CN105356486A - 一种电力系统稳定器的参数整定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电力系统稳定器的参数整定方法及装置，属于电网励磁技术领域。所述方法包括：根据三机励磁系统的发电机转子转速和有功功率确定转速变化量；将所述转速变化量通过差分滤波环节获得低频段差分信号、中频段差分信号和高频段差分信号；在所述高频段差分信号的每路信号中分别串入两级相位补偿环节，获得补偿差分信号；将所述补偿差分信号并联相加后串入高频增益环节，获得补偿高频段信号；将所述补偿高频段信号与低频段信号和中频段信号并联相加，获得经过参数整定的电力系统稳定器信号。本发明能够在高频段、中频段以及低频段均提供较好频率特性。

Description

一种电力系统稳定器的参数整定方法及装置

技术领域

本发明涉及一种电力系统稳定器的参数整定方法及装置，属于电网励磁技术领域。

背景技术

互联规模逐渐扩大已成为当今电网主要特点之一，于此同时加之重负荷线路增多、高放大倍数的快速励磁系统和三机励磁系统在电网中广泛应用等原因，如何保持电力系统稳定运行的问题也随之出现，最明显的是低频振荡现象频发。就目前研究成果而言，在励磁系统中附加PSS(PowerSystemStabilizer，电力系统稳定器)已经成为最有效也是较经济的一种办法。

为解决上述技术问题，现有技术提出了一种PSS4B型电力系统稳定器，该电力系统稳定器是在PSS2B的基础上加以改进而形成的，具有PSS2B的优点并且能够解决PSS2B高频段的幅频输出足够大的同时不能兼得中频段和低频段较大幅频输出的问题。该PSS4B的典型参数是通过整定中心频率滤波环节参数得到的，其中心频率滤波环节如图1所示。在PSS4B的增益环节，根据临界增益法并配合频率特性曲线来整定PSS4B的增益KL、KI、KH，从而得到理想的有补偿特性曲线。但是，该PSS4B的参数整定方法采用的是典型参数的PSS4B，并且由图2所示的频率特性曲线可知，其能提供的超前角度较小，在高频段仅能提供30°～45°的超前角，这对三机励磁系统发生高频段的低频振荡不能起到有效的抑制作用。

另外，现有技术还提出了一种基于相位修正法的PSS4B-W型电力系统稳定器。结合图3所示，该方法是在输出端接入三个相位补偿环节以进行相位修正，应用该方法整定的PSS4B的频率特性曲线如图4和图5所示，通过与PSS2B作对比可知，该相位修正方法在高频段具有较好的频率特性，但是同时也可以看出，在提高了高频段相频特性的同时却减弱了中频段和低频段的幅频特性，会出现与PSS2B相同的问题。

发明内容

本发明为解决现有的电力系统稳定器无法在高频段、中频段以及低频段均具有较好频率特性的问题，进而提出了一种电力系统稳定器的参数整定方法及装置，具体包括如下的技术方案：

一种电力系统稳定器的参数整定方法，包括：

根据三机励磁系统的发电机转子转速和有功功率确定转速变化量；

将所述转速变化量通过差分滤波环节获得低频段差分信号、中频段差分信号和高频段差分信号；

在所述高频段差分信号的每路信号中分别串入两级相位补偿环节，获得补偿差分信号；

将所述补偿差分信号并联相加后串入高频增益环节，获得补偿高频段信号；

将所述补偿高频段信号与低频段信号和中频段信号并联相加，获得经过参数整定的电力系统稳定器信号。

一种电力系统稳定器的参数整定装置，包括：

转速变化确定单元，用于根据三机励磁系统的发电机转子转速和有功功率确定转速变化量；

差分信号确定单元，用于将所述转速变化量通过差分滤波环节获得低频段差分信号、中频段差分信号和高频段差分信号；

补偿差分信号获取单元，用于在所述高频段差分信号的每路信号中分别串入两级相位补偿环节，获得补偿差分信号；

补偿高频信号获取单元，用于将所述补偿差分信号并联相加后串入高频增益环节，获得补偿高频段信号；

参数整定单元，用于将所述补偿高频段信号与低频段信号和中频段信号并联相加，获得经过参数整定的电力系统稳定器信号。

本发明的有益效果是：通过在高频差分信号的每路信号中分别串入两级相位补偿环节，并在补偿后的高频段差分信号串入高频段增益环节，使电力系统稳定器在高频段能够提供足够的相位超前，从而在高频段产生不少于PSS2B的低频振荡抑制效果，并且在中频段和低频段提供足够的相位超前的同时又具有高于PSS2B的幅频特性，使其对中频段和低频段的振荡抑制效果优于PSS2B，从而使整定后的PSS4B能够较快的平息系统全频段的振荡。

