專利名稱：采用廣域信號(hào)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器運(yùn)行條件及狀態(tài)轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器運(yùn)行條件及狀態(tài)轉(zhuǎn)換方法，尤其是涉及采用廣域信號(hào)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器運(yùn)行條件及狀態(tài)轉(zhuǎn)換方法。
背景技術(shù)：
廣域測(cè)量系統(tǒng)(WAMS, Wide Area Measurement System)是電力系統(tǒng)新一代的動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，提供了大區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)中重要節(jié)點(diǎn)的同步測(cè)量數(shù)據(jù)，其測(cè)量間隔通常為10毫秒或20毫秒，可準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)各節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，WAMS的飛速發(fā)展使得電力系統(tǒng)廣域動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制成為可能。低頻振蕩的在線監(jiān)測(cè)與阻尼控制是WAMS的重要應(yīng)用領(lǐng)域，其中采用廣域反饋信號(hào)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS,Power System Stabilizer)是實(shí)現(xiàn)廣域阻尼控制的主要手段，同時(shí)也是基于WAMS的低頻振蕩阻尼控制的研究熱點(diǎn)。目前采用廣域反 饋信號(hào)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(以下簡(jiǎn)稱廣域PSS)的設(shè)計(jì)理論以線性時(shí)不變系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，首先要考慮針對(duì)振蕩模式的反饋信號(hào)能觀性及控制點(diǎn)能控性，衡量能觀性和能控性主要有留數(shù)指標(biāo)和幾何指標(biāo)兩種。基于這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行廣域PSS的參數(shù)設(shè)計(jì)方法被廣泛研究，并派生出阻尼力矩分析等與線性時(shí)不變系統(tǒng)理論本質(zhì)上等效的方法。但上述基于線性時(shí)不變理論的結(jié)論不適于分析系統(tǒng)狀態(tài)變化時(shí)的廣域PSS控制。此外，考慮時(shí)延對(duì)廣域PSS控制效果的影響，相關(guān)研究提出了 Smith預(yù)測(cè)方法、Pade逼近法以及基于線性矩陣不等式(LMI)的廣域PSS設(shè)計(jì)方法，這些方法通過(guò)對(duì)固定時(shí)延的處理，減小系統(tǒng)發(fā)生失穩(wěn)的可能性，后者設(shè)計(jì)的廣域PSS還可以適應(yīng)一定的時(shí)滯范圍。廣域PSS在實(shí)際電力系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，運(yùn)行調(diào)度人員在關(guān)心廣域PSS控制效果的同時(shí)，也非常關(guān)注廣域PSS對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)改變的適應(yīng)性，即什么運(yùn)行狀態(tài)下可能導(dǎo)致廣域PSS的錯(cuò)誤動(dòng)作，以及如何避免這些情況的發(fā)生，這需要對(duì)廣域PSS的投運(yùn)條件進(jìn)行研究。目前對(duì)廣域PSS的研究主要集中在上述熱點(diǎn)內(nèi)容，而尚未有明確給出其在實(shí)際系統(tǒng)中投運(yùn)條件的研究。