[发明专利]一种发电机励磁仿真系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统仿真培训领域，尤其涉及一种发电机励磁仿真系统和方法。

背景技术

近年来，随着发电机容量以及数量的不断增加以及输电线路的不断增长，各个发电机的联系变得比较松散，特别是在发生故障的情况下，发电机可能会失去同步。电力事故会给社会带来一系列不利影响。目前在提高电力系统稳定性的措施中，提高发电机励磁系统的性能是最为有效和经济的措施之一。具备良好性能的发电机励磁系统在保证电能质量、合理分配无功功率和提高电力系统运行的可靠性方面都起着极为重要的作用。

目前，国内高校电气工程及其自动化专业基本都开设了“电力系统自动化”课程以及配套的实验课程。为了方便教、学活动，课程常以单机无穷大系统为例进行讲解。然而，由于电力系统技术的高速革新，传统的电力系统自动化实验平台已经不能满足当下教学的要求。与传统的实验平台相比，借助计算机的虚拟实验具有以下优势：引进成本低；程序开源，教师可自主更新维护；不存在老化问题，使用寿命长；实验时间灵活，可提高学生实验的自主性；不需要学生直接操作带电设备，安全性高。虽然可以借助PSASP和PSS/E等一系列仿真软件进行励磁系统的仿真，但是这些软件操作较为复杂，对编程能力要求较高，难以在本科的课程实验教学中推广。

由此可见，如何设计一种高效可行的发电机励磁虚拟仿真系统和方法，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种电力系统发电机励磁仿真系统和方法，接收用户输入的仿真参数，对所述仿真参数进行格式转化，然后基于转化后的仿真参数进行励磁仿真，最后对仿真结果进行可视化。仿真过程中将准同期并网前后的两个物理过程分开考虑，并且对可解耦的调速系统和原动机进行单独仿真，提高了并网前系统的仿真速度；并且，通过用户自定义的参数设置，能够对各种不同情况进行仿真，丰富学习体验。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种发电机励磁仿真系统，所述系统包括：

所述设置模块，用于接收用户输入的仿真参数，并传输至数据转化模块；所述仿真参数包括：仿真时长、无穷大系统参数、故障信息和励磁系统参数；

所述数据转化模块，用于接收所述仿真参数，将所述仿真参数转化为数值类型或字符串类型，并存入数据库；

所述励磁仿真模块，调用数据库中的仿真参数，进行励磁仿真，并将仿真结果存入数据库；

所述可视化生成模块，提取数据库中的仿真结果，生成仿真图像并传输至可视化视图模块；

所述可视化视图模块，接收所述仿真图像并进行显示。

进一步地，所述励磁仿真模块采用单机无穷大系统，包括：同步发电机、励磁系统、调速系统、原动机和电力网络。

进一步地，所述同步发电机采用dq坐标下的五阶模型。

进一步地，所述励磁系统采用典型三阶模型。

进一步地，所述调速系统采用电液调速器模型。

进一步地，所述原动机采用只计及高压蒸汽容积效应的一阶汽轮机模型。

进一步地，所述电力网络采用辐射形4节点系统。

进一步地，所述同步发电机的输出量包括同步发电机的端电压dq轴分量U_d和U_q、转速ω和功角δ；所述励磁系统的输入量包括U_d、U_q和给定电压U_ref，输出量励磁电压E_f送到同步发电机作为输入量；所述调速系统的输入量包括ω和给定转速ω_ref，输出量汽门开度校正度△μ送到原动机作为输入量；所述原动机的输入量包括△μ和给定汽门开度μ，输出量机械功率P_m送到同步发电机作为输入量。

基于上述系统，本发明还提供了一种发电机励磁系统虚拟仿真方法，包括以下步骤：

步骤1：经由用户界面接收用户设置的励磁仿真参数；所述仿真参数包括仿真时长、无穷大系统参数、故障信息和励磁系统参数；

步骤2：将所述仿真参数转化为数值类型或字符串类型；

步骤3：根据所述仿真参数进行励磁仿真，得到仿真结果；

步骤4：基于所述仿真结果生成仿真图像，并进行显示。

进一步地，所述步骤3包括：

(1)调用仿真参数数据和初始设置；

(2)将仿真时刻t₀指针置零；设t_i,i＝0,1,2,…,n表示第i个仿真时刻；

(3)根据网络参数形成4×4阶的导纳矩阵；