本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的參數(shù)現(xiàn)場整定方法，具體地說是一種采用功率-轉(zhuǎn)速變化量合成作為輸入的超前相位自適應(yīng)型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的現(xiàn)場參數(shù)整定方法。
背景技術(shù)：
：隨著國家電網(wǎng)公司“十三五”規(guī)劃的穩(wěn)步實施，我國將形成多電壓等級、交直流混聯(lián)的復(fù)雜特大型同步電網(wǎng)格局。全網(wǎng)等效慣量的增加和開機方式的變化使得全網(wǎng)阻尼減弱，低頻振蕩風險增加，系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性降低。目前工程化應(yīng)用最廣泛的防止系統(tǒng)低頻振蕩的手段為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS(PowerSystemStabilizer)，其原理為通過在勵磁系統(tǒng)電壓給定點疊加一個相位超前轉(zhuǎn)速變化的PSS輸出量，補償發(fā)電機無補償滯后特性，以達到增加阻尼、抑制有功低頻振蕩的作用。但為了達到補償發(fā)電機無補償特性的目的，現(xiàn)有典型PSS模型在參數(shù)整定時多采用多階大相位超前環(huán)節(jié)，這種采用大超前環(huán)節(jié)的補償方式，一方面會造成PSS增益受限而嚴重削弱其在中低頻段的振蕩抑制能力；另一方面，對于不同頻率下的無補償特性，要采用一套相同的超前參數(shù)達到全頻段的補償效果，存在參數(shù)整定困難等問題，不利于工程中的現(xiàn)場參數(shù)整定。為解決上述問題，申請人申請了“一種超前相位自適應(yīng)型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器”(中國專利申請?zhí)枮?01610343420.9)，其提出利用發(fā)電機有功功率負變化量-ΔPe與轉(zhuǎn)速變化量Δω構(gòu)造一個合成相量VPe-ω作為新型PSS輸入的方法，使其超前相位角度隨振蕩頻率增加而增加，無需采用典型PSS的多級超前環(huán)節(jié)補償即可滿足在不同頻率范圍內(nèi)的發(fā)電機及勵磁系統(tǒng)的滯后特性，其模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。目前工程中典型的PSS均采用以有功功率輸入環(huán)作為補償滯后特性原則的相位校正方法作為PSS參數(shù)整定方法。由于“一種超前相位自適應(yīng)型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器”專利申請中的新型PSS采用有功功率負變化量-ΔPe與轉(zhuǎn)速變化量Δω合成的功率-轉(zhuǎn)速軸合成矢量作為輸入，為使得該新型PSS能適應(yīng)不同機組及工況的運行要求，亟需提出一種通過現(xiàn)場簡單試驗獲得整定參數(shù)的方法，使其具有工程應(yīng)用的可能性和推廣性。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是根據(jù)超前相位自適應(yīng)型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的結(jié)構(gòu)及特性，提供一種原理清晰、操作簡單的現(xiàn)場參數(shù)整定方法，使該種新型PSS具有良好的抑制低頻振蕩的效果并可用于工程應(yīng)用。為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：一種超前相位自適應(yīng)型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的參數(shù)整定方法，所述的PSS采用有功功率負變化量-ΔPe與轉(zhuǎn)速變化量Δω合成的功率-轉(zhuǎn)速軸合成矢量作為輸入，其包括如下步驟：1)退出發(fā)電機勵磁系統(tǒng)PSS，采用信號分析儀發(fā)出正弦掃頻信號，并將其輸入至發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的PSS輸出疊加點，分析得到發(fā)電機勵磁系統(tǒng)無補償滯后特性角θ無補償；2)根據(jù)發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程，調(diào)整轉(zhuǎn)速信號增益系數(shù)Ks，以保證在本機振蕩頻率下的合成機械功率為零；3)從步驟2)獲得的轉(zhuǎn)速信號增益系數(shù)Ks計算獲得不同頻率