CN110247394B - 一种评估不同发电机pss对频率振荡影响大小的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种评估不同发电机PSS对频率振荡影响大小的方法，属于电力系统分析技术领域。该方法包括步骤：建立电力系统潮流方程，发电机节点为PV节点，负荷节点考虑负荷电压特性；设置某一发电机的机端电压值，解潮流方程并计算得到各节点负荷有功；再给该发电机的机端电压增加一小增量，再次解潮流方程获得各节点负荷有功；将两次负荷有功进行计算得到的结果用来表征该发电机PSS对频率振荡模式影响大小。计算值越大的发电机，其PSS对频率振荡模式的影响越大，调整该发电机的PSS可以更有效的提高频率振荡模式的阻尼。

Description

一种评估不同发电机PSS对频率振荡影响大小的方法
技术领域
本发明属于电力系统分析技术领域，具体涉及一种评估不同发电机PSS对频率振荡影响大小的方法。
背景技术
近年来，国内发生了多起振荡频率低于传统低频振荡频率的振荡事件，经过大量研究，该振荡为一次调频过程中出现的电力系统小扰动稳定问题，并且为全系统频率整体同调振荡，应称为频率振荡。国内目前防止频率振荡的主要手段是优化调速器参数，提高原动系统阻尼。实际上，电力系统稳定器(Power System Stabilizer,PSS)和励磁系统也会对频率振荡产生影响，选择合适的PSS参数可以提高频率振荡模式的阻尼，并且励磁系统相较于调速器更易控制，可为频率振荡的抑制提供一种新的方案。
根据阻尼转矩法的概念，频率振荡中，影响其振荡阻尼的关键是频率偏差和功率偏差之前的相位关系。在负荷具有电压调节效应的系统中，频率偏差Δf和负荷有功功率偏差ΔPL的关系如图2所示。GPSS(s)为PSS传递函数；GEX(s)为励磁系统传递函数，ΔEf为发电机励磁电压偏差；GF(s)为励磁绕组部分传递函数，ΔE′q为发电机暂态电势偏差；ΔUi为发电机端电压偏差，K1为发电机暂态电势ΔE′q与发电机端电压偏差ΔUi的比例系数；ΔUj为负荷电压偏差，K2为发电机端电压偏差ΔUi与负荷电压偏差ΔUj之间的比例系数，与网络有关；只考虑负荷的静态特性，ΔUj到ΔPL之间为比例关系，系数记为K3，反映负荷的电压调节效应。若使用调节PSS改变频率振荡阻尼，需选择对频率振荡影响更大的PSS，因此，需要一种方法评估在多机系统中发电机PSS对频率振荡模式的影响大小，选择影响更大的发电机PSS进行调整可以更有效的提高频率振荡模式的阻尼。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种评估不同发电机PSS对频率振荡影响大小的方法。使用调节PSS改变频率振荡阻尼，可以通过本发明方法仿真计算得到多机系统中各发电机PSS对频率振荡的影响大小，从而选择影响更大的发电机PSS进行调整可以更有效的提高频率振荡模式的阻尼。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种评估不同发电机PSS对频率振荡影响大小的方法，包括步骤：
A：根据系统拓扑结构和参数建立电力系统潮流方程，发电机节点为PV节点，负荷节点考虑负荷电压特性；
B：设置发电机i的机端电压为Ui，i＝1,…,N，N为系统发电机总数，解潮流方程并计算得到各节点负荷有功PLj，j＝1,…,M，M为系统负荷节点总数；
C：将发电机i的机端电压增加ΔUi，即设置发电机i的机端电压为Ui+ΔUi，再次解潮流方程获得各节点负荷有功P′Lj；
D：最后计算
Figure BDA0002112571320000021
KGLi越大的发电机，其PSS对频率振荡模式的影响越大，调整该发电机的PSS可以更有效的提高频率振荡模式的阻尼。
进一步，优选的是，为了避免改变潮流平衡点，所述的ΔUi不大于1％Ui。
