CN102638052B

CN102638052B - 基于输入信号等值的加速功率型pss参数整定方法

Info

Publication number: CN102638052B
Application number: CN201210053530.3A
Authority: CN
Inventors: 方勇杰; 侯玉强; 李威; 孙斌; 马覃峰; 胡剑琛; 刑涛
Original assignee: Nari Technology Co Ltd; Hainan Power Grid Co Ltd; Electric Power Dispatch Control Center of Guizhou Power Grid Co Ltd
Current assignee: Nari Technology Co Ltd; Hainan Power Grid Co Ltd; Electric Power Dispatch Control Center of Guizhou Power Grid Co Ltd
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2012-03-05
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2032-03-05
Also published as: CN102638052A

Abstract

本发明提出的基于输入信号等值的加速功率型PSS参数整定方法，属于电力系统稳定控制领域，在获取欲配置PSS的发电机组励磁控制系统输入信号与电磁转矩间相频特性的前提下，首先计算整定双输入信号共同经过的超前滞后环节参数，其次整定△ω信号单独经过的各环节参数，最后将△P_e信号等值成与△ω同相位的输入信号，再整定该信号单独经过的环节参数。主要用于增强系统阻尼，抑制低频振荡，改善系统小干扰稳定性及动态稳定性。

Description

基于输入信号等值的加速功率型PSS参数整定方法

技术领域

本发明属电力系统稳定控制领域，更准确地说本发明涉及一种基于输入信号等值的加速功率型PSS参数整定方法。

背景技术

现代电力系统中，发电机在重负荷、远距离输电条件下，若发电机采用现代快速、高顶值倍数励磁控制系统，容易产生负阻尼作用，导致系统小干扰稳定性及动态稳定性水平下降，甚至引发低频振荡。

PSS作为发电机励磁控制系统的附加辅助环节，通过采用发电机转速偏差信号、频率偏差信号或电磁功率偏差信号作为励磁控制系统的附加反馈控制，产生与发电机转速偏差信号同轴的阻尼转矩，可有效提高系统对低频振荡的正阻尼，是抑制低频振荡增强电力系统小干扰稳定性及动态稳定性最简单、最直接的手段。PSS参数的合理性是决定其能否充分发挥上述性能的关键和前提。

目前国内外得到实际广泛应用的PSS主要分为单输入信号型和双输入信号型。前者的参数整定方法已经相当成熟，后者最具代表性的是加速功率型PSS，目前对其参数的整定仍严重依赖于现场试验、仪器测试，或屏蔽发电机电磁功率偏差输入信号，将加速功率型PSS退化为单输入信号PSS进行整定，后者存在较大的整定误差。对实际电网中多个PSS参数进行校核后发现，其整定的PSS参数有时难以对发电机励磁控制系统相位滞后进行有效补偿。因此，亟需一种系统解决加速功率型PSS参数整定的方法。

发明内容

本发明所指的加速功率型PSS，其定义可见《GB/T 7409.2—2008 同步电机励磁控制系统电力系统研究用模型》，相应传递函数框图如附图1所示。其中：

1）输入信号为发电机转速偏差△ω和发电机电磁功率偏差△P_e；

2）T_S1为惯性环节时间常数，T_w1~T_w4为隔直环节时间常数；

3）K_a为PSS最佳增益；K_S为功率匹配系数；

4）T_P1～T_P6为超前滞后环节时间常数；

5）K_P、T_P分别为补偿系数及发电机电磁功率积分时间常数；

6）T_P8、T_P9为陷波器时间常数；

7）M为惯性时间常数，D为阻尼转矩系数，两者均为已知参数。

本发明的目的是：

基于全数字仿真方法，对加速功率型PSS各个环节参数进行整定计算，从而实现对发电机组励磁控制系统的相位滞后进行有效补偿，并有效提高系统抑制低频振荡的阻尼。

本发明采取以下技术方案来实现上述目的。该技术方案包括下列步骤：

1、利用商业化电力系统仿真分析软件（小信号分析程序SSAT或电力系统安全稳定量化分析及优化决策软件FASTEST等）计算发电机组在未投PSS时，其励磁控制系统输入信号与电磁转矩间相频特性曲线，记为曲线1；

