核電機組39相自勵無刷勵磁系統(tǒng)機電暫態(tài)模型實測建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種核電機組39相自勵無刷勵磁系統(tǒng)機電 暫態(tài)模型實測建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國電力需求不斷增加，能源相對緊缺與傳統(tǒng)燃煤火電機 組大量污染排放的矛盾日益突出。核能是可大規(guī)模替代常規(guī)能源的現(xiàn)代能源，既清潔又經(jīng) 濟。因大氣污染問題，目前我國正重啟核電建設(shè)。根據(jù)《中國核電中長期發(fā)展規(guī)劃》2015 年我國核電裝機容量達到4000萬千瓦，在建1800萬千瓦；2020年規(guī)劃裝機容量達到5800 萬千瓦，在建3000萬千瓦。在核電技術(shù)領(lǐng)域，核電機組運行對勵磁系統(tǒng)可靠性要求極高。對 百萬千萬以上大容量的核電機組來說，多相整流自勵無刷勵磁系統(tǒng)因具有軸系短、無轉(zhuǎn)子 滑環(huán)、多相整流可靠性高、壽命長等諸多優(yōu)點無疑成為首選勵磁系統(tǒng)。
[0003] 目前在核電應(yīng)用的多相整流無刷勵磁機以法國Alstom公司生產(chǎn)的TKJ系列無刷 勵磁機為代表。法國Alstom公司生產(chǎn)的P320 V2型勵磁調(diào)節(jié)器與TKJ 167 - 45型39相 無刷勵磁機組合而成的自勵無刷勵磁系統(tǒng)在我國寧德核電、福清核電、嶺澳核電、方家山核 電、紅沿河核電等16臺核電機組上皆有應(yīng)用。這種多相整流自勵無刷勵磁機組的運行和涉 網(wǎng)穩(wěn)定控制特性與常規(guī)三機勵磁系統(tǒng)的火電機組有很大的不同，為研宄故障擾動下電力系 統(tǒng)和核電機組的動態(tài)行為及機網(wǎng)間相互作用和相互影響，建立能準確反應(yīng)新型核電機組自 勵無刷勵磁系統(tǒng)動態(tài)特性的仿真模型并提出一套可行的實測技術(shù)是十分必要的。然而，對 于多相整流無刷勵磁機來說電樞端子較三相無刷勵磁機多得多，且又隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，電樞電 壓無法測量，這給核電無刷勵磁系統(tǒng)的參數(shù)實測建模造成技術(shù)困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種核電機組39相自勵無刷勵磁系統(tǒng)機電暫態(tài)模型實測 建模方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種核電機組39相自勵無刷勵磁系統(tǒng)機 電暫態(tài)模型實測建模方法，根據(jù)核電機組39相自勵無刷勵磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，抽象簡化出 核電機組勵磁系統(tǒng)機電暫態(tài)穩(wěn)定計算模型，而后進行相應(yīng)的靜態(tài)、動態(tài)試驗，測試其各分環(huán) 節(jié)模型參數(shù)，并通過對比實測結(jié)果和仿真結(jié)果的方法校核各環(huán)節(jié)模型參數(shù)精度是否滿足電 力系統(tǒng)分析需要。
[0006] 在本發(fā)明實施例中，所述方法具體包括如下步驟， 步驟101 :輸入核電機組勵磁系統(tǒng)中勵磁調(diào)節(jié)器、三相可控硅功率放大單元、39相無刷 勵磁機和發(fā)電機的物理結(jié)構(gòu)及設(shè)計參數(shù)，形成勵磁系統(tǒng)初始模型； 步驟102 :根據(jù)勵磁系統(tǒng)初始模型，分析其模型參數(shù)的可辨識性，對可辨性高的參數(shù)進 行實測辨識，對可辨性低的參數(shù)進行擬合辨識； 步驟103 :在機組靜止狀態(tài)，對勵磁調(diào)節(jié)器模型參數(shù)中包括機端電壓測量環(huán)節(jié)時間常 數(shù)Tr、限幅環(huán)節(jié)進行參數(shù)實測，對PID環(huán)節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)及參數(shù)進行頻譜特性試驗； 步驟104 :根據(jù)靜態(tài)實測數(shù)據(jù)對勵磁調(diào)節(jié)器PID參數(shù)、機端電壓測量環(huán)節(jié)時間常數(shù)Tr、 限幅環(huán)節(jié)的參數(shù)進行辨識； 步驟105 :根據(jù)發(fā)電機及勵磁機空載飽和特性計算發(fā)電機勵磁電壓基準值、勵磁機勵 磁電流基準值、勵磁機勵磁電壓基準值、發(fā)電機及勵磁機飽和系數(shù)，根據(jù)勵磁機負載特性計 算勵磁機電樞反應(yīng)去磁系數(shù)； 步驟106 :根據(jù)余弦移相原理計算可控硅功率放大移相環(huán)節(jié)理論增益，并通過他勵空 載小階躍試驗進行驗證； 步驟107 :發(fā)電機在他勵空載工況下升壓至70%額定電壓附近，通過逆變滅磁錄取發(fā) 電機端電壓下降曲線對發(fā)電機直軸開路時間常數(shù)進行實測； 步驟108 :發(fā)電機在他勵空載低飽和工況下進行開環(huán)定角度階躍試驗，產(chǎn)生勵磁機勵 磁電壓階躍信號，錄取勵磁機勵磁電壓、勵磁機勵磁電流的變化曲線； 步驟109 :忽略發(fā)電機及勵磁機飽和特性，建立39相無刷勵磁機和發(fā)電機機電暫態(tài)簡 化模型，輸入與定角度階躍中勵磁機勵磁電壓一致的階躍形態(tài)，得到勵磁機勵磁電流響應(yīng) 特性，根據(jù)定角度階躍中勵磁機勵磁電流變化實測曲線，對39相無刷勵磁機空載時間常數(shù) 進行時域辨識； 步驟110 :進行機組勵磁系統(tǒng)自勵方式下閉環(huán)空載大階躍特性實測，計算核電勵磁系 統(tǒng)輸出限制值； 步驟111 :進行機組勵磁系統(tǒng)的自勵方式下閉環(huán)空載小階躍特性實測，測試數(shù)據(jù)作為 判斷建模精度是否合格的依據(jù)； 步驟112 :組合步驟104、步驟105、步驟106、步驟107、步驟109和步驟110的結(jié)果，形 成完整的核電機組勵磁系統(tǒng)模型參數(shù)； 步驟113 :建立核電機組勵磁系統(tǒng)仿真算例，對步驟111的實測數(shù)據(jù)進行仿真計算，計 算結(jié)果滿足預(yù)定的誤差標準即為合格，若不滿足，則返回步驟104,以步驟111實測數(shù)據(jù)依 次檢查步驟104、步驟105、步驟106、步驟107、步驟109和步驟110各自結(jié)果的誤差，并做 相應(yīng)調(diào)整，直至滿足預(yù)定的誤差標準； 步驟114 :匯總模型參數(shù)辨識結(jié)果，并且保存相關(guān)計算校核中間過程。
[0007] 在本發(fā)明實施例中，在所述步驟106中，他勵工況采用解開發(fā)電機勵磁機勵磁回 路與勵磁變的連接線，改用50Hz 380V恒定電壓源作為可控硅陽極電源，退出調(diào)節(jié)器超前 滯后環(huán)節(jié)，置PID為純比例加積分環(huán)節(jié)，采用空載小階躍法測定階躍前后勵磁機勵磁電壓 變化量的標么值與階躍量比值，對可控硅功率放大移相環(huán)節(jié)增益進行實測，避免超前滯后 環(huán)節(jié)暫態(tài)增益不準確以及可控硅陽極電壓變化對實測結(jié)果的影響。
[0008] 在本發(fā)明實施例中，在所述步驟108中，對勵磁機空載時間常數(shù)進行時域辨識時 采用了勵磁機勵磁電壓開環(huán)定角度階躍試驗技術(shù)去除了電壓閉環(huán)控制對勵磁機勵磁電流 響應(yīng)特性測量過程的干擾。
[0009] 在本發(fā)明實施例中，在所述步驟109中，辨識勵磁機空載時間常數(shù)時，一般在70% 額定機端電壓低飽和工況下，勵磁機及發(fā)電機磁場飽和較輕，一般可近似取飽和系數(shù)為〇 ; 忽略39相無刷勵磁機換相電抗，將換相電抗的影響歸并到負載電流去磁效應(yīng)上去考慮，令 定角度階躍仿真模型大大簡化。
[0010] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提供了一種核電機組39相整 流無刷勵磁系統(tǒng)電力系統(tǒng)機電暫態(tài)模型及分環(huán)節(jié)參數(shù)實測建模方法，仿真精度與典型勵磁 模型參數(shù)相比大大提高，且有效避免高階控制系統(tǒng)多值參數(shù)辨識過程中的多解問題。因此 本發(fā)明可以直接應(yīng)用于與核電機組勵磁控制相關(guān)的電力系統(tǒng)機電暫態(tài)分析中，具有重要的 工程應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明的核電機組勵磁系統(tǒng)電力系統(tǒng)機電暫態(tài)模型的實測建模方法的流 程圖。