附图说明

图1是现有技术中的低频段中心频率滤波环节示意图。

图2是现有技术中的PSS4B的典型参数相频特效示意图，其中的横坐标表示频率，纵坐标表示相位。

图3是现有技术中的PSS4B-W结构示意图。

图4是现有技术中的PSS4B-W在-90～135相位的频率特效曲线示意图，其中的横坐标表示频率，纵坐标表示相位。

图5是现有技术中的PSS4B-W在10～50相位的频率特效曲线示意图，其中的横坐标表示频率，纵坐标表示相位。

图6以示例的方式示出了电力系统稳定器的参数整定方法的流程图。

图7是实施例一提供的电力系统稳定器的参数整定方法的具体实现图。

图8A、图8B和图8C分别是是实施例一提供的在1.3Hz、0.8Hz以及0.3Hz频率下的PSS2B、PSS4B、PSS4B-W以及经过本实施例提出的参数整定方法整定后的PSS4B对振荡的抑制效果对比图。

图9是实施例二提供的电力系统稳定器的参数整定装置的结构图。

具体实施方式

本发明的实施例提出了一种电力系统稳定器的参数整定方法，结合图6所示，该方法包括：

步骤61，在高频段差分信号的每路信号中分别串入两级相位补偿环节，获得补偿差分信号。

本实施例提出的方法是针对三机励磁系统，根据三机励磁系统中的发电机转子转速和有功功率，经隔直滤波环节获得转速变化量，再经过差分滤波器分别得到低频段差分信号、中频段差分信号和高频段差分信号。

其中，将低频段差分信号的两路信号并联相加后获得低频段信号，中频段差分信号中的两路信号并联相加后获得中频段信号。

获取高频段差分信号后，在该高频差分信号的每路信号中分别串入两级相位补偿环节，其余参数保持不变，该两级相位补偿环节可通过整定超前滞后环节参数确定。其中的整定超前滞后环节参数通过以下公式确定：

F(w)＝P₁(w)+P₂(w)+P₃(w)

-30<F(w)<30

0.628<w<12.56

其中，F(w)表示发电机附加控制整体相移特性，P₁(w)表示发电机励磁系统无补偿相移特性，P₂(w)表示转速差分输出与转速输入之间的相移特性，P₃(w)表示多阶超前滞后相位补偿环节的理论计算出的相移特性，w表示发电机转子转速。

步骤62，将补偿差分信号并联相加后串入高频增益环节，获得补偿高频段信号。

其中，将补偿差分信号与高频增益环节串联后获得的补偿高频段信号能够提高高频段的相频特性，

步骤63，将补偿高频段信号与低频段信号和中频段信号并联相加，获得经过参数整定的电力系统稳定器信号。

将补偿高频段信号与低频段信号和中频段信号并联相加后可获得经过参数整定的电力系统稳定器信号，使经过参数整定的电力系统稳定器应用于三机励磁系统中时能提供足够的相位补偿，同时又不会降低中频段和低频段的幅频特性。

下面通过具体的实施例对所述的电力系统稳定器的参数整定方法进行详细说明：

实施例一

本实施例提出的基于PSS4B型电力系统稳定器的参数整定方法的实际应用过程根据一个发电机实例进行说明。

现有的PSS4B典型参数是通过整定中心频率滤波环节参数得到的，以低频段为例，首先选定补偿系数R和中心频率F_L，补偿系数R值的大小决定了带通的宽度，中心频率点处输出幅值最大相位为零，根据公式：

$T_{L1}=T_{L7}=1/2{\mathrm{\&pi;F}}_L\sqrt{R}$

T_L1＝T_L7/R

T_L8＝T_L7R

K_L1＝K_L2＝(R²+R)/(R²-2R+1)

即可求出相应的参数，中、高频段的参数可用同样的方法求出。其中，T_L1表示第一低频相位补偿参数，T_L7表示第七低频相位补偿参数，F_L表示中心频率，R表示补偿系数，T_L8表示第八低频相位补偿参数，K_L1表示第一低频增益环节，K_L2表示第二低频增益环节。