綜上，為保證電力系統(tǒng)廣域穩(wěn)定，廣域電力系統(tǒng)穩(wěn)定器正確動(dòng)作，亟需一種適用于采用廣域反饋信號(hào)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的投運(yùn)條件及運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的:一種采用廣域信號(hào)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器運(yùn)行條件及狀態(tài)轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，定義三種廣域PSS的運(yùn)行狀態(tài)，分別是:退出狀態(tài):廣域PSS處于停運(yùn)狀態(tài)，控制輸出為0，僅能通過(guò)“手動(dòng)投入”條件進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，任何狀態(tài)下均能通過(guò)“手動(dòng)退出”條件返回退出狀態(tài)；投入狀態(tài):廣域PSS由退出狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)后的第一個(gè)狀態(tài)，此狀態(tài)下廣域PSS的輸出仍為0，通過(guò)判定是否滿足激活條件決定是否進(jìn)入激活狀態(tài)；激活狀態(tài):廣域PSS滿足各項(xiàng)投運(yùn)條件而輸出控制量的狀態(tài)，通過(guò)判定是否滿足激活條件決定是否返回投入狀態(tài)。
在上述的采用廣域信號(hào)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器運(yùn)行條件及狀態(tài)轉(zhuǎn)換方法，所述投入狀態(tài)和激活狀態(tài)中，激活條件需要同時(shí)滿足以下三個(gè)條件，分別是:激活條件一:本地功率激活條件，即:以控制機(jī)組的額定容量為功率基值，本地功率激活條件Kp根據(jù)以下條件判斷:判斷1:本地有功功率大于閾值？_則滿足本地功率激活條件，本地有功功率小于閾值Pmin則不滿足本地功率激活條件，而本地有功功率大于等于閾值Pmin且小于等于閾值Pfflax狀態(tài)下，保持當(dāng)前對(duì)本地功率激活條件的判斷狀態(tài)；激活條件二:爬坡激活條件，定義爬坡激活條件為b。，根據(jù)以下條件判斷:判斷1:長(zhǎng)濾波與短濾波結(jié)果差的絕對(duì)值Rabs大于閾值A(chǔ)Vls_max則不滿足爬坡激活條件，若絕對(duì)值Rabs小于閾值Λ Vls_min則滿足爬坡激活條件，采用滯回區(qū)間比較方法，而絕對(duì)值Rabs大于等于閾值且小于等于閾值Δν 3_π η狀態(tài)下，保持當(dāng)前對(duì)爬坡激活條件的判斷狀態(tài)；激活條件三:頻率激活條件，設(shè)定頻率激活條件范圍的上限閾值為fH，下限閾值為4，頻率激活條件設(shè)定為:在長(zhǎng)度為ΛΤ的動(dòng)態(tài)時(shí)間窗內(nèi)，反饋信號(hào)振蕩的頻率在頻率上下限閾值間則滿足激活條件，大于fH或小于4則不滿足，直到該振蕩平息后再重新激活廣域PSS ;頻率激活條件的判斷過(guò)程如下:步驟2.1，檢測(cè)過(guò)零狀態(tài)，反饋信號(hào)應(yīng)首先經(jīng)過(guò)隔直處理，隔直環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為式二，其中Tw的取值通常為10秒；
sT,Gw (S) = 式二 ；步驟2.2，采用過(guò)零檢測(cè)法測(cè)定頻率，設(shè)反饋信號(hào)連續(xù)穿過(guò)范圍為[-Vmin，Vmin]的過(guò)零區(qū)間為一次有效穿越，，對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行[-Vmin，Vmin]滯回區(qū)間比較，若大于Vmin則取1.0，若小于-Vmin則取一 1.0，從而得到代表振蕩特性的幅值為I的檢測(cè)方波。顯然，每次發(fā)生有效穿越時(shí)該方波都將改變狀態(tài)，對(duì)該方波進(jìn)行過(guò)零檢測(cè)就可以得到測(cè)定頻率用的有效穿越脈沖。Vmin的取值與爬坡條件閾值類似，可參考控制輸出限幅，若限幅±0.05pu.，則可取Vmin 0.001/K ；步驟2.3，對(duì)長(zhǎng)度為AT的動(dòng)態(tài)時(shí)間窗內(nèi)的有效穿越脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)以粗略計(jì)算振蕩頻率。