本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)控制技術領域，尤其涉及一種新型AVR勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型。

背景技術：

AVR勵磁控制系統(tǒng)是同步發(fā)電機的重要組成部分，能夠提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性，在暫態(tài)過程中能夠加速電網(wǎng)電壓的恢復。傳遞函數(shù)是自動化原理里面放應的控制模型，結(jié)果是對設備的具體控制模式，不同的傳遞函數(shù)放映了設備不同的輸結(jié)果，AVR勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)放映了勵磁系統(tǒng)的調(diào)壓作用。

現(xiàn)有的AVR勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型包括勵磁系統(tǒng)及各輔助環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)控制，如圖1所示，U_pss代表PSS控制環(huán)節(jié)輸出的值，UEL代表勵磁控制系統(tǒng)低勵限制輸出的值，PSS和勵磁低勵限制協(xié)調(diào)控制，通過PID控制模塊中的比例單元調(diào)節(jié)系統(tǒng)的偏差、積分單元消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差、微分單元調(diào)節(jié)系統(tǒng)偏差信號的變化率，再通過第三慣性單元對PID控制模塊輸出的值進行延遲，使得輸出結(jié)果不能突變，再通過限幅單元對輸出結(jié)果進行限幅輸出，最后輸出G(S)，從而起到維持電壓水平的作用。

但是，如圖2所示，當U_pss和UEL同時作用時，容易造成勵磁PSS控制環(huán)節(jié)和勵磁低勵限制環(huán)節(jié)之間的沖突，引起電網(wǎng)的振蕩，進而影響電網(wǎng)的安全正常運行。

技術實現(xiàn)要素：

為克服相關技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種新型AVR勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型。

本發(fā)明提供的新型AVR勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型包括PID控制模塊、競高門、第二慣性單元、限幅單元和第三慣性單元，其中：

所述PID控制模塊用于接收定子電壓參考值U_gref和PSS調(diào)節(jié)輸出值U_pss；

所述PID控制模塊的輸出端電連接所述競高門的輸入端，且所述競高門用于比較所述PID控制模塊輸出的Us和反饋值UEL'；

所述競高門的輸出端電連接所述第二慣性單元的輸入端；

所述第二慣性單元的輸出端電連接所述限幅單元的輸入端；

所述限幅單元用于輸出電壓值G(S)；

所述電壓值G(S)通過所述第三慣性單元反饋至所述PID控制模塊。

優(yōu)選地，上述新型AVR勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型中，所述反饋值UEL'為勵磁系統(tǒng)低勵限制模塊輸出的UEL與數(shù)值Ue相加之和。

優(yōu)選地，上述新型AVR勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型中，所述PID控制模塊包括比例單元、積分單元和微分單元，所述比例單元、積分單元和微分單元并聯(lián)連接。

優(yōu)選地，上述新型AVR勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型中，所述模型還包括一階微分單元，所述積分單元的輸出端電連接所述一階微分單元的輸入端。

優(yōu)選地，上述新型AVR勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型中，所述模型還包括第一慣性單元，所述微分單元的輸出端電連接所述第一慣性單元的輸入端。

本發(fā)明提供的技術方案可以包括以下有益效果：

本發(fā)明提供的新型AVR勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型包括PID控制模塊、競高門、第二慣性單元、限幅單元和第三慣性單元，其中，PID控制模塊用于接收定子電壓參考值U_gref和PSS調(diào)節(jié)輸出值U_pss，通過PID控制模塊的調(diào)節(jié)處理輸出電壓值Us，通過競高門選擇電壓值Us和勵磁系統(tǒng)低勵限制模塊輸出的UEL中較高的數(shù)值作為輸出值，同時為避免Us和UEL之間頻繁切換，設定一個數(shù)值Ue范圍的緩沖區(qū)；競高門輸出的數(shù)值經(jīng)過第二慣性單元的時間延遲和限幅單元的限幅輸出，最終輸出電壓值G(S)，從而起到維持電壓水平的目的。本發(fā)明提供的新型AVR勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型增設競高門，通過競高門只輸出PID控制模塊輸出的電壓值Us和勵磁低勵限制模塊反饋的UEL中較高的數(shù)值，避免U_pss和UEL同時作用造成沖突，從而避免引起電網(wǎng)的振蕩，進而保障了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行；同時，為避免Us和UEL之間頻換切換，設定一個數(shù)值Ue范圍的緩沖區(qū)。

