CN109782089B - 一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法与装置，该方法根据电力系统中的输电线路与受测发电机产生的振荡频率的线性关系，对所述输电线路的长度进行若干次调整，并计算不同长度的输电线路在低频振荡期间对应的振荡频率和电力系统的阻尼比，在相同频率下,对未投入所述电力系统稳定器状态下与投入所述电力系统稳定器状态下相应的阻尼比进行对比分析,确定电力系统稳定器的抑制低频振荡能力效果。该方法在不改变发电机及配套电力系统稳定器PSS任何参数的前提下，通过调整电力系统中的输电线路，能够模拟测试频段中的各个频率点，有效地针对受测电力系统稳定器PSS抑制低频振荡能力得出真实可信的测试结果，提高测试效率。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法。
背景技术
随着电网规模的不断扩大以及结构日趋复杂(交直流线路互联、远距离送电线路增多)，电力系统中0.2～2.5Hz的低频振荡事件时有发生，低频振荡会影响电力系统电压、频率等的稳定性，严重时会造成并网机组失步解列，是威胁电力系统安全稳定运行的重点问题之一。电力系统稳定器PSS作为目前最成熟有效的抑制低频振荡的手段，被广泛应用于各级电网中，其原理是在发电机励磁系统中增加控制环节以输出附加控制信号作用于电压调节器的输出，从而补偿电压调节器可能产生的负阻尼转矩，使其产生正阻尼转矩进而提升发电机和系统低频振荡阻尼能力，改善系统动态性能。为了保证电力系统稳定器PSS能正确发挥作用，在投入使用前需对其功能进行全面的测试评估，其中最重要的项目之一就是测试电力系统稳定器PSS对低频振荡范围内各频率点振荡的实际抑制效果。一般根据系统中最常出现的振荡频率和PSS本身的适用范围，测试频段可选择为0.3～1.3Hz，若电力系统稳定器PSS对该频段的振荡呈现良好的阻尼效果则认为PSS抑制低频振荡能力符合要求。
目前，现有的测试电力系统稳定器PSS低频振荡抑制效果的方法主要按照中华人民共和国电力行业标准《电力系统稳定器整定试验导则》(标准编号：DL/T 1231-2013)5.7.4节要求，通过改变被试机组的转动惯量来模拟不同振荡频率，进行有、无PSS两种情况下的扰动试验并对比分析低频振荡的抑制效果。这种改变机组转动惯量的方法虽然能便捷地调整振荡频率，但是每次改变机组转动惯量后需重新整定电力系统稳定器PSS相关参数，而对电力系统稳定器PSS相关参数的重新整定一方面比较花时间，影响测试效率，另一方面擅自修改电力系统稳定器PSS参数，很可能引发电力系统稳定器PSS输出异常，导致测试结果不准确，无法有力证明受测电力系统稳定器PSS的振荡抑制性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法与装置，在不改变发电机及配套电力系统稳定器PSS任何参数的前提下，能够模拟测试频段中的各个频率点，有效地针对受测电力系统稳定器PSS抑制低频振荡能力得出真实可信的测试结果，提高测试效率。
本发明实施例提供了一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法，包括：
建立仿真测试平台；其中，所述仿真测试平台包括单机无穷大系统模型和实际励磁控制装置；所述单机无穷大系统模型包括受测发电机、输电线路和电源；所述实际励磁控制装置包括自动电压调节器和电力系统稳定器；
在所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下,对所述单机无穷大系统模型进行扰动，以激发所述受测发电机发生低频振荡，并检测所述受测发电机在发生所述低频振荡期间的有功功率；
对所述有功功率进行Prony分析，计算在所述低频振荡期间内振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
根据所述输电线路与所述受测发电机产生的振荡频率的线性关系，对所述输电线路的长度进行若干次调整，并重新计算不同长度的输电线路在低频振荡期间对应的振荡频率和电力系统的阻尼比，以得到若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
重新计算在所述实际励磁控制装置投入所述电力系统稳定器状态下，所述若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
相同振荡频率下，对所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下与投入所述电力系统稳定器状态下相应的阻尼比进行对比分析，得到所述电力系统稳定器的抑制低频振荡能力效果。
优选地，所述根据所述输电线路与所述受测发电机产生的振荡频率的线性关系，对所述输电线路的长度进行若干次调整，具体包括：
将所述振荡频率下调设定频率；
当下调后的所述振荡频率在第一频率区段内时，将所述输电线路延长第一设定长度；
当下调后的所述振荡频率在第二频率区段内时，将所述输电线路延长第二设定长度；
当下调后的所述振荡频率在第三频率区段内时，将所述输电线路延长第三设定长度。
优选地，所述设定频率为0.1Hz。
优选地，所述第一频率区段为1.0～1.3Hz区段，所述第一设定长度为30～50km；所述第二频率区段为0.7～1.0Hz区段，所述第二设定长度为70～100km；所述第三频率区段为0.3～0.7Hz区段时，所述第三设定长度为100～200km；使所述振荡频率下降0.09～0.12Hz；