由于含廣域PSS的低頻振蕩通常在10秒以內(nèi)得到有效抑制，故取AT=IO秒，設(shè)計(jì)數(shù)結(jié)果為η;步驟2.4，在動(dòng)態(tài)時(shí)間窗長(zhǎng)度為Λ T的情況下，上限閾值fH對(duì)應(yīng)的上限計(jì)數(shù)為nhf，nhf= Δ T.fH,下限閾值對(duì)應(yīng)的下限計(jì)數(shù)為nlf, nlf= Δ T.fL,則根據(jù)n判斷頻率激活條件的方法為:判斷1:若原狀態(tài)為激活狀態(tài)，則當(dāng)n>nhf時(shí)不滿足激活條件，判斷2:若原狀態(tài)為激活狀態(tài)且n ^ nlf,則當(dāng)出現(xiàn)n〈nlf或n>nhf時(shí)不滿足激活條件，判斷3:若原狀態(tài)為非激活且投入狀態(tài)，則當(dāng)n=0時(shí)滿足激活條件，由于連續(xù)穿越過(guò)零區(qū)間為一次有效穿越，故反饋信號(hào)持續(xù)AT時(shí)間振幅小于Vmin時(shí)，有n=0。因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):1.廣域PSS的三個(gè)運(yùn)行狀態(tài)互相配合，可以保證既能在不滿足激活條件時(shí)及時(shí)停止廣域PSS的輸出，又能在滿足激活條件時(shí)及時(shí)將廣域PSS切換回工作狀態(tài)。2.本地功率激活條件、爬坡激活條件、頻率激活條件能有效針對(duì)廣域PSS的各種運(yùn)行工況，可有效保證其正常工作。3.廣域PSS的投運(yùn)條件可為調(diào)度控制人員提供有效的廣域PSS投運(yùn)參考，指導(dǎo)調(diào)度控制人員對(duì)廣域PSS的正常操作。


圖1為本發(fā)明的廣域PSS運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。圖2為本發(fā)明中涉及的本地功率激活條件示意圖。圖3為本發(fā)明中涉及的爬坡激活條件示意圖。圖4為本發(fā)明中涉及的頻率激活條件示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。實(shí)施例:為了防止廣域PSS弱化系統(tǒng)阻尼，同時(shí)考慮本地PSS對(duì)運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)定，對(duì)廣域PSS加入人工干預(yù)的功能，本技術(shù)方案將廣域PSS的運(yùn)行狀態(tài)設(shè)定為“退出狀態(tài)”、“投入狀態(tài)”和“激活狀態(tài)”三種，其中，“投入”和“激活”為工作狀態(tài)，控制廣域PSS運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件主要有手動(dòng)投退條件和激活條件，如附圖1中的廣域PSS運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖所示。其中手動(dòng)投退條件由硬件設(shè)備的物理開(kāi)關(guān)“投/退”控制，激活條件由系統(tǒng)根據(jù)輸入數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)。退出狀態(tài):廣域PSS處于停運(yùn)狀態(tài)，控制輸出為0，僅能通過(guò)“手動(dòng)投入”條件進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，任何狀態(tài) 下均能通過(guò)“手動(dòng)退出”條件返回退出狀態(tài)；投入狀態(tài):廣域PSS由退出狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)后的第一個(gè)狀態(tài)，此狀態(tài)下廣域PSS的輸出仍為0，通過(guò)判定是否滿足激活條件決定是否進(jìn)入激活狀態(tài)；激活狀態(tài):廣域PSS滿足各項(xiàng)投運(yùn)條件而輸出控制量的狀態(tài)，通過(guò)判定是否滿足激活條件決定是否返回投入狀態(tài)。廣域PSS的激活條件應(yīng)能正確檢測(cè)出廣域PSS須要停運(yùn)的各種運(yùn)行工況，僅當(dāng)滿足激活條件的情況下廣域PSS才由投運(yùn)狀態(tài)轉(zhuǎn)為激活狀態(tài)，即廣域PSS的輸出不被置為O。