應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發(fā)明。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術提供的一種AVR勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術提供的一種AVR勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型的波形示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種新型AVR勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1-圖3具體符號表示：

1-PID控制模塊，11-比例單元，12-積分單元，13-微分單元，2-一階微分單元，3-第一慣性單元，4-競高門，5-第二慣性單元，6-限幅單元，7-第三慣性單元。

具體實施方式

這里將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

勵磁系統(tǒng)的主要作用是維持發(fā)電機或其他控制點(例如發(fā)電廠高壓側(cè)母線)的電壓在給定水平。

維持電壓水平是勵磁控制系統(tǒng)的最主要的任務，有以下3個主要原因:

第一，保證電力系統(tǒng)運行設備的安全。電力系統(tǒng)中的運行設備都有其額定運行電壓和最高運行電壓。保持發(fā)電機端電壓在容許水平上，是保證發(fā)電機及電力系統(tǒng)設備安全運行的基本條件之一，這就要求發(fā)電機勵磁系統(tǒng)不但能夠在靜態(tài)下，而且能在大擾動后的穩(wěn)態(tài)下保證發(fā)電機電壓在給定的容許水平上。發(fā)電機運行規(guī)程規(guī)定，大型同步發(fā)電機運行電壓不得高于額定值的110％。

第二，保證發(fā)電機運行的經(jīng)濟性。發(fā)電機在額定值附近運行是最經(jīng)濟的。如果發(fā)電機電壓下降,則輸出相同的功率所需的定子電流將增加,從而使損耗增加。規(guī)程規(guī)定大型發(fā)電機運行電壓不得低于額定值的90％；當發(fā)電機電壓低于95％時，發(fā)電機應限負荷運行。其他電力設備也有此問題。

第三，提高維持發(fā)電機電壓能力的要求和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定的要求在許多方面是一致的。勵磁控制系統(tǒng)對靜態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定的改善，都有顯著的作用，而且是最為簡單、經(jīng)濟而有效的措施。

參見圖3，該圖示出了本發(fā)明實施例提供的新型AVR勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型的基本結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明實施例提供的新型AVR勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型包括PID控制模型1、競高門4、第二慣性單元5、限幅單元6和第三慣性單元7，其中:

PID控制模塊1用于接收定子電壓參考值U_gref和PSS調(diào)節(jié)輸出值U_pss，對定子電壓參考值U_gref和PSS調(diào)節(jié)輸出值U_pss進行調(diào)節(jié)處理，其中，PSS調(diào)節(jié)輸出值U_pss為PSS(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)輸出的電壓值，PSS是勵磁調(diào)節(jié)器自動通道(自動電壓調(diào)節(jié)器AVR)的附加環(huán)節(jié)或者附加裝置，以低頻0.2-2.5Hz的有功功率擺動作為輸入，經(jīng)過放大和調(diào)整相位后疊加在AVR輸出上，產(chǎn)生同發(fā)電機阻尼繞組一樣效果的正阻尼，抵消單純電壓偏差調(diào)節(jié)的AVR所產(chǎn)生的負阻尼，防止電力系統(tǒng)出現(xiàn)低頻振蕩，提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性。

進一步地，輸入的定子電壓參考值U_gref和PSS調(diào)節(jié)輸出值U_pss通過PID控制模塊1的調(diào)節(jié)作用，輸出電壓值Us。PID控制模塊1包括比例單元11、積分單元12和微分單元13，且比例單元11、積分單元12和微分單元13并聯(lián)連接，其中：

比例單元11是按比例反應系統(tǒng)的偏差，起到比例調(diào)節(jié)作用。系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用以減少偏差。比例作用大，可以加快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

積分單元12是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因為有誤差，積分調(diào)節(jié)就進行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強弱取決與積分時間常數(shù)T_i，T_i越小，積分作用就越強。反之T_i大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。

微分單元13反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預見性，能預見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強的加微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反應的是變化率，而當輸入沒有變化時，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成PD或PID控制器。

