CN107732942A - 电力系统稳定器整定参数的筛选方法 - Google Patents

电力系统稳定器整定参数的筛选方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电力系统稳定器整定参数的筛选方法，该方法包括依据电力系统稳定器的传递函数计算PSS工作频段范围内各个频率点的幅值和相位，进而得到各个频率点的幅值特性参数和相频特性参数。将幅值特性参数根据相频特性参数向量分解，得到功角轴分量和定义为综合增益系数K的角速度轴分量。根据每一组PSS参数、所对应的综合增益系数K以及频率绘制每一个PSS参数下的频率‑综合增益系数K关系图。根据绘制的频率‑综合增益系数K关系图以及电力系统关注的振荡频率选定最优电力系统稳定器参数。本发明提供的筛选方法在现场实际应用时能够综合评估各组电力系统稳定器参数的优劣并结合电力系统的实际要求快速选择需要的整定参数。

Description

电力系统稳定器整定参数的筛选方法
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种电力系统稳定器整定参数的筛选方法。
背景技术
电力系统在联网初期，同步发电机之间联系紧密，阻尼绕组能够产生足够的阻尼，低频振荡少有发生。但随着电网互联规模的扩大，可高放大倍数快速励磁技术的广泛采用，以及受经济性、环保等因素影响下电网的运行更加接近稳定极限，在世界各地许多电网陆续观察到低频振荡，且电网系统的低频振荡问题愈加突出。
为解决电网系统的低频振荡问题，通常在电网系统中使用电力系统稳定器(英文全称：power system stabilizer，英文简称：PSS)。PSS对电网系统低频振荡的抑制作用主要取决于PSS参数的合理整定，其中，PSS参数包括放大倍数、相位等。一个PSS具有多个不同的参数，且不同的参数在不同的应用环境中具有多组，为使PSS最大程度的解决电网系统的低频振荡问题，需要对PSS的参数进行合理整定。
目前，我国PSS采用的整定原则为相位补偿和增益环节分开整定，以使PSS能够正常投入使用。PSS的工作原理为：采用PSS自身参数中的一个或几个参数作为励磁调节器的附加输入，从而产生阻尼力矩，以提高电力系统的动态稳定性。由此，根据PSS的工作原理，PSS对于电力系统低频振荡的阻尼效果主要取决于PSS自身主回路考虑相位补偿时间后的等效放大倍数在角速度轴上的分解量。目前电力系统中普遍采用的PSS模型为PSS-1A模型和PSS-2B模型。针对上述两种PSS模型，在理论情况下，同一发电机组可以整定多组参数，但在现场只能采用唯一一组PSS参数，且该参数需要在电力系统所关注的振荡模式和本发电机振荡模式中均具有较好的适应性。为此，在电力系统稳定器参数整定过程中，必须将系统所关注的振荡模式和本机振荡模式结合，以选出最适宜的整定参数。
但在现场试验时，电力系统所关注的振荡模式的阻尼效果通常无法现场验证，现场扰动仅仅能够验证本机振荡模式的阻尼效果；同时考虑到现场如果仅仅保证本机振荡模式的阻尼效果，电力系统稳定器整定参数可以有多种组合，每种组合在系统所关注的低频段呈现出较大的差异。而根据目前普遍采用的现场整定方法，电力系统所关注的低频段通常仅考虑其相位补偿效果。在此情况下，根据PSS的工作原理，在同一频率点下，相同的PSS主回路增益由于相位补偿的差异，其在角速度轴上的分解量可能差异较大，而该部分差异可能导致电网局部地区动稳水平不足，从而影响电网对局部中、小水电的电力外送能力。
发明内容
本发明提供一种电力系统稳定器整定参数的筛选方法，以解决现有相关技术中不能根据电力系统稳定器的实际应用以及电力系统所关注的低频段而选择合适的PSS参数的问题。
本发明提供一种电力系统稳定器整定参数的筛选方法，所述筛选方法包括：
设定电力系统稳定器参数，所述电力系统稳定器参数至少为两组；
在每一组所述电力系统稳定器参数条件下，分别根据所述电力系统稳定器的传递函数计算所述电力系统稳定器工作频段范围内各个频率点的幅值和相位；
根据所述幅值和所述相位计算得到所述各个频率点的幅值特性参数和相频特性参数；
将所述幅值特性参数按照所述相频特性参数向量分解，得到功角轴分量和定义为综合增益系数K的角速度轴分量；
