CN106709172A - 涉网励磁系统实验数据处理方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涉网励磁系统实验数据处理方法和装置。其中，该涉网励磁系统实验数据处理装置通过静态频谱分析数据处理模块、PPS实验数据处理模块、进相实验数据处理模块、空载电压特性分析数据处理模块、综合放大特性计算数据处理模块和励磁系统参数计算数据处理模块实现对涉网励磁系统实验数据的处理，尤其是在PPS实验数据处理模块中，通过遗传算法参数处理单元使用遗传算法调整PPS实验中的T1、T2、T3和T4参数。通过本发明，解决了相关技术中涉网励磁系统实验数据处理效率低、易出错的问题，提高了涉网励磁系统实验数据处理效率，降低了出错率。

Description

涉网励磁系统实验数据处理方法和装置

技术领域

本发明涉及电力实验数据处理领域，具体而言，涉及一种涉网励磁系统实验数据处理方法和装置。

背景技术

涉网实验是电厂并网商业运行前必须开展的实验，其励磁系统部分的实验包括励磁系统建模实验、电力系统稳定器(Power System Stabilizer，简称为PSS)实验和进相试验，无论是国家电网还是南方电网，对试验的内容均制定了相关的实验要求，而实验的数据处理及分析是涉网实验的重要环节。

(1)励磁系统建模实验

励磁系统建模实验内容包括：静态频谱分析，空载电压特性分析，综合放大特性计算，励磁回路参数计算。

静态频谱分析：静态频率分析是利用动态信号分析仪，辨识励磁调节器的PID环节是否与说明书描述一致，动态信号分析仪输入白噪声信号，信号内容包括频率、幅值和相位，将信号输入励磁调节器，然后从励磁调机器的比例、积分、微分(简称为PID)输出环节将信号引回动态信号分析仪，形成闭环，由此可以动态信号分析仪可以计算励磁系统PID环节的频率特性，计算结果不能直接用于数据分析，需要将数据从动态信号分析仪导出到电脑上，利用一张事先编制的EXECL表格，将数据进行预处理，该数据称为原始数据，然后将经过处理的数据通过复制粘贴到另一张事先编制好的EXECL计算表格进行计算，在EXCEL上展示计算结果和绘制对应的曲线，此工作需要重复6-10次。

空载电压分析：通过同控便携式电量录波仪记录发电机空载升压过程中的励磁电流、励磁电压、发电机机端电压的数据，通过专用软件将数据导进电脑，并用事先编制好的EXCEL绘制空载电压的曲线，并计算出气隙线对应的直线方程。

综合放大特性计算：通过同控便携式电量录波仪记录发电机空载升压过程中的励磁电流、励磁电压、发电机机端电压的数据，同时记录对应的机端电压给定值，并用事先编制好的EXCEL进行计算，同时绘制励磁电压输出差值与励磁调节器的输出曲线。

励磁回路参数计算：通过各实验获得的参数，通过手工计算的方式，获得励磁回路参数。

(2)PSS参数整定试验

图1示出了PPS的数学模型，其中的T5和T6通常均为零。PSS是发电机自动电压调节器中的一种附加励磁控制装置。它的主要作用是给电压调节器提供一个附加控制信号，产生正的附加阻尼转矩，来补偿以端电压为输入的电压调节器可能产生的负阻尼转矩，从而提高发电机和整个电力系统的阻尼能力，抑制自发低频振荡的发生，加速功率振荡的衰减。

PSS必须正确整定参数，才能提高系统的阻尼，电力系统稳定器参数选择包括二项任务：

第一，选择合适的相位补偿角，使电力系统稳定器产生的力矩中有尽可能大的阻尼分量；

第二，选择合理的增益，在正确的相位补偿下，尽可能增大稳定器的阻尼作用。

在进行PSS参数整定试验时，利用动态信号分析仪计算出励磁系统的无补偿动态特性，将计算结果导入电脑，复制粘贴到事先编制好的EXCEL表格，计算励磁系统有补偿特性，通过调整参数，使其满足《南方电网电力系统稳定器试验导则》(在本申请中简称导则)的要求。其中参数调整只能凭经验。