其中，当下调后的所述振荡频率在所述第一频率区段为1.0～1.3Hz区段，将所述输电线路延长30～50km，以使所述振荡频率下降0.09～0.12Hz；当下调后的所述振荡频率在所述第二频率区段为0.7～1.0Hz区段，将所述输电线路延长70～100km，以使所述振荡频率下降0.09～0.12Hz；当下调后的所述振荡频率在所述第三频率区段为0.3～0.7Hz区段，将所述输电线路延长100～200km，以使所述振荡频率下降0.09～0.12Hz。
优选地，当所述振荡频率小于1.0Hz时，在延长所述输电线路时，在所述受测发电机的机端并联一台平衡发电机。
优选地，所述受测发电机在所述电力系统稳定器未投入状态下与所述电力系统稳定器投入状态下的运行状态一致。
优选地，所述受测发电机在所述电力系统稳定器未投入状态下与所述电力系统稳定器投入状态下的运行状态为大方式；其中，所述受测发电机在所述大方式的运行状态下，输出的有功功率为额定有功功率，输出的无功功率为0。
优选地，所述受测发电机在所述电力系统稳定器未投入状态下与所述电力系统稳定器投入状态下的运行状态为小方式；其中，所述受测发电机在所述小方式的运行状态下，输出的有功功率为额定有功功率的二分之一，输出的无功功率为额定无功功率的二分之一。
优选地，所述相同振荡频率下，对所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下与投入所述电力系统稳定器状态下相应的阻尼比进行对比分析，得到所述电力系统稳定器的抑制低频振荡能力效果，具体包括：
当所述振荡频率满足1.3～1.4Hz区段时，且所述振荡频率在投入电力系统稳定器对应的阻尼比比未投入电力系统稳定器对应的阻尼比至少大于0.1时，确定所述电力系统稳定器具有抑制低频振荡效果；
当所述振荡频率不满足1.3～1.4Hz区段时，且所述振荡频率在投入电力系统稳定器对应的阻尼比比未投入电力系统稳定器对应的阻尼比至少大于0.05时，确定所述电力系统稳定器具有抑制低频振荡效果。
本发明实施例还提供了一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试装置，包括：
仿真测试平台模块，用于建立仿真测试平台；其中，所述仿真测试平台包括单机无穷大系统模型和实际励磁控制装置；所述单机无穷大系统模型包括受测发电机、输电线路和电源；所述实际励磁控制装置包括自动电压调节器和电力系统稳定器；
低频振荡模块，用于在所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下,对所述单机无穷大系统模型进行扰动，以激发所述受测发电机发生低频振荡，并检测所述受测发电机在发生所述低频振荡期间的有功功率；
Prony分析模块，用于对所述有功功率进行Prony分析，计算在所述低频振荡期间内振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
输电线路调整模块，用于根据所述输电线路与所述受测发电机产生的振荡频率的线性关系，对所述输电线路的长度进行若干次调整，并重新计算不同长度的输电线路在低频振荡期间对应的振荡频率和电力系统的阻尼比，以得到若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
计算模块，用于重新计算在所述实际励磁控制装置投入所述电力系统稳定器状态下，所述若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
分析模块，用于相同振荡频率下，对所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下与投入所述电力系统稳定器状态下相应的阻尼比进行对比分析，得到所述电力系统稳定器的抑制低频振荡能力效果。
相对于现有技术，本发明实施例提供的一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法的有益效果在于：所述电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法，包括：建立仿真测试平台；其中，所述仿真测试平台包括单机无穷大系统模型和实际励磁控制装置；所述单机无穷大系统模型包括受测发电机、输电线路和电源；所述实际励磁控制装置包括自动电压调节器和电力系统稳定器；在所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下,对所述单机无穷大系统模型进行扰动，以激发所述受测发电机发生低频振荡，并检测所述受测发电机在发生所述低频振荡期间的有功功率；对所述有功功率进行Prony分析，计算在所述低频振荡期间内振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；根据所述输电线路与所述受测发电机产生的振荡频率的线性关系，对所述输电线路的长度进行若干次调整，并重新计算不同长度的输电线路在低频振荡期间对应的振荡频率和电力系统的阻尼比，以得到若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；重新计算在所述实际励磁控制装置投入所述电力系统稳定器状态下，所述若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；相同振荡频率下，对所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下与投入所述电力系统稳定器状态下相应的阻尼比进行对比分析，得到所述电力系统稳定器的抑制低频振荡能力效果。