CN105449697B - 一种基于转速信号的发电机阻尼控制方法 - Google Patents

一种基于转速信号的发电机阻尼控制方法 Download PDF

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Abstract

一种基于转速信号的发电机阻尼控制方法，采用同步相量测量装置实时采集广域电网数据信息，对实时断面数据进行预处理以及分群有效性检验，采集各执行装置实时上送的自身工作状态、模拟量输出以及回测结果，形成阻尼控制系统闭环功能；对不同区域电网的发电机群进行等值转速计算，选用区域间的转速差作为控制器的输入信号，提高控制器输入信号的准确性；阻尼控制器逻辑实时计算系统数据状态，根据系统波动状态，在线计算并下发调制信号至执行装置，执行装置将阻尼控制器的输出转化为发电机的输入，通过调节发电机的出力状态，增强电网抵御区域间振荡的能力。本发明的基于转速信号的发电机阻尼控制方法，能更直观、准确地体现系统运行状况，显著改善阻尼控制器的控制效果，有效提高控制系统动态稳定性。

Description

一种基于转速信号的发电机阻尼控制方法
技术领域
本发明属于电力系统稳定控制技术领域，尤其涉及一种基于转速信号的发电机阻尼控制方法。
背景技术
随着电网规模的扩大，区域间弱阻尼低频振荡成为制约互联大电网输电能力提高的重要因素。当某一区域受到扰动或出现故障产生低频振荡时，会影响整个系统的动态稳定性，严重威胁电网的安全稳定运行。
常规抑制低频振荡的方法是在发电机的励磁端安装电力系统稳定器PSS，对地区性低频振荡有较好的抑制效果，但PSS采集本地信号作为反馈信号，缺乏对整个系统的可观性和可控性，因此对于区域间低频振荡的抑制效果并不理想。随着同步相量测量技术在电力系统中的应用，基于广域信息和同步相量技术的广域阻尼控制系统，可以有效监测电力系统的动态过程、增强电网抵御区域间振荡的能力，显著改善系统的动态稳定性。
电力系统中很多量测值可以作为阻尼控制器的反馈信号，以往控制器的调制信号大多选取并联交流线路的有功功率、频率差等，调制信号是否能实时准确反映系统运行状态直接影响到调制效果。因此，提高阻尼控制器输入信号的准确性是非常必要的。以转速信号作为反馈输入信号，物理意义清晰，能够更直观、准确地体现系统运行状况。
发明内容
本发明的目的是提高发电机阻尼控制实验系统输入信号的准确性，控制系统稳定性。为此，本发明提供的一种基于转速信号的发电机阻尼控制方法。
为了更好地理解本发明的技术方案，首先对本发明中所涉及的技术术语说明如下：
同步相量测量单元PMU：同步相量测量单元用于采集发电机端的三相电压、三相电流，计算三相基波电压、三相基波电流、正序基波电压相量、正序基波电流相量、频率、功率、转速角速度、功角，实时将采集计算的电压相量、电流相量、频率、功率、转速角速度、功角传送到广域控制系统平台。
广域控制系统平台：广域控制系统平台包括数据前置处理模块、实时数据库、分群有效性检测模块、分群计算模块、阻尼控制逻辑功能模块、历史数据存储模块，接收分布于区域电网的同步相量测量单元以及执行装置实时上送的数据，在线监测系统运行状态，判断实时数据中是否包含需要本阻尼控制方法进行抑制的电网区域间振荡模式成分， 分析计算并下发输出调制信号至执行装置。
广域控制执行装置：执行装置接收广域控制系统平台下发的输出调制信号，并上送执行装置自身工作状态数据、模拟量输出信号以及装置自身回测实际模拟量输出结果至广域控制系统平台，形成发电机阻尼控制的闭环控制。执行装置将接收的输出调制数字量信号转化为本执行装置所连接的发电机励磁系统的附加励磁电压模拟量输出信号，并叠加到发电机励磁系统的输入端，通过调节发电机的出力，增强电网抵御区域间振荡的能力。
本发明具体采用以下技术方案。
一种基于转速信号的发电机阻尼控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)在广域电网不同区域的发电机端设置多个同步相量测量单元PMU，各同步相量测量单元PMU将测量单元自身配置文件中的PMU量测点信息以及实时广域量测数据以数据包的形式上送到广域控制系统平台的数据前置处理模块，其中所述PMU量测点信息即规定的需要采集的发电机量测数据类型，PMU量测点信息包含需要采集的量测数据类型为发电机端电压、发电机端电流、发电机有功、发电机无功、发电机频率、发电机转速；
(2)各执行装置将执行装置自身工作状态数据、执行装置生成的模拟量输出数据以及执行装置自身回测的向发电机励磁系统输出的实际模拟量输出结果以数据包的形式上送到数据前置处理模块；
