本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)參數(shù)整定方法。
背景技術(shù)：
：隨著國(guó)家電網(wǎng)公司“十三五”規(guī)劃的穩(wěn)步實(shí)施，我國(guó)將形成多電壓等級(jí)、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(jī)方式的變化使得全網(wǎng)阻尼減弱，低頻振蕩風(fēng)險(xiǎn)增加，系統(tǒng)動(dòng)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(lì)磁系統(tǒng)電壓給定點(diǎn)疊加一個(gè)相位超前轉(zhuǎn)速變化的PSS輸出量，補(bǔ)償發(fā)電機(jī)無(wú)補(bǔ)償滯后特性，以達(dá)到增加阻尼、抑制有功低頻振蕩的作用。但為了達(dá)到補(bǔ)償發(fā)電機(jī)無(wú)補(bǔ)償特性的目的，現(xiàn)有典型PSS模型在參數(shù)整定時(shí)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(bǔ)償方式，一方面會(huì)造成PSS增益受限而嚴(yán)重削弱其在中低頻段的振蕩抑制能力；另一方面，對(duì)于不同頻率下的無(wú)補(bǔ)償特性，要采用一套相同的超前參數(shù)達(dá)到全頻段的補(bǔ)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(chǎng)參數(shù)整定。為解決上述問題，申請(qǐng)人申請(qǐng)了“一種超前相位自適應(yīng)型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器”(中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01610343420.9)，其提出利用發(fā)電機(jī)有功功率負(fù)變化量-ΔPe與轉(zhuǎn)速變化量Δω構(gòu)造一個(gè)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(wú)需采用典型PSS的多級(jí)超前環(huán)節(jié)補(bǔ)償即可滿足在不同頻率范圍內(nèi)的發(fā)電機(jī)及勵(lì)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(bǔ)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(qǐng)中的新型PSS采用有功功率負(fù)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(jī)組及工況的運(yùn)行要求，亟需提出一種通過現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)單試驗(yàn)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(shí)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(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)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(fù)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(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)PSS，采用信號(hào)分析儀發(fā)出正弦掃頻信號(hào)，并將其輸入至發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的PSS輸出疊加點(diǎn)，分析得到發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)補(bǔ)償滯后特性角θ無(wú)補(bǔ)償；2)根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，調(diào)整轉(zhuǎn)速信號(hào)增益系數(shù)Ks，以保證在本機(jī)振蕩頻率下的合成機(jī)械功率為零；3)從步驟2)獲得的轉(zhuǎn)速信號(hào)增益系數(shù)Ks計(jì)算獲得不同頻率下轉(zhuǎn)速和有功功率對(duì)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(jì)算不同頻率下(0.2～2Hz)對(duì)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(biāo)系中的縱坐標(biāo))；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(jì)算不同頻率下(0.2～2Hz)對(duì)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(jì)算對(duì)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(jì)算不同頻率下(0.2～2Hz)對(duì)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(jì)算不同頻率下(0.2～2Hz)對(duì)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(jì)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(jì)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(jì)算合成矢量的超前相位12)根據(jù)陷波濾波器函數(shù)計(jì)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(wú)需計(jì)算；13)根據(jù)三階超前滯后相位環(huán)節(jié)計(jì)算相位θ超前滯后，若未采用超前滯后環(huán)節(jié)，則無(wú)需計(jì)算；14)計(jì)算發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