CN107465202B - 一种基于数模混合仿真的pss4b参数配置方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数模混合仿真的PSS4B参数配置方法及系统。目前国内针对励磁系统和PSS的仿真全部基于数字化,PSS4B参数配置并未在数模混合仿真平台上进行仿真验证。本发明包括以下步骤:搭建单机无穷大数模混合仿真系统;设置励磁调节器的参数;进行PSS4B参数配置,实现数模混合实时仿真。本发明对研究电力系统稳定器PSS4B提供了的重要仿真计算手段,首次在中国国内通用电力系统仿真平台中实现了PSS4B参数整定;提高了数模混合仿真精度,为PSS4B在实际发电机中的应用提供了重要的仿真平台,可以为电力系统调试人员提供现场试验培训。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统稳定器参数配置方法,具体地说是一种基于数模混合仿真的PSS4B参数配置方法及系统。
背景技术
为了解决国内的电力生产和消费区域不平衡并提高发电和输电的经济可靠性,电力系统同步互联规模不断扩大,并大量应用各种新技术。快速励磁系统在提高电力系统暂态稳定性的同时,在一定运行条件下降低了电力系统阻尼,使电力系统中出现弱阻尼甚至是负阻尼的低频振荡。大量仿真计算及现场调试结果表明,区域电网之间往往存在0.1-0.3Hz的低频振荡。如果无法提供阻尼,抑制低频振荡,将严重影响电力系统的稳定甚至电力系统的崩溃从而演变成大面积停电事故,对经济造成严重的破坏。而发电机励磁系统中的电力系统稳定器(PSS)就是专门为增强低频振荡阻尼而设计,现已发展成为提高系统稳定性和传输极限重要手段,其动态特性显著影响系统的稳定水平。
传统PSS如PSS1A、PSS2A、PSS2B可以满足全国联网及电网发展对PSS的要求,对0.1-2Hz的低频振荡具有抑制作用,但对于0.1Hz以下的超低频振荡作用有限。为了能给低于0.1Hz的超低频振荡提供阻尼,一个新的PSS模型在加拿大提出,并命名为PSS4B。PSS4B具有三个可以独立设置分支,分别在三个感兴趣的频段进行增益的调整,并且相互影响较小,同时通过在各频段设置超前滞后的补偿环节,对角度进行相应调整,以满足各种不同振荡模式下阻尼的要求,因此对超低频的振荡有阻尼效果,但是目前PSS4B参数存在难以手工配置的问题。
目前国内针对励磁系统和PSS的仿真全部基于数字化,PSS4B参数配置并未在数模混合仿真平台上进行仿真验证。
发明内容
为了克服上述现有仿真技术存在的缺陷,本发明提供一种基于数模混合仿真的PSS4B参数配置方法,其采用ADPSS数字仿真平台与励磁调节器搭建的数模混合仿真方法,以适应电网运行方式变化导致的振荡模式改变情况,满足电网稳定运行要求的全频范围的低频振荡。
为实现上述发明目的,本发明采取如下技术方案:一种基于数模混合仿真的PSS4B参数配置方法,其包括以下步骤:
步骤1:搭建单机无穷大数模混合仿真系统;
步骤2:设置励磁调节器的参数;
步骤3:进行PSS4B参数配置,实现数模混合实时仿真。
作为上述技术方案的补充,所述步骤1中,在ADPSS的电磁暂态环境中搭建单机无穷大数模混合仿真系统;
所述的励磁调节器为物理装置,发电机采用数字模型。
作为上述技术方案的补充,所述发电机的机端电压UA、UB、UC经功率放大器转换为0~100V的电压信号后,由ADPSS输送给励磁调节器;所述发电机的机端电流IA、IB、IC经功率放大器转换为0~1A的电流信号后,由ADPSS输送给励磁调节器。
作为上述技术方案的补充,所述励磁调节器的控制电压为0-10V的电压信号,经AI接口转换为数字信号输送给单机无穷大数模混合仿真系统中对应的数字发电机励磁回路,等效为发电机的励磁电压标幺值。