(3)进相试验

在进相试验过程中，需要对发电机的功角进行计算，同时还要记录各种电气量和非电气量，目前主要是通过EXCEL表格进行计算和记录。

当前涉网实验的实验方法均很成熟，但实验数据的处理还停留在EXCEL表格计算的阶段，存在以下缺点：

(1)不同的数据处理需要不同的EXCEL表格，励磁建模实验、PSS参数整定试验和进相试验加起来共计有10张表格，没有实现数据处理工具的集成。

(2)数据处理涉及大量的复制粘贴，计算过程亦均是人工实现，若数据处理者疏忽大意，则会导致数据处理出错，不能保证结果的正确性。

(3)PSS参数整定试验过程中，超前滞后环节(T1、T2、T3、T4)参数的设置完全凭经验，对于新接触该工作的实验员，可能需要花费大量的时间在参数的调整上，大大增加实验数据处理的时间，增加人工成本。

发明内容

本发明提供了一种涉网励磁系统实验数据处理方法和装置，以至少解决相关技术中涉网励磁系统实验数据处理效率低、易出错的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种涉网励磁系统实验数据处理装置，包括：静态频谱分析数据处理模块、PPS实验数据处理模块、进相实验数据处理模块、空载电压特性分析数据处理模块、综合放大特性计算数据处理模块和励磁系统参数计算数据处理模块，其中，所述PPS实验数据处理模块包括遗传算法参数处理单元，用于使用遗传算法调整PPS实验中的T1、T2、T3和T4参数。

可选地，所述进相实验数据处理模块、所述综合放大特性计算数据处理模块和所述励磁系统参数计算数据处理模块分别包括：原始数据输入/导入单元、数据计算单元和结果导出单元。

可选地，所述空载电压特性分析数据处理模块包括：原始数据导入单元、曲线绘图单元、曲线筛选单元和曲线保存单元。

可选地，所述静态频谱分析数据处理模块和所述PPS实验数据处理模块分别包括：原始数据导入/输入单元、数据处理单元、结果导出单元、曲线绘图单元和曲线保存单元。

可选地，所述遗传算法参数处理单元用于将T1、T2、T3和T4参数进行二进制编码，并对编码得到的二进制编码参数进行交叉变异，生成进化后的T1、T2、T3和T4参数。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种使用上述的涉网励磁系统实验数据处理装置进行的涉网励磁系统实验数据处理方法，包括：将原始数据导入所述PPS实验数据处理模块；根据所述原始数据计算出各频率下的PPS相频补偿相频特征，然后与励磁系统无补偿特性进行计算，得出励磁系统有补偿相频特性；在所述励磁系统有补偿相频特性不满足导则要求的情况下，使用所述遗传算法参数处理单元调整所述励磁系统有补偿相频特性对应的T1、T2、T3和T4参数，得到进化的T1、T2、T3和T4参数；使用进化的T1、T2、T3和T4参数代替所述原始数据中的T1、T2、T3和T4参数重新计算励磁系统有补偿相频特性，直至计算得到的励磁系统有补偿相频特性满足导则要求。

可选地，使用所述遗传算法参数处理单元调整所述励磁系统有补偿相频特性对应的T1、T2、T3和T4参数包括：将T1、T2、T3和T4参数进行二进制编码；对编码得到的二进制编码参数进行交叉变异，生成进化后的T1、T2、T3和T4参数。

通过本发明，采用的涉网励磁系统实验数据处理装置通过静态频谱分析数据处理模块、PPS实验数据处理模块、进相实验数据处理模块、空载电压特性分析数据处理模块、综合放大特性计算数据处理模块和励磁系统参数计算数据处理模块实现对涉网励磁系统实验数据的处理，尤其是在PPS实验数据处理模块中，通过遗传算法参数处理单元使用遗传算法调整PPS实验中的T1、T2、T3和T4参数，解决了相关技术中涉网励磁系统实验数据处理效率低、易出错的问题，提高了涉网励磁系统实验数据处理效率，降低了出错率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的PPS的数学模型；