下轉(zhuǎn)速和有功功率對應(yīng)的交流增益系數(shù)K；4)設(shè)置參數(shù)TW1、TW2、TL1、TL2，TL1<TL2(典型值為TL1＝8，TL2＝48)，計算不同頻率下(0.2～2Hz)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速環(huán)相位θω，使得θω的角度略超前Δω軸并隨著頻率的增加靠近Δω軸(Δω軸為由-ΔPe與Δω構(gòu)成的坐標系中的縱坐標)；5)根據(jù)步驟2)中的Ks及步驟4)中設(shè)置的參數(shù)TW1、TW2、TL1、TL2，計算不同頻率下(0.2～2Hz)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速環(huán)幅值Mω；6)根據(jù)步驟3)中獲得的交流增益系數(shù)K和步驟5)中獲得的轉(zhuǎn)速環(huán)幅值Mω，計算對應(yīng)的轉(zhuǎn)速環(huán)等效幅值Mω等效；7)設(shè)置參數(shù)TW3、TW4、TH1、TH2，TH1<TH2(典型值為TH1＝1)，計算不同頻率下(0.2～2Hz)對應(yīng)的有功功率環(huán)相位θpe；8)根據(jù)步驟2)中的Ks及步驟7)中設(shè)置的參數(shù)TW3、TW4、TH1、TH2計算不同頻率下(0.2～2Hz)對應(yīng)的有功功率環(huán)幅值Mpe；9)根據(jù)步驟4)、步驟6)-8)中獲得Mω等效、θω、Mpe、θpe計算功率-轉(zhuǎn)速軸合成矢量的ω軸分量10)根據(jù)步驟4)、步驟6)-8)中獲得Mω等效、θω、Mpe、θpe計算功率-轉(zhuǎn)速軸合成矢量的Pe軸分量11)根據(jù)步驟9)及步驟10)獲得的和計算合成矢量的超前相位12)根據(jù)陷波濾波器函數(shù)計算陷波濾波環(huán)節(jié)的相位θ陷波濾波，若未采用陷波濾波環(huán)節(jié)，則無需計算；13)根據(jù)三階超前滯后相位環(huán)節(jié)計算相位θ超前滯后，若未采用超前滯后環(huán)節(jié)，則無需計算；14)計算發(fā)電機勵磁系統(tǒng)PSS相對于Δω軸的總超前相位15)根據(jù)步驟1)中的發(fā)電機無補償滯后特性角θ無補償和步驟14)中計算獲得的總超前相位計算發(fā)電機相對于Δω軸的有償特性θ有補償，使其滿足有償特性在超前Δω軸20度至滯后Δω軸45度之間；若不滿足這一要求，則調(diào)整參數(shù)TW1、TW2、TL1、TL2和TW3、TW4、TH1、TH2，重新進行步驟4)～步驟15)的計算直至滿足要求；16)投入發(fā)電機勵磁系統(tǒng)PSS，逐步增大放大倍數(shù)KPSS，仔細觀察勵磁電壓，當出現(xiàn)微小持續(xù)振蕩時，該放大倍數(shù)為臨界放大倍數(shù)K臨界，取臨界放大倍數(shù)K臨界的1/3～1/5并結(jié)合PSS投入后阻尼比提升情況綜合決定放大倍數(shù)KPSS。本發(fā)明針對申請?zhí)枮?01610343420.9的“一種超前相位自適應(yīng)型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器”，由于其結(jié)構(gòu)決定的合成矢量隨振蕩頻率增加而超前相位角度增加的特性，因此，不需要采用多階超前環(huán)節(jié)即可滿足發(fā)電機勵磁系統(tǒng)有補償特性相位要求。進一步地，步驟2)中，進行發(fā)電機小電壓階躍(典型值2％電壓階躍)，調(diào)整Ks使得有功功率變化量ΔPe和轉(zhuǎn)速變化量Δω的峰-峰值相等。進一步地，步驟3)中，所述交流增益系數(shù)K的計算公式如下：其中，f為頻率(0.2～2Hz)，TH2為有功功率滯后時間常數(shù)。進一步地，步驟4)中，轉(zhuǎn)速環(huán)相位θω的計算公式如下：其中，f為頻率(0.2～2Hz)；Tw1為轉(zhuǎn)速信號第一階隔直時間常數(shù)；Tw2為轉(zhuǎn)速信號第二階隔直時間常數(shù)，TL1為轉(zhuǎn)速信號超前時間常數(shù)；TL2為轉(zhuǎn)速信號滯后時間常數(shù)，θω的單位為度。進一步地，步驟5)中，轉(zhuǎn)速環(huán)幅值Mω的計算公式如下：其中，f為頻率(0.2～2Hz)；Tw1為轉(zhuǎn)速信號第一階隔直時間常數(shù)；Tw2為轉(zhuǎn)速信號第二階隔直時間常數(shù)，TL1為轉(zhuǎn)速信號超前時間常數(shù)；TL2為轉(zhuǎn)速信號滯后時間常數(shù)。進一步地，步驟6)中，轉(zhuǎn)速環(huán)等效幅值Mω等效的計算公式如下：Mω等效＝Mω·K(4)，其中，Mω為轉(zhuǎn)速環(huán)幅值；K為交流增益系數(shù)。