吳水軍，陳晶，劉明群，楊楊

(云南電網(wǎng)公司電力研究院，昆明 650051)

計(jì)算軟件在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)建模中的應(yīng)用

吳水軍，陳晶，劉明群，楊楊

(云南電網(wǎng)公司電力研究院，昆明 650051)

在分析BPA程序在實(shí)際發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)建模工作當(dāng)中存在的不足的基礎(chǔ)上，通過應(yīng)用PowerFactory軟件DSL用戶自定義功能，構(gòu)建基于實(shí)測的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)模型，并將其仿真結(jié)果與BPA仿真及實(shí)測結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了Power-Factory軟件DSL用戶自定義功能在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)建模當(dāng)中的應(yīng)用可行性。

DSL；勵(lì)磁系統(tǒng)；建模

0 前言

為了掌握現(xiàn)場發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)特性，為系統(tǒng)分析計(jì)算提供真實(shí)、可靠的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)模型，提高系統(tǒng)分析計(jì)算結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確性，南方電網(wǎng)頒布了 《南方電網(wǎng)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)實(shí)測與建模導(dǎo)則》 (Q/CSG114003-2011)。該導(dǎo)則將常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行分解，分環(huán)節(jié)建模，并闡述了各個(gè)環(huán)節(jié)的計(jì)算及分析方法。

在現(xiàn)場試驗(yàn)及建模過程中發(fā)現(xiàn)，大部分廠家的產(chǎn)品能夠通過該導(dǎo)則進(jìn)行建模及分析，并用BPA仿真軟件對相關(guān)勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)動態(tài)特性進(jìn)行仿真驗(yàn)證，但是部分廠家在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制邏輯中，采用了非標(biāo)準(zhǔn)的控制模型，由于BPA模型的固定性，現(xiàn)場非標(biāo)模型在 “裝入”BPA仿真程序過程中，只能采用模型等效分析并裝入的方法；或者將非標(biāo)模型的某些參數(shù)屏蔽，使其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)模型，該方法的使用代價(jià)是勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能不能得到充分的發(fā)揮。為了解決該類問題，迫切需要一種具有用戶自定義功能，且能夠進(jìn)行大規(guī)模電力系統(tǒng)仿真建模分析的計(jì)算軟件。

1 用戶自定義建模簡介

Digsilent Power Facory軟件具有非常強(qiáng)大的仿真計(jì)算能力，包括常規(guī)的潮流、穩(wěn)定、短路、小擾動等內(nèi)容。其軟件內(nèi)部模型庫包含了大量的元器件模型和相關(guān)控制模型；除此自外，該軟件針對現(xiàn)有模型庫不能滿足使用要求的情況，提供了DSL(Digsilent Simulink Language)模型構(gòu)建語言，用戶可以定義自己的仿真計(jì)算模型。

DSL在軟件環(huán)境下采用如下的工作原理：通過構(gòu)建被控對象、控制對象的聯(lián)合工作框架(Frame Diagram)，確定了控制對象與被控對象見的信號聯(lián)系；在此基礎(chǔ)上，定義需要構(gòu)建的控制模塊 (Block)，Block內(nèi)部可以嵌套事先定義的已有的Block。其中，DSL自定義模型結(jié)構(gòu)包括包括接口、變量定義、初始化過程以及方程代碼；所涉及的變量包括：輸入信號、輸出信號、狀態(tài)變量、模塊參數(shù)以及內(nèi)部計(jì)算變量等內(nèi)容。

2 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)模型構(gòu)建

同常規(guī)的控制系統(tǒng)一樣，勵(lì)磁系統(tǒng)作為發(fā)電機(jī)電壓、無功的控制系統(tǒng)，包括被控對象 (發(fā)電機(jī))、控制手段 (勵(lì)磁調(diào)節(jié)器)和執(zhí)行機(jī)構(gòu) (可控硅整流環(huán)節(jié))，通常勵(lì)磁系統(tǒng)仿真模型僅單指控制手段和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩個(gè)環(huán)節(jié)。但是不同的仿真軟件對其中的構(gòu)架采用了不同的處理方式，圖1為BPA軟件FM卡和PowerFactory軟件關(guān)于發(fā)電機(jī)組及其控制系統(tǒng)交互圖對比。

圖1 BPA軟件FM勵(lì)磁卡模型

圖2 PowerFactory發(fā)電機(jī)仿真框圖

圖1 所示模型在PowerFacory中無對應(yīng)模型，在此通過使用DSL自定義模型工具，在Digsilent仿真平臺下，使用軟件自帶的 SYM Frame no-Droop框架，構(gòu)建了如下的勵(lì)磁系統(tǒng)仿真模型：

圖3 DSL用戶自定義勵(lì)磁仿真模型

針對以上模型，定義相關(guān)的輸入?yún)?shù)，輸出參數(shù)，狀態(tài)變量，模塊參數(shù)，并完成模塊的初始化，使其仿真過程從穩(wěn)態(tài)開始，避免擾動發(fā)生前的系統(tǒng)過渡過程。