图2是根据本发明实施例的涉网励磁系统实验数据处理装置的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的涉网励磁系统实验数据处理装置的优选结构示意图；

图4是根据本发明实施例的进相实验数据处理模块和综合放大特性计算数据处理模块的处理流程图；

图5是根据本发明实施例的励磁系统参数计算数据处理模块的处理流程图；

图6是根据本发明实施例的空载电压特性分析数据处理模块的处理流程图一；

图7是根据本发明实施例的空载电压特性分析数据处理模块的处理流程图二；

图8是根据本发明实施例的静态频谱分析数据处理模块的处理流程图；

图9是根据本发明实施例的PPS实验数据处理模块的处理流程图；

图10是根据本发明实施例的遗传算法参数处理单元的处理流程图；

图11是根据本发明实施例的参数交叉变异的示意图；

图12是根据本发明实施例的涉网励磁系统实验数据处理方法的流程图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

在本实施例中提供了一种涉网励磁系统实验数据处理装置。图2是根据本发明实施例的涉网励磁系统实验数据处理装置的结构示意图，如图2所示，该涉网励磁系统实验数据处理装置包括：静态频谱分析数据处理模块1、PPS实验数据处理模块2、进相实验数据处理模块3、空载电压特性分析数据处理模块4、综合放大特性计算数据处理模块5和励磁系统参数计算数据处理模块6，其中，PPS实验数据处理模块2包括遗传算法参数处理单元20，用于使用遗传算法调整PPS实验中的T1、T2、T3和T4参数。

上述涉网励磁系统实验数据处理装置中的各个模块可以相互独立工作，也可以在模块间传递共用的参数或者将某一模块的处理结果共享给另一模块作为输入参数。该涉网励磁系统实验数据处理装置的各个模块可以采用独立的硬件结构分别设计，也可以集成设计，例如，各个模块共享处理器资源、缓存资源和存储资源；此外，各个模块还可以共享输入单元、导入单元、导出单元，共享人机交互界面等。

在具体设计各个模块对实验数据的处理逻辑时，参照相关技术中公知的处理逻辑进行设计；除此之外，在设计PPS实验数据处理模块2的处理逻辑时，还要考虑遗传算法参数处理单元20对处理逻辑的影响。

参考图3，可选地，进相实验数据处理模块、综合放大特性计算数据处理模块和励磁系统参数计算数据处理模块分别包括：原始数据输入/导入单元、数据计算单元和结果导出单元。

例如，参考图4，进相实验数据处理模块和综合放大特性计算数据处理模块用于导入现有的原始数据，输入参数(需完整，否则计算异常)，在系统中做计算，计算完后，将表格导出。

例如，参考图5，励磁系统参数计算数据处理模块用于将必要的参数输入完整，系统自动计算其他值，并能完整的导出。

继续参考图3，可选地，空载电压特性分析数据处理模块包括：原始数据导入单元、曲线绘图单元、曲线筛选单元和曲线保存单元。

例如，参考图6，空载电压特性分析数据处理模块用于导入原始导入数据后，按照表中的值绘制出相应图形，并保存。或者参考图7，空载电压特性分析数据处理模块还用于将原始数据进行抽取得到实验数据，重新导入到新的表格中，得到不同曲线，并选择最适合的一条进行保存。

继续参考图3，可选地，静态频谱分析数据处理模块和PPS实验数据处理模块分别包括：原始数据导入/输入单元、数据处理单元、结果导出单元、曲线绘图单元和曲线保存单元。

例如，参考图8，静态频谱分析数据处理模块用于在进行静态频谱分析时，将导入的原始数据通过软件的预处理功能，得到频率、相位和增益，输入必要参数后，再通过软件计算得到表格中的其他值，若输入不全，导致计算异常。观察计算值，并修改成所需要的，设置自己的误差范围，超出预设范围的值进行标识，无误后将表格导出。通过表中的值，在同一张表中绘制出理论增益、相位和实测理论增益、相位的四条曲线，并保存。