(3)数据前置处理模块解析步骤(1)和步骤(2)上送的数据包，并按GPS时标将解析后的数据即步骤(1)所上送的实时广域量测数据和步骤(2)所上送的模拟量输出数据、实际模拟量输出结果写入实时数据库，检测步骤(1)上送的实时广域量测数据中的频率数据，如果频率超出设定的有效范围则该断面数据无效；
(4)以最新对齐时间从实时数据库中获取经步骤(3)处理的各个机组有效的广域量测断面数据、模拟量输出数据、所回测的实际模拟量输出结果；
(5)将从步骤(4)中获取的有效的实时广域量测断面数据送入分群有效性检测模块，从每个区域电网内选取预先经过电网模型仿真确定的具有代表性的若干机组作为代表该区域电网的机群，分群有效性检测模块对当前断面下每个机组的转速角速度进行判断，当存在一个或多个机组的角速度超过设定限值时，则将超过设定限值的机组所在机群的该断面下的数据判为无效，重新返回步骤(4)获取实时广域量测断面数据并进行分群有效性检测，直到所有机群在该断面下的广域量测数据有效，进入步骤(6)；
(6)将步骤(5)中符合分群有效性的每一机群计算该机群的等值转速，将产生区域间振荡的两个区域的等值转速差信号上送至阻尼控制逻辑功能模块；
(7)阻尼控制逻辑功能模块读取步骤(6)的所述等值转速差信号，将所述等值转速差信号作为阻尼控制逻辑功能模块内的控制器传递函数的输入，计算出控制输出调制信号，并下发至执行装置，执行装置将调制信号输出至发电机的输入端用以调节发电机的出力，提高电网区域间振荡的阻尼；所述阻尼控制逻辑功能模块还将计算过程中的中间数据发送到历史数据存储模块；
(8)历史数据存储模块将从步骤(4)中获取的实时数据与从步骤(7)获取的计算过程中的中间数据进行简单拼接，将拼接后的数据以文件的形式存储到广域控制系统平台指定的文件存储目录下。
在步骤(3)中，数据前置处理模块在解析步骤(1)和步骤2上送的数据包之前还包括：将同步相量测量单元PMU上送的PMU量测点信息与广域控制系统平台配置文件目录下的PMU量测点信息进行对比，检测同步相量测量单元PMU的量测点信息是否发生改变，如果发生了改变，则说明远方的同步相量测量单元PMU所采集的数据类型发生了变化，广域控制系统平台需要同步更新相量测量单元PMU上送的量测点信息，保存到广域控制系统平台的PMU量测点配置文件中；
在步骤(6)中，区域电网S中机群的等值转速计算如下：
其中，ωs为区域电网S中机群的等值转速角速度，ωi为该机群内第i个机组的转速角速度，Mi为第i个机组在该机群的转速角速度的占比(Mi由电网模型仿真确定)，Ms为该机群所有机组的转速角速度的占比Mi的和。
本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提出的方法对实时断面数据进行预处理以及分群有效性检验，提高了发电机阻尼控制系统的可靠性；本发明提出的方法选用不同区域电网的发电机群等值转速差作为控制器的输入，控制器的输出可以直接和阻尼转矩建立联系，更加精确直观地反映系统运行状况，有效改善了阻尼控制器的控制效果，提高了发电机阻尼控制系统的稳定性。
附图说明
图1是本发明提供的一种基于转速信号的发电机阻尼控制系统的组成原理框图；
图2是本发明提供的一种基于转速信号的发电机阻尼控制方法实施流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细介绍。
如图1所示，为该发明的一种基于转速信号的发电机阻尼控制系统的组成原理框图，包括同步相量测量单元PMU、广域控制系统平台、广域控制执行装置。同步相量测量单元PMU测量各量测节点的数据并上送至广域控制系统平台，各执行装置实时上送执行装置自身工作状态、模拟量输出数据以及执行装置自身回测的实际向发电机励磁系统输出的模拟量输出结果至广域控制系统平台并接收广域控制系统平台下发的输出调制信号，形成发电机阻尼控制的闭环控制。其中，广域控制系统平台包括顺次连接的数据前置处理模块、实时数据库、分群有效性检测模块、分群计算模块、阻尼控制逻辑功能模块、历史数据存储模块，实现广域数据预处理、实时同步处理、分群计算处理、输出调制信号计算与下发、历史数据存储功能。
如图2所示，为该发明的具体实施流程。根据说明书附图2并结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细表述：
1、各区域电网的同步相量测量单元PMU将测量单元自身的PMU量测点信息(PMU量测点信息即规定的需要采集的发电机量测数据类型，PMU量测点信息包含需要采集的量测数据类型为发电机端电压、机端电流、发电机有功、发电机无功、发电机频率、发电机转速)以及包含有发电机端电压、机端电流、发电机有功、发电机无功、发电机频率、发电机转速的实时广域量测数据上送到广域控制系统平台的数据前置处理模块进行数据集中预处理。