该方法在不改变发电机及配套电力系统稳定器PSS任何参数的前提下，通过调整电力系统中的输电线路，能够模拟测试频段中的各个频率点，有效地针对受测电力系统稳定器PSS抑制低频振荡能力得出真实可信的测试结果，提高测试效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法的仿真测试平台的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，其是本发明实施例提供的一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法的仿真测试平台的结构示意图，所述仿真测试平台，包括：
单机无穷大系统模型和实际励磁控制装置；所述单机无穷大系统模型包括受测发电机、输电线路和电源；所述实际励磁控制装置包括自动电压调节器AVR和电力系统稳定器PSS；
由于进行电力系统稳定器PSS抑制低频振荡能力测试，需要搭建仿真测试平台，故先在实时数字仿真仪RTDS配套软件RSCAD中搭建测试模型，通用的电力系统稳定器PSS测试模型为所述单机无穷大系统模型，受测发电机和励磁系统(包括电力系统稳定器PSS)参数保证和实际应用场景一致，所述电源和所述输电线路的参数参考实际应用场景合理设置即可。
其中有时测试为了更符合实际场景，选择把包含所述受测发电机的区域电网模型构建出来，所述输电线路采用现场实际参数，电源通过等值方法实现，但本发明实施例提供的一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法同样适用，只要在包含“电源—输电线路—发电机”结构均可使用本发明实施例提供的一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法。
通过实时数字仿真仪RTDS配套的GTAO板卡将所述单机无穷大系统模型中受测发电机的机端电压、定子电流、励磁电流等信号输出至实际励磁控制装置中，所述实际励磁控制装置经内部计算输出励磁电压控制量Uk，再通过实时数字仿真仪RTDS配套的GTAI板卡将所述励磁电压控制量Uk送入实时数字仿真仪RTDS中，对单机无穷大系统模型进行控制，这样包含实际电力系统稳定器PSS的硬件在环仿真测试平台搭建完成。
请参阅图2，其是本发明实施例提供的一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法的流程图，所述电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法，包括：
S100：建立仿真测试平台；其中，所述仿真测试平台包括单机无穷大系统模型和实际励磁控制装置；所述单机无穷大系统模型包括受测发电机、输电线路和电源；所述实际励磁控制装置包括自动电压调节器和电力系统稳定器；
S200：在所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下,对所述单机无穷大系统模型进行扰动，以激发所述受测发电机发生低频振荡，并检测所述受测发电机在发生所述低频振荡期间的有功功率；
S300：对所述有功功率进行Prony分析，计算在所述低频振荡期间内振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
S400：根据所述输电线路与所述受测发电机产生的振荡频率的线性关系，对所述输电线路的长度进行若干次调整，并重新计算不同长度的输电线路在低频振荡期间对应的振荡频率和电力系统的阻尼比，以得到若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
S500：重新计算在所述实际励磁控制装置投入所述电力系统稳定器状态下，所述若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
S600：相同振荡频率下，对所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下与投入所述电力系统稳定器状态下相应的阻尼比进行对比分析，得到所述电力系统稳定器的抑制低频振荡能力效果。
电力系统低频振荡产生的直接原因是发电机在小扰动情况下发生各发电机转子间的相对摇摆，如果整个电力系统缺乏足够的阻尼甚至呈现负阻尼效应，发电机转子就会出现持续振荡现象导致输出功率振荡，进而使得电力系统输电线上的功率发生相应振荡，其频率一般在0.2～2.5Hz之间，因此发电机是低频振荡产生的关键因素，而决定振荡频率的因素主要是发电机转动惯量和发电机中的励磁电势与电源电势之间的总阻抗，故通过调整单机无穷大系统模型的输电线路来改变总阻抗，从而模拟测试频段中的各个频率点，有效地针对受测电力系统稳定器PSS抑制低频振荡能力得出真实可信的测试结果，提高测试效率。