根据所述电力系统稳定器参数、所述综合增益系数K以及所述频率绘制每一组所述电力系统稳定器参数下的频率-综合增益系数K关系图；
根据所述电力系统稳定器参数下的频率-综合增益系数K关系图、所述电力系统关注的振荡频率筛选最优电力系统稳定器参数。
优选地，所述设定电力系统稳定器参数前选定电力系统稳定器模型。
优选地，所述电力系统稳定器模型为电力系统稳定器2B模型或电力系统稳定器1A模型。
优选地，所述综合增益系数K的计算公式为：K＝K幅值特性参数*cos(ψ相频特性参数+90°)。
优选地，所述工作频段为0-2Hz。
优选地，所述最优电力系统稳定器参数为最大所述综合增益系数K所对应的电力系统稳定器参数。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明提供一种电力系统稳定器整定参数的筛选方法，该方法包括依据电力系统稳定器的传递函数，分别计算电力系统稳定器工作频段范围内各个频率点的幅值和相位，进而得到各个频率点的幅值特性参数和相频特性参数。将计算得到的幅值特性参数根据相频特性参数向量分解，得到功角轴分量和定义为综合增益系数K的角速度轴分量。根据每一组电力系统稳定器参数、所对应的综合增益系数K以及频率绘制每一个电力系统稳定器参数下的频率-综合增益系数K关系图。根据绘制的频率-综合增益系数K关系图以及电力系统关注的振荡频率选定最优电力系统稳定器参数。本发明提供的电力系统稳定器整定参数的筛选方法在现场实际应用时能够综合评估各组电力系统稳定器参数的优劣并结合电力系统的实际要求快速选择需要的整定参数。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的电力系统稳定器整定参数的筛选方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的PSS-2B模型图；
图3为本发明实施例提供的PSS-1A模型图；
图4为本发明实施例提供的PSS的工作力矩向量图
图5为本发明实施例提供的频率-综合增益系数K关系图。
具体实施方式
请参考附图1，附图1示出了本发明实施例提供的电力系统稳定器整定参数的筛选方法的流程示意图。
由附图1所知，本发明实施例提供的电力系统稳定器整定参数的筛选方法包括：
S01：设定电力系统稳定器参数，所述电力系统稳定器参数至少为两个。
根据现场实际的电力系统稳定器的结构，分别选取不同的PSS模型。其中，通常采用的模型为PSS-2B模型和PSS-1A模型，具体请参考附图2、3。根据所选定的PSS模型设定PSS参数，其中，PSS参数可以为常用参数以及常用参数优化后的参数。为选定既适用于电力系统所关注的振荡模式，又适用于发电机振荡模式的PSS参数，需要从多组PSS参数中选取最优的参数，因此，设定电力系统稳定器参数的组数时，最少设定两组。
S02：在每一组所述电力系统稳定器参数条件下，分别根据所述电力系统稳定器的传递函数计算所述电力系统稳定器工作频段范围内各个频率点的幅值和相位。
在选定的每一组电力系统稳定器参数条件下，分别根据电力系统稳定器的传递函数计算电力系统稳定器工作频段范围内各个频率点的幅值和相位，其中PSS工作频段优选为0-2Hz。PSS工作频段的划分可以按照0.1H步长为单位进行划分，具体地划分以实际情况为准。幅值和相位的计算以PSS-2B模型和PSS-1A模型分别为例在下述内容中进行描述。
以PSS-2B模型为例，由附图2可知，需要考虑的相位补偿环节包括 Ks1、以及等环节。根据电力系统稳定器的传递函数分别计算上述各环节在PSS工作频段范围内各个频率点的幅值和相位。各环节在PSS工作频段范围内各个频率点的幅值和相位用符号表示为：环节在PSS工作频段范围内的幅值为KTw3，相位为ψTw3；环节在PSS工作频段范围内的幅值为KTw4，相位为ψTw4；环节在PSS工作频段范围内的幅值为KT7，相位为ψT7；Ks1环节在PSS工作频段范围内的幅值为KKs1，相位为ψKs1；环节在PSS工作频段范围内的幅值为KT1，相位为ψT1；环节在PSS工作频段范围内的幅值为KT3，相位为ψT3；环节在PSS工作频段范围内的幅值为KT10，相位为ψT10；环节在PSS工作频段范围内的幅值为KT12，相位为ψT12。