作为上述技术方案的补充,所述步骤2中,励磁调节器的参数包括励磁调节器增益K和励磁调节器时间常数T1~T4。
作为上述技术方案的补充,所述步骤3中,根据测试的发电机的无补偿频率响应特性,通过设置PSS4B三个分支上下通道相同的超前滞后补偿环节,使各分支简化为两个部分:带通滤波器及超前滞后补偿环节;再确定各分支的带通滤波器的参数及超前滞后补偿环节的参数,降低配置未知参数的维度。
作为上述技术方案的补充,所述步骤3中,确定低频分支的超前滞后参数:通过人工鱼群算法中的追尾行为,根据低频分支带通滤波器的中心频率fL,配置低频分支第一级超前滞后环节的转折频率fCL范围,第二级超前滞后的转折频率也相应的跟踪fCL,并降低其角度调整的范围;此环节放大倍数KL的基准为1;
确定中频分支的超前滞后参数:根据上述的低频分支超前滞后参数的计算结果和中频分支带通滤波器的中心频率fI,配置中频分支两级超前滞后环节的转折频率fCI范围;同时,根据低频分支的放大倍数KL,设置中频分支放大倍数KI的范围;
根据低频分支及中频分支的各超前滞后参数的确定范围,通过非线性最小二乘法拟合方法,编写非线性最小二乘法曲线拟合程序,根据各项收敛条件,最终确定低频分支的参数,大范围降低中频分支的参数的范围。
作为上述技术方案的补充,确定高频分支的超前滞后参数:根据上述低频分支及中频分支的超前滞后参数的初步计算结果及高频分支带通滤波器的中心频率fH配置中频分支两级超前滞后环节的转折频率fCH范围;同时,根据中频分支的放大倍数KI,设置高频分支放大倍数KH的范围。
作为上述技术方案的补充,根据中频分支及高频分支各超前滞后参数的确定范围,通过非线性最小二乘法拟合方法,编写非线性最小二乘法曲线拟合程序,根据各项收敛条件,最终确定中频、高频分支的最终参数;根据最终参数计算出来整个PSS4B环节的交流增益,再根据相应要求,整体提高KL、KI、KH。
本发明的另一目的是提供一种基于数模混合仿真的PSS4B参数配置系统,包括:
仿真系统搭建模块:搭建单机无穷大数模混合仿真系统;
励磁调节器参数设置模块:设置励磁调节器的参数;
参数配置模块:进行PSS4B参数配置,实现数模混合实时仿真。
与最接近的现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明提供的一种基于数模混合仿真的PSS4B参数优化方法,首次在中国国内通用电力系统仿真平台中实现了PSS4B参数配置,此参数配置方法能适应电网运行方式变化导致的振荡模式改变情况,能满足电网稳定运行要求的全频范围的低频振荡起到很好的抑制作效果。
本发明提高了数模混合仿真精度,为PSS4B在实际发电机中的应用提供了重要的仿真平台,可以为电力系统调试人员提供现场试验培训。
附图说明
图1是本发明实施例中IEEE推荐的多频段电力系统稳定器PSS4B传递函数框图;
图2是本发明实施例中一种基于数模混合仿真的PSS4B参数配置方法示意图;
图3是本发明实施例中单机无穷大系统网络拓扑图;
图4是本发明实施例中基于本发明方法进行PSS4B参数配置后低频振荡频率为0.14Hz情况下抑制振荡的仿真试验结果图。
图5是本发明实施例中基于本发明方法进行PSS4B参数配置后低频振荡频率为1Hz情况下抑制振荡的仿真试验结果图。
图6是本发明实施例中基于本发明方法进行PSS4B参数配置后低频振荡频率为1.4Hz情况下抑制振荡的仿真试验结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
本发明提供一种基于数模混合仿真的PSS4B参数配置方法,包括以下步骤:
步骤1:搭建单机无穷大数模混合仿真系统;
步骤2:设置实际励磁调节器的参数;