在一种可选的实施例中，S200：在所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下,对所述单机无穷大系统模型进行扰动，以激发所述受测发电机发生低频振荡，并检测所述受测发电机在发生所述低频振荡期间的有功功率，具体包括：
采用模拟线路故障的方法对所述单机无穷大系统模型进行扰动，在所述输电线路上模拟单相接地短路重合闸成功的故障，对于有多条线路的区域电网模型，也可选择在邻近线路模拟三相接地短路跳闸的故障。
在本实施例中，在模拟线路故障时至少要保留“电源—输电线路—发电机”的通路，避免系统崩溃，若模拟线路故障时把唯一的输电线路断掉，所述受测发电机就彻底崩溃无法正常运行，导致测试难以进行。
在一种可选的实施例中，S300：对所述有功功率进行Prony分析，计算在所述低频振荡期间内振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
在本实施例中，在模拟线路故障，不修改所述输电线路和所述受测发电机任何参数的情况下激发的低频振荡模式又称为发电机本机振荡模式，此时所述输电线路的长度为50～150km，在所述低频振荡期间内振荡频率为1.3～1.4Hz，其中所述振荡频率会有所偏差，对所述输电线路作出相应的调整即可。
其中，Prony算法是一种能够对给定信号的频率、衰减阻尼、幅值进行有效估算的算法，对低频振荡信号的分析展示出良好的适应性，其在BPA、Matlab等常用仿真软件中均有成熟的集成工具包，可以对低频振荡信号进行便捷的分析计算。
进一步地，所述的阻尼比计算除了通过所述Prony分析计算得出，还可通过采用普遍适用的经验公式来估算，行标《电力系统稳定器整定试验导则(DL/T 1231-2013)》中建议可采用该方法估算信号阻尼比。对于任意信号，确定好需要分析的振荡周期数；
根据公式
计算电力系统的阻尼比；
其中，N为选取的信号振荡周期数，P1为第一个功率峰值P1，P2为第二个功率峰值，P2N+1为第2N+1个功率峰值，P2N+2为第2N+2个功率峰值。
在一种可选的实施例中，S400：根据所述输电线路与所述受测发电机产生的振荡频率的线性关系，对所述输电线路的长度进行若干次调整，并重新计算不同长度的输电线路在低频振荡期间对应的振荡频率和电力系统的阻尼比，以得到若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比，具体包括：
将所述振荡频率下调设定频率；
当下调后的所述振荡频率在第一频率区段内时，将所述输电线路延长第一设定长度；
当下调后的所述振荡频率在第二频率区段内时，将所述输电线路延长第二设定长度；
当下调后的所述振荡频率在第三频率区段内时，将所述输电线路延长第三设定长度。
在一种可选的实施例中，所述设定频率为0.1Hz。
在本实施例中，以设定频率为0.1Hz对所述振荡频率进行下调，每做一次试验就下调一次所述振荡频率。
在一种可选的实施例中，所述第一频率区段为1.0～1.3Hz区段，所述第一设定长度为30～50km；所述第二频率区段为0.7～1.0Hz区段，所述第二设定长度为70～100km；所述第三频率区段为0.3～0.7Hz区段时，所述第三设定长度为100～200km；使所述振荡频率下降0.09～0.12Hz；
其中，当下调后的所述振荡频率在第一频率区段为1.0～1.3Hz区段，将所述输电线路延长30～50km，以使所述振荡频率下降0.09～0.12Hz；当下调后的所述振荡频率在第二频率区段为0.7～1.0Hz区段，将所述输电线路延长70～100km，以使所述振荡频率下降0.09～0.12Hz；当下调后的所述振荡频率在第三频率区段为0.3～0.7Hz区段，将所述输电线路延长100～200km，以使所述振荡频率下降0.09～0.12Hz。
在本实施例中，由实验数据可分析得出，所述振荡频率越低，所述输电线路延长的倍数越大，所述振荡频率才可达到设定的频率。
在一种可选的实施例中，当所述振荡频率小于1.0Hz时，在延长所述输电线路时，在所述受测发电机的机端并联一台平衡发电机。
在本实施例中，理论上所述输电线路的长度是可以任意变化的，但实际情况中长距离的输电线路具有“容升”效应，即对于长距离的输电线路来说，其对地分布电容大，线路中流过的是容性电流，电源电压滞后线路电流90°相位角，而线路中感性阻抗上的电压降超前线路电流(若纯感性则超前90°)，故线路阻抗上的压降与电源电压方向相反，起到增大线路末端电压的作用。由于“容升”效应的存在，所述输电线路的长度不能随意延长以模拟不同振荡频率，因为线路末端电压过高的情况下，并网发电机为了维持机端电压在正常工作范围内需吸收大量无功功率从而脱离正常运行状态，同样达不到测试目的。为了满足0.3～1.3Hz的测试频段，通过在受测发电机的机端并联一台平衡发电机用以平衡因线路“容升”效应造成的无功功率过剩现象。
其中，所述平衡发电机参数可以选择和所述受测发电机完全一致，这样操作相对便捷，但两者运行状态不需要保持一致，因为测试对象是受测发电机的PSS，平衡发电机对其来说是外部环境，它的运行状态不影响测试结果；若实际情况中需要吸收的无功功率过多，可扩大所述平衡发电机的容量参数，其最终目标是保证所述受测发电机运行在合理且满足测试要求的状态。
在一种可选的实施例中，所述受测发电机在所述电力系统稳定器未投入状态下与所述电力系统稳定器投入状态下的运行状态一致。
在一种可选的实施例中，所述受测发电机在所述电力系统稳定器未投入状态下与所述电力系统稳定器投入状态下的运行状态为大方式；其中，所述受测发电机在所述大方式的运行状态下，输出的有功功率为额定有功功率，输出的无功功率为0。
