放大倍数、超前时间常数、滞后时间常数等控制定值参数，基于数据采集和预处理模块所 采集运行数据和预处理结果，建立与励磁系统相应的PSS评估模型，实时计算发电机机端 电压控制偏差Urpss、有功振荡频率Frp；

当发电侧系统扰动时，PID评估模型输出的控制电压Uc1与励磁调节器的控制电压Uc0 之间差值超越设定的第一PID评估阈值时，发送励磁调节器PID模型性能一般告警并触发 录波；

其中，所述第一PID评估阈值是PID评估模型投入时，励磁调节器PID模型性能一般 的评估阈值，取值为0.5，所述0.5为无量纲标幺值；

当发电侧系统扰动时，PID评估模型输出的控制电压Uc1与励磁调节器的控制电压Uc0 之间差值超越设定的第二PID评估阈值时，发送励磁调节器PID模型性能异常告警并触发 录波；

其中，所述第二PID评估阈值是PID评估模型投入时，励磁调节器PID模型性能异常 的评估阈值，取值为1.0，所述1.0为无量纲标幺值；

当发电侧系统扰动时，PSS评估模型输出Urpss超越设定的第一PSS评估阈值且有功 振荡频率Frp超越设定的第二PSS评估阈值，则发送励磁调节器PSS模型性能异常告警并 触发录波；

其中，所述第一PSS评估阈值是PSS评估模型投入时，发电机机端电压控制偏差Urpss 越限的阈值，取值为0.02，为无量纲标幺值；

所述第二PSS评估阈值为PSS评估模型投入时,有功振荡频率Frp实际计算值越限的 阈值；当所评估PSS模型是PSS4B模型时，第二PSS评估阈值阈值取值范围[0.04Hz,4Hz]； 当所评估PSS模型是非PSS4B模型时，第二PSS评估阈值阈值取值范围[0.02Hz,2Hz]。

本发明还进一步优选包括以下方案：

所述数据采集和预处理模块硬接线方式采集发电机运行数据，所述发电机运行数据包 括发电机机端3相电压、3相电流，励磁变低压侧3相电压；

所述数据采集和预处理模块通过网络和通讯方式采集励磁系统运行数据，所述励磁系 统运行数据包括励磁变低压侧电流3相电流、励磁电压有效值和瞬时值、增减磁信号、起 励建压信号、灭磁开关信号、励磁过电压信号。

本发明的优点是，在不对发电机组励磁系统形成任何干扰的情况下，通过安装部署本 发明装置，可实时监测励磁调节器的运行健康状态，及时地检测到PID和PSS模型异常状 况，掌握PID和PSS模型运行性能，保证电网安全稳定运行。

附图说明

图1一种励磁调节器PID和PSS性能评估装置的结构示意图；

图2一种励磁调节器的PID模型性能评估模块的功能组成示意图；

图3一种励磁调节器的PSS模型性能评估模块的功能组成示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及典型实施方式，对本发明作详细说明。

下述说明以火电厂1台机组为实施对象，仅仅是示例性的，不能理解为限制本发 明的范围及应用，具体如下：图1是本发明所述性能评估装置的结构示意图。图1中， 数据采集和预处理模块通过硬接线方式采集发电机运行数据并进行数据处理，其中发电机 运行数据包括发电机机端3相电压、3相电流和励磁变低压侧3相电压；同时还通过网络 和通讯方式采集励磁系统运行数据并进行数据处理，其中励磁系统运行数据包括励磁变低 压侧电流3相电流、励磁电压有效值和瞬时值、增减磁信号、起励建压信号、灭磁开关信 号和励磁过电压信号。励磁调节器PID模型评估模块根据所评估励磁调节器PID模型控制 定值参数建立相应的PID评估模型，基于数据采集和预处理模块所采集运行数据和预处理 结果，实时评估励磁调节器PID模型运行性能。励磁调节器PSS模型评估模块根据所评估 励磁调节器PSS模型控制定值参数建立相应的PSS评估模型，基于数据采集和预处理模块 所采集运行数据和预处理结果，实时评估励磁调节器PSS模型运行性能。

图2是本发明的PID模型性能评估模块的功能组成示意图。在图2中，根据发电机 组和励磁调节器类型确定PID评估模型，确定评估模型后基于采集与预处理数据进行计算 评估，同时比较计算结果是否超越PID评估阈值，产生相应的告警和录波。主要步骤包括：

(1)PID模型控制定值参数设定：根据所评估励磁调节器型号设定的PID模型控制 定值参数；

(2)PID评估模型选择：依据(1)自动选择PID评估模型；

(3)数据采集和预处理：通过硬接线和通讯采集发电机、励磁系统的运行数据；

(4)计算评估：依据(2)和(3)实时计算获得PID评估模型输出的Uc1，同时 检测PID评估模型输出Uc1与励磁系统控制电压Uc0之间的差值是否超过PID评估阈值；

(5)告警及录波：如果PID评估结果越限，则发送PID异常告警并触发录波。

图3是本发明的PSS模型性能评估模块的功能组成示意图。在图2中，根据发电机 组和励磁调节器类型确定PSS评估模型，确定评估模型后基于采集与预处理数据进行计算 评估，同时比较计算结果是否超越PSS评估阈值，产生相应的告警和录波。主要步骤包括：

(1)PSS模型控制定值参数：根据所评估励磁调节器型号设定的PSS模型控制定 值参数；

(2)PSS评估模型选择数据处理模块：依据(1)自动选择PSS评估模型；

(3)数据采集和预处理：通过硬接线和通讯采集发电机、励磁系统的运行数据；

(4)计算评估：依据(2)和(3)实时计算发电机机端电压控制偏差Urpss和有 功振荡频率Frp，同时检测PSS评估模型输出的发电机机端电压控制偏差Urpss是否超 过第一PSS评估阈值1且有功振荡频率Frp是否超过第二PSS评估阈值2；

(5)告警及录波：如果PSS评估结果越限，则发送PSS异常告警并触发录波。

以上所述实施例仅表述了本发明的典型实施方式，并不能理解为对本发明范围的 限制。在不脱离本发明主体架构的前提下，任何基于本发明功能和结构的拓扑扩展、 变形和改进，都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利 要求为准。