步骤3:进行PSS4B参数配置,实现数模混合实时仿真。
所述步骤1中,在ADPSS的电磁暂态环境中搭建单机无穷大数模混合仿真系统;励磁调节器为物理装置,发电机采用数字模型。
所述数字发电机的机端电压UA、UB、UC经功率放大器转换为0~100V的电压信号后,由ADPSS输送给励磁调节器;
所述数字发电机的机端电流IA、IB、IC经功率放大器转换为0~1A的电流信号后,由ADPSS输送给励磁调节器。
所述励磁调节器的控制电压为0-10V的电压信号,经AI接口转换为数字信号输送给单机无穷大数模混合仿真系统中对应的数字发电机励磁回路,等效为发电机的励磁电压标幺值。
所述步骤2中,励磁调节器的参数主要包括励磁调节器增益K、励磁调节器时间常数T1~T4等。
所述步骤3中,根据测试的发电机组的无补偿频率响应特性,通过设置PSS4B三个分支上下通道相同的超前滞后补偿环节,使各分支简化为两个部分:带通滤波器及超前滞后补偿环节;再确定各分支的带通滤波器的参数及超前滞后环节参数,降低配置未知参数的维度。
所述步骤3中,确定低频分支的超前滞后参数:通过人工鱼群算法中的追尾行为,根据低频分支带通滤波器的中心频率fL,配置低频分支第一级超前滞后环节的转折频率fCL范围,第二级超前滞后的转折频率也相应的跟踪fCL,并降低其角度调整的范围;此环节放大倍数KL基准为1。
确定中频分支的超前滞后参数:根据上述的低频分支超前滞后参数的计算结果和中频分支带通滤波器的中心频率fI,配置中频分支两级超前滞后环节的转折频率fCI范围;同时,根据低频分支的KL,设置中频分支放大倍数KI的范围。
根据确定的低频分支及中频分支的各参数的范围,通过非线性最小二乘法拟合方法,编写非线性最小二乘法曲线拟合程序,根据各项收敛条件,最终确定低频分支的参数,大范围降低中频分支的参数的范围。
确定高频分支的超前滞后参数,根据上述低频分支及中频分支的各参数的初步计算结果及高频分支带通滤波器的中心频率fH配置中频分支两级超前滞后环节的转折频率fCH范围;同时,根据中频分支的KI,设置高频分支放大倍数KH的范围。
根据确定的中频分支及高频分支的各参数的范围,通过非线性最小二乘法拟合方法,编写非线性最小二乘法曲线拟合程序,根据各项收敛条件,最终确定中频、高频分支的最终的参数。根据最终参数计算出来的整个PSS4B环节的交流增益,再根据相应要求,整体提高KL、KI、KH。
依据本发明的方法进行PSS4B阻尼效果校核试验。通过ADPSS建单机无穷大系统,网络结构图如图3所示,发电机组G1为对象机组,设置为容量为777MVA的水轮机组,通过变压器连接到500kV的系统,然后经过线路L1、L2连接到无穷大系统。
PSS阻尼效果校核试验主要通过机端电压阶跃试验,通过改变机组的转动惯量,来改变机组的振荡频率,对比不同PSS4B参数在电压情况下的阻尼作用。
PSS4B第一组参数为简易设置,其核心为只有三分支滤波器部分,各分支的超前滞后环节都设置为1约掉,同时为了在1.4Hz的时候,交流增益相似,将三分支的放大倍数比推荐的各缩小一半。这是一个基于中心频率与幅值的简化六参数调试方法,在大部分情况下是可行的,但阻尼效果不是最优的。
PSS4B第二组参数按本发明的方法进行优化配置。
图4为发电机G1转动惯量Tj=4的时候机端电压2%的阶跃比对图,可以看到在1.4Hz的时候,PSS4B(2)参数阻尼组的效果要明显优于PSS4B(1)参数组。
图5为发电机G1转动惯量Tj=8.2的时候机端电压2%的阶跃比对图,可以看到在1Hz的时候,PSS4B(2)参数阻尼组的效果要优于PSS4B(1)参数组。
图6为发电机G1转动惯量Tj=320的时候机端电压2%的阶跃比对图,可以看到在0.14Hz的时候,PSS4B(2)参数阻尼组的效果要远优于PSS4B(1)参数组。