进一步，优选的是，所述的ΔUi＝0.1％Ui。
本发明步骤(1)中，负荷节点考虑负荷电压特性，即负荷有功功率与负荷电压相关，例如：负荷有功功率
Figure BDA0002112571320000031
PL0为负荷有功功率初值，U为负荷电压，U0为负荷电压初值，KZ为负荷电压调节系数，KL为负荷频率效应系数，Δf为负荷频率偏差，
Figure BDA0002112571320000032
项即为负荷与电压相关的部分。
本发明中ΔUi为一小增量，优选ΔUi＝0.1％Ui，但不限于。
本发明原理：
在多机系统中，由于发电机在网络中所处的位置不同，以及各个负荷的电压调节效应系数不相同，即使是同样的发电机，图2中的系数K2和K3也是不同的，改变不同发电机的PSS后对系统频率振荡模式的影响大小也是不同的。因此，评估不同位置发电机的PSS对频率振荡模式影响大小时，主要关注系数K2和K3的大小。
系数K2和K3反映发电机机端电压变化和系统负荷有功功率变化之间的灵敏度。在多机系统中，有大量负荷节点，发电机i机端电压变化ΔUi，导致负荷节点j的电压变化为ΔUj＝K2jΔUi，进而功率变化为ΔPLj＝K3jΔUj＝K3jK2jΔUi，因此，系统总负荷有功功率变化为
Figure BDA0002112571320000033
发电机i机端电压和系统总负荷有功功率之间的灵敏度为
Figure BDA0002112571320000034
可以通过KGLi评估发电机PSS对频率振荡模式的影响大小。KGLi越大的发电机影响越大，调整该发电机的PSS可以更有效的提高频率振荡模式的阻尼。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
本发明的评估不同发电机PSS对频率振荡影响大小的方法，利用发电机i的机端电压为Ui和Ui+ΔUi时潮流计算得到的负荷有功进行计算，得到能表征该发电机PSS对频率振荡模式影响大小的值，该值越大，则说明发电机PSS对频率振荡模式的影响越大。所述方法在使用调节PSS改变频率振荡阻尼时，提供了一种评估不同发电机PSS对频率振荡影响大小的方法，从而可以选择对频率振荡影响更大的发电机，调整该发电机的PSS可以更有效的提高频率振荡模式的阻尼。
附图说明
图1是本发明所述评估不同发电机PSS对频率振荡影响大小的方法流程图。
图2是系统频率偏差与负荷功率偏差关系图。
图3为4机2区系统拓补结构。
图4为4机2区系统在不同PSS参数下发电机G1转速偏差曲线
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
本发明所述的评估不同发电机PSS对频率振荡影响大小的方法，基于阻尼转矩法评估发电机PSS对频率振荡影响大小。根据阻尼转矩法的概念，频率振荡中，影响其振荡阻尼的关键是频率偏差和功率偏差之前的相位关系。在负荷具有电压调节效应的系统中，频率偏差Δf和电磁功率ΔPe的关系如图2所示。
评估不同发电机的PSS对频率振荡模式影响大小时，主要关注系数K2和K3的大小。发电机i机端电压和系统总有功负荷之间的灵敏度为
Figure BDA0002112571320000041
可以通过KGLi评估发电机PSS对频率振荡模式的影响大小。KGLi越大的发电机影响越大，调整该发电机的PSS可以更有效的提高频率振荡模式的阻尼。
本发明提供了一种通过电力系统潮流方程计算灵敏度KGLi的方法，包括：
A：根据系统拓扑结构和参数建立电力系统潮流方程，发电机节点为PV节点，负荷节点考虑负荷电压特性；
B：设置发电机i的机端电压为Ui，i＝1,…,N，N为系统发电机总数，解潮流方程并计算得到各节点负荷有功PLj，j＝1,…,M，M为系统负荷节点总数；
C：将发电机i的机端电压增加ΔUi，即设置发电机i的机端电压为Ui+ΔUi，再次解潮流方程获得各节点负荷有功P′Lj；其中，ΔUi＝0.1％Ui；