在一种可选的实施例中，所述受测发电机在所述电力系统稳定器未投入状态下与所述电力系统稳定器投入状态下的运行状态为小方式；其中，所述受测发电机在所述小方式的运行状态下，输出的有功功率为额定有功功率的二分之一，输出的无功功率为额定无功功率的二分之一。
在一种可选的实施例中，S500：重新计算在所述实际励磁控制装置投入所述电力系统稳定器状态下，所述若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比，具体包括：
在所述实际励磁控制装置投入所述电力系统稳定器状态下，对所述单机无穷大系统模型进行扰动，以激发所述受测发电机发生低频振荡，并检测所述受测发电机在发生所述低频振荡期间的有功功率；
对所述有功功率进行Prony分析，计算在所述低频振荡期间内振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
根据所述输电线路与所述受测发电机产生的振荡频率的线性关系，对所述输电线路的长度进行若干次调整，并重新计算不同长度的输电线路在低频振荡期间对应的振荡频率和电力系统的阻尼比，以得到若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比。
在一种可选的实施例中，S600：相同振荡频率下，对所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下与投入所述电力系统稳定器状态下相应的阻尼比进行对比分析，得到所述电力系统稳定器的抑制低频振荡能力效果，具体包括：
当所述振荡频率满足1.3～1.4Hz区段时，且所述振荡频率在投入电力系统稳定器对应的阻尼比比未投入电力系统稳定器对应的阻尼比至少大于0.1时，确定所述电力系统稳定器具有抑制低频振荡效果；
当所述振荡频率不满足1.3～1.4Hz区段时，且所述振荡频率在投入电力系统稳定器对应的阻尼比比未投入电力系统稳定器对应的阻尼比至少大于0.05时，确定所述电力系统稳定器具有抑制低频振荡效果。
在本实施例中，所述阻尼比的提升量越大，证明所述电力系统稳定器抑制低频振荡效果越明显，则所述电力系统稳定器的适用范围更加广泛，其性能也就更加好。
请参阅图3，其是本发明实施例提供的一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试装置的示意图，所述电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试装置，包括：
仿真测试平台模块1，用于建立仿真测试平台；其中，所述仿真测试平台包括单机无穷大系统模型和实际励磁控制装置；所述单机无穷大系统模型包括受测发电机、输电线路和电源；所述实际励磁控制装置包括自动电压调节器和电力系统稳定器；
低频振荡模块2，用于在所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下,对所述单机无穷大系统模型进行扰动，以激发所述受测发电机发生低频振荡，并检测所述受测发电机在发生所述低频振荡期间的有功功率；
Prony分析模块3，用于对所述有功功率进行Prony分析，计算在所述低频振荡期间内振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
输电线路调整模块4，用于根据所述输电线路与所述受测发电机产生的振荡频率的线性关系，对所述输电线路的长度进行若干次调整，并重新计算不同长度的输电线路在低频振荡期间对应的振荡频率和电力系统的阻尼比，以得到若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
计算模块5，用于重新计算在所述实际励磁控制装置投入所述电力系统稳定器状态下，所述若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
分析模块6，用于相同振荡频率下，对所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下与投入所述电力系统稳定器状态下相应的阻尼比进行对比分析，得到所述电力系统稳定器的抑制低频振荡能力效果。
电力系统低频振荡产生的直接原因是发电机在小扰动情况下发生各发电机转子间的相对摇摆，如果整个电力系统缺乏足够的阻尼甚至呈现负阻尼效应，发电机转子就会出现持续振荡现象导致输出功率振荡，进而使得电力系统输电线上的功率发生相应振荡，其频率一般在0.2～2.5Hz之间，因此发电机是低频振荡产生的关键因素，而决定振荡频率的因素主要是发电机转动惯量和发电机中的励磁电势与电源电势之间的总阻抗，故通过调整单机无穷大系统模型的输电线路来改变总阻抗，从而模拟测试频段中的各个频率点，有效地针对受测电力系统稳定器PSS抑制低频振荡能力得出真实可信的测试结果，提高测试效率。
在一种可选的实施例中，低频振荡模块2包括：
制造扰动单元，用于采用模拟线路故障的方法对所述单机无穷大系统模型进行扰动，在所述输电线路上模拟单相接地短路重合闸成功的故障，对于有多条线路的区域电网模型，也可选择在邻近线路模拟三相接地短路跳闸的故障。
在本实施例中，在模拟线路故障时至少要保留“电源—输电线路—发电机”的通路，避免系统崩溃，若模拟线路故障时把唯一的输电线路断掉，所述受测发电机就彻底崩溃无法正常运行，导致测试难以进行。