進一步地，步驟7)中，有功功率環(huán)相位θpe的計算公式如下：其中，f為頻率(0.2～2Hz)；Tw3為有功功率第一階隔直時間常數(shù)；Tw4為有功功率第二階隔直時間常數(shù)；TH1為有功功率超前時間常數(shù)；TH2為有功功率滯后時間常數(shù)；θpe的單位為度。進一步地，步驟8)中，有功功率環(huán)幅值Mpe的計算公式如下：其中，f為頻率(0.2～2Hz)；Tw3為有功功率第一階隔直時間常數(shù)；Tw4為有功功率第二階隔直時間常數(shù)；TH1為有功功率超前時間常數(shù)；TH2為有功功率滯后時間常數(shù)。進一步地，步驟9)中，ω軸分量的計算公式如下：步驟10)中，P軸分量的計算公式如下：其中，Mω等效為轉(zhuǎn)速環(huán)等效幅值；θω為轉(zhuǎn)速環(huán)相位；Mpe為有功功率環(huán)幅值；θpe為有功功率環(huán)相位；步驟11)中，合成矢量的相位的計算公式如下：其中，為功率-轉(zhuǎn)速軸合成矢量的P軸分量；為功率-轉(zhuǎn)速軸合成矢量的ω軸分量；的單位為度。進一步地，步驟12)中，陷波濾波器的相位θ陷波濾波的計算公式如下：其中，bn為帶寬；Wn為濾波頻率設(shè)定值；θ陷波濾波的單位為度。步驟13)中，超前滯后相位環(huán)節(jié)計算相位θ超前滯后的計算公式如下：其中，T1～T6為三階超前滯后相位校正環(huán)節(jié)的時間常數(shù)，T1為第一階超前時間常數(shù)，T2為第一階滯后時間常數(shù)，T3為第二階超前時間常數(shù)，T4為第二階滯后時間常數(shù)，T5為第三階超前時間常數(shù)，T6為第三階滯后時間常數(shù)；θ超前滯后的單位為度；步驟14)中，發(fā)電機勵磁系統(tǒng)PSS總超前相位的計算公式如下：步驟15)中，發(fā)電機相對于Δω軸的有償特性θ有補償?shù)挠嬎愎饺缦拢罕景l(fā)明根據(jù)超前相位自適應(yīng)型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的模型結(jié)構(gòu)圖，采用現(xiàn)場試驗的方法，找出輸入轉(zhuǎn)速信號和有功功率信號之間的關(guān)系，通過經(jīng)典的頻域計算方法，獲得功率-轉(zhuǎn)速軸合成矢量的超前相位角度計算公式；根據(jù)實際機組的無補償特性，通過合成矢量的相位角度計算公式，即可整定相應(yīng)的參數(shù)使得合成力矩在轉(zhuǎn)速軸附近。該整定方法概念清晰，操作簡單，一般情況下不需要整定傳統(tǒng)PSS的三階超前滯后環(huán)節(jié)，可用于增強特大型交流同步電網(wǎng)易發(fā)的低頻段振蕩抑制能力，提升了特大型交流同步電網(wǎng)在低頻段的動態(tài)穩(wěn)定水平。附圖說明圖1為超前相位自適應(yīng)型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(簡稱新型PSS)的模型結(jié)構(gòu)圖。圖2為超前相位自適應(yīng)型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器投入下的臨界增益圖。圖3為動模機組實測新型PSS退出情況下發(fā)電機5％負載電壓階躍響應(yīng)圖。圖4為動模機組實測新型PSS投入情況下發(fā)電機5％負載電壓階躍響應(yīng)圖。圖5為動模機組實測新型PSS退出情況下的0.5Hz擾動下的有功功率響應(yīng)圖。圖6為動模機組實測新型PSS投入情況下的0.5Hz擾動下的有功功率響應(yīng)圖。圖7為動模機組實測新型PSS退出情況下的0.8Hz擾動下的有功功率響應(yīng)圖。圖8為動模機組實測新型PSS投入情況下的0.8Hz擾動下的有功功率響應(yīng)圖。圖9為動模機組實測新型PSS退出情況下的1.5Hz擾動下的有功功率響應(yīng)圖。圖10為動模機組實測新型PSS投入情況下的1.5Hz擾動下的有功功率響應(yīng)圖。圖11為動模機組實測新型PSS退出情況下的2.0Hz擾動下的有功功率響應(yīng)圖。圖12為動模機組實測新型PSS投入情況下的2.0Hz擾動下的有功功率響應(yīng)圖。具體實施方式下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進一步說明。以某型15kVA動模機組為實施對象，采用上述的現(xiàn)場參數(shù)整定方法，以機組有無PSS為對比，對本發(fā)明具體實施方式的實用性、有效性和科學性作進一步說明。本實施例中機組采用自并勵勵磁方式，發(fā)電機主要額定參數(shù)如下：額定視在功率15kVA，額定有功功率13.5kW，額定機端電壓380V，直軸同步電抗(不飽和值)與交軸同步電抗(不飽和值)均為108.25％。