水电站发电机组动态特性的在线辨识

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1980.03.012 北京钢铁学院学报 1980年第3期 水电站发电机组动态特性的在线辨识 北京钢铁学院电工教研室钟延桐李白男 清华 大学沈普德冒茂松◆ 摘 要 本文介绍了在某水电站发电机组处于不同运行方式下在线辨，试验结果。试验 结果表明，应用伪随机信号相关仪对电力系统进行在线辨战是安全可行的，並且看 出单台发电机组的动态特性与电力系统的结构和潮流有关。 一、概述 某水电站拥有7.25万瓩水轮发电机9台，在线辨识试验是在其中一台机组进行的。电力 系统结构简图如图1所示，运行方式 分为，线路传输功率5千瓩（双线） B区 220￥生网 以及线路传输功肃15万瓩（单线)两 B变 A变 种。试验目的是，在上述运行方式下 获得发电机组的励磁一发电机电压系 A区 统的动态特性。 220KG变 水轮发电机由可控硅励磁电源供 电，如图2所示。由于励磁供电的调 双线 节电路部份无求和运算放大器，试验 信号不便于直接输入，因此将调节电 路中一段电阻短路或开路的方式来改 … 变输入量，图2中干簧继电器τ（装 713.5 在伪随机信号相关仪内)专为此而设 ⊙⊙72500KW 置。继电器的开闭由伪随机二位式序 列(P.R.B.S)控制，由于系统动态 图1电力系统简图 过程较慢，试验信号钟周期△t在250 ·清华大学黄益庄、张元驥和本院电工教研室赵开群等参加了现场试验和动态模试验 工作。 98

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年第 期 水电站发电机组动态特性的在线辨识 北 京钢铁学 院 电工 教研 室 钟延 炯 李 白男 清 华 大 学 沈替 德 言茂松 摘 要 本文介绍 了在 某水 电站 发 电机 组 处于不 同运 行方 式下在 线辨 擞试 验 结果 。 试 验 结果表明 ， 应 用伪随机 信号 相 关 仪对 电力系统进 行在 线辨 娥 是 安全 可 行的 ， 韭 且 看 出单 台发 电机 组 的动态特性与 电力 系统 的结构和 潮 流有关 。 一 、 概 述 某水 电站 拥有 万 冠 水轮发 电机 系统结构简图 如图 所 示 ， 运 行方式 分为 ， 线路传输功率 千 耻 双线 以 及线路传输功率 万 冠 单线 两 种 。 试验 目的是 ， 在 上述运行方式下 获得发 电机组的励磁一发 电机 电压 系 统 的动态 特 性 。 水 轮发 电机由可控 硅励磁 电源供 电 ， 如 图 所示 。 由于励磁 供 电的调 节 电路部份无 求和运算放 大器 ， 试 验 信号不便 于直接 输入 ， 因此将调节 电 路 中一段 电阻短 路或 开路 的方式来改 变 输入 量 ， 图 中干簧继 电器 装 在伪 随机信号相关仪 内 专为此而设 置 。 继 电器 的开闭 由伪 随机二位式 序 列 控 制 ， 由于系 统 动态 过程 较慢 ， 试 验 信 号钟周 期△ 在 台 ， 在线 辨 识试 验是在 其中一 台机组进行 的 。 电力 图 电力 系统 简 图 清华大学黄益庄 、 张元 骥和 本院 电工 教 研 室赵 开 群 等参 加 了现 场 试 验和 动态 模 拟试 验 工 作 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－53x．1980．03．012