2、各执行装置实时上送通道自检异常、对时异常、通信链路异常等执行装置自身工作状态，以实时监测整个发电机阻尼控制系统的工作状态，保证系统安全可靠。同时，执行装置将从广域控制系统平台接收到的输出调制数字量信号转换为执行装置所连接的发电机励磁系统的附加励磁电压模拟量输出信号，并将模拟量输出信号以及执行装置自身回测的向发电机励磁系统输出的实际模拟量输出结果以数据包的形式实时上送到前置处理模块。
3、数据前置处理模块解析步骤(1)和步骤(2)上送的数据包，并按GPS时标将解析后的数据即步骤(1)所上送的实时广域量测数据和步骤(2)所上送的模拟量输出数据、实际模拟量输出结果写入实时数据库，检测步骤(1)上送的实时广域量测数据中的频率数据，如果频率超出设定的有效范围则该断面数据无效。数据前置处理模块在解析步骤(1)和步骤2上送的数据包之前还包括：将同步相量测量单元PMU上送的PMU量测点信息与广域控制系统平台配置文件目录下的PMU量测点信息进行对比，检测同步相量测量单元PMU的量测点信息是否发生改变，如果发生了改变，则说明远方的同步相 量测量单元PMU所采集的数据类型发生了变化，广域控制系统平台需要同步更新相量测量单元PMU上送的量测点信息，保存到广域控制系统平台的PMU量测点配置文件中(广域控制系统平台的PMU量测点配置文件是指保存在广域控制系统平台配置文件目录下的包含PMU量测点信息的文件)，同步相量测量单元PMU上送的PMU量测点信息只在首次启动前置程序以及通道超时(本发明设置为7秒)时发送；。
4、从时间库获取最新对齐时间，以最新对齐时间从实时数据库中获取经步骤3处理的各个机组有效的广域量测断面数据、模拟量输出数据、所回测的实际模拟量输出结果。
5、将从步骤4中库获取的有效的实时广域量测断面数据送入分群有效性检测模块。每个区域电网内选取预先经过电网模型仿真确定的具有代表性的若干机组作为代表该区域电网的机群，分群有效性检测模块对当前断面每个机组的转速角速度进行判断，当转速角速度超过限值(本发明设置为额定转速的-20％～20％)则认定该机组此断面的转速角速度存在异常，存在一个或多个机组的角速度异常，则角速度异常的机组所在机群此断面数据判为无效，重新获取实时广域量测断面数据进行分群有效性检测，直到所有机群在该断面下的广域量测数据有效，进入步骤6。
6、将步骤5中符合分群有效性的每一机群的断面数据送入分群计算模块，计算该机群的等值转速。
每个区域电网内选取预先经过电网模型仿真确定的具有代表性的若干机组作为代表该区域电网的机群，将本区域内选取的若干机组的转速角速度按照每个机组在本区域内对应的权重比例进行求和计算所得的值作为代表该区域的机群等值转速。
假设区域间存在振荡模式为区域S对区域A的振荡，在同步坐标基础上定义代表区域S及区域A的机群的等值角速度为：
及：
进一步形成等值的单机无穷大系统，取等值转速角速度差ω为：
ω＝ωs-ωA
其中，ωs为S机群的等值转速角速度，ωi为S机群内第i个机组的转速角速度， Mi为 第i个机组在S机群的转速角速度的占比(Mi由电网模型仿真确定)，Ms为S机群内所有机组的转速角速度的占比Mi的和；ωA为A机群的的等值转速角速度，ωj为A机群内第j个机组的转速角速度，为Mj为第j个机组在A机群的转速角速度的占比(Mj由电网模型仿真确定)，MA为A机群内所有机组的转速角速度的占比Mj的和。
本发明选取等值转速角速度差ω作为阻尼控制逻辑功能模块内控制器传递函数的输入信号。
7、阻尼控制逻辑功能模块读取步骤6的所述等值转速差信号，将所述等值转速差信号作为阻尼控制逻辑功能模块内的控制器传递函数的输入，所述阻尼控制逻辑功能模块内控制器传递函数依次包含滤波环节、三次移相环节、增益环节、限幅环节，计算出控制输出调制信号并下发至执行装置，执行装置将调制信号输出至发电机的输入端用以调节发电机的出力，提高电网区域间振荡的阻尼；所述阻尼控制逻辑功能模块将计算过程中的中间数据发送到历史数据存储模块。
8、历史数据存储模块将从步骤(4)中获取的实时数据和从步骤(7)获取的计算过程中的中间数据进行简单拼接，将拼接后的数据以文件的形式存储到本地指定的文件存储目录下，达到一分钟则进行压缩保存。存储模块采用循环覆盖的方式，保留最近15天(用户可配置)的历史数据文件。用户可以通过离线数据分析工具查看阻尼控制系统产生的全部历史数据。