例如，参考图9，PPS实验数据处理模块整体处理环节与静态频谱分析数据处理模块类似，但在输入参数时，其中部分参数还要通过遗传算法参数处理单元处理。图10示出了遗传算法参数处理单元的处理过程，如图10所示，该处理过程包括：首先确定了参数的范围0-20，对其进行编码，初始化群体，再根据适度值评估函数进行量化，如果能得到期望值，则直接将最优解输出：若不是期望值，则要根据选择运算规则、交叉运算规则和变异运算规则产生一个新的群体，重新计算适应值，直到达到所期望的值即可输出最优解。

可选地，遗传算法参数处理单元用于将T1、T2、T3和T4参数进行二进制编码，并对编码得到的二进制编码参数进行交叉变异，生成进化后的T1、T2、T3和T4参数。

下面对遗传算法参数处理单元的处理逻辑进行举例说明。

首先，程序随机生成超前滞后环节T1、T2、T3、T4四个参数的初始值(举例：T1＝0.01，T2＝0.02，T3＝0.03，T4＝0.04)，代入计算公式计算PSS的补偿相频特性，公式如下式所示：

其中：TW3、TW4、T7、T11、T12、KS2、KS1是已知参数，S代表频率，频率：0.1Hz，0.2Hz，0.3Hz，0.4Hz，0.5Hz，0.6Hz，0.7Hz，0.8Hz，0.9Hz，1.0Hz，1.1Hz，1.2Hz，1.3Hz，1.4Hz，1.5Hz，1.6Hz，1.7Hz，1.8Hz，1.9Hz，2.0Hz。

通过该公式计算出各频率下的PSS相频补偿相频特性，与事先记录的励磁系统无补偿特性进行计算，得出励磁系统有补偿特性，如表1所示：

表1

在表1中，有补偿相频特性(对W轴)是最终计算结果，必须满足《导则》要求：“使PSS输出力矩向量在0.2Hz～2.0Hz频率范围内滞后Δω轴的角度在-10°～45°之间；基于南方电网的特点，原则上要求PSS输出力矩向量在0.3Hz～0.8Hz频率范围内滞后Δω轴的角度在0°～30°之间，并尽可能接近0°。”在表1中加粗边框的部分表示此组参数(T1、T2、T3、T4)在0.2Hz已经超出范围，需要启动遗传算法进行优化计算，

此时对T1、T2、T3、T4四个参数的初始值(T1＝0.01，T2＝0.02，T3＝0.03，T4＝0.04)进行二进制编码：

(T1＝0.0000001010001111，T2＝0.0000010100011110，T3＝0.0000011110101110，T4＝0.0000101000111101)；

然后启动遗传算法对该二进制参数进行的交叉变异，交叉过程举例：如图11所示，选择参数T1、T2和T3进行交叉，随机将T1、T2、T3之间的0和1进行交换，T4进行变异。

得到T1＝0.004，T2＝0.297，T3＝0.026，T4＝0.102，再代入上述公式1进行计算，计算出各个频率段的PSS相频补偿特性，与事先记录的励磁系统无补偿特性进行计算，得出励磁系统有补偿特性，如果满足导则要求，则停止交叉变异，显示当前参数，如果不满足导则要求，则继续进行交叉变异。

一开始的随机生成的初始值称为初代参数，每进行一次交叉变异计算，则称为进化1次，为避免陷入无限的循环计算，要设置进化最终次数，一般是50次或100次。当到达设置的进化次数时，T1、T2、T3、T4的参数代入公式1计算仍不满足《导则》要求时，自动停止计算。遗传算法处理过程的流程图参考图10。

在本实施例中，T1、T2、T3、T4表示PSS(电力系统稳定器)超前滞后环节，P表示功率增量(变化值)，W表示转速增量(变化值)，这两种信号均是非直流信号，该信号是由不同频率的信号(PSS只考虑0.2Hz-2.0Hz部分)组成，这些信号的均有相位和幅值，T1、T2、T3、T4的作用就是改变这些信号的相位，使其满足导则的要求。