因此本实施例提出的PSS4B参数整定方法基于典型参数下的PSS4B，基于图7所示，在高频段的中心滤波环节串联两个相位补偿环节，从而针对三机励磁系统在高频段进行补偿。其中，基于典型参数下的PSS4B，对低频段和中频段的增益环节包括两路低频差分信号K_L1、K_L2以及两路中频差分信号K_I1、K_I2，并且对低频段和中频段的相位补偿参数包括K_L11、T_L1、T_L2、K_L17、T_L7、T_L8、K_I11、T_I1、T_I2、K_I17、T_I7和T_I8，在将两路低频差分信号并联相加后再串入低频段增益环节号K_L后获得低频输出信号，以及将两路中频差分信号并联相加后再串入中频段增益环节K_I后获得中频输出信号。

对高频段的增益环节包括两路高频差分信号K_H1、K_H2，并且对高频段的相位补偿参数包括K_H11、T_H1、T_H2、T_H7和T_H8。而本实施例提出的PSS4B参数整定方法在高频段串入两级相位补偿环节，通过整定超前滞后环节参数T_H3、T_H4、T_H5、T_H6、T_H9、T_H10、T_H11、T_H12，最后将两路高频差分信号并联相加后再串入高频段增益环节K_H，从而提高高频段的相频特性，使其应用于三机励磁系统中时能提供足够的相位补偿，同时又不会降低中频段和低频段的幅频特性。

下面以某300MW的发电机组进行说明，该发电机组的励磁方式采用三机励磁方式，通过现场试验方式测得其励磁体统的无补偿特性如表1所示。

表1励磁系统无补偿相频特性

根据理性频率曲线法整定PSS4B-W型电力系统稳定器的T₁，T₂，T₃，T₄，T₅，T₆和本实施例提出的参数整定法中的T_H3、T_H4、T_H5、T_H6、T_H9、T_H10、T_H11、T_H12。

最终确定的PSS4B-W的参数和本发明提出的整定方法的参数如下：

T₁＝0.2038，T₂＝0.0552，T₃＝0.2038，T₄＝0.0552，T₅＝0.55，T₆＝2.038。

T_H3＝T_H9＝0.398，T_H4＝T_H10,0.21，T_H5＝T_H11,0.162，T_H6＝T_H12＝0.061，KH＝120。

投入整定后的PSS4B-W型电力系统稳定器与本实施例提出的参数整定方法整定后的PSS4B型电力系统稳定器的频率特性如表2和表3所示。

表2投入PSS4B-W后的频率特性

表3投入本发明方法整定后的PSS4B

PSS2B、典型参数的PSS4B、PSS4B-W和使用本实施例提出的参数整定方法整定后的PSS4B对不同频段的低频振荡抑制效果对比结合图8A、图8B和图8C所示，通过本实施例提出的参数方法整定后的PSS4B，对高频段的振荡抑制效果可等同于PSS2B和PSS4B-W，对中、低频段振荡的抑制表现则远远好于PSS2B的效果，针对低频段振荡的抑制效果优于PSS4B-W，并且在全频段的效果都优于典型参数的PSS4B。

本实施例提出的电力系统稳定器的参数整定方法基于典型参数下的PSS4B型电力系统稳定器，在高频段的中心滤波环节串联两个相位补偿环节，来针对三机励磁系统在高频段进行补偿，这样仅改变高频段的相位补偿，不会减小低频段和中频段的输出，PSS4B型电力系统稳定器最终的输出结果仍然是三个输出量矢量和的形式，通过调整高频段增益和相位得到理想的频率特性曲线，具有便于计算且应用简单的特点。