)PSS相對(duì)于Δω軸的總超前相位15)根據(jù)步驟1)中的發(fā)電機(jī)無(wú)補(bǔ)償滯后特性角θ無(wú)補(bǔ)償和步驟14)中計(jì)算獲得的總超前相位計(jì)算發(fā)電機(jī)相對(duì)于Δω軸的有償特性θ有補(bǔ)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(jìn)行步驟4)～步驟15)的計(jì)算直至滿足要求；16)投入發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)PSS，逐步增大放大倍數(shù)KPSS，仔細(xì)觀察勵(lì)磁電壓，當(dāng)出現(xiàn)微小持續(xù)振蕩時(shí)，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(duì)申請(qǐng)?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(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)有補(bǔ)償特性相位要求。進(jìn)一步地，步驟2)中，進(jìn)行發(fā)電機(jī)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(jìn)一步地，步驟3)中，所述交流增益系數(shù)K的計(jì)算公式如下：其中，f為頻率(0.2～2Hz)，TH2為有功功率滯后時(shí)間常數(shù)。進(jìn)一步地，步驟4)中，轉(zhuǎn)速環(huán)相位θω的計(jì)算公式如下：其中，f為頻率(0.2～2Hz)；Tw1為轉(zhuǎn)速信號(hào)第一階隔直時(shí)間常數(shù)；Tw2為轉(zhuǎn)速信號(hào)第二階隔直時(shí)間常數(shù)，TL1為轉(zhuǎn)速信號(hào)超前時(shí)間常數(shù)；TL2為轉(zhuǎn)速信號(hào)滯后時(shí)間常數(shù)，θω的單位為度。進(jìn)一步地，步驟5)中，轉(zhuǎn)速環(huán)幅值Mω的計(jì)算公式如下：其中，f為頻率(0.2～2Hz)；Tw1為轉(zhuǎn)速信號(hào)第一階隔直時(shí)間常數(shù)；Tw2為轉(zhuǎn)速信號(hào)第二階隔直時(shí)間常數(shù)，TL1為轉(zhuǎn)速信號(hào)超前時(shí)間常數(shù)；TL2為轉(zhuǎn)速信號(hào)滯后時(shí)間常數(shù)。進(jìn)一步地，步驟6)中，轉(zhuǎn)速環(huán)等效幅值Mω等效的計(jì)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(jìn)一步地，步驟7)中，有功功率環(huán)相位θpe的計(jì)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(shí)間常數(shù)；Tw4為有功功率第二階隔直時(shí)間常數(shù)；TH1為有功功率超前時(shí)間常數(shù)；TH2為有功功率滯后時(shí)間常數(shù)；θpe的單位為度。進(jìn)一步地，步驟8)中，有功功率環(huán)幅值Mpe的計(jì)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(shí)間常數(shù)；Tw4為有功功率第二階隔直時(shí)間常數(shù)；TH1為有功功率超前時(shí)間常數(shù)；TH2為有功功率滯后時(shí)間常數(shù)。進(jìn)一步地，步驟9)中，ω軸分量的計(jì)算公式如下：步驟10)中，P軸分量的計(jì)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(jì)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(jìn)一步地，步驟12)中，陷波濾波器的相位θ陷波濾波的計(jì)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(jì)算相位θ超前滯后的計(jì)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(shí)間常數(shù)，T1為第一階超前時(shí)間常數(shù)，T2為第一階滯后時(shí)間常數(shù)，T3為第二階超前時(shí)間常數(shù)，T4為第二階滯后時(shí)間常數(shù)，T5為第三階超前時(shí)間常數(shù)，T6為第三階滯后時(shí)間常數(shù)；θ超前滯后的單位為度；步驟14)中，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)PSS總超前相位的計(jì)算公式如下：步驟15)中，發(fā)電機(jī)相對(duì)于Δω軸的有償特性θ有補(bǔ)償?shù)挠?jì)算公式如下：本發(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(chǎng)試驗(yàn)的方法，找出輸入轉(zhuǎn)速信號(hào)和有功功率信號(hào)之間的關(guān)系，通過經(jīng)典的頻域計(jì)算方法，獲得功率-轉(zhuǎn)速軸合成矢量的超前相位角度計(jì)算公式；根據(jù)實(shí)際機(jī)組的無(wú)補(bǔ)償特性，通過合成矢量的相位角度計(jì)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(jiǎn)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(qiáng)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(dòng)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(jiǎn)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(dòng)模機(jī)組實(shí)測(cè)新型PSS退出情況下發(fā)電機(jī)5％負(fù)載電壓階躍響應(yīng)圖。圖4為動(dòng)模機(jī)組實(shí)測(cè)新型PSS投入情況下發(fā)電機(jī)5％負(fù)載電壓階躍響應(yīng)圖。