將激活條件細(xì)分為本地功率條件、爬坡?tīng)顟B(tài)條件和頻率條件三個(gè)子激活條件，三個(gè)子激活條件的判斷過(guò)程相互獨(dú)立，但判斷結(jié)果為“與”的關(guān)系，即三個(gè)子激活條件同時(shí)滿足的情況下廣域PSS才能處于投運(yùn)狀態(tài)，否則將轉(zhuǎn)為投運(yùn)狀態(tài)。1、本地功率激活條件。與本地PSS類似，本地功率激活條件主要考慮廣域PSS不能對(duì)控制機(jī)組本地的功率調(diào)節(jié)出現(xiàn)“反調(diào)”效果。以控制機(jī)組的額定容量為功率基值，本地功率激活條件bLP可根據(jù)以下條件判斷:( I)本地有功功率大于閾值Pmax則滿足激活條件；(2)本地有功功率小于閾值Pmin則不滿足，采用滯回區(qū)間方法，其判斷邏輯如附圖2所示。2、爬坡激活條件。與本地功率激活條件考慮本地功率調(diào)節(jié)“反調(diào)”現(xiàn)象不同，爬坡激活條件主要考慮正常改變區(qū)域間潮流過(guò)程中廣域PSS不能起“反調(diào)”作用。廣域PSS的反饋信號(hào)反映了兩個(gè)區(qū)域間的振蕩關(guān)系。當(dāng)兩區(qū)域間交換功率增加改變系統(tǒng)初始的運(yùn)行點(diǎn)，反饋信號(hào)將會(huì)出現(xiàn)“爬坡”情況，即呈現(xiàn)單調(diào)增加或減小的趨勢(shì)。為監(jiān)測(cè)是否處于爬坡?tīng)顟B(tài)，首先對(duì)廣域PSS的反饋信號(hào)分別進(jìn)行長(zhǎng)濾波和短濾波處理，長(zhǎng)濾波與短濾波的傳遞函數(shù)GL(s)和GS(S)如式(I)所示。
權(quán)利要求
1.一種采用廣域信號(hào)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器運(yùn)行條件及狀態(tài)轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，定義三種廣域PSS的運(yùn)行狀態(tài)，分別是: 退出狀態(tài):廣域PSS處于停運(yùn)狀態(tài)，控制輸出為O，僅能通過(guò)“手動(dòng)投入”條件進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，任何狀態(tài)下均能通過(guò)“手動(dòng)退出”條件返回退出狀態(tài)； 投入狀態(tài):廣域PSS由退出狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)后的第一個(gè)狀態(tài)，此狀態(tài)下廣域PSS的輸出仍為O，通過(guò)判定是否滿足激活條件決定是否進(jìn)入激活狀態(tài)； 激活狀態(tài):廣域PSS滿足各項(xiàng)投運(yùn)條件而輸出控制量的狀態(tài)，通過(guò)判定是否滿足激活條件決定是否返回投入狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用廣域信號(hào)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器運(yùn)行條件及狀態(tài)轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，所述投入狀態(tài)和激活狀態(tài)中，激活條件需要同時(shí)滿足以下三個(gè)條件，分別是: 激活條件一:本地功率激活條件，即: 以控制機(jī)組的額定容量為功率基值，本地功率激活條件bu根據(jù)以下條件判斷: 判斷1:本地有功功率大于閾值Pmax則滿足本地功率激活條件，本地有功功率小于閾值Pfflin則不滿足本地功率激活條件，而本地有功功率大于等于閾值Pmin且小于等于閾值Pmax狀態(tài)下，保持當(dāng)前對(duì)本地功率激活條件的判斷狀態(tài)； 激活條件二:爬坡激活條件，定義爬坡激活條件為b。