D：最后计算
Figure BDA0002112571320000051
KGLi越大的发电机，其PSS对频率振荡模式的影响越大，调整该发电机的PSS可以更有效的提高频率振荡模式的阻尼。
本发明的评估不同发电机PSS对频率振荡影响大小的方法，通过电力系统潮流方程计算结果得到发电机PSS对频率振荡阻尼的灵敏度KGLi。所述方法在使用调节PSS改变频率振荡阻尼时，提供了一种评估不同发电机PSS对频率振荡影响大小的方法，从而可以选择对频率振荡影响更大的发电机，调整该发电机的PSS可以更有效的提高频率振荡模式的阻尼。
在4机2区域系统中进行仿真验证，网络拓扑结构见图3，负荷模型为
Figure BDA0002112571320000052
式中，PL0为负荷有功功率初值，U为负荷电压，U0为负荷电压初值，KZ为负荷电压调节系数，KL为负荷频率效应系数，Δf为负荷频率偏差，KZ＝0.4，KL＝1。
采用上述方法计算KGLi，具体步骤为：
(1)建立电力系统潮流方程，其中发电机节点为PV节点，考虑负荷模型
Figure BDA0002112571320000061
(2)初始情况下，各发电机机端电压为U1＝1.03，U2＝1.01，U3＝1.03，U4＝1.01，解潮流方程并计算得到各节点负荷有功PLj。
(3)分别给发电机i的机端电压增加一个小的电压偏差ΔUi＝0.001，即设置发电机i的机端电压为Ui+ΔUi，再次解潮流方程获得各节点负荷有功P′Lj。
(4)最后计算
Figure BDA0002112571320000062
计算结果如表1所示。可知在此系统中，发电机PSS对频率振荡模式的影响大小为KGL4>KGL2>KGL3>KGL1。
表1
G<sub>1</sub> G<sub>2</sub> G<sub>3</sub> G<sub>4</sub>
K<sub>GLi</sub> 4.406 10.607 5.042 12.286
对系统进行时域仿真，发电机PSS传递函数为
Figure BDA0002112571320000063
KSTAB＝9.5，T1＝0.154s，T2＝0.033s，各个PSS的原始参数均为TWi＝1.4s，分别将各个发电机的TWi修改为7s，仿真得到发电机G1的转速偏差曲线，结果如图4所示。结果表明，分别改变各发电机PSS参数后对频率振荡阻尼影响大小为G4>G2>G3>G1，与表1的结论一致。采用本发明方法计算得到的KGLi，可以定量评估多机系统中发电机PSS对频率振荡的影响大小，为选择有效的机组进行PSS参数调整提供指导。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种评估不同发电机PSS对频率振荡影响大小的方法，其特征在于，包括步骤：
A：根据系统拓扑结构和参数建立电力系统潮流方程，发电机节点为PV节点，负荷节点考虑负荷电压特性；
B：设置发电机i的机端电压为Ui，i＝1,…,N，N为系统发电机总数，解潮流方程并计算得到各节点负荷有功PLj，j＝1,…,M，M为系统负荷节点总数；
C：将发电机i的机端电压增加ΔUi，即设置发电机i的机端电压为Ui+ΔUi，再次解潮流方程获得各节点负荷有功P′Lj；
D：最后计算
Figure FDA0002112571310000011
KGLi越大的发电机，其PSS对频率振荡模式的影响越大，调整该发电机的PSS能提高频率振荡模式的阻尼。
2.根据权利要求1所述的评估不同发电机PSS对频率振荡影响大小的方法，其特征在于，所述的ΔUi不大于1％Ui。
3.根据权利要求1所述的评估不同发电机PSS对频率振荡影响大小的方法，其特征在于，所述的ΔUi＝0.1％Ui。
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