在上述幅值和相位的符号表示中，s为数学领域中传统的拉普拉斯变换因子；TW1、TW2、TW3、TW4为电力系统稳定器PSS-2B模型两个输入通道的隔直时间常数；为电力系统第一级相位补偿用超前、滞后环节，相应的T1、T2为电力系统第一级相位补偿用超前、滞后时间常数；为电力系统第二级相位补偿用超前、滞后环节，相应的T3、T4为电力系统第二级相位补偿用超前、滞后时间常数；为电力系统第三级相位补偿用超前、滞后环节，T10、T11为电力系统第三级相位补偿用超前、滞后时间常数；为电力系统第四级相位补偿用超前、滞后环节，T12、T13为电力系统第四级相位补偿用超前、滞后时间常数。
以PSS-1A模型为例，由附图3可知，需要考虑的相位补偿环节包括Ks、以及等环节。根据电力系统稳定器的传递函数分别计算上述各环节在PSS工作频段范围内各个频率点的幅值和相位，其中PSS工作频段优选为0-2Hz。各环节在PSS工作频段范围内各个频率点的幅值和相位用符号表示为：环节在PSS工作频段范围内的幅值为KT6，相位为ψT6；环节在PSS工作频段范围内的幅值为KT5，相位为ψT5；Ks环节在PSS工作频段范围内的幅值为Kks，相位为ψks；环节在PSS工作频段范围内的幅值为KT1，相位为ψT1；环节在PSS工作频段范围内的幅值为KT3，相位为ψT3。
在上述幅值和相位的符号表示中，s为数学领域中传统的拉普拉斯变换因子；为电力系统稳定器PSS-1A模型的隔直环节，相应的参数T5为对应的隔直时间常数；为电力系统第一级相位补偿用超前、滞后环节，相应的T1、T2为电力系统第一级相位补偿用超前、滞后时间常数；为电力系统第二级相位补偿用超前、滞后环节，相应的T3、T4为电力系统第二级相位补偿用超前、滞后时间常数。
S03：根据所述幅值和所述相位计算得到所述各个频率点的幅值特性参数和相频特性参数。
根据计算得到的幅值和相位进行计算，便能够得到各个频率点的幅值特性参数和相频特性参数。在本发明实施例中，以PSS-2B模型为例，幅值特性参数K幅值特性参数的计算公式为：KPSS_2B＝KTw3*KTw4*KKs1*KT1*KT3*KT10*KT12；ψ相频特性参数的计算公式为：ψPSS_2B＝ψTw3+ψTw4+ψT7+ψKs1+ψT1+ψT3+ψT10+ψT12。以PSS-1A模型为例，幅值特性参数K幅值特性参数的计算公式为：KPSS_1A＝KT6*KT5*Kks*KT1*KT3；ψ相频特性参数的计算公式为：ψPSS_1A＝ψT6+ψT5+ψks+ψT1+ψT3。
S04：将所述幅值特性参数按照所述相频特性参数向量分解，得到功角轴分量和定义为综合增益系数K的角速度轴分量。
根据上述计算得到的幅值特性参数和相频特性参数，依据PSS的工作力矩向量图将幅值特性参数K幅值特性参数按照相频特性参数ψ相频特性参数进行向量分解，分解的计算公式为：K＝K幅值特性参数*cos(ψ相频特性参数+90°)，其中，PSS的工作力矩向量图请参考附图4。根据上述分解能够得到功角轴分量和角速度轴分量，其中，角速度轴分量为PSS真正起作用的部分，由此单独定义角速度轴分量为PSS的综合增益系数K，且该综合增益系数K的方向与角速度轴的方向相同。在本发明实施例中，以PSS-2B模型为例，分解后得到的综合增益系数K的计算公式为：K＝KPSS_2B*cos(ψPSS_2B+90°)。以PSS-1A模型为例，分解后得到的综合增益系数K的计算公式为：K＝KPSS_1A*cos(ψpss_1A+90°)。
S05：根据所述电力系统稳定器参数、所述综合增益系数K以及所述频率绘制每一组所述电力系统稳定器参数下的频率-综合增益系数K关系图。
针对设置的每组PSS参数将综合增益系数K以及频率绘制每一组所述电力系统稳定器参数下的频率-综合增益系数K关系图。
S06：根据所述电力系统稳定器参数下的频率-综合增益系数K关系图、所述电力系统关注的振荡频率筛选最优电力系统稳定器参数。
结合电力系统关注的振荡模式所对应的振荡频率以及电力系统稳定器参数下的频率-综合增益系数K关系图比较该振荡频率下的各组PSS参数所对应的综合增益系数K的大小。若综合增益系数K越大，则该综合增益系数K所对应的PSS参数为满足现场试验的最优整定参数。