1、發(fā)電機勵磁系統(tǒng)無補償滯后特性現(xiàn)場測試現(xiàn)場測試時的機組工況如下：有功功率13.88kW，無功功率1.89Kvar，機端電壓365.05V，發(fā)電機無補償特性如表1所示。表1為動模機組無補償特性頻率(Hz)無補償特性(度)頻率(Hz)無補償特性(度)頻率(Hz)無補償特性(度)0.125-3.850.875-50.001.625-69.000.250-12.551.000-53.001.750-75.460.375-29.301.125-57.001.875-78.710.500-43.911.250-60.002.000-75.730.625-44.001.375-63.000.750-47.001.500-66.00根據(jù)現(xiàn)場測量的機勵磁系統(tǒng)無補償特性可知，其無補償特性均在0.2～2.0Hz均在滯后90度的范圍內(nèi)，且滯后角度隨著頻率的增加而增加。2、交流增益系數(shù)K計算進行發(fā)電機2％電壓階躍，調(diào)整Ks，使得有功功率變化量ΔPe和轉(zhuǎn)速變化量Δω的峰-峰值相等，獲得Ks＝0.7776，根據(jù)公式(1)計算獲得交流增益系數(shù)K。其中：f∈(0.2,2)Hz。3、新型PSS參數(shù)整定及超前相位值根據(jù)公式(2)～(12)現(xiàn)場計算整定新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的參數(shù)如表2所示：表2新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定參數(shù)表不同頻率下PSS輸出的總超前相位如表3所示。表3新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器在整定參數(shù)下不同頻率的輸出角度超前值4、發(fā)電機相對于Δω軸的有償特性根據(jù)表1中的發(fā)電機無補償特性、表3中的新型PSS總超前相位及公式(13)，計算得到發(fā)電機相對于Δω軸的有償特性，如表4所示。表4動模機組有補償特性頻率(Hz)θ有補償(度)頻率(Hz)θ有補償(度)頻率(Hz)θ有補償(度)0.12510.300.87527.071.62514.280.25024.041.00025.811.7508.310.37524.961.12523.131.8755.490.50021.611.25021.172.0008.830.62527.141.37519.010.75027.671.50016.70由表4可以看到，在表2的整定參數(shù)下，新型PSS輸出的超前角度隨著振蕩頻率的增加而增加，有償特性在超前Δω軸20度至滯后Δω軸45度之間，保證了經(jīng)過勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生的力矩在轉(zhuǎn)速軸附近，實現(xiàn)了對不同頻率下滯后特性的補償。5、新型PSS放大倍數(shù)KPSS整定按表2設(shè)置新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的參數(shù)，將KPSS預(yù)設(shè)為1，投入PSS。逐步增加KPSS，直至發(fā)電機勵磁電壓出現(xiàn)微小持續(xù)振蕩，此時的KPSS設(shè)定值為臨界放大倍數(shù)K臨界＝30，如圖2所示，根據(jù)現(xiàn)場機組情況，因阻尼比提升作用明顯，因此將PSS的放大倍數(shù)KPSS設(shè)定為5。6、有無PSS的負載階躍響應(yīng)實測對比上述動模機組在新型PSS分別退出和投入情況下的現(xiàn)場實測發(fā)電機5％負載電壓階躍響應(yīng)如圖3-圖4所示。實測與仿真的有功功率振蕩品質(zhì)參數(shù)如表5所示表5實測與仿真發(fā)電機5％負載電壓階躍響應(yīng)振蕩品質(zhì)參數(shù)由表5的負載電壓階躍響應(yīng)波形和據(jù)此計算的響應(yīng)品質(zhì)參數(shù)可見，新型PSS投入后有功功率振蕩快速平息，能提供較大的附加阻尼，說明新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器對于振蕩抑制能力強，且參數(shù)整定方法正確有效。6、有無新型PSS的不同頻點下有功功率振蕩實測對比在與上述動模機組同母線的相鄰機組加入不同振蕩頻率的有功功率正弦擾動，分別比較新型PSS退出和投入情況下的機組有功功率幅值，波形如圖5-圖12所示。發(fā)電機有功功率響應(yīng)情況如表6所示。表6不同頻點下的有功功率振幅表注：功率振幅占比為新型PSS投入后功率振幅占未投入前功率振幅比。由圖5-圖12及表6可知，在不同頻點等幅值有功功率強迫振蕩擾動下，新型PSS投入后均能明顯減小發(fā)電機功率振蕩幅度。從而驗證了新型PSS在各振蕩頻率下均具有良好的振蕩抑制能力，且參數(shù)整定方法正確有效。當前第1頁1 2 3