13.5￥ 72500W 220x 主局磁机 电压互感静 门六相整流静 电压调节路 伪随机倍 号发生器 相关器 一公斤() 继电器 图2试验线路 毫秒至530毫秒左右，干簧继电器动作时间为0.9毫秒，由它带来的误差可以忽略。 发电机端电压取自一个六相整流器，由于 整流变压器结构不对称，造成输出电压、纹波 较大。为减少纹波影响，系统输出串接了低通 泸波器。 、 电力系统是一个要求连续稳定的动态系 统。运行中任何不适当的扰动都会给整个系统 及用户带来不利影响，甚至影响全系统的安全 运行。因此，在线试验首要一点，就是试验信 号电平尽可能低。试验中，试验信号(P.R.B 图3 伪随机信号及系统被拢 S)电平为发电机输出端电压的0.43%，系统 波形照片（时标为1秒） 被扰输出见图3。试验过程中，电力网仍处于 正常运行状态，除发电机无功功率Q略有摆动外，未出现不利影响。 二、辨識原理及在线相关仪 在下列维纳一何甫方程中 R:2e)=gt)Ra(t-tdt 如果输入信号x(t)采用P.R.B.S,则由于它的自相关函数Rxx(t)是一个三角脉冲〔1)，因 此有 R()()-g(t)dt a T多 式中：g(t)一被测系统脉冲响应函数， Ts一系统调整时间，即g(t)=0当t>Ts: Rxx(τ)一一输入信号x(t)的自相关函数， Rxz(t)一x(t)与系统输出z(t)的互相关函数， S一x(t)的自相关函数面积。 99

幸 电压调节器 公斤 丫 继 电器 图 试 验 线路 毫秒至 毫秒左右 ， 干簧继 电器 动作 时间 为 毫秒 ， 由它带来的误 差可 以忽略 。 发电机端 电压取 自一 个六 相 整流器 ， 由 于 整 流 变压 器结 构不对 称 ， 造成 输 出电压 、 纹 波 较 大 。 为减 少纹 波影 响 ， 系统 输 出 串接 了低通 沪 波器 。 电力系统 是 一 个要求 连续 稳 定 的 动态 系 统 。 运行中任何不 适 当的扰 动都会给 整个 系统 及用户带来不利 影 响 ， 甚 至影 响全系统的安全 运行 。 因此 ， 在线试 验 首要一点 ， 就是试 验 信 号 电平尽 可能低 。 试 验 中 ， 试 验信 号 电平 为发 电机 输 出端 电压的 ， 系统 被 扰 输 出见 图 。 试 验 过 程 中 ， 电力网仍处于 图 伪随机 信 号 及 系统被拢 波形 照 片 时标 为 秒 正 常运 行状 态 ， 除发 电勿七无功功 率 略有摆 动外 ， 未 出现不 利影响 。 二 、 辨 撒 原理 及 在线 相关仪 在下 列 维 纳一 何甫方程 中 、 下 如果 输入 信 号 采 川 〕 ， 此 有 ” 一 。 则 由于它 的 自相 关函数 是 一 个三 角脉 冲 〔 〕 ， 一 之 ‘ 一 凡 。 ‘ ‘ 式 中 － 被测 系统脉 冲响应 函数 － 系统调 整 时间 ， 即以 当 ， 、 动－ 输入信 号 的 自相 关 函 数 ， － 与系统 输 出 的 互 相关函数 － 的 自相关函数 面 积

在本次试验中，我们采用P.R.B.S的改进序列一逆重复m序列l(t)〔2)则上式可改写成 R,z(t)≈Sg(t) 从上看出，只要将输入到杀统的试验信号I(t)与系统被扰输出求互相关函数，就能得到 被测系统的脉冲响应函数g(τ)的线性估计（图4）。 a(t) t) (t) z(t) () x(t) 伪随 机信号 相关器 发生精 图4系统辨識框图 互相关函数R,z(t)的测量计算，采用伪随机信号相关仪〔3)。它具有16个并行迟延序 列，一次可测得脉冲响应g(t)的16个栅点值，自动记录测量结果后，序列串行迟延16位， 第二次测得g(x)从17个栅点至32个栅点值的另16个栅点值，等等。 三、在线辨識试验 1.线路传输功率5千酰（双线） (1)试验信号参数 a(信号电平)：0.43%×发电机瑞电压 △t(钟周期)：530mS N(序列长度)31 q(周期数)：4 序列类：逆重复m序列 加权方式：1,3,3,1 (2)系统运行参数 220KV输电线双线运行 线路传输功率，有功功率P=5000千瓦 无功功率Q=55000千乏 全厂总功率：有功功率三p=17万瓩 无功功率Q=21万瓩 测试发电机：有功功率P=50000千瓦 无功功率Q=30000千乏 可控硅半导体励磁调节器投入。 (3)试验结果 实测系统的脉冲响应曲线如图5所示，用三阶模型拟台，所得传递函数为： 0.0077S2+1.309S+6.355 G(S)=S9+4.855S2+4.954S+6.575 100

