CN103560507A

CN103560507A - 调速系统的电力系统稳定器参数整定方法与系统

Info

Publication number: CN103560507A
Application number: CN201310445753.9A
Authority: CN
Inventors: 金格; 刘石; 邓少翔; 谭金
Original assignee: Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Current assignee: China Southern Power Grid Power Technology Co Ltd
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2033-09-26
Also published as: CN103560507B

Abstract

本发明提供一种调速系统的电力系统稳定器参数整定方法与系统，整个计算过程简便，不需要复杂的计算，其数据的获取和计算都是根据当前环境的需求进行计算和处理的，所以适用于多种不同的情况，其实用性强，计算精准。另外采用GPSS抑制低频振荡方法，由于不依赖于其他发电机组的GPSS以及电网的模型，实现了多机的解耦分析，为抑制低频振荡提供了一种高效、精确的方法，使得低频振荡的抑制效果大为提高，对于运行人员掌握、评估电力系统的运行状态，及时采取措施进行运行状态的改善，以及制定相应的紧急预案，减少后继低频振荡的发生，从而减小对电网的冲击，保证系统的安全运行都具有重大意义。

Description

调速系统的电力系统稳定器参数整定方法与系统

技术领域

本发明涉及电力电网技术领域，特别是涉及调速系统的电力系统稳定器参数整定方法与系统。

背景技术

低频振荡现象在大型互联电网中时有发生，常出现在长距离、重负荷输电线路上，随着互联电力系统规模日益增大，系统互联引发的区域低频振荡问题已成为威胁互联电网安全稳定运行、制约电网传输能力的重要因素之一，有必要全面认识电力系统低频振荡问题以及采取有效的抑制措施。目前抑制低频振荡的常用方案是在发电机的励磁系统上装设电力系统稳定器（power systemstabilizer，PSS），它是通过调节励磁迫使电磁功率在不同时刻在各台机器上进行分配而获得本机阻尼功率的，如果只考虑为本机产生纯阻尼力矩，则有可能给其他发电机带来负阻尼，而且励磁系统还与电力系统及其运行方式和工况密切相关，所以电力系统中PSS必须进行全系统参数协调设计和安装地点选择。而基于调速系统的电力系统稳定器（GPSS）同样可以抑制低频振荡，由于调速系统侧与发电机组和电网为弱耦合的关系，所以GPSS不像PSS那样给本机带来阻尼的同时也给它机带来负阻尼，避免了参数协调和安装地点的选择。

PSS的缺点是，它在给本机提供正阻尼的同时也有可能给其他机组带来负阻尼，造成振荡“此起彼伏”的现象。而且由于励磁系统和电力系统运行方式及工况之间的密切关系，致使PSS必须进行全系统参数协调和安装地点选择，这不仅加重了设计计算的负担，也加重了调试的负担，而且必须知道全系统的参数和运方式。许多电力工作者为自适应PSS和多机PSS的协调设计问题做了大量工作，但效果并不尽如人意。

目前对于调速系统的电力系统稳定器的参数整定方法不准确，若采用是类似PSS相同的参数整定方法，则必然参数设置不准确的缺点，调速系统的电力系统稳定器无法得到广泛应用，也就无法进一步提高抑制电力系统低频振荡的快速性、有效性及可靠性。

发明内容

基于此，有必要针对目前调速系统的电力系统稳定器的参数整定方法不准确的问题，提供一种简单，且精准的调速系统的电力系统稳定器参数整定方法与系统。

一种调速系统的电力系统稳定器参数整定方法，包括步骤：

获取电力系统数据，确定电力系统中需要抑制的低频振荡频率f_d；

计算在频率f_d下调速系统的相位滞后，确定调速系统的电力系统稳定器需要的补偿角度θ_E；

确定调速系统的电力系统稳定器的补偿环节数和超前滞后时间常数；

根据所述调速系统的电力系统稳定器的补偿环节数和超前滞后时间常数，计算所述调速系统的电力系统稳定器提供的补偿角度θ_d；

计算调速系统的电力系统稳定器的相位滞后差△θ和附加阻尼，其中△θ=θ_d-θ_E，根据所述调速系统的电力系统稳定器的相位滞后差△θ和附加阻尼确定调速系统的电力系统稳定器的放大系数。

一种调速系统的电力系统稳定器参数整定系统，包括：

低频振荡频率确定模块，用于获取电力系统数据，确定电力系统中需要抑制的低频振荡频率f_d；

第一补偿角度计算模块，用于计算在频率f_d下调速系统的相位滞后，确定调速系统的电力系统稳定器需要的补偿角度θ_E；

时间常数计算模块，用于确定调速系统的电力系统稳定器的补偿环节数和超前滞后时间常数；

第二补偿角度计算模块，根据所述调速系统的电力系统稳定器的补偿环节数和超前滞后时间常数，计算所述调速系统的电力系统稳定器提供的补偿角度θ_d；

放大系数计算模块，用于计算调速系统的电力系统稳定器的相位滞后差△θ和附加阻尼，其中△θ=θ_d-θ_E，根据所述调速系统的电力系统稳定器的相位滞后差△θ和附加阻尼确定调速系统的电力系统稳定器的放大系数。

