CN104037787B - 提高多小水电群送出能力的电力系统稳定器协调优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提高多小水电群送出能力的电力系统稳定器协调优化方法。包括以下步骤：1）通过暂态稳定时域仿真，确定制约各小水电群送出能力的主导低频振荡模式；2）通过小干扰稳定的频域扫描，确定参与各主导低频振荡模式的发电机组；3）通过综合指标计算，确定参与PSS参数优化的机组；4）以提高各小水电群主导振荡模式阻尼为目标，进行机组PSS参数协调优化；5）通过暂态稳定时域仿真，评估各小水电群送出能力的提高效果。本发明提供的一种提高多小水电群送出能力的电力系统稳定器协调优化方法，能够改善多个小水电群集中送出时的低频振荡阻尼特性，提高多小水电群的送出能力。
Description
技术领域
本发明是属于电力系统领域，具体涉及一种提高多小水电群送出能力的电力系统稳定器协调优化方法。
背景技术
我国小水电资源十分丰富，已建成小水电站约占水电装机和年发电量的30％。小水电资源主要集中在西部地区，在小水电富集地区，多采用辐射状接线逐步向高电压等级汇集方式，形成多个小水电群汇集后集中送出的情况。由于小水电富集地区一般远离负荷中心，与电网联系薄弱，小水电群的送出能力主要受到动态稳定问题的制约，常存在窝电情况。
电力系统稳定器(PSS)是能够抑制低频振荡的一种附加励磁控制器，合理设置PSS参数是充分发挥其阻尼控制作用的关键。多个小水电群集中送出时，机组可能会参与多个不同的振荡模式，传统的PSS参数一般只针对机组对区域电网的振荡设计，具有一定局限性。因此研究一种使机组PSS适应多个振荡模式的参数协调优化方法，对提高多个小水电群的送出能力具有实用价值。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种提高多小水电群送出能力的电力系统稳定器协调优化方法，本发明能够改善多个小水电群集中送出时的低频振荡阻尼特性，提高多小水电群的送出能力。
本发明的技术方案如下：
本发明提高多小水电群送出能力的电力系统稳定器协调优化方法，包括有如下步骤：
1)通过暂态稳定时域仿真，确定制约各小水电群送出能力的主导低频振荡模式；
2)通过小干扰稳定的频域扫描，确定参与各主导低频振荡模式的发电机组；
3)通过综合指标计算，确定参与PSS参数优化的机组；
4)以提高各小水电群主导振荡模式阻尼为目标，进行机组电力系统稳定器参数协调优化；
5)通过暂态稳定时域仿真，评估各小水电群送出能力的提高效果。
所述步骤1)中，逐步增加某一小水电群的送出有功功率，通过电力系统暂态稳定时域仿真进行N-1故障扫描，确定制约该小水电群送出的关键断面和故障，通过普罗尼(Prony)分析得到对应主导低频振荡模式频率。
所述步骤2)中，利用电力系统小干扰稳定计算，进行低频振荡特征根的频域扫描，确定参与各主导低频振荡模式的发电机组及其参与因子；所述步骤5)中，依据电力系统稳定器协调优化方案，通过暂态稳定时域仿真，计算各小水电群的送出能力，评估优化后的效果。
所述步骤3)包括以下步骤：
31)计算参与各主导低频振荡模式的机组的可控性和可观性指标；
32)依据参与因子、可控性和可观性指标得到综合指标；
33)依据综合指标确定参与电力系统稳定器参数优化的机组；
34)对参与电力系统稳定器参数优化的机组进行划分。
所述步骤31)中，利用电力系统小干扰稳定的可控性和可观性仿真，确定参与各主导低频振荡模式的发电机组的励磁系统输入对各主导振荡模式的可控性指标，以及各机组转速对各主导振荡模式的可观性指标。
所述步骤32)中，通过将参与因子、可控性和可观性指标规格化后求和的方式得到综合指标。
所述步骤33)中，按照综合指标的大小对参与各主导低频振荡模式的发电机组进行排序，选取前5～10位的机组作为参与电力系统稳定器参数优化的机组。
所述步骤34)中，依据机组是否是属于小水电群内的机组及其参与各主导振荡模式的情况，将其划分四个分组：(I)参与单个主导振荡模式的群内机组，(II)参与多个主导振荡模式的群内机组，(III)参与单个主导振荡模式的群外机组，(IV)参与多个主导振荡模式的群外机组。
所述步骤4)包括以下步骤：
41)得到各主导低频振荡模式的阻尼对各机组电力系统稳定器增益参数的灵敏度。