，根據(jù)以下條件判斷: 判斷1:長(zhǎng)濾波與短濾波結(jié)果差的絕對(duì)值Rabs大于閾值A(chǔ)Vls__則不滿足爬坡激活條件，若絕對(duì)值Rabs小于閾值A(chǔ) Vls_min則滿足爬坡激活條件，采用滯回區(qū)間比較方法，而絕對(duì)值Rabs大于等于閾值A(chǔ)Vls__且小于等于閾值A(chǔ)Vls_min狀態(tài)下，保持當(dāng)前對(duì)爬坡激活條件的判斷狀態(tài)； 激活條件三:頻率激活條件，設(shè)定頻率激活條件范圍的上限閾值為fH，下限閾值為4，頻率激活條件設(shè)定為:在長(zhǎng)度為AT的動(dòng)態(tài)時(shí)間窗內(nèi)，反饋信號(hào)振蕩的頻率在頻率上下限閾值間則滿足激活條件，大于fH或小于4則不滿足，直到該振蕩平息后再重新激活廣域PSS ;頻率激活條件的判斷過(guò)程如下: 步驟2.1，檢測(cè)過(guò)零狀態(tài)，反饋信號(hào)應(yīng)首先經(jīng)過(guò)隔直處理，隔直環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為式二，其中Tw的取值通常為10秒； 式一.1 + 4' 工、一， 步驟2.2，采用過(guò)零檢測(cè)法測(cè)定頻率，設(shè)反饋信號(hào)連續(xù)穿過(guò)范圍為[-Vmin，Vmin]的過(guò)零區(qū)間為一次有效穿越，，對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行[-vmin，Vmin]滯回區(qū)間比較，若大于Vmin則取1.0，若小于-Vmin則取一 1.0，從而得到代表振蕩特性的幅值為I的檢測(cè)方波，顯然，每次發(fā)生有效穿越時(shí)該方波都將改變狀態(tài)，對(duì)該方波進(jìn)行過(guò)零檢測(cè)就能夠得到測(cè)定頻率用的有效穿越脈沖，Vmin的取值與爬坡條件閾值類似，參考控制輸出限幅，若限幅±0.05pu.，則取Vmin 0.001/K ； 步驟2.3，對(duì)長(zhǎng)度為AT的動(dòng)態(tài)時(shí)間窗內(nèi)的有效穿越脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)以粗略計(jì)算振蕩頻率，由于含廣域PSS的低頻振蕩通常在10秒以內(nèi)得到有效抑制，故取AT=IO秒，設(shè)計(jì)數(shù)結(jié)果為n ； 步驟2.4，在動(dòng)態(tài)時(shí)間窗長(zhǎng)度為AT的情況下，上限閾值fH對(duì)應(yīng)的上限計(jì)數(shù)為nhf，nhf= Δ T.fH,下限閾值對(duì)應(yīng)的下限計(jì)數(shù)為nlf, nlf= Δ T.fL,則根據(jù)n判斷頻率激活條件的方法為: 判斷1:若原狀態(tài)為激活狀態(tài)，則當(dāng)n>nhf時(shí)不滿足激活條件， 判斷2:若原狀態(tài)為激活狀態(tài)且n ^ nlf,則當(dāng)出現(xiàn)n〈nlf或n>nhf時(shí)不滿足激活條件，判斷3:若原狀態(tài)為非激活且投入狀態(tài)，則當(dāng)n=0時(shí)滿足激活條件，由于連續(xù)穿越過(guò)零區(qū)間為一次 有效穿越，故反饋信號(hào)持續(xù)AT時(shí)間振幅小于Vmin時(shí)，有n=0。
全文摘要
本發(fā)明涉及采用廣域信號(hào)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器運(yùn)行條件及狀態(tài)轉(zhuǎn)換方法，基于定義三種廣域PSS的運(yùn)行狀態(tài)，分別是退出狀態(tài)廣域PSS處于停運(yùn)狀態(tài)，控制輸出為0，僅能通過(guò)“手動(dòng)投入”條件進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，任何狀態(tài)下均能通過(guò)“手動(dòng)退出”條件返回退出狀態(tài)；投入狀態(tài)廣域PSS由退出狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)后的第一個(gè)狀態(tài)，此狀態(tài)下廣域PSS的輸出仍為0，通過(guò)判定是否滿足激活條件決定是否進(jìn)入激活狀態(tài)；激活狀態(tài)廣域PSS滿足各項(xiàng)投運(yùn)條件而輸出控制量的狀態(tài)，通過(guò)判定是否滿足激活條件決定是否返回投入狀態(tài)。本發(fā)明既能在不滿足激活條件時(shí)及時(shí)停止廣域PSS輸出，又能在滿足激活條件時(shí)及時(shí)將廣域PSS切換回激活狀態(tài)。
文檔編號(hào)H02J3/24GK103236704SQ20131017718
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月14日
發(fā)明者黎雄, 張放, 周辛南, 孫元章, 曾敏, 王舉, 劉志雄 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)