本发明调速系统的电力系统稳定器参数整定方法与系统，整个过程简便，不需要复杂的计算，其数据的获取和计算都是根据当前环境的需求进行计算和处理的，所以适用于多种不同的情况，其实用性强，计算精准。另外采用GPSS抑制低频振荡方法，由于不依赖于其他发电机组的GPSS以及电网的模型，实现了多机的解耦分析，为抑制低频振荡提供了一种高效、精确的方法，使得低频振荡的抑制效果大为提高，对于运行人员掌握、评估电力系统的运行状态，及时采取措施进行运行状态的改善，以及制定相应的紧急预案，减少后继低频振荡的发生，从而减小对电网的冲击，保证系统的安全运行都具有重大意义。

附图说明

图1为本发明调速系统的电力系统稳定器参数整定方法第一个实施例的流程示意图；

图2为本发明调速系统的电力系统稳定器参数整定方法第二个实施例的流程示意图；

图3为本发明调速系统的电力系统稳定器参数整定系统第一个实施例的结构示意图；

图4为本发明调速系统的电力系统稳定器参数整定系统第二个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

如图1所示，一种调速系统的电力系统稳定器参数整定方法，其特征在于，包括步骤：

S100：获取电力系统数据，确定电力系统中需要抑制的低频振荡频率f_d。

利用特征方程的特征根计算振荡频率f_d，或者利用Prony程序计算系统矩阵的特征根s=σ+jω_d、阻尼比、振荡频率f_d等，选择阻尼比较小的低频振荡模式进行GPSS的参数整定计算。

S200：计算在频率f_d下调速系统的相位滞后，确定调速系统的电力系统稳定器需要的补偿角度θ_E。

其计算公式如下：

G_{E} (s) = \frac{1}{T_{R} T_{C} T_{CH} s^{3} + (T_{R} T_{C} + T_{R} T_{CH} + T_{C} T_{CH}) s^{2} + (T_{R} + T_{C} + T_{CH}) s + 1}

θ_E=∠G_E丨_s=jω_d

式中，K_S为调差系数，T_R为调速器时间常数，T_C为执行机构时间常数，T_CH为汽轮机高压缸时间常数。

S300：确定调速系统的电力系统稳定器的补偿环节数和超前滞后时间常数。

超前滞后环节的时间常数T₁、T₂、T₃、T₄及每个环节的补偿角度

超前滞后环节的时间常数：

T_{2} = \frac{1}{ω_{d} \sqrt{a}}

T₁=aT₂

T₃=T₁

T₄=T₂

S400：根据所述调速系统的电力系统稳定器的补偿环节数和超前滞后时间常数，计算所述调速系统的电力系统稳定器提供的补偿角度θ_d。

上式中的

a = \frac{1 + \sin θ_{d}}{1 - \sin θ_{d}}

每个环节的补偿角度为：

其中，p为补偿环节数，T₀为隔直环节时间常数，一般T₀=4。

S500：计算调速系统的电力系统稳定器的相位滞后差△θ和附加阻尼，其中△θ=θ_d-θ_E，根据所述调速系统的电力系统稳定器的相位滞后差△θ和附加阻尼确定调速系统的电力系统稳定器的放大系数。

本发明调速系统的电力系统稳定器参数整定方法，整个过程简便，不需要复杂的计算，其数据的获取和计算都是根据当前环境的需求进行计算和处理的，所以适用于多种不同的情况，其实用性强，计算精准。另外采用GPSS抑制低频振荡方法，由于不依赖于其他发电机组的GPSS以及电网的模型，实现了多机的解耦分析，为抑制低频振荡提供了一种高效、精确的方法，使得低频振荡的抑制效果大为提高，对于运行人员掌握、评估电力系统的运行状态，及时采取措施进行运行状态的改善，以及制定相应的紧急预案，减少后继低频振荡的发生，从而减小对电网的冲击，保证系统的安全运行都具有重大意义。

如图2所示，在其中一个实施例中，所述S500之后还有步骤：

S600：利用电力系统仿真程序对调速系统的电力系统稳定器的整定参数进行试验校核，其中，所述整定参数包括补偿环节数和超前滞后时间常数、相位滞后差△θ和附加阻尼以及放大系数。

利用电力系统仿真程序对调速系统的电力系统稳定器的整定参数进行试验校核，判断调速系统的电力系统稳定器的整定参数是否满足要求。具体来说就是当电力系统中机组出现低频振荡后，靠GPSS产生的阻尼转矩来抑制振荡，检测GPSS产生的阻尼转矩是否满足相位要求与阻尼要求。利用电力系统仿真程序对调速系统的电力系统稳定器的整定参数进行试验校核，可以进一步确保抑制低频振荡的准确。