下面以具体实例说明本发明实施例提供的电力系统稳定器整定参数的筛选方法能够筛选出最优于电力系统的PSS参数。
试验现场存在一组原电力系统稳定器参数和6组分别优化后的参数。根据本发明实施例提供的筛选方法计算各组PSS参数的综合增益系数K，各组PSS参数的综合增益系数K的具体数据请参考表1。根据PSS参数、综合增益系数K以及频率绘制每一组PSS参数下的频率-综合增益系数K关系图，所绘制的频率-综合增益系数K关系图具体请参考附图5。
表1：各组PSS参数在不同频率下的综合增益系数K
由表1可知，在0.2～0.5Hz的频率范围内，优化参数1的角速度轴分解量在各组参数中最大，即优化参数1在0.2～0.5Hz范围内综合增益系数K最大，如果此时电网系统重点关注的振荡模式对应的振荡频率在0.2Hz～0.5Hz，则在此情况下该电力系统的PSS参数应选取优化参数1。
进一步，若在所有的电力系统稳定器参数中，优化参数1为所有参数中对电力系统最有利的PSS参数。假定该电力系统重点关注的振荡模式所对应的振荡频率大于0.5Hz，则优化参数6将对电力系统最有利，现场试验可以推荐采用优化参数6。同样的，在频率0.5～2Hz范围内，优化参数6的角度轴分解量最大，即该频带范围内优化参数6所对应的综合增益系数K最大，此时，假定电网系统所重点关注的频率范围位于0.5～2Hz范围内，则该情况应该优选优化参数6。
由上述内容可知，本发明实施例提供的电力系统稳定器整定参数的筛选方法在计算电力系统稳定器工作频段范围内各个频率点的幅值和相位，进而得到各个频率点的幅值特性参数和相频特性参数的基础上，在每一组电力系统稳定器参数的前提下绘制频率-综合增益系数K关系图，进而通过绘制的频率-综合增益系数K关系图以及电力系统关注的振荡频率选定最优电力系统稳定器参数。本发明实施例提供的电力系统稳定器整定参数的筛选方法在现场实际应用时能够综合评估各组电力系统稳定器参数的优劣并结合电力系统的实际要求快速选择需要的整定参数。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于……实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。
以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种电力系统稳定器整定参数的筛选方法，其特征在于，所述筛选方法包括：
设定电力系统稳定器参数，所述电力系统稳定器参数至少为两组；
在每一组所述电力系统稳定器参数条件下，分别根据所述电力系统稳定器的传递函数计算所述电力系统稳定器工作频段范围内各个频率点的幅值和相位；
根据所述幅值和所述相位计算得到所述各个频率点的幅值特性参数和相频特性参数；
将所述幅值特性参数按照所述相频特性参数向量分解，得到功角轴分量和定义为综合增益系数K的角速度轴分量；
根据所述电力系统稳定器参数、所述综合增益系数K以及所述频率绘制每一组所述电力系统稳定器参数下的频率-综合增益系数K关系图；
根据所述电力系统稳定器参数下的频率-综合增益系数K关系图、所述电力系统关注的振荡频率筛选最优电力系统稳定器参数。
2.根据权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，所述设定电力系统稳定器参数前选定电力系统稳定器模型。
3.根据权利要求2所述的筛选方法，其特征在于，所述电力系统稳定器模型为电力系统稳定器2B模型或电力系统稳定器1A模型。
4.根据权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，所述综合增益系数K的计算公式为：K＝K幅值特性参数*cos(ψ相频特性参数+90°)。
5.根据权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，所述工作频段为0-2Hz。
6.根据权利要求1所述的筛选方法，其特征在于，所述最优电力系统稳定器参数为最大所述综合增益系数K所对应的电力系统稳定器参数。
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