计算软件在发电机励磁系统建模中的应用

吴水军，陈晶，刘明群，杨杨

(云南电网公司电力研究院，昆明 650051)

计算软件在发电机励磁系统建模中的应用

吴水军，陈晶，刘明群，杨杨

(云南电网公司电力研究院，昆明 650051)

在分析BPA程序在实际发电机励磁系统建模工作当中存在的不足的基础上，通过应用PowerFactory软件DSL用户自定义功能，构建基于实测的发电机励磁系统模型，并将其仿真结果与BPA仿真及实测结果进行对比，验证了Power-Factory软件DSL用户自定义功能在发电机励磁系统建模当中的应用可行性。

DSL；励磁系统；建模

0 前言

为了掌握现场发电机励磁系统特性，为系统分析计算提供真实、可靠的发电机励磁系统模型，提高系统分析计算结果的可靠性与准确性，南方电网颁布了 《南方电网同步发电机励磁系统参数实测与建模导则》 (Q/CSG114003-2011)。该导则将常规励磁系统进行分解，分环节建模，并阐述了各个环节的计算及分析方法。

在现场试验及建模过程中发现，大部分厂家的产品能够通过该导则进行建模及分析，并用BPA仿真软件对相关励磁系统调节动态特性进行仿真验证，但是部分厂家在励磁调节器的控制逻辑中，采用了非标准的控制模型，由于BPA模型的固定性，现场非标模型在 “装入”BPA仿真程序过程中，只能采用模型等效分析并装入的方法；或者将非标模型的某些参数屏蔽，使其转换为标准模型，该方法的使用代价是励磁系统调节性能不能得到充分的发挥。为了解决该类问题，迫切需要一种具有用户自定义功能，且能够进行大规模电力系统仿真建模分析的计算软件。

1 用户自定义建模简介

Digsilent Power Facory软件具有非常强大的仿真计算能力，包括常规的潮流、稳定、短路、小扰动等内容。其软件内部模型库包含了大量的元器件模型和相关控制模型；除此自外，该软件针对现有模型库不能满足使用要求的情况，提供了DSL(Digsilent Simulink Language)模型构建语言，用户可以定义自己的仿真计算模型。

DSL在软件环境下采用如下的工作原理：通过构建被控对象、控制对象的联合工作框架(Frame Diagram)，确定了控制对象与被控对象见的信号联系；在此基础上，定义需要构建的控制模块 (Block)，Block内部可以嵌套事先定义的已有的Block。其中，DSL自定义模型结构包括包括接口、变量定义、初始化过程以及方程代码；所涉及的变量包括：输入信号、输出信号、状态变量、模块参数以及内部计算变量等内容。

2 发电机励磁系统模型构建

同常规的控制系统一样，励磁系统作为发电机电压、无功的控制系统，包括被控对象 (发电机)、控制手段 (励磁调节器)和执行机构 (可控硅整流环节)，通常励磁系统仿真模型仅单指控制手段和执行机构两个环节。但是不同的仿真软件对其中的构架采用了不同的处理方式，图1为BPA软件FM卡和PowerFactory软件关于发电机组及其控制系统交互图对比。

图1 BPA软件FM励磁卡模型

图2 PowerFactory发电机仿真框图

图1 所示模型在PowerFacory中无对应模型，在此通过使用DSL自定义模型工具，在Digsilent仿真平台下，使用软件自带的 SYM Frame no-Droop框架，构建了如下的励磁系统仿真模型：

图3 DSL用户自定义励磁仿真模型

针对以上模型，定义相关的输入参数，输出参数，状态变量，模块参数，并完成模块的初始化，使其仿真过程从稳态开始，避免扰动发生前的系统过渡过程。

备注：上述模型中给出了励磁系统PID控制部分的仿真模型，与BPA仿真软件将所有调差、低励、过励等辅助功能放在同一模型卡的处理方法不同，PowerFactory与发电机相关的控制设备按照分模块交互框进行组合，分为励磁、调速、过励、低励和PSS，每个部分需要单独搭建。

3 自定义模型与BPA仿真对比

为了验证PowerFactory自定义模型仿真计算结果的正确性，本文采用南方电网公司 《南方电网同步发电机励磁系统参数实测与建模导则》(Q/CSG114003-2011)所推荐的仿真校核模型及参数指标，利用云南某电厂发电机组励磁系统参数辨识及建模的相关实测数据，分别采用BPA仿真软件的FM卡 (FM+卡)和PowerFacory自定义模型进行仿真验证，并将PowerFactory仿真结果导出，用PSAW仿真平台下的多稳定曲线比较软件，将两者进行对比分析，现给出仿真对比结果，如图4。

图4 实测与仿真曲线对比

参照南网励磁系统建模导则推荐的评价指标，对以上仿真的相关阶跃指标进行计算，计算结果如表1。

表1 阶跃指标计算结果

从上表可以看到，通过PowerFactory用户自定义模型功能，参考BPA仿真软件的FM卡所对应的模型结构，所构建的自定义模型仿真结果与BPA完全一致，且与现场实测数据一致，从而验证了PowerFactory自定义模型功能的可用性。针对本文引言中所关注的非标模型的情况，利用该软件应能较好地完成。

4 结束语

针对BPA程序仿真控制模型的固化，导致用户只能根据使用情况，采用将实际模型进行等效或者简化的方法，将现场模型装入BPA程序当中的情况，本文考虑在充分发挥PowerFactory软件既能进行大规模电网仿真，又允许用户自定义模型特点的基础上，探讨软件DSL功能在发电机励磁系统建模工作当中的应用可行性。本文通过参考南网励磁系统建模导则推荐的励磁模型，在PowerFactory平台下构建与BPA软件FM卡等效的仿真模型，并采用云南某电厂的实测结果开展仿真研究，仿真结果表明，PowerFactory用户自定义模型仿真结果与BPA仿真结果完全一致，且与现场测试结果吻合，考虑到模型的构建及参数完全采用实测模型及参数的实际情况，得到了PowerFactory软件DSL自定义模型功能在发电机励磁系统建模工作当中具有完全的可行性的结论。

[1] Digsilent公司 .Digsilent PowerFactory用户手册 [Z]. 2013，08.

[2] 中国电力科学研究院.PSD-BPA暂态稳定程序用户手册[Z].2010，6.

[3] 云南电力研究院.大盈江四级电厂#3机组励磁系统建模报告 [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

吴水军 (1980)，男，硕士，工程师，云南电网公司电力研究院，研究方向为励磁系统及其仿真 (e-mail)yepri_wsj＠126.com

陈晶 (1968)，男，硕士，高级工程师，云南电网公司电力研究院，研究方向为系统仿真、励磁及继电保护技术。