2、由曲线1计算某指定频率f_m或频段[f₁, f₂]下，需PSS超前滞后环节补偿的相位角θ_pss；

3、优先整定双输入信号共同经过的超前滞后环节参数，再分别整定△ω信号及△P_e信号单独经过的各环节参数。具体由步骤3.1～3.5组成。

3.1为有效过滤轴系扭振信号，T_P8取0.2s，T_P9取0.1s；

3.2分如下3种情况计算超前滞后环节参数初值：

① 若θ_pss不大于θ_max（θ_max为最大超前补偿角，此处取70?），则令θ_p=θ_pss，T_P1= T₁，T_P2=T₂，T_P3～T_P6均为0（或某一正实数）；

② 若θ_pss大于θ_max且不大于2θ_max，则令θ_p=1/2θ_pss，T_P1= T_P3= T₁，T_P2= T_P4=T₂，T_P5～T_P6均为0（或某一正实数）；

③ 若θ_pss大于2θ_max，则令θ_p=1/3θ_pss，T_P1= T_P3= T_P5= T₁，T_P2= T_P4= T_P6=T₂；

其中T₁、T₂的计算方法如下：

令，若欲在频段[f₁, f₂]内获得较好的相位补偿效果，则，；若欲仅针对某特定频率f_m进行相位补偿，则，；

3.3为有效补偿高频段励磁控制系统相位滞后并防止PSS相位补偿后低频段相位超前，T_w1、T_w2初值取5～10s；T_w3、T_w4初值取3s；

3.4K_S取1.0，T_S1取典型参数0.02s；

3.5令，（k_ε为略小于1的正实数，此处取0.70）。

4、将上述参数初值代入附图1所示传递函数框图中相应变量，利用商业化计算软件（MATLAB、MATHEMATICA等）计算仅△ω信号工作时PSS传递函数的相频特性曲线，记为曲线2；

5、若在某指定频率f_m或指定频段[f₁, f₂]下均有曲线1相位角略大于曲线2相位角（其角度差θ₁₂在10?～30?范围内），则说明曲线2满足逼近条件，转至步骤7；否则，分如下情况对参数进行微调，并返回步骤5；

1）若在某指定频率f_m或指定频段[f₁, f₂]下存在θ₁₂≤5?，则适当减小超前滞后环节中位于分子上的时间常数（T_p1、T_p3、T_p5），适当增大超前滞后环节中位于分母上的时间常数（T_p2、T_p4、T_p6），并适当增大隔直环节时间常数T_w1、T_w2；

2）若在某指定频率f_m或指定频段[f₁, f₂]下θ₁₂>30?，则适当增大超前滞后环节中位于分子上的时间常数（T_p1、T_p3、T_p5），适当减小超前滞后环节中位于分母上的时间常数（T_p2、T_p4、T_p6），并适当减小隔直环节时间常数T_w1、T_w2；

6、增加一虚拟微分环节-Ms-D，将△P_e信号等值为与△ω同相位的输入信号，从而将加速功率型PSS等值为单输入信号PSS，等值后的PSS传递函数如附图2所示。

7、基于附图2给出的等值单输入信号PSS，计算双输入信号同时工作时PSS传递函数的相频特性曲线，记为曲线3；

8、校核在某指定频率f_m或指定频段[f₁, f₂]下是否满足曲线1相位角略大于曲线3相位角（其角度差θ₁₃在10?～30?范围内），若满足则说明曲线3满足逼近条件，转至步骤9，否则分情况对隔直环节时间常数T_w3、T_w4进行微调，并返回步骤7；

1）若在某指定频率f_m或指定频段[f₁, f₂]下存在θ₁₃≤5?，则适当增大隔直环节时间常数T_w3、T_w4；

2）若在某指定频率f_m或指定频段[f₁, f₂]下存在θ₁₃>30?，则适当减小隔直环节时间常数T_w3、T_w4；

9、整定PSS增益K_a为一较大整数值（此处取K_a=40），利用商业化电力系统仿真分析软件模拟发电机有功功率送出通道故障（以机端母线发生三相瞬时性短路故障为例），观察发电机励磁电压动态响应曲线是否出现持续振荡，并根据下述两种情况对增益进行调整：

1）若是，则进一步减少增益并重新进行仿真试验，直至某增益下模拟上述故障时发电机励磁电压响应曲线不再出现持续振荡为止，记此增益为临界增益K_lim；

2）若否，则进一步增加增益并重新进行仿真试验，直至某增益下模拟上述故障时发电机励磁电压动态响应曲线出现持续振荡为止，记此增益为临界增益K_lim；

10、取，整定结束。

本发明披露了一种基于输入信号等值的加速功率型PSS参数整定方法，提出了将加速功率型PSS参数整定问题转换成以发电机转速偏差为输入的单输入信号PSS参数整定问题，从而可充分借鉴已有的单输入信号PSS参数整定方法和成熟经验。

