基於輸入信號等值的加速功率型pss參數整定方法
2023-10-10 16:09:44 2
專利名稱：基於輸入信號等值的加速功率型pss參數整定方法
技術領域：
本發明屬電力系統穩定控制領域，更準確地說本發明涉及一種基於輸入信號等值的加速功率型PSS參數整定方法。
背景技術：
現代電力系統中，發電機在重負荷、遠距離輸電條件下，若發電機採用現代快速、高頂值倍數勵磁控制系統，容易產生負阻尼作用，導致系統小幹擾穩定性及動態穩定性水 平下降，甚至引發低頻振蕩。PSS作為發電機勵磁控制系統的附加輔助環節，通過採用發電機轉速偏差信號、頻率偏差信號或電磁功率偏差信號作為勵磁控制系統的附加反饋控制，產生與發電機轉速偏差信號同軸的阻尼轉矩，可有效提高系統對低頻振蕩的正阻尼，是抑制低頻振蕩增強電力系統小幹擾穩定性及動態穩定性最簡單、最直接的手段。PSS參數的合理性是決定其能否充分發揮上述性能的關鍵和前提。目前國內外得到實際廣泛應用的PSS主要分為單輸入信號型和雙輸入信號型。前者的參數整定方法已經相當成熟，後者最具代表性的是加速功率型PSS，目前對其參數的整定仍嚴重依賴於現場試驗、儀器測試，或屏蔽發電機電磁功率偏差輸入信號，將加速功率型PSS退化為單輸入信號PSS進行整定，後者存在較大的整定誤差。對實際電網中多個PSS參數進行校核後發現，其整定的PSS參數有時難以對發電機勵磁控制系統相位滯後進行有效補償。因此，亟需一種系統解決加速功率型PSS參數整定的方法。
發明內容
本發明所指的加速功率型PSS，其定義可見《GB/T 7409. 2— 2008同步電機勵磁控制系統電力系統研究用模型》，相應傳遞函數框圖如附圖I所示。其中
1)輸入信號為發電機轉速偏差Aw和發電機電磁功率偏差A Pe5;
2)Tsi為慣性環節時間常數，TwlIw4為隔直環節時間常數；
3)Ka為PSS最佳增益；KS為功率匹配係數；
4)Tpi Tre為超前滯後環節時間常數；
5)Kp, Tp分別為補償係數及發電機電磁功率積分時間常數；
6)TP8、Tp9為陷波器時間常數；
7)M為慣性時間常數，D為阻尼轉矩係數，兩者均為已知參數。本發明的目的是
基於全數字仿真方法，對加速功率型PSS各個環節參數進行整定計算，從而實現對發電機組勵磁控制系統的相位滯後進行有效補償，並有效提高系統抑制低頻振蕩的阻尼。本發明採取以下技術方案來實現上述目的。該技術方案包括下列步驟
I、利用商業化電力系統仿真分析軟體(小信號分析程序SSAT或電力系統安全穩定量化分析及優化決策軟體FASTEST等)計算發電機組在未投PSS時，其勵磁控制系統輸入信號與電磁轉矩間相 頻特性曲線，記為曲線I;
2、由曲線I計算某指定頻率fm或頻段[f\，f2]下，需PSS超前滯後環節補償的相位角
0
pss ,
3、優先整定雙輸入信號共同經過的超前滯後環節參數，再分別整定ACo信號及A P6信號單獨經過的各環節參數。具體由步驟3. I 3. 5組成。3. I為有效過濾軸系扭振信號，Tp8取0. 2s，Tro取0. Is ;
3. 2分如下3種情況計算超前滯後環節參數初值
①若0PSS不大於0max( 0max為最大超前補償角，此處取70 )，則令0 P= Qpss，Tpi=T1, Tp2=T2, Tp3 Tre均為0 (或某一正實數)；
②若 e pss 大於 e fflax 且不大於 2 0 匪，則令 0 p=l/2 0 pss，Tpi= Tp3= T1, Tp2= Tp4=T2,Tp5 Tp6均為0 (或某一正實數)；
③若 e pss 大於 2 0 ■，則令 0 p=l/3 0 pss，Tpi= Tp3= Tp5= T1, Tp2= Tp4= Tp6=T2 ；
其中I\、T2的計算方法如下
令，若欲在頻段[f\，f2]內獲得較好的相位補償效果，則，；若欲僅針對某特定頻率fm進行相位補償，則，;
