CN102879698A - 一种电网电力系统稳定器参数适应性测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电网电力系统稳定器参数适应性测试方法,能够有效测定电力系统稳定器参数的适应性。包含以下步骤:对多机电力系统动态建模;计算系统全维特征值;测试特征值对PSS增益系数的灵敏度;使用特征值灵敏度变化曲线确定PSS移相环节的最佳值;测试PSS参数适应性。
Description
技术领域
本发明涉及电气工程领域,尤其涉及电网电力系统稳定器(PSS)参数适应性测试方法。
背景技术
在小干扰作用下,电力系统可能会发生振荡,但只要振荡的幅值能够逐渐衰减,对电力系统来说都是可以接受的,否则就要严重影响到系统的稳定运行。发电机的阻尼可抑制由于干扰所引发的机电震荡。但是随着大系统之间的弱互联和高放大倍数快速励磁系统的大量运用,系统的振荡阻尼将减弱,容易引发增幅低频振荡。因此,提高系统的机电振荡阻尼,对改善电力系统运行的经济性和安全性有着极其重要的意义。
目前PSS(电力系统稳定器)已被广泛用于改善系统的机电振荡阻尼。PSS通过为励磁控制提供附加阻尼,以达到抑制振荡,提高系统稳定性的目的。其中,PSS参数的合理整定直接关系到其能否抑制振荡,确保系统的稳定性作用。
对PSS参数的整定也已有实用的在线测试整定方法。在线测试整定方法通过测试励磁系统(含发电机)的相频特性,结合具体PSS的具体类型,确定PSS的时间常数;通过逐渐增大PSS增益系数的办法得到合适的增益系数值。从而保证PSS在0.1Hz到2.5Hz的较宽范围内提供有效阻尼。
在基于特征值分析的PSS参数优化方法中,由于特征值计算比较耗时,加上一般认为的全维特征值QR算法的维数限制,多数采用10机以下系统的算例,用以验证所提算法的有效性。在进一步的PSS参数优化方法中,系统化的特征值灵敏度表达不仅复杂,而且计算更加耗时。同样,PSS参数的有效性依赖于参数整定时所采用的电力系统结构和运行条件。当系统运行状况发生较大变化时,需要校核PSS参数的有效程度。
迄今为止,还未出现很好解决上述技术问题的技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种电网电力系统稳定器参数适应性测试方法,能够有效测定电力系统稳定器参数的适应性。
本发明采用下述技术方案:
本发明提供一种电网电力系统稳定器参数适应性测试方法;包含以下步骤:多机电力系统动态建模;计算系统全维特征值;测试特征值对PSS增益系数的灵敏度;使用特征值灵敏度变化曲线确定PSS移相环节的最佳值;测试PSS参数适应性。
其中,在多机电力系统动态建模步骤中,系统仅包括零阶、一阶两类传输模块;一个零阶传输模块仅由一比例系数K i 构成,一个一阶传输模块由 构成,p为微分算子;各传输模块之间的联接关系用联接子矩阵、和代数子矩阵、描述。系统模型为
其中,计算系统全维特征值步骤为使用QR法计算全维特征值和左、右特征向量矩阵 V 和 U 。
其中,计算特征值对PSS增益系数的灵敏度步骤为
其中,使用特征值灵敏度变化曲线确定PSS移相环节的最佳值步骤为
计算不同补偿相位对应的特征值灵敏度。PSS增益系数取零值,超前/滞后环节增益为1,相位从-90o到90o变化,每10o取一组值,共有19组,从19个灵敏度计算值中找到最大实部绝对值及相应相位。
其中,测试PSS参数适应性步骤为计算电网内所有机组的现有相频特性,测试相应相位与理想位置的偏差值,完成PSS参数适应性测试。
本发明可以有效准确并快速地测试电力系统稳定器参数的适应性。
附图说明
图1是本发明的一种PSS传递框图;
图2是本发明中一机组上PSS超前/滞后环节的相位与相应机电模式灵敏度实部的关系;
图3是本发明中的另一机组上PSS超前/滞后环节的相位与相应机电模式灵敏度实部的关系;
图4是本发明某个机组其PSS和励磁系统(含发电机)的总相频特性图。
具体实施方式
本发明的实施例提供一种电网电力系统稳定器参数适应性测试方法,能够有效测定电力系统稳定器参数的适应性。
“电力系统稳定器(PSS)”是为发电机提供附加励磁,从而增强系统在发生振荡时的阻尼。各种PSS的结构和参数不尽一致,以IEEE-2B型PSS为例,其传递框图如图1。
图1中的参数含义为:
PSS参数 | 说明 |
转速偏差放大倍数 | |
转速偏差测量时间常数 | |
△ω信号的隔直时间常数 | |
△ω信号的隔直时间常数 | |
△ω信号的隔直时间常数 | |
轴系扭振滤波时间常数 | |
轴系扭振滤波时间常数 | |
轴系扭振滤波时间常数 | |
PSS放大倍数 | |
功率系数 | |