效果和优点

该方法实现了利用全数字仿真手段整定加速功率型PSS参数，解决了加速功率型PSS参数整定严重依赖现场试验、仪器测试反复尝试或常规屏蔽发电机电磁功率偏差信号的弊端；且利用该方法整定的PSS参数，不仅适应双输入信号同时工作的情形；且在一个输入信号闭锁，仅另一个输入信号工作时同样能为发电机励磁控制系统相位滞后提供有效补偿，并较好地改善系统阻尼。

附图说明

附图1为加速功率型PSS传递函数框图。

附图2为等值后的单输入信号PSS传递函数框图。

附图3为本发明所提方法的流程图。

附图4为某实际电网地理接线简图，附图5和附图6为基于本发明所提方法进行参数整定后的仿真试验结果。

具体实施方式

以附图4所示的某实际电网为例，验证该方法的有效性。从附图4可见，发电厂G1和发电厂G2各通过一回线联接至主网Bus1节点。小干扰分析结果表明，该电网内存在G1电厂机组相对G2电厂机组的局部负阻尼振荡模式；且G1电厂机组参与该振荡模式的参与因子较大，即在G1电厂机组配置PSS对抑制该振荡模式效果较好。

由附图5所示的G1电厂机组在未投PSS时其励磁控制系统输入信号与电磁转矩间相频特性曲线（图中实线）可知，在0.3～2.0Hz频段内励磁控制系统相位滞后最大超过200?，经计算整定，给出G1电厂机组PSS参数如下：

T_S1=0.02；T_P8=0.2；T_P9=0.1；T_w1=T_w2=6；T_w3=T_w4=3； T_P=8；

K_S=1；K_P=0.35；K_a=4；

T_P1=T_P3=T_P5=0.3；T_P2=T_P4=T_P6=0.015。

基于上述参数值的PSS传递函数相频特性曲线如附图5中虚线所示。可见，上述PSS参数可在0.2～2.0Hz较宽频段内对励磁控制系统的相位滞后进行有效补偿。

附图6给出了G1电厂机组机端母线发生三相瞬时性短路故障后，在配置PSS前后机组有功功率响应曲线。从中可见，基于该发明所提方法整定的PSS参数可有效阻尼系统低频振荡，改善了系统小干扰稳定性。

Claims

1.基于输入信号等值的加速功率型PSS 参数整定方法，包括以下步骤：

1）获取发电机组在未投PSS 时，其励磁控制系统输入信号与电磁转矩间相频特性曲线，记为曲线1 ；并据此计算需PSS 超前滞后环节补偿的相位角；

2）计算双输入信号共同经过的超前滞后环节时间常数初值；

3）计算仅发电机转速偏差信号工作时PSS 传递函数的相频特性曲线，记为曲线2 ；调整发电机转速偏差信号经过通道各环节参数，使曲线2 和曲线1 在指定频率或频段范围内满足逼近条件；

4）根据发电机惯性时间常数和阻尼转矩系数，将发电机电磁功率偏差信号等值成与发电机转速偏差同相位的输入信号，计算双输入信号同时工作时PSS 传递函数的相频特性曲线，记为曲线3 ；调整发电机电磁功率偏差信号经过通道各环节参数，使曲线3 和曲线1 在指定频率或频段范围内满足逼近条件；

5）求取临界增益，并据此确定PSS 最佳增益。

2. 根据权利要求1所述的基于输入信号等值的加速功率型PSS 参数整定方法，其特征在于，待整定的PSS 包含两个输入信号，其中一个信号为发电机转速偏差，一个信号为发电机电磁功率偏差。

3. 根据权利要求1所述的基于输入信号等值的加速功率型PSS 参数整定方法，其特征在于，将加速功率型PSS 的发电机电磁功率偏差信号等值成与发电机转速偏差同相位的输入信号。

4. 根据权利要求1 所述的基于输入信号等值的加速功率型PSS 参数整定方法，其特征在于，基于全数字仿真的整定流程中，优先整定双输入信号共同经过的各环节参数，再相继整定各输入信号单独经过的各环节参数。