3. 3為有效補償高頻段勵磁控制系統相位滯後並防止PSS相位補償後低頻段相位超前，Twl, Tw2初值取5 IOs ;Tw3、Tw4初值取3s ；
3. 4KS取I. 0，Tsi取典型參數0. 02s ；
3. 5令，(kE為略小於I的正實數，此處取0. 70)。4、將上述參數初值代入附圖I所示傳遞函數框圖中相應變量，利用商業化計算軟體(MATLAB、MATHEMATICA等)計算僅A 信號工作時PSS傳遞函數的相頻特性曲線，記為曲線2 ；
5、若在某指定頻率fm或指定頻段[f」f2]下均有曲線I相位角略大於曲線2相位角(其角度差012在10 30 範圍內)，則說明曲線2滿足逼近條件，轉至步驟7;否則，分如下情況對參數進行微調，並返回步驟5 ；
1)若在某指定頻率fm或指定頻段[f」f2]下存在9 12 < 5 ，則適當減小超前滯後環節中位於分子上的時間常數(Tpl、Tp3、Tp5)，適當增大超前滯後環節中位於分母上的時間常數(Tp2、Tp4、Tp6),並適當增大隔直環節時間常數Twl、Tw2 ；
2)若在某指定頻率fm或指定頻段[f」f2]下012>30 ，則適當增大超前滯後環節中位於分子上的時間常數(Tpl、Tp3、Tp5)，適當減小超前滯後環節中位於分母上的時間常數(Tp2、Tp4> Tp6),並適當減小隔直環節時間常數Twl、Tw2 ；
6、增加一虛擬微分環節-Ms-D,將APe5信號等值為與A w同相位的輸入信號,從而將加速功率型PSS等值為單輸入信號PSS，等值後的PSS傳遞函數如附圖2所示。7、基於附圖2給出的等值單輸入信號PSS，計算雙輸入信號同時工作時PSS傳遞函數的相頻特性曲線，記為曲線3 ；
8、校核在某指定頻率fm或指定頻段[f」 f2]下是否滿足曲線I相位角略大於曲線3相位角(其角度差013在10 30 範圍內)，若滿足則說明曲線3滿足逼近條件，轉至步驟9，否則分情況對隔直環節時間常數Tw3、Tw4進行微調，並返回步驟7 ；
I)若在某指定頻率fm或指定頻段[f」 f2]下存在9 13 < 5 ，則適當增大隔直環節時間常數Tw3、Tw4 ；
2)若在某指定頻率fm或指定頻段[f」 f2]下存在0 13 >30 ，則適當減小隔直環節時間常數Tw3、Tw4
9、整定PSS增益Ka為一較大整數值(此處取Ka=40)，利用商業化電力系統仿真分析軟體模擬發電機有功功率送出通道故障(以機端母線發生三相瞬時性短路故障為例)，觀察發電機勵磁電壓動態響應曲線是否出現持續振蕩，並根據下述兩種情況對增益進行調整
1)若是，則進一步減少增益並重新進行仿真試驗，直至某增益下模擬上述故障時發電機勵磁電壓響應曲線不再出現持續振蕩為止，記此增益為臨界增益Klim ;
2)若否，則進一步增加增益並重新進行仿真試驗，直至某增益下模擬上述故障時發電機勵磁電壓動態響應曲線出現持續振蕩為止，記此增益為臨界增益Klim;
10、取，整定結束。本發明披露了一種基於輸入信號等值的加速功率型PSS參數整定方法，提出了將加速功率型PSS參數整定問題轉換成以發電機轉速偏差為輸入的單輸入信號PSS參數整定問題，從而可充分借鑑已有的單輸入信號PSS參數整定方法和成熟經驗。效果和優點
該方法實現了利用全數字仿真手段整定加速功率型PSS參數，解決了加速功率型PSS參數整定嚴重依賴現場試驗、儀器測試反覆嘗試或常規屏蔽發電機電磁功率偏差信號的弊端；且利用該方法整定的PSS參數，不僅適應雙輸入信號同時工作的情形；且在一個輸入信號閉鎖，僅另一個輸入信號工作時同樣能為發電機勵磁控制系統相位滯後提供有效補償，並較好地改善系統阻尼。
附圖I為加速功率型PSS傳遞函數框圖。附圖2為等值後的單輸入信號PSS傳遞函數框圖。附圖3為本發明所提方法的流程圖。附圖4為某實際電網地理接線簡圖，附圖5和附圖6為基於本發明所提方法進行參數整定後的仿真試驗結果。