实施例二

结合图9所示，本实施例提供了一种电力系统稳定器的参数整定装置，包括：

转速变化确定单元91，用于根据三机励磁系统的发电机转子转速和有功功率确定转速变化量；

差分信号确定单元92，用于将转速变化量通过差分滤波环节获得低频段差分信号、中频段差分信号和高频段差分信号；

补偿差分信号获取单元93，用于在高频段差分信号的每路信号中分别串入两级相位补偿环节，获得补偿差分信号；

补偿高频信号获取单元94，用于将补偿差分信号并联相加后串入高频增益环节，获得补偿高频段信号；

参数整定单元95，用于将补偿高频段信号与低频段信号和中频段信号并联相加，获得经过参数整定的电力系统稳定器信号。

可选的，在补偿差分信号获取单元93中，两级相位补偿环节通过整定超前滞后环节参数确定。

可选的，参数整定单元95确定的电力系统稳定器的最大增益整定值为临界增益的1/3～1/5。

可选的，在参数整定单元95中包括：

整定子单元，用于将补偿高频段信号与低频段信号和中频段信号并联相加，该低频段信号和中频段信号通过临界增益法结合频率特性曲线整定增益。

本具体实施方式提供的电力系统稳定器的参数整定方法通过在高频段差分信号的每路信号中分别串入两级相位补偿环节，并在补偿后的高频段差分信号串入高频增益环节，使电力系统稳定器在高频段能够提供足够的相位超前，从而在高频段产生不少于PSS2B的低频振荡抑制效果，并且在中频段和低频段提供足够的相位超前的同时又具有高于PSS2B的幅频特性，使其对中频段和低频段的振荡抑制效果优于PSS2B，从而使整定后的PSS4B能够较快的平息系统全频段的振荡。

本具体实施方式是对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，其中的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有经过创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施方式都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电力系统稳定器的参数整定方法，包括：

根据三机励磁系统的发电机转子转速和有功功率确定转速变化量；

将所述转速变化量通过差分滤波环节获得低频段差分信号、中频段差分信号和高频段差分信号；

其特征在于，所述方法还包括：

在所述高频段差分信号的每路信号中分别串入两级相位补偿环节，获得补偿差分信号；

将所述补偿差分信号并联相加后串入高频增益环节，获得补偿高频段信号；

将所述补偿高频段信号与低频段信号和中频段信号并联相加，获得经过参数整定的电力系统稳定器信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两级相位补偿环节通过整定超前滞后环节参数确定。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述整定超前滞后环节参数通过以下公式确定：

F(w)＝P₁(w)+P₂(w)+P₃(w)

-30<F(w)<30

0.628<w<12.56

其中，F(w)表示发电机附加控制整体相移特性，P₁(w)表示发电机励磁系统无补偿相移特性，P₂(w)表示转速差分输出与转速输入之间的相移特性，P₃(w)表示多阶超前滞后相位补偿环节的理论计算出的相移特性，w表示发电机转子转速。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电力系统稳定器的最大增益整定值为临界增益的1/3～1/5。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述补偿高频段信号与低频段信号和中频段信号并联相加，所述低频段信号和中频段信号通过临界增益法结合频率特性曲线整定增益。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，对所述低频差分信号进补偿的参数通过以下公式确定：

$T_{L1}=T_{L7}=1/2{\mathrm{\&pi;F}}_L\sqrt{R}$

T_L1＝T_L7/R

T_L8＝T_L7R

K_L1＝K_L2＝(R²+R)/(R²-2R+1)

其中，T_L1表示第一低频相位补偿参数，T_L7表示第七低频相位补偿参数，F_L表示中心频率，R表示补偿系数，T_L8表示第八低频相位补偿参数，K_L1表示第一低频增益环节，K_L2表示第二低频增益环节。

7.一种电力系统稳定器的参数整定装置，包括：

转速变化确定单元，用于根据三机励磁系统的发电机转子转速和有功功率确定转速变化量；

差分信号确定单元，用于将所述转速变化量通过差分滤波环节获得低频段差分信号、中频段差分信号和高频段差分信号；

其特征在于，所述装置还包括：

补偿差分信号获取单元，用于在所述高频段差分信号的每路信号中分别串入两级相位补偿环节，获得补偿差分信号；

补偿高频信号获取单元，用于将所述补偿差分信号并联相加后串入高频增益环节，获得补偿高频段信号；

参数整定单元，用于将所述补偿高频段信号与低频段信号和中频段信号并联相加，获得经过参数整定的电力系统稳定器信号。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，在所述补偿差分信号获取单元中，所述两级相位补偿环节通过整定超前滞后环节参数确定。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述参数整定单元确定的所述电力系统稳定器的最大增益整定值为临界增益的1/3～1/5。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，在所述参数整定单元中包括：

增益整定子单元，用于将所述补偿高频段信号与低频段信号和中频段信号并联相加，所述低频段信号和中频段信号通过临界增益法结合频率特性曲线整定增益。