備注：上述模型中給出了勵(lì)磁系統(tǒng)PID控制部分的仿真模型，與BPA仿真軟件將所有調(diào)差、低勵(lì)、過勵(lì)等輔助功能放在同一模型卡的處理方法不同，PowerFactory與發(fā)電機(jī)相關(guān)的控制設(shè)備按照分模塊交互框進(jìn)行組合，分為勵(lì)磁、調(diào)速、過勵(lì)、低勵(lì)和PSS，每個(gè)部分需要單獨(dú)搭建。

3 自定義模型與BPA仿真對比

為了驗(yàn)證PowerFactory自定義模型仿真計(jì)算結(jié)果的正確性，本文采用南方電網(wǎng)公司 《南方電網(wǎng)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)實(shí)測與建模導(dǎo)則》(Q/CSG114003-2011)所推薦的仿真校核模型及參數(shù)指標(biāo)，利用云南某電廠發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)辨識及建模的相關(guān)實(shí)測數(shù)據(jù)，分別采用BPA仿真軟件的FM卡 (FM+卡)和PowerFacory自定義模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并將PowerFactory仿真結(jié)果導(dǎo)出，用PSAW仿真平臺下的多穩(wěn)定曲線比較軟件，將兩者進(jìn)行對比分析，現(xiàn)給出仿真對比結(jié)果，如圖4。

圖4 實(shí)測與仿真曲線對比

參照南網(wǎng)勵(lì)磁系統(tǒng)建模導(dǎo)則推薦的評價(jià)指標(biāo)，對以上仿真的相關(guān)階躍指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1。

表1 階躍指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

從上表可以看到，通過PowerFactory用戶自定義模型功能，參考BPA仿真軟件的FM卡所對應(yīng)的模型結(jié)構(gòu)，所構(gòu)建的自定義模型仿真結(jié)果與BPA完全一致，且與現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)一致，從而驗(yàn)證了PowerFactory自定義模型功能的可用性。針對本文引言中所關(guān)注的非標(biāo)模型的情況，利用該軟件應(yīng)能較好地完成。

4 結(jié)束語

針對BPA程序仿真控制模型的固化，導(dǎo)致用戶只能根據(jù)使用情況，采用將實(shí)際模型進(jìn)行等效或者簡化的方法，將現(xiàn)場模型裝入BPA程序當(dāng)中的情況，本文考慮在充分發(fā)揮PowerFactory軟件既能進(jìn)行大規(guī)模電網(wǎng)仿真，又允許用戶自定義模型特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，探討軟件DSL功能在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)建模工作當(dāng)中的應(yīng)用可行性。本文通過參考南網(wǎng)勵(lì)磁系統(tǒng)建模導(dǎo)則推薦的勵(lì)磁模型，在PowerFactory平臺下構(gòu)建與BPA軟件FM卡等效的仿真模型，并采用云南某電廠的實(shí)測結(jié)果開展仿真研究，仿真結(jié)果表明，PowerFactory用戶自定義模型仿真結(jié)果與BPA仿真結(jié)果完全一致，且與現(xiàn)場測試結(jié)果吻合，考慮到模型的構(gòu)建及參數(shù)完全采用實(shí)測模型及參數(shù)的實(shí)際情況，得到了PowerFactory軟件DSL自定義模型功能在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)建模工作當(dāng)中具有完全的可行性的結(jié)論。

[1] Digsilent公司 .Digsilent PowerFactory用戶手冊 [Z]. 2013，08.

[2] 中國電力科學(xué)研究院.PSD-BPA暫態(tài)穩(wěn)定程序用戶手冊[Z].2010，6.

[3] 云南電力研究院.大盈江四級電廠#3機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)建模報(bào)告 [Z].2010，3.

Application of PowerFactory DSL Function in Excitation System Modeling

WU Shuijun，CHEN Jing，LIU Mingqun，YANG Yang
(Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650051)

Deficiency of BPA unchangeable model cause a lot of problems in the work of excitation system modeling.Based on the measured parameters，a excitation system model constructed by DSL function in PowerFactory is used to simulate.Finally，the feasibility and effectiveness of the method is demonstrated by the compared results of BPA simulation.

DSL；excitation system；modeling

TM76

B

1006-7345(2014)06-0058-02

2014-04-14

吳水軍 (1980)，男，碩士，工程師，云南電網(wǎng)公司電力研究院，研究方向?yàn)閯?lì)磁系統(tǒng)及其仿真 (e-mail)yepri_wsj＠126.com

陳晶 (1968)，男，碩士，高級工程師，云南電網(wǎng)公司電力研究院，研究方向?yàn)橄到y(tǒng)仿真、勵(lì)磁及繼電保護(hù)技術(shù)。