42)利用启发式方法，对各分组的机组电力系统稳定器增益参数进行优化；
所述步骤41)中，利用小干扰稳定的灵敏度计算，得到各主导低频振荡模式的阻尼对各机组电力系统稳定器增益参数的灵敏度；
所述步骤42)中，启发式规则包括：按照(I)～(IV)分组的顺序逐步进行参数优化；根据灵敏度指标确定机组PSS增益参数的调节方向，灵敏度为正则按比例增大增益参数，为负则按比例减小增益参数；机组调节电力系统稳定器增益参数后，需要进行小干扰稳定的频域扫描，如果有主导振荡模式阻尼减小或无变化，则该参数调节无效，如果增加主导振荡模式阻尼则保留该优化后的参数。(III)(IV)分组的机组PSS增益参数调节不能导致其他关键振荡模式阻尼的减小。在允许范围内选择3个电力系统稳定器增益参数进行对比，观察各主导低频振荡模式阻尼的变化趋势，选择效果最好一个作为机组的优化参数。
本发明提供的一种提高多小水电群送出能力的电力系统稳定器协调优化方法，能够改善多个小水电群集中送出时的低频振荡阻尼特性，提高多小水电群的送出能力。
附图说明
图1为本发明提高多小水电群送出能力的PSS协调优化方法的流程图。
具体实施方式
本发明提高多小水电群送出能力的电力系统稳定器协调优化方法，包括有如下步骤：
1)通过暂态稳定时域仿真，确定制约各小水电群送出能力的主导低频振荡模式；
2)通过小干扰稳定的频域扫描，确定参与各主导低频振荡模式的发电机组；
3)通过综合指标计算，确定参与PSS参数优化的机组；
4)以提高各小水电群主导振荡模式阻尼为目标，进行机组电力系统稳定器参数协调优化；
5)通过暂态稳定时域仿真，评估各小水电群送出能力的提高效果。
下面结合在实际电网中的应用对本发明做进一步说明。
在提高云南电网滇西地区的保山、怒江和迪庆小水电群送出能力中，采用本发明方法对机组PSS参数进行优化，来验证本发明方法的有效性。具体实施过程如下：
步骤一：通过电力系统暂态稳定时域仿真，分别逐步增加保山、怒江和迪庆小水电群的送出有功功率，通过暂态稳定时域仿真进行N-1故障扫描，确定制约保山、怒江和迪庆小水电群送出的关键断面和故障，通过普罗尼(Prony)分析得到对应主导低频振荡模式频率，如表1所示。
步骤二：通过小干扰稳定频域扫描，对三个主导低频振荡模式进行模态分析，确定参与各主导低频振荡模式的发电机组，如表1所示。
表1制约保山、怒江和迪庆小水电群送出能力的主导低频振荡模式
步骤三：利用电力系统小干扰稳定的可控性和可观性仿真程序，确定参与各主导低频振荡模式的发电机组的励磁系统输入对各主导振荡模式的可控性指标，以及各机组转速对各主导振荡模式的可观性指标。
步骤四：通过将参与因子、可控性和可观性指标规格化后求和的方式得到综合指标。以怒江小水电群为例，参与怒江主导振荡模式机组的可控性和可观性计算及综合指标结果，如表2所示。
表2怒江小水电群主导低频振荡模式的各项指标
步骤五：按照综合指标的大小对参与各主导低频振荡模式的发电机组进行排序，选取前5～10位的机组作为参与PSS参数优化的机组。
步骤六：依据机组是否是属于保山、怒江和迪庆小水电群内的机组及其参与各主导振荡模式的情况，将其划分四个分组，如表3所示。
表3参与主导振荡模式的机组分组情况表
步骤七：按照启发式规则，对表3中的机组按(I)～(IV)的分组顺序进行PSS增益参数优化。优化后根据灵敏度指标确定机组PSS增益参数的调节方向，灵敏度为正则按比例增大增益参数，为负则按比例减小增益参数；在允许范围内选择3个PSS增益参数进行对比，观察各主导低频振荡模式阻尼的变化趋势，选择效果最好一个作为机组的优化参数；机组调节PSS增益参数后，需要进行小干扰稳定的频域扫描，如果有主导振荡模式阻尼减小或无变化，则该参数调节无效，如果增加主导振荡模式阻尼则保留该优化后的参数。(III)(IV)分组的机组PSS增益参数调节不能导致其他关键振荡模式阻尼的减小。根据计算迪麻洛、金安桥和小湾的机组PSS参数调节后对阻尼影响很小，因此PSS参数调节无效，觉僳罗和阿海机组PSS调节会引起迪庆主导振荡模式阻尼减小，因此PSS参数调节也无效。其他机组PSS参数优化后均不同程度提高了主导振荡模式阻尼。作为优化方案保留。
步骤八：依据PSS协调优化方案，通过暂态稳定时域仿真，计算各小水电群的送出能力，评估优化后的效果，如表4所示。结果表明，各小水电群的送出能力均有不同程度提高。