圖5為動(dòng)模機(jī)組實(shí)測(cè)新型PSS退出情況下的0.5Hz擾動(dòng)下的有功功率響應(yīng)圖。圖6為動(dòng)模機(jī)組實(shí)測(cè)新型PSS投入情況下的0.5Hz擾動(dòng)下的有功功率響應(yīng)圖。圖7為動(dòng)模機(jī)組實(shí)測(cè)新型PSS退出情況下的0.8Hz擾動(dòng)下的有功功率響應(yīng)圖。圖8為動(dòng)模機(jī)組實(shí)測(cè)新型PSS投入情況下的0.8Hz擾動(dòng)下的有功功率響應(yīng)圖。圖9為動(dòng)模機(jī)組實(shí)測(cè)新型PSS退出情況下的1.5Hz擾動(dòng)下的有功功率響應(yīng)圖。圖10為動(dòng)模機(jī)組實(shí)測(cè)新型PSS投入情況下的1.5Hz擾動(dòng)下的有功功率響應(yīng)圖。圖11為動(dòng)模機(jī)組實(shí)測(cè)新型PSS退出情況下的2.0Hz擾動(dòng)下的有功功率響應(yīng)圖。圖12為動(dòng)模機(jī)組實(shí)測(cè)新型PSS投入情況下的2.0Hz擾動(dòng)下的有功功率響應(yīng)圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。以某型15kVA動(dòng)模機(jī)組為實(shí)施對(duì)象，采用上述的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)整定方法，以機(jī)組有無(wú)PSS為對(duì)比，對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式的實(shí)用性、有效性和科學(xué)性作進(jìn)一步說明。本實(shí)施例中機(jī)組采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式，發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)補(bǔ)償滯后特性現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)的機(jī)組工況如下：有功功率13.88kW，無(wú)功功率1.89Kvar，機(jī)端電壓365.05V，發(fā)電機(jī)無(wú)補(bǔ)償特性如表1所示。表1為動(dòng)模機(jī)組無(wú)補(bǔ)償特性頻率(Hz)無(wú)補(bǔ)償特性(度)頻率(Hz)無(wú)補(bǔ)償特性(度)頻率(Hz)無(wú)補(bǔ)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(chǎng)測(cè)量的機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)補(bǔ)償特性可知，其無(wú)補(bǔ)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(jì)算進(jìn)行發(fā)電機(jī)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(jì)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(chǎng)計(jì)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(jī)相對(duì)于Δω軸的有償特性根據(jù)表1中的發(fā)電機(jī)無(wú)補(bǔ)償特性、表3中的新型PSS總超前相位及公式(13)，計(jì)算得到發(fā)電機(jī)相對(duì)于Δω軸的有償特性，如表4所示。表4動(dòng)模機(jī)組有補(bǔ)償特性頻率(Hz)θ有補(bǔ)償(度)頻率(Hz)θ有補(bǔ)償(度)頻率(Hz)θ有補(bǔ)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(lì)磁系統(tǒng)產(chǎn)生的力矩在轉(zhuǎn)速軸附近，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同頻率下滯后特性的補(bǔ)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(jī)勵(lì)磁電壓出現(xiàn)微小持續(xù)振蕩，此時(shí)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(chǎng)機(jī)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(wú)PSS的負(fù)載階躍響應(yīng)實(shí)測(cè)對(duì)比上述動(dòng)模機(jī)組在新型PSS分別退出和投入情況下的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)發(fā)電機(jī)5％負(fù)載電壓階躍響應(yīng)如圖3-圖4所示。實(shí)測(cè)與仿真的有功功率振蕩品質(zhì)參數(shù)如表5所示表5實(shí)測(cè)與仿真發(fā)電機(jī)5％負(fù)載電壓階躍響應(yīng)振蕩品質(zhì)參數(shù)由表5的負(fù)載電壓階躍響應(yīng)波形和據(jù)此計(jì)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(duì)于振蕩抑制能力強(qiáng)，且參數(shù)整定方法正確有效。6、有無(wú)新型PSS的不同頻點(diǎn)下有功功率振蕩實(shí)測(cè)對(duì)比在與上述動(dòng)模機(jī)組同母線的相鄰機(jī)組加入不同振蕩頻率的有功功率正弦擾動(dòng)，分別比較新型PSS退出和投入情況下的機(jī)組有功功率幅值，波形如圖5-圖12所示。發(fā)電機(jī)有功功率響應(yīng)情況如表6所示。表6不同頻點(diǎn)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(diǎn)等幅值有功功率強(qiáng)迫振蕩擾動(dòng)下，新型PSS投入后均能明顯減小發(fā)電機(jī)功率振蕩幅度。從而驗(yàn)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(dāng)前第1頁(yè)1 2 3