在本次试 验中 ， 我们采用 的改进 序列一逆 重 复 序列 〔 〕则上式可改 写成 丫 刘 从 上看出 ， 只 要将输入 到 系统 的试 验 信 号 与系统 被 扰输出求互相关函数 ， 就能得 到 被测 系统 的脉冲响应 函数 的线 性估子 · 图 。 发生 图 系统 辨 浪框 图 互相关函数 的测 量计 算 ， 采 用伪 随机信号相关仪 〔 〕 。 它具有 个并行 迟延 序 列 ， 一次可测得脉冲响应 的 个栅点值 ， 自动记 录测 量结果 后 ， 序列 串行迟延 位 ， 第二次测得 二 从 个栅点至 个栅点值 的另 个栅点值 ， 等 等 。 三 、 在线辨 撒 试 验 妞路伶轴 功率石千迸 双钱 试验信号参数 信号 电平 发电机端 电压 △ 钟周 期 序列 长 度 周 期数 序列 类 逆 重 复 序列 加 权方式 ， ， ， ‘ 系统 运行 参数 输 电线 双线 运行 线路 传输 功率 有功功率 千 瓦 无 功功 率 千乏 全 厂 总 功 率 有功功率 艺 万 甩 无 功功 率 艺 万 耻 测 试 发 电 机 有功功率 千 瓦 无 功功率 二 。千乏 可 控 硅半导 体励磁 调节器 投 入 。 试 验 结果 实测 系统 的脉 冲响应 曲线 如 图 所 示 ， 用三阶 模型 拟合 ， 所 得传递 函数为 “ 牙丁 不刁落

2.线路传输功率15万瓩（单线） (1)试验信号参数 a(信号电平)：0.43%×发电机端电 △t(钟周期)：250mS N(序列长度)：63 9(周期数)：4 序列类 :逆重复m序列 加权方式：1,3,3,1 g(t) X实测 一模型 3 1.06 2.12 3.18 4,24 5.3 6.36 7.42 -t(s) 图5线路传输功率5千瓩时的脉冲响应g(t、 g(t) 1.0 实测 一模型 0.5 t(s) 图6线路传揄功率15万千瓦时的脉冲响应g(t) (2)运行参数 220KV输电线单线运行 线路传输功：有功功'=150,000千瓦 无功功率Q=84,000千乏 个厂总功：有功功率Sp=224,000千瓦 无功功￥SQ=22,800千乏 101

线路 传轴 功率 万 砒 单线 试 验 信 号 参数 信号 电平 发 电机端 电压 △ 钟周 期 序列 长 度 周 期数 序 列 类 逆 重 复 序 列 加 权方 式 ， ， ， 图 线路 传 输功率 千 死 时的脉 冲响应 、 ‘ 二 图 线路 传输 功率 万 千 瓦 时的 脉 冲 响应 以 运 行 参数 输 电线 单线 运 行 线 路 传输 功 率 有功功率 二 ， 千 瓦 无 功功 率 二 ， 千乏 个 厂 总 功 率 有功功 率 艺 ， 千 瓦 无 功功 率 万 二 ， 千乏