实施例2

在本实施例中还提供了一种使用上述的涉网励磁系统实验数据处理装置进行的涉网励磁系统实验数据处理方法。图12是根据本发明实施例的涉网励磁系统实验数据处理方法的流程图，如图12所示，该流程包括如下步骤：

步骤S1201，将原始数据导入PPS实验数据处理模块；

步骤S1202，根据原始数据计算出各频率下的PPS相频补偿相频特征，然后与励磁系统无补偿特性进行计算，得出励磁系统有补偿相频特性；

步骤S1203，在励磁系统有补偿相频特性不满足导则要求的情况下，使用遗传算法参数处理单元调整励磁系统有补偿相频特性对应的T1、T2、T3和T4参数，得到进化的T1、T2、T3和T4参数；

步骤S1204，使用进化的T1、T2、T3和T4参数代替原始数据中的T1、T2、T3和T4参数重新计算励磁系统有补偿相频特性，直至计算得到的励磁系统有补偿相频特性满足导则要求。

可选地，使用遗传算法参数处理单元调整励磁系统有补偿相频特性对应的T1、T2、T3和T4参数包括：将T1、T2、T3和T4参数进行二进制编码；对编码得到的二进制编码参数进行交叉变异，生成进化后的T1、T2、T3和T4参数。

综上所述，通过本发明的上述实施例，对现有的涉网实验(励磁建模实验、PSS参数整定试验和进相试验)的数据处理工具进行集成，为实验员提供方便；对数据处理过程采用软件自动进行，减少人工操作失误；PSS参数整定过程中，采用遗传算法，快速实现超前滞后环节(T1、T2、T3、T4)参数的设置，节约数据处理的时间。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种涉网励磁系统实验数据处理装置，其特征在于包括：静态频谱分析数据处理模块、PPS实验数据处理模块、进相实验数据处理模块、空载电压特性分析数据处理模块、综合放大特性计算数据处理模块和励磁系统参数计算数据处理模块，其中，

所述PPS实验数据处理模块包括遗传算法参数处理单元，用于使用遗传算法调整PPS实验中的T1、T2、T3和T4参数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进相实验数据处理模块、所述综合放大特性计算数据处理模块和所述励磁系统参数计算数据处理模块分别包括：原始数据输入/导入单元、数据计算单元和结果导出单元。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空载电压特性分析数据处理模块包括：原始数据导入单元、曲线绘图单元、曲线筛选单元和曲线保存单元。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述静态频谱分析数据处理模块和所述PPS实验数据处理模块分别包括：原始数据导入/输入单元、数据处理单元、结果导出单元、曲线绘图单元和曲线保存单元。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述遗传算法参数处理单元用于将T1、T2、T3和T4参数进行二进制编码，并对编码得到的二进制编码参数进行交叉变异，生成进化后的T1、T2、T3和T4参数。

6.一种使用权利要求1至5中任一项所述的涉网励磁系统实验数据处理装置进行的涉网励磁系统实验数据处理方法，其特征在于包括：

将原始数据导入所述PPS实验数据处理模块；

根据所述原始数据计算出各频率下的PPS相频补偿相频特征，然后与励磁系统无补偿特性进行计算，得出励磁系统有补偿相频特性；

在所述励磁系统有补偿相频特性不满足导则要求的情况下，使用所述遗传算法参数处理单元调整所述励磁系统有补偿相频特性对应的T1、T2、T3和T4参数，得到进化的T1、T2、T3和T4参数；

使用进化的T1、T2、T3和T4参数代替所述原始数据中的T1、T2、T3和T4参数重新计算励磁系统有补偿相频特性，直至计算得到的励磁系统有补偿相频特性满足导则要求。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，使用所述遗传算法参数处理单元调整所述励磁系统有补偿相频特性对应的T1、T2、T3和T4参数包括：

将T1、T2、T3和T4参数进行二进制编码；

对编码得到的二进制编码参数进行交叉变异，生成进化后的T1、T2、T3和T4参数。