如图2所示，在其中一个实施例中，所述S100包括步骤：

S120：获取电力系统数据；

S140：选取电力系统的机组发生多模态低频振荡情况中阻尼最弱模式；

S160：确定在阻尼最弱模式下电力系统中需要抑制的低频振荡频率f_d。

GPSS具有较好的解耦性和鲁棒性，意味着GPSS的补偿参数对振荡模态不敏感，故对某台机组发生多模态低频振荡的情况，只要按照阻尼最弱的模式设计参数，这组参数对另外模式的振荡可以起到很好的阻尼作用。需要计算出阻尼最弱模式下的低频振荡频率f_d

在其中一个实施例中，所述电力系统仿真程序为基于软件的电磁暂态仿真程序。

基于软件的电磁暂态仿真程序可以较为简单地模拟复杂电力系统,包括直流输电系统和其相关的控制系统。

如图3所示，一种调速系统的电力系统稳定器参数整定系统，包括：

低频振荡频率确定模块100，用于获取电力系统数据，确定电力系统中需要抑制的低频振荡频率f_d；

第一补偿角度计算模块200，用于计算在频率f_d下调速系统的相位滞后，确定调速系统的电力系统稳定器需要的补偿角度θ_E；

时间常数计算模块300，用于确定调速系统的电力系统稳定器的补偿环节数和超前滞后时间常数；

第二补偿角度计算模块400，根据所述调速系统的电力系统稳定器的补偿环节数和超前滞后时间常数，计算所述调速系统的电力系统稳定器提供的补偿角度θ_d；

放大系数计算模块500，用于计算调速系统的电力系统稳定器的相位滞后差△θ和附加阻尼，其中△θ=θ_d-θ_E，根据所述调速系统的电力系统稳定器的相位滞后差△θ和附加阻尼确定调速系统的电力系统稳定器的放大系数。

本发明调速系统的电力系统稳定器参数整定系统，系统中数据的获取和计算都是根据当前环境的需求进行计算和处理的，所以适用于多种不同的情况，其实用性强，计算精准。另外采用GPSS抑制低频振荡系统，由于不依赖于其他发电机组的GPSS以及电网的模型，实现了多机的解耦分析，为抑制低频振荡提供了一种高效、精确的系统，使得低频振荡的抑制效果大为提高，对于运行人员掌握、评估电力系统的运行状态，及时采取措施进行运行状态的改善，以及制定相应的紧急预案，减少后继低频振荡的发生，从而减小对电网的冲击，保证系统的安全运行都具有重大意义。

如图4所示，在其中一个实施例中，所述调速系统的电力系统稳定器参数整定系统还包括：

验证模块600，用于利用电力系统仿真程序对调速系统的电力系统稳定器的整定参数进行试验校核，其中，所述整定参数包括补偿环节数和超前滞后时间常数、相位滞后差△θ和附加阻尼以及放大系数。

如图4所示，在其中一个实施例中，所述低频振荡频率确定模块100具体包括：

获取单元120，用于获取电力系统数据；

选取单元140，用于选取电力系统的机组发生多模态低频振荡情况中阻尼最弱模式；

确定单元160，用于确定在阻尼最弱模式下电力系统中需要抑制的低频振荡频率f_d。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种调速系统的电力系统稳定器参数整定方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的调速系统的电力系统稳定器参数整定方法，其特征在于，所述计算调速系统的电力系统稳定器的相位滞后差△θ和附加阻尼，其中△θ=θ_d-θ_E，根据所述调速系统的电力系统稳定器的相位滞后差△θ和附加阻尼确定调速系统的电力系统稳定器的放大系数之后还有步骤：

利用电力系统仿真程序对调速系统的电力系统稳定器的整定参数进行试验校核，其中，所述整定参数包括补偿环节数和超前滞后时间常数、相位滞后差△θ和附加阻尼以及放大系数。

3.根据权利要求1或2所述的调速系统的电力系统稳定器参数整定方法，其特征在于，所述步骤获取电力系统数据，确定电力系统中需要抑制的低频振荡频率f_d具体包括步骤：

获取电力系统数据；

选取电力系统的机组发生多模态低频振荡情况中阻尼最弱模式；

确定在阻尼最弱模式下电力系统中需要抑制的低频振荡频率f_d。

4.根据权利要求2所述的调速系统的电力系统稳定器参数整定方法，其特征在于，所述电力系统仿真程序为基于软件的电磁暂态仿真程序。

5.一种调速系统的电力系统稳定器参数整定系统，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的调速系统的电力系统稳定器参数整定系统，其特征在于，还包括：

验证模块，用于利用电力系统仿真程序对调速系统的电力系统稳定器的整定参数进行试验校核，其中，所述整定参数包括补偿环节数和超前滞后时间常数、相位滞后差△θ和附加阻尼以及放大系数。

7.根据权利要求5或6所述的调速系统的电力系统稳定器参数整定系统，其特征在于，所述低频振荡频率确定模块具体包括：

获取单元，用于获取电力系统数据；

选取单元，用于选取电力系统的机组发生多模态低频振荡情况中阻尼最弱模式；

确定单元，用于确定在阻尼最弱模式下电力系统中需要抑制的低频振荡频率f_d。

8.根据权利要求6所述的调速系统的电力系统稳定器参数整定系统，其特征在于，所述电力系统仿真程序为基于软件的电磁暂态仿真程序。