实施例2
本发明提供一种基于数模混合仿真的PSS4B参数配置系统,包括:
仿真系统搭建模块:搭建单机无穷大数模混合仿真系统;
励磁调节器参数设置模块:设置励磁调节器的参数;
参数配置模块:进行PSS4B参数配置,实现数模混合实时仿真。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于数模混合仿真的PSS4B参数配置方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:搭建单机无穷大数模混合仿真系统;
步骤2:设置励磁调节器的参数;
步骤3:进行PSS4B参数配置,实现数模混合实时仿真;
所述步骤3中,根据测试的发电机的无补偿频率响应特性,通过设置PSS4B三个分支上下通道相同的超前滞后补偿环节,使各分支简化为两个部分:带通滤波器及超前滞后补偿环节;再确定各分支的带通滤波器的参数及超前滞后补偿环节的参数,降低配置未知参数的维度;
所述步骤3中,确定低频分支的超前滞后参数:通过人工鱼群算法中的追尾行为,根据低频分支带通滤波器的中心频率fL,配置低频分支第一级超前滞后环节的转折频率fCL范围,第二级超前滞后环节的转折频率也相应的跟踪fCL,并降低其角度调整的范围;此低频分支放大倍数KL的基准为1;
确定中频分支的超前滞后参数:根据上述的低频分支超前滞后参数的计算结果和中频分支带通滤波器的中心频率fI,配置中频分支两级超前滞后环节的转折频率范围;同时,根据低频分支的放大倍数KL,设置中频分支放大倍数KI的范围;
根据低频分支及中频分支的各超前滞后参数的确定范围,通过非线性最小二乘法拟合方法,编写非线性最小二乘法曲线拟合程序,根据各项收敛条件,最终确定低频分支的参数,大范围降低中频分支的参数的范围。
2.根据权利要求1所述的基于数模混合仿真的PSS4B参数配置方法,其特征在于,所述步骤1中,在ADPSS的电磁暂态环境中搭建单机无穷大数模混合仿真系统;
所述的励磁调节器为物理装置,发电机采用数字模型。
3.如权利要求2所述的基于数模混合仿真的PSS4B参数配置方法,其特征在于,所述发电机的机端电压UA、UB、UC经功率放大器转换为0~100V的电压信号后,由ADPSS输送给励磁调节器;
所述发电机的机端电流IA、IB、IC经功率放大器转换为0~1A的电流信号后,由ADPSS输送给励磁调节器。
4.如权利要求1所述的基于数模混合仿真的PSS4B参数配置方法,其特征在于,所述励磁调节器的控制电压为0-10V的电压信号,经AI接口转换为数字信号输送给单机无穷大数模混合仿真系统中对应的发电机励磁回路,等效为发电机的励磁电压标幺值。
5.根据权利要求1所述的基于数模混合仿真的PSS4B参数配置方法,其特征在于,所述步骤2中,励磁调节器的参数包括励磁调节器增益K和励磁调节器时间常数T1~T4。
6.根据权利要求1所述的基于数模混合仿真的PSS4B参数配置方法,其特征在于,确定高频分支的超前滞后参数:根据上述的低频分支及中频分支超前滞后参数的初步计算结果及高频分支带通滤波器的中心频率fH配置高频分支两级超前滞后环节的转折频率范围;同时,根据中频分支的放大倍数KI,设置高频分支放大倍数KH的范围。
7.根据权利要求6所述的基于数模混合仿真的PSS4B参数配置方法,其特征在于:根据中频分支及高频分支各超前滞后参数的确定范围,通过非线性最小二乘法拟合方法,编写非线性最小二乘法曲线拟合程序,根据各项收敛条件,最终确定中频、高频分支的最终参数;根据最终参数计算出来整个PSS4B环节的交流增益,再根据相应要求,整体提高KL、KI、KH。
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