功率匹配系数 | |
功率积分时间常数 | |
功率隔直时间常数 | |
功率隔直时间常数 | |
功率隔直时间常数 | |
PSS超前时间常数 | |
PSS超前时间常数 | |
PSS超前时间常数 | |
PSS滞后时间常数 | |
PSS滞后时间常数 | |
PSS滞后时间常数 | |
PSS上限幅 | |
PSS下限幅 |
PSS参数调整中,调整移相环节(超前/滞后环节)的时间常数T1、T2、T3、T4、T13、T14以保证PSS提供的转矩有较好的阻尼转矩分量;调整增益系数Kp改善PSS贡献量的大小。
即,PSS的可调参数包括PSS增益系数和可调的时间常数。因此,调整每个PSS的超前/滞后环节参数,使得在对应模式的振荡频率下,励磁系统(含发电机)和PSS的总输出信号相位与最佳阻尼相位一致,二者的差为PSS参数适应性的性能指标。其中,利用特征值灵敏度变化曲线确定最佳阻尼相位。
对于pss参数适应性测试包括以下步骤:
在多机电力系统动态建模步骤中,系统仅包括零阶、一阶两类传输模块;一个零阶传输模块仅由一比例系数K i 构成,一个一阶传输模块由构成,p为微分算子;各传输模块之间的联接关系用联接子矩阵、和代数子矩阵、描述。系统模型为
一阶传输模块的表达为
消去非状态变量后的状态空间方程为
S 、 F 为中间变量。从系数矩阵 A 求解系统的特征值。
第二步进行全维特征值计算。
在特征值计算方法中,现有技术通常使用QR算法。QR算法数值稳定、收敛可靠;但一般认为全维(所有)特征值的QR算法有维数限制,维数过大时计算误差较大。
计算中,用QR法计算全维特征值和左、右特征向量矩阵 V 和 U ;对某电力系统,得到全维特征值2052个。部分机电模式列于表1.
表1 部分机电模式
编号 | 机组ID | 特征值实部 | 特征值虚部 | 阻尼比 |
1 | 50699 | -1.15599 | 11.47268 | 0.100253 |
2 | 50700 | -0.28629 | 12.09822 | 0.023657 |
3 | 50701 | -0.27562 | 12.07639 | 0.022817 |
4 | 50702 | -1.16227 | 11.37324 | 0.101664 |
5 | 50711 | -0.37907 | 6.277886 | 0.060272 |
6 | 50712 | -0.45953 | 6.567398 | 0.069801 |
7 | 50713 | -1.74209 | 6.826045 | 0.247286 |
8 | 50714 | -1.53041 | 7.100515 | 0.210697 |
9 | 50723 | -1.11229 | 11.31393 | 0.09784 |
10 | 50735 | -0.89526 | 9.033888 | 0.098617 |
21 | 50749 | -0.23698 | 12.69374 | 0.018666 |
30 | 50769 | -0.35376 | 12.28557 | 0.028783 |
32 | 50772 | -0.29743 | 12.79966 | 0.023231 |
33 | 50773 | -0.29703 | 12.79821 | 0.023203 |
47 | 50823 | -0.14223 | 12.68006 | 0.011216 |
58 | 50868 | -0.11459 | 12.51697 | 0.009154 |
由于每对共轭复特征值对应一个振荡模式,当状态变量 (发电机功角)和 (发电机电磁转速)参与该振荡模式的程度较强时,称该振荡模式为机电振荡模式,简称机电模式。互联电力系统联络线的低频振荡表现为机电模式振荡,所以一般关心的也是机电模式。
用右特征方程校核,误差中实部和虚部的最大偏差值为-3.61054E-008;左特征方程校核的最大误差为1.61738E-008;左、右特征向量乘积的最大误差为-1.20925E-011。结果可用于进一步分析。
校核用特征方程包括,
零PSS增益下,由左、右特征向量计算参与因子
和机电回路相关比
确定出机电模式和相应的主参与机组。
全维特征值的计算不是本发明技术方案的重点所在,本领域技术人员能够运用现有技术对特征值进行计算,本步骤中使用的方法不视为本发明保护范围的限定。
第三步需要测试特征值对PSS增益系数的灵敏度
(12)
(13)
式(11)、(12)、(13)、(16)左侧的矩阵导数中仅有一个元素值为1,其余全为0;记录非零元素在矩阵中的位置,例如(i,j),可直接形成该偏导矩阵;其余为矩阵运算。稀疏存贮矩阵元素,可快速计算特征值灵敏度。