申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的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，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于转速信号的发电机阻尼控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)在广域电网不同区域的发电机端设置多个同步相量测量单元PMU，各同步相量测量单元PMU将测量单元自身配置文件中的PMU量测点信息以及实时广域量测数据以数据包的形式上送到广域控制系统平台的数据前置处理模块，其中所述PMU量测点信息规定需要采集的发电机量测数据类型，包括发电机端电压、机端电流、发电机有功、发电机无功、发电机频率、发电机转速；
(2)各执行装置将执行装置自身工作状态数据、执行装置生成的模拟量输出数据以及执行装置自身回测的向发电机励磁系统输出的实际模拟量输出结果以数据包的形式上送到数据前置处理模块；
(3)数据前置处理模块解析步骤(1)和步骤(2)上送的数据包，并按GPS时标将解析后的数据即步骤(1)所上送的实时广域量测数据和步骤(2)所上送的模拟量输出数据、实际模拟量输出结果写入实时数据库，检测步骤(1)上送的实时广域量测数据中的频率数据，如果频率超出设定的有效范围则断面数据无效；
(4)以最新对齐时间从实时数据库中获取经步骤(3)处理的各个机组有效的广域量测断面数据、模拟量输出数据、所回测的实际模拟量输出结果；
(5)将从步骤(4)中获取的有效的实时广域量测断面数据送入分群有效性检测模块，从每个区域电网内选取预先经过电网模型仿真确定的具有代表性的若干机组作为代表该区域电网的机群，分群有效性检测模块对当前断面下每个机组的转速角速度进行判断，当存在一个或多个机组的角速度超过设定限值时，则将超过设定限值的机组所在机群的该断面下的数据判为无效，重新返回步骤(4)获取实时广域量测断面数据并进行分群有效性检测，直到所有机群在该断面下的广域量测数据有效，进入步骤(6)；
(6)对步骤(5)中符合分群有效性的每一机群计算该机群的等值转速，将产生区域间振荡的两个区域的等值转速差信号上送至阻尼控制逻辑功能模块；
(7)阻尼控制逻辑功能模块读取步骤(6)的所述等值转速差信号，将所述等值转速差信号作为阻尼控制逻辑功能模块内的控制器传递函数的输入，计算出控制输出调制信号，并下发至执行装置，执行装置将调制信号输出至发电机的输入端用以调节发电机的出力，提高电网区域间振荡的阻尼；所述阻尼控制逻辑功能模块还将计算过程中的中间数据发送到历史数据存储模块；
(8)历史数据存储模块将从步骤(4)中获取的实时数据与从步骤(7)获取的计算过程中的中间数据进行简单拼接，将拼接后的数据以文件的形式存储到广域控制系统平台指定的文件存储目录下。
2.根据权利要求1所述的发电机阻尼控制方法，其特征在于：
在步骤(3)中，数据前置处理模块在解析步骤(1)和步骤(2)上送的数据包之前还包括：将同步相量测量单元PMU上送的PMU量测点信息与广域控制系统平台配置文件目录下的PMU量测点信息进行对比，检测同步相量测量单元PMU的量测点信息是否发生改变，如果发生了改变，则说明远方的同步相量测量单元PMU所采集的数据类型发生了变化，广域控制系统平台需要同步更新相量测量单元PMU上送的量测点信息，保存到广域控制系统平台的PMU量测点配置文件中。
3.根据权利要求1所述的发电机阻尼控制方法，其特征在于：在步骤(6)中，区域电网S中机群的等值转速计算如下：
<mrow> <msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>s</mi> </mrow> </munder> <msub> <mi>M</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>&amp;omega;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>/</mo> <msub> <mi>M</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow>
其中，ωs为区域电网S中机群的等值转速角速度，ωi为该机群内第i个机组的转速角速度，Mi为第i个机组在该机群的转速角速度的占比，Ms为该机群所有机组的转速角速度的占比Mi的和。
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