测试发电机：有功功率P=28,000千瓦 无功功率Q=36,000千乏 可控硅半导体励磁调节器投入。 (3)试验结果 实测系统的脉冲响应曲线如图6所示，用三阶模型拟合所得传递函数为： -0.0296S+2.465S+1.456 G(S)=S+2.17S2+2.,368S+1.35 四、結 論 1.应用伪随机信号相关仪对电力系统进行在线辨识是可行的，安全的，它的极低的信 号电平对电力系统不会产生不良影响。 2,由二种运行方式状态下获得的不同动态特性看出，与电网并联运行的单台发电机的 动态特性，不但与网络参数结构、调节系统参数有关，而且与电力系统潮流也有关。这个问 题有待进一步研究和试验。 感 谢 本次试验规模较大，涉及整个华东电网的调度，由于华东电管局章冰平、徐德生，华东 电管局中心试验研究所刘维烈，水电站王林森、吴明扣、林干川、李玉生等大力协助和支 持，使得整个试验按时顺利进行，借此机会，对上述各位同志表示感谢。 参考文献 〔1)戴维斯，W.D.T著，潘裕焕译，自适应控制的系统识别，科学出版社，1977 〔2)钟延炯，逆重复m序列及系统辨识，自动化学报，第5卷第2期，1979 〔3)李白男、钟延炯，多功能伪随机信号相关仪及冷轧机控制系统的在线辨识，自动 化学报，第5卷第1期，1979 (4)F.J,EVANS,Y.H.Ngo and H.R.Outhred,On-Line digital and Opti mal Control of Generator Excitation,CIGRE,1972,32-05 〔5)钟延炯、赵开群、言茂松、沈善德等，用相关技术辨识电力系统静态稳定的动态 模拟试验研究报告，1979.3（内部资料） 102

测 试 发 电 机 有功功率 ， 。 千瓦 无 功功率 ， 。 千乏 可控 硅半导 体励磁 调节 器投入 。 试验结果 实测 系统 的脉冲响应 曲线如图 所 示 ， 用三阶 模型 拟合所得 传递 函数为 一 么 名 四 、 结 洽 应 用伪随机信号相关仪对 电力系统进行在线辨 识是可行 的 ， 安全 的 ， 它 的极低 的信 号电平对 电力系统不会产生不 良影 响 。 由二种运行方式 状态 下 获得 的不 同动态特 性看 出 ， 与电网并联运行 的单台发电机的 动态 特 性 ， 不但 与网 络 参数结构 、 调节系统 参数有关 ， 而且 与电力系统 潮流也有关 。 这个 问 题 有待进一步研究 和试 验 。 感 谢 本 次试验 规模 较大 ， 涉及整个华东 电 网的调 度 ， 由于 华东 电管局 章凉平 、 徐德生 ， 华东 电管局 中心 试验研究所 刘维 烈 ， 水 电站 王 林森 、 吴 明扣 、 林 干川 、 李玉生等大力协助和 支 持 ， 使得 整个试验按时 顺利进行 ， 借此机会 ， 对 上述 各位 同志表示感谢 。 参 考 文 献 〔 〕 戴维斯 ， 著 ， 潘裕焕译 ， 自适应 控 制 的系统识 别 ， 科学出版社 ， 〔幻 钟延 炯 ， 逆重 复 序列 及 系统 辨识 ， 自动化学报 ， 第 卷 第 期 ， 〔 〕 李 白男 、 钟延 炯 ， 多功能伪随机信号相关仪 及冷轧机控 制 系统 的在线 辨 识 ， 自动 化学 报 ， 第 卷 第 一 期 ， 〔 〕 ， ， 一 ， ， ， 一 钟延 炯 、 赵开群 、 言茂松 、 沈善德 等 ， 用相关技术辨识 电力系统 静态 稳定的 动态 模 拟试 验 研究 报告 ， 内部 资料