[0012] 圖2是本發(fā)明提供的核電機組39相自勵無刷勵磁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0013] 圖3是本發(fā)明提供的核電機組39相自勵無刷勵磁系統(tǒng)模型圖。
[0014] 圖4是本發(fā)明提供的核電機組勵磁調(diào)節(jié)器PID環(huán)節(jié)頻域特性理論計算與實測結(jié)果 對比圖。
[0015] 圖5是本發(fā)明提供的核電機組勵磁系統(tǒng)功率放大移相環(huán)節(jié)增益試驗波形圖。
[0016] 圖6是本發(fā)明提供的忽略飽和效應(yīng)以及勵磁機換相電抗情況下的發(fā)電機帶勵磁 機空載模型圖。
[0017] 圖7是本發(fā)明提供的核電無刷勵磁機空載時間常數(shù)測試定角度10%階躍勵磁機勵 磁電壓對比效果圖。
[0018] 圖8是本發(fā)明提供的核電無刷勵磁機空載時間常數(shù)測試定角度10%階躍勵磁機勵 磁電流對比效果圖。
[0019] 圖9是本發(fā)明提供的核電機組自勵無刷勵磁系統(tǒng)閉環(huán)空載+ 5%階躍機端電壓仿 真曲線與實測波形對比效果圖。
[0020] 圖10是本發(fā)明提供的核電機組自勵無刷勵磁系統(tǒng)閉環(huán)空載+ 5%階躍勵磁機勵 磁電壓仿真曲線與實測波形對比效果圖。
[0021] 圖11是本發(fā)明提供的核電機組自勵無刷勵磁系統(tǒng)閉環(huán)空載一 5%階躍機端電壓 仿真曲線與實測波形對比效果圖。
[0022] 圖12是本發(fā)明提供的核電機組自勵無刷勵磁系統(tǒng)閉環(huán)空載一 5%階躍勵磁機勵 磁電壓仿真曲線與實測波形對比效果圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行具體說明。
[0024] 如圖1所示，本發(fā)明提出一種核電機組39相自勵無刷勵磁系統(tǒng)機電暫態(tài)模型實測 建模方法，根據(jù)核電機組勵磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，抽象簡化出核電機組勵磁系統(tǒng)電力系統(tǒng)機 電暫態(tài)計算模型，而后，進行相應(yīng)的靜態(tài)、動態(tài)試驗，測試其各環(huán)節(jié)模型參數(shù)，并通過對比實 測結(jié)果和仿真結(jié)果的方法校核各部件模型參數(shù)精度是否滿足電力系統(tǒng)分析需要，該方法的 具體實現(xiàn)過程如下， 1)輸入核電機組勵磁系統(tǒng)的勵磁調(diào)節(jié)器、三相可控硅功率放大單元、39相無刷勵磁機 和發(fā)電機的物理結(jié)構(gòu)及設(shè)計參數(shù)，形成勵磁系統(tǒng)初始模型； 2) 根據(jù)核電勵磁系統(tǒng)初始模型，分析其模型參數(shù)的可辨識性，對可辨性高的參數(shù)進行 實測辨識，對可辨性低的參數(shù)進行擬合辨識； 3) 在機組靜止狀態(tài)，對勵磁調(diào)節(jié)器模型參數(shù)中包括機端電壓測量環(huán)節(jié)時間常數(shù)Tr、限 幅環(huán)節(jié)進行參數(shù)實測，對PID環(huán)節(jié)邏輯結(jié)構(gòu)及參數(shù)進行頻譜特性實測； 4) 根據(jù)靜態(tài)實測數(shù)據(jù)對勵磁調(diào)節(jié)器PID參數(shù)、機端電壓測量環(huán)節(jié)時間常數(shù)Tr、限幅環(huán) 節(jié)的參數(shù)進行辨識； 5) 根據(jù)發(fā)電機及勵磁機空載飽和特性計算發(fā)電機勵磁電壓基準值，勵磁機勵磁電流基 準值、勵磁機勵磁電壓基準值、發(fā)電機及勵磁機飽和系數(shù)，根據(jù)勵磁機負載特性計算勵磁機 電樞反應(yīng)去磁系數(shù)； 6) 根據(jù)余弦移相原理計算可控硅功率放大移相環(huán)節(jié)理論增益，并通過他勵空載小 階躍試驗進行驗證； 7) 發(fā)電機在他勵