在一种可选的实施例中，Prony分析模块3包括：
在本实施例中，在模拟线路故障，不修改所述输电线路和所述受测发电机任何参数的情况下激发的低频振荡模式又称为发电机本机振荡模式，此时所述输电线路的长度为50～150km，在所述低频振荡期间内振荡频率为1.3～1.4Hz，其中所述振荡频率会有所偏差，对所述输电线路作出相应的调整即可。
其中，Prony算法是一种能够对给定信号的频率、衰减阻尼、幅值进行有效估算的算法，对低频振荡信号的分析展示出良好的适应性，其在BPA、Matlab等常用仿真软件中均有成熟的集成工具包，可以对低频振荡信号进行便捷的分析计算。
进一步地，所述的阻尼比计算除了通过所述Prony分析计算得出，还可通过采用普遍适用的经验公式来估算，行标《电力系统稳定器整定试验导则(DL/T 1231-2013)》中建议可采用该方法估算信号阻尼比。对于任意信号，确定好需要分析的振荡周期数；
阻尼比计算单元，用于根据公式
计算电力系统的阻尼比；
其中，N为选取的信号振荡周期数，P1为第一个功率峰值P1，P2为第二个功率峰值，P2N+1为第2N+1个功率峰值，P2N+2为第2N+2个功率峰值。
在一种可选的实施例中，输电线路调整模块4包括：
设定频率单元，用于将所述振荡频率下调设定频率；
输电线路延长第一设定长度单元，用于当下调后的所述振荡频率在第一频率区段内时，将所述输电线路延长第一设定长度；
输电线路延长第二设定长度单元，用于当下调后的所述振荡频率在第二频率区段内时，将所述输电线路延长第二设定长度；
输电线路延长第三设定长度单元，用于当下调后的所述振荡频率在第三频率区段内时，将所述输电线路延长第三设定长度。
在一种可选的实施例中，所述设定频率为0.1Hz。
在本实施例中，以设定频率为0.1Hz对所述振荡频率进行下调，每做一次试验就下调一次所述振荡频率。
在一种可选的实施例中，所述第一频率区段为1.0～1.3Hz区段，所述第一设定长度为30～50km；所述第二频率区段为0.7～1.0Hz区段，所述第二设定长度为70～100km；所述第三频率区段为0.3～0.7Hz区段时，所述第三设定长度为100～200km；使所述振荡频率下降0.09～0.12Hz；
其中，当下调后的所述振荡频率在第一频率区段为1.0～1.3Hz区段，将所述输电线路延长30～50km，以使所述振荡频率下降0.09～0.12Hz；当下调后的所述振荡频率在第二频率区段为0.7～1.0Hz区段，将所述输电线路延长70～100km，以使所述振荡频率下降0.09～0.12Hz；当下调后的所述振荡频率在第三频率区段为0.3～0.7Hz区段，将所述输电线路延长100～200km，以使所述振荡频率下降0.09～0.12Hz。
在本实施例中，由实验数据可分析得出，所述振荡频率越低，所述输电线路延长的倍数越大，所述振荡频率才可达到设定的频率。
在一种可选的实施例中，当所述振荡频率小于1.0Hz时，在延长所述输电线路时，在所述受测发电机的机端并联一台平衡发电机。
在本实施例中，理论上所述输电线路的长度是可以任意变化的，但实际情况中长距离的输电线路具有“容升”效应，即对于长距离的输电线路来说，其对地分布电容大，线路中流过的是容性电流，电源电压滞后线路电流90°相位角，而线路中感性阻抗上的电压降超前线路电流(若纯感性则超前90°)，故线路阻抗上的压降与电源电压方向相反，起到增大线路末端电压的作用。由于“容升”效应的存在，所述输电线路的长度不能随意延长以模拟不同振荡频率，因为线路末端电压过高的情况下，并网发电机为了维持机端电压在正常工作范围内需吸收大量无功功率从而脱离正常运行状态，同样达不到测试目的。为了满足0.3～1.3Hz的测试频段，通过在受测发电机的机端并联一台平衡发电机用以平衡因线路“容升”效应造成的无功功率过剩现象。
其中，所述平衡发电机参数可以选择和所述受测发电机完全一致，这样操作相对便捷，但两者运行状态不需要保持一致，因为测试对象是受测发电机的PSS，平衡发电机对其来说是外部环境，它的运行状态不影响测试结果；若实际情况中需要吸收的无功功率过多，可扩大所述平衡发电机的容量参数，其最终目标是保证所述受测发电机运行在合理且满足测试要求的状态。
在一种可选的实施例中，所述受测发电机在所述电力系统稳定器未投入状态下与所述电力系统稳定器投入状态下的运行状态一致。
在一种可选的实施例中，所述受测发电机在所述电力系统稳定器未投入状态下与所述电力系统稳定器投入状态下的运行状态为大方式；其中，所述受测发电机在所述大方式的运行状态下，输出的有功功率为额定有功功率，输出的无功功率为0。
在一种可选的实施例中，所述受测发电机在所述电力系统稳定器未投入状态下与所述电力系统稳定器投入状态下的运行状态为小方式；其中，所述受测发电机在所述小方式的运行状态下，输出的有功功率为额定有功功率的二分之一，输出的无功功率为额定无功功率的二分之一。
在一种可选的实施例中，计算模块5包括：
制造扰动单元，用于在所述实际励磁控制装置投入所述电力系统稳定器状态下，对所述单机无穷大系统模型进行扰动，以激发所述受测发电机发生低频振荡，并检测所述受测发电机在发生所述低频振荡期间的有功功率；
Prony分析单元，用于对所述有功功率进行Prony分析，计算在所述低频振荡期间内振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