進一步地，若積分單元12的積分作用過強，會使調(diào)節(jié)作用過強，引起被調(diào)參數(shù)超調(diào)，甚至產(chǎn)生振蕩，因此為防止積分單元12積分作用過強，積分單元12的輸出端電連接一階微分單元2，用于預見偏差。

進一步地，若微分單元13的微分作用過強，會使調(diào)節(jié)作用過強，引起系統(tǒng)超調(diào)和振蕩，因此微分單元13的輸出端電連接第一慣性單元3，起到時間延遲作用，使輸出結(jié)果不能突變。

進一步地，PID控制模塊1的輸出端電連接競高門4的輸入端，且競高門4用于比較PID控制模塊1輸出的Us和勵磁系統(tǒng)低勵限制模塊輸出的UEL，競高門4選擇Us和UEL其中較高的值進行輸出，也就是說，通過競高門4只有一個數(shù)值輸出，從而避免了U_pss和UEL同時作用而引起沖突，進而保障了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

進一步地，通過競高門4選擇PID控制模塊1輸出的U_s和勵磁系統(tǒng)低勵限制模塊輸出的UEL中較高的數(shù)值輸出，但Us和UEL兩者之間頻繁切換，這樣不利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，因此設定一個門檻值，只有達到門檻值才能通過競高門4輸出，具體地：設定一個緩沖值Ue，當UEL限制轉(zhuǎn)換為Us時，需要其功率為UEL'(UEL'＝UEL+Ue)才能通過競高門4輸出；而Us轉(zhuǎn)換為UEL時，只需要達到UEL即可，這樣相當于設定一個Ue范圍的緩沖區(qū)。

進一步地，競高門4的輸出端電連接第二慣性單元5的輸入端，即競高門4輸出的值通過第二慣性單元5的延遲作用，使得通過競高門4的數(shù)值Us或UEL'不能突變。

進一步地，為限制輸出的數(shù)值Us或UEL'的幅值，第二慣性單元5的輸出端電連接限幅單元6的輸入端，當U_min＜輸出的數(shù)值Us或UEL'的幅值＜U_max時，輸出數(shù)值Us或UEL'的幅值；當輸出的數(shù)值Us或UEL'的幅值≥U_max時，輸出的幅值為U_max；當輸出的數(shù)值Us或UEL'的幅值≤U_min，輸出的幅值為U_min。

進一步地，通過限幅單元6的作用，輸出最終的電壓值G(S)，為進一步減小電壓的偏差，采用迭代算法將輸出的電壓值G(S)通過第三慣性單元7反饋至PID控制模塊1的輸入端，直至將電壓的偏差降到最小范圍內(nèi)，輸出最終的電壓值G(S)。

本發(fā)明實施例提供的新型AVR勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型包括PID控制模塊1、競高門4、第二慣性單元5、限幅單元6和第三慣性單元7，其中，PID控制模塊1用于接收定子電壓參考值U_gref和PSS調(diào)節(jié)輸出值U_pss，通過PID控制模塊1的調(diào)節(jié)處理輸出電壓值Us，通過競高門4選擇電壓值Us和勵磁系統(tǒng)低勵限制模塊輸出的UEL中較高的數(shù)值作為輸出值，同時為避免Us和UEL之間頻繁切換，設定一個數(shù)值Ue范圍的緩沖區(qū)；競高門4輸出的數(shù)值經(jīng)過第二慣性單元5的時間延遲和限幅單元6的限幅輸出，最終輸出電壓值G(S)，從而起到維持電壓水平的目的。本發(fā)明實施例提供的新型AVR勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型增設競高門4，通過競高門4只輸出PID控制模塊1輸出的電壓值Us和勵磁低勵限制模塊反饋的UEL中較高的數(shù)值，避免U_pss和UEL同時作用造成沖突，從而避免引起電網(wǎng)的振蕩，進而保障了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行；同時，為避免Us和UEL之間頻換切換，設定一個數(shù)值Ue范圍的緩沖區(qū)。

本領域技術人員在考慮說明書及實踐這里發(fā)明的公開后，將容易想到本發(fā)明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權利要求指出。

應當理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權利要求來限制。