具體實施例方式以附圖4所示的某實際電網為例，驗證該方法的有效性。從附圖4可見，發電廠Gl和發電廠G2各通過一回線聯接至主網Busl節點。小幹擾分析結果表明，該電網內存在Gl電廠機組相對G2電廠機組的局部負阻尼振蕩模式；且61電廠機組參與該振蕩模式的參與因子較大，即在Gl電廠機組配置PSS對抑制該振蕩模式效果較好。由附圖5所不的Gl電廠機組在未投PSS時其勵磁控制系統輸入信號與電磁轉矩間相頻特性曲線(圖中實線)可知,在0. 3 2. OHz頻段內勵磁控制系統相位滯後最大超過200 ，經計算整定，給出Gl電廠機組PSS參數如下
Tsi=O. 02 ；Tp8=O. 2 ；Tp9=O. I ；Twl=Tw2=6 ;Tw3=Tw4=3 ； TP=8 ；
Ks=I ；KP=0. 35 ；Ka=4 ；
Tpi=Tp3=Tp5=O. 3 ；Tp2=Tp4=Tp6=O. 015。
基於上述參數值的PSS傳遞函數相頻特性曲線如附圖5中虛線所示。可見，上述PSS參數可在0. 2 2. OHz較寬頻段內對勵磁控制系統的相位滯後進行有效補償。
附圖6給出了 Gl電廠機組機端母線發生三相瞬時性短路故障後，在配置PSS前後機組有功功率響應曲線。從中可見，基於該發明所提方法整定的PSS參數可有效阻尼系統低頻振蕩，改善了系統小幹擾穩定性。
權利要求
1.基於輸入信號等值的加速功率型PSS參數整定方法，包括以下步驟 O獲取發電機組在未投PSS時，其勵磁控制系統輸入信號與電磁轉矩間相頻特性曲線，記為曲線I;並據此計算需PSS超前滯後環節補償的相位角； 2)計算雙輸入信號共同經過的超前滯後環節時間常數初值； 3)計算僅發電機轉速偏差信號工作時PSS傳遞函數的相頻特性曲線，記為曲線2;調整發電機轉速偏差信號經過通道各環節參數，使曲線2和曲線I在指定頻率或頻段範圍內滿足逼近條件； 4)根據發電機慣性時間常數和阻尼轉矩係數，將發電機電磁功率偏差信號等值成與發電機轉速偏差同相位的輸入信號，計算雙輸入信號同時工作時PSS傳遞函數的相頻特性曲線，記為曲線3 ;調整發電機電磁功率偏差信號經過通道各環節參數，使曲線3和曲線I在指定頻率或頻段範圍內滿足逼近條件； 5)求取臨界增益，並據此確定PSS最佳增益。
2.根據權利I要求所述的基於輸入信號等值的加速功率型PSS參數整定方法，其特徵在於，待整定的PSS包含兩個輸入信號,其中一個信號為發電機轉速偏差,一個信號為發電機電磁功率偏差。
3.根據權利I要求所述的基於輸入信號等值的加速功率型PSS參數整定方法，其特徵在於，將加速功率型PSS的發電機電磁功率偏差輸入信號等值成與發電機轉速偏差同相位的輸入信號。
4.根據權利要求I所述的基於輸入信號等值的加速功率型PSS參數整定方法，其特徵在於，基於全數字仿真的整定流程中，優先整定雙輸入信號共同經過的各環節參數，再相繼整定各輸入信號單獨經過的各環節參數。
全文摘要
本發明提出的基於輸入信號等值的加速功率型PSS參數整定方法，屬於電力系統穩定控制領域，在獲取欲配置PSS的發電機組勵磁控制系統輸入信號與電磁轉矩間相頻特性的前提下，首先計算整定雙輸入信號共同經過的超前滯後環節參數，其次整定△ω信號單獨經過的各環節參數，最後將△Pe信號等值成與△ω同相位的輸入信號，再整定該信號單獨經過的環節參數。主要用於增強系統阻尼，抑制低頻振蕩，改善系統小幹擾穩定性及動態穩定性。
文檔編號H02J3/24GK102638052SQ201210053530
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月5日 優先權日2012年3月5日
發明者侯玉強, 刑濤, 孫斌, 方勇傑, 李威, 胡劍琛, 馬覃峰 申請人:南京南瑞集團公司, 國網電力科學研究院, 海南電網公司, 貴州電網電力調度控制中心