输电线路调整单元，用于根据所述输电线路与所述受测发电机产生的振荡频率的线性关系，对所述输电线路的长度进行若干次调整，并重新计算不同长度的输电线路在低频振荡期间对应的振荡频率和电力系统的阻尼比，以得到若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比。
在一种可选的实施例中，分析模块6包括：
阻尼比第一比较单元，用于当所述振荡频率满足1.3～1.4Hz区段时，且所述振荡频率在投入电力系统稳定器对应的阻尼比比未投入电力系统稳定器对应的阻尼比至少大于0.1时，确定所述电力系统稳定器具有抑制低频振荡效果；
阻尼比第二比较单元，用于当所述振荡频率不满足1.3～1.4Hz区段时，且所述振荡频率在投入电力系统稳定器对应的阻尼比比未投入电力系统稳定器对应的阻尼比至少大于0.05时，确定所述电力系统稳定器具有抑制低频振荡效果。
在本实施例中，所述阻尼比的提升量越大，证明所述电力系统稳定器抑制低频振荡效果越明显，则所述电力系统稳定器的适用范围更加广泛，其性能也就更加好。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
相对于现有技术，本发明实施例提供的一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法的有益效果在于：所述电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法，包括：建立仿真测试平台；其中，所述仿真测试平台包括单机无穷大系统模型和实际励磁控制装置；所述单机无穷大系统模型包括受测发电机、输电线路和电源；所述实际励磁控制装置包括自动电压调节器和电力系统稳定器；在所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下,对所述单机无穷大系统模型进行扰动，以激发所述受测发电机发生低频振荡，并检测所述受测发电机在发生所述低频振荡期间的有功功率；对所述有功功率进行Prony分析，计算在所述低频振荡期间内振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；根据所述输电线路与所述受测发电机产生的振荡频率的线性关系，对所述输电线路的长度进行若干次调整，并重新计算不同长度的输电线路在低频振荡期间对应的振荡频率和电力系统的阻尼比，以得到若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；重新计算在所述实际励磁控制装置投入所述电力系统稳定器状态下，所述若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；相同振荡频率下，对所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下与投入所述电力系统稳定器状态下相应的阻尼比进行对比分析，得到所述电力系统稳定器的抑制低频振荡能力效果。该方法在不改变发电机及配套电力系统稳定器PSS任何参数的前提下，通过调整电力系统中的输电线路，能够模拟测试频段中的各个频率点，有效地针对受测电力系统稳定器PSS抑制低频振荡能力得出真实可信的测试结果，提高测试效率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法，其特征在于，包括：
建立仿真测试平台；其中，所述仿真测试平台包括单机无穷大系统模型和实际励磁控制装置；所述单机无穷大系统模型包括受测发电机、输电线路和电源；所述实际励磁控制装置包括自动电压调节器和电力系统稳定器；
在所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下,对所述单机无穷大系统模型进行扰动，以激发所述受测发电机发生低频振荡，并检测所述受测发电机在发生所述低频振荡期间的有功功率；
对所述有功功率进行Prony分析，计算在所述低频振荡期间内振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
根据所述输电线路与所述受测发电机产生的振荡频率的线性关系，对所述输电线路的长度进行若干次调整，具体包括：
将所述振荡频率下调设定频率；
当下调后的所述振荡频率在第一频率区段内时，将所述输电线路延长第一设定长度；
当下调后的所述振荡频率在第二频率区段内时，将所述输电线路延长第二设定长度；
当下调后的所述振荡频率在第三频率区段内时，将所述输电线路延长第三设定长度；
重新计算不同长度的输电线路在低频振荡期间对应的振荡频率和电力系统的阻尼比，以得到若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
重新计算在所述实际励磁控制装置投入所述电力系统稳定器状态下，所述若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
相同振荡频率下，对所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下与投入所述电力系统稳定器状态下相应的阻尼比进行对比分析，得到所述电力系统稳定器的抑制低频振荡能力效果。
2.如权利要求1所述的一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法，其特征在于，所述设定频率为0.1Hz。