表4PSS参数优化结果
本发明结合实际应用对本发明的实施做了详细的说明与描述，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，任何基于本发明的发明精神所作的改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种提高多小水电群送出能力的电力系统稳定器协调优化方法，其特征在于包括有如下步骤：
1）通过暂态稳定时域仿真，确定制约各小水电群送出能力的主导低频振荡模式；
2）通过小干扰稳定的频域扫描，确定参与各主导低频振荡模式的发电机组；
3）通过综合指标计算，确定参与PSS参数优化的机组；
4）以提高各小水电群主导振荡模式阻尼为目标，进行机组电力系统稳定器参数协调优化；
5）通过暂态稳定时域仿真，评估各小水电群送出能力的提高效果；
所述步骤1）中，逐步增加某一小水电群的送出有功功率，通过电力系统暂态稳定时域仿真进行N-1故障扫描，确定制约该小水电群送出的关键断面和故障，通过普罗尼（Prony）分析得到对应主导低频振荡模式频率。
2.根据权利要求1所述的提高多小水电群送出能力的电力系统稳定器协调优化方法，其特征在于所述步骤2）中，利用电力系统小干扰稳定计算，进行低频振荡特征根的频域扫描，确定参与各主导低频振荡模式的发电机组及其参与因子；所述步骤5）中，依据电力系统稳定器协调优化方案，通过暂态稳定时域仿真，计算各小水电群的送出能力，评估优化后的效果。
3.根据权利要求1所述的提高多小水电群送出能力的电力系统稳定器协调优化方法，其特征在于所述步骤3）包括以下步骤：
31）计算参与各主导低频振荡模式的机组的可控性和可观性指标；
32）依据参与因子、可控性和可观性指标得到综合指标；
33）依据综合指标确定参与电力系统稳定器参数优化的机组；
34）对参与电力系统稳定器参数优化的机组进行划分。
4.根据权利要求3所述的提高多小水电群送出能力的电力系统稳定器协调优化方法，其特征在于所述步骤31）中，利用电力系统小干扰稳定的可控性和可观性仿真，确定参与各主导低频振荡模式的发电机组的励磁系统输入对各主导振荡模式的可控性指标，以及各机组转速对各主导振荡模式的可观性指标。
5.根据权利要求3所述的提高多小水电群送出能力的电力系统稳定器协调优化方法，其特征在于所述步骤32）中，通过将参与因子、可控性和可观性指标规格化后求和的方式得到综合指标。
6.根据权利要求3所述的提高多小水电群送出能力的电力系统稳定器协调优化方法，其特征在于所述步骤33）中，按照综合指标的大小对参与各主导低频振荡模式的发电机组进行排序，选取前5～10位的机组作为参与电力系统稳定器参数优化的机组。
7.根据权利要求3所述的提高多小水电群送出能力的电力系统稳定器协调优化方法，其特征在于所述步骤34）中，依据机组是否是属于小水电群内的机组及其参与各主导振荡模式的情况，将其划分四个分组：（I）参与单个主导振荡模式的群内机组，（II）参与多个主导振荡模式的群内机组，（III）参与单个主导振荡模式的群外机组，（IV）参与多个主导振荡模式的群外机组。
8.根据权利要求1所述的提高多小水电群送出能力的电力系统稳定器协调优化方法，其特征在于所述步骤4）包括以下步骤：
41）得到各主导低频振荡模式的阻尼对各机组电力系统稳定器增益参数的灵敏度；42）利用启发式方法，对各分组的机组电力系统稳定器增益参数进行优化；所述步骤41）中，利用小干扰稳定的灵敏度计算，得到各主导低频振荡模式的阻尼对各机组电力系统稳定器增益参数的灵敏度；所述步骤42）中，启发式规则包括：按照（I）～（IV）分组的顺序逐步进行参数优化；根据灵敏度指标确定机组PSS增益参数的调节方向，灵敏度为正则按比例增大增益参数，为负则按比例减小增益参数；机组调节电力系统稳定器增益参数后，需要进行小干扰稳定的频域扫描，如果有主导振荡模式阻尼减小或无变化，则该参数调节无效，如果增加主导振荡模式阻尼则保留该优化后的参数；（III）（IV）分组的机组PSS增益参数调节不能导致其他关键振荡模式阻尼的减小；在允许范围内选择3个电力系统稳定器增益参数进行对比，观察各主导低频振荡模式阻尼的变化趋势，选择效果最好一个作为机组的优化参数。
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