依据式(10)-(16),可系统化计算(依次计算)特征值(指机电振荡模式)对PSS增益系数的灵敏度。
第四步为使用特征值灵敏度变化曲线确定PSS移相环节的最佳值。
为得到最佳PSS补偿相位,计算不同补偿相位对应的特征值灵敏度。PSS增益系数取零值,超前/滞后环节增益为1,相位从-90o到90o变化,每10o取一组值,共有19组;分别计算相应的机电模式对主参与机组PSS增益的灵敏度。图2所示为一机组上PSS超前/滞后环节的相位与相应机电模式灵敏度实部的关系。最灵敏位置在70o,灵敏度值为-0.22702。
图3所示为另一机组上PSS超前/滞后环节的相位与相应机电模式灵敏度实部的关系。最灵敏位置在-70o,灵敏度值为0.02398。
对每一PSS,从19个灵敏度计算值中找到最大实部绝对值及相应相位,列于表2,其中第5列为超前/滞后环节的最佳相位。
表2 部分模式的最佳相位
编号 | 机组ID | 灵敏度实部 | 灵敏度虚部 | 相位(度) |
1 | 50699 | 0.0087017 | 0.000223 | 90 |
2 | 50700 | 0.1147679 | -0.00306 | -10 |
3 | 50701 | 0.1150399 | -0.00272 | -10 |
4 | 50702 | 0.0086423 | -8.1E-05 | 70 |
5 | 50711 | -0.265603 | 0.004915 | 20 |
6 | 50712 | -0.406319 | -0.00993 | 30 |
7 | 50713 | -0.404637 | -0.03968 | -10 |
8 | 50714 | -0.40391 | -0.09703 | 0 |
9 | 50723 | -0.616796 | -0.03437 | 60 |
10 | 50735 | 0.0412173 | 0.004052 | -10 |
21 | 50749 | 0.3160776 | -0.02249 | -10 |
30 | 50769 | 0.2513727 | -0.01548 | -10 |
32 | 50772 | 0.1357294 | 0.011685 | 0 |
33 | 50773 | 0.1719657 | 0.015301 | 0 |
47 | 50823 | 0.3068302 | -0.01646 | -10 |
58 | 50868 | 0.1839774 | -0.00624 | -10 |
第五步需要对 PSS参数适应性进行测试。
计算电网内所有机组的现有相频特性。分析发现,相频特性总体符合要求;但对相应机电模式的频率而言,尚有调整空间。以某个机组为例,图4所示为其PSS和励磁系统(含发电机)的总相频特性,超前于电磁功率60o到140o,处于正常范围内;但对应的机电模式为振荡频率1.8Hz的本地模式,相应的相位为132.5o。与理想位置(图2中的70o)的偏差为62.5o。对应的PSS参数适应性的评价指标为偏差值62.5。从而完成对PSS参数适应性测试。
以上对本发明的具体实施例进行了描述,需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以再所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。
Claims (6)
1.一种电网电力系统稳定器参数适应性测试方法;其特征在于,包含以下步骤:
对多机电力系统动态建模;
计算系统全维特征值;
测试特征值对PSS增益系数的灵敏度;
使用特征值灵敏度变化曲线确定PSS移相环节的最佳值;
测试PSS参数适应性。
3.根据权利要求1所述的电力系统稳定器参数适应性测试方法,其特征在于:计算系统全维特征值步骤为使用QR法计算全维特征值和左、右特征向量矩阵V和U。
5.根据权利要求1所述的电力系统稳定器参数适应性测试方法,其特征在于:使用特征值灵敏度变化曲线确定PSS移相环节的最佳值步骤为:
计算不同补偿相位对应的特征值灵敏度,PSS增益系数取零值,超前/滞后环节增益为1,相位从-90o到90o变化,每10o取一组值,共有19组,从19个灵敏度计算值中找到最大实部绝对值及相应相位。
6.根据权利要求1所述的电力系统稳定器参数适应性测试方法,其特征在于:测试PSS参数适应性步骤为:
计算电网内所有机组的现有相频特性,测试相应相位与理想位置的偏差值,完成PSS参数适应性测试。
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