3.如权利要求2所述的一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法，其特征在于，所述第一频率区段为1.0～1.3Hz区段，所述第一设定长度为30～50km；所述第二频率区段为0.7～1.0Hz区段，所述第二设定长度为70～100km；所述第三频率区段为0.3～0.7Hz区段时，所述第三设定长度为100～200km；使所述振荡频率下降0.09～0.12Hz；
其中，当下调后的所述振荡频率在第一频率区段为1.0～1.3Hz区段，将所述输电线路延长30～50km，以使所述振荡频率下降0.09～0.12Hz；当下调后的所述振荡频率在第二频率区段为0.7～1.0Hz区段，将所述输电线路延长70～100km，以使所述振荡频率下降0.09～0.12Hz；当下调后的所述振荡频率在第三频率区段为0.3～0.7Hz区段，将所述输电线路延长100～200km，以使所述振荡频率下降0.09～0.12Hz。
4.如权利要求3所述的一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法，其特征在于，当所述振荡频率小于1.0Hz时，在延长所述输电线路时，在所述受测发电机的机端并联一台平衡发电机。
5.如权利要求1所述的一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法，其特征在于，所述受测发电机在所述电力系统稳定器未投入状态下与所述电力系统稳定器投入状态下的运行状态一致。
6.如权利要求5所述的一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法，其特征在于，所述受测发电机在所述电力系统稳定器未投入状态下与所述电力系统稳定器投入状态下的运行状态为大方式；其中，所述受测发电机在所述大方式的运行状态下，输出的有功功率为额定有功功率，输出的无功功率为0。
7.如权利要求5所述的一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法，其特征在于，所述受测发电机在所述电力系统稳定器未投入状态下与所述电力系统稳定器投入状态下的运行状态为小方式；其中，所述受测发电机在所述小方式的运行状态下，输出的有功功率为额定有功功率的二分之一，输出的无功功率为额定无功功率的二分之一。
8.如权利要求3所述的一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试方法，其特征在于，所述相同振荡频率下，对所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下与投入所述电力系统稳定器状态下相应的阻尼比进行对比分析，得到所述电力系统稳定器的抑制低频振荡能力效果，具体包括：
当所述振荡频率满足1.3～1.4Hz区段时，且所述振荡频率在投入电力系统稳定器对应的阻尼比比未投入电力系统稳定器对应的阻尼比至少大于0.1时，确定所述电力系统稳定器具有抑制低频振荡效果；
当所述振荡频率不满足1.3～1.4Hz区段时，且所述振荡频率在投入电力系统稳定器对应的阻尼比比未投入电力系统稳定器对应的阻尼比至少大于0.05时，确定所述电力系统稳定器具有抑制低频振荡效果。
9.一种电力系统稳定器抑制低频振荡能力的测试装置，其特征在于，包括：
仿真测试平台模块，用于建立仿真测试平台；其中，所述仿真测试平台包括单机无穷大系统模型和实际励磁控制装置；所述单机无穷大系统模型包括受测发电机、输电线路和电源；所述实际励磁控制装置包括自动电压调节器和电力系统稳定器；
低频振荡模块，用于在所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下,对所述单机无穷大系统模型进行扰动，以激发所述受测发电机发生低频振荡，并检测所述受测发电机在发生所述低频振荡期间的有功功率；
Prony分析模块，用于对所述有功功率进行Prony分析，计算在所述低频振荡期间内振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
输电线路调整模块，用于根据所述输电线路与所述受测发电机产生的振荡频率的线性关系，对所述输电线路的长度进行若干次调整，具体包括：
将所述振荡频率下调设定频率；
当下调后的所述振荡频率在第一频率区段内时，将所述输电线路延长第一设定长度；
当下调后的所述振荡频率在第二频率区段内时，将所述输电线路延长第二设定长度；
当下调后的所述振荡频率在第三频率区段内时，将所述输电线路延长第三设定长度；
并重新计算不同长度的输电线路在低频振荡期间对应的振荡频率和电力系统的阻尼比，以得到若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
计算模块，用于重新计算在所述实际励磁控制装置投入所述电力系统稳定器状态下，所述若干个不同长度的输电线路在低频振荡期间的振荡频率及所述振荡频率对应的阻尼比；
分析模块，用于相同振荡频率下，对所述实际励磁控制装置未投入所述电力系统稳定器状态下与投入所述电力系统稳定器状态下相应的阻尼比进行对比分析，得到所述电力系统稳定器的抑制低频振荡能力效果。
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