本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種與低勵限制功能相協(xié)調(diào)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器配置方法。
背景技術(shù)：
：低勵限制(UEL)作為勵磁系統(tǒng)中一項重要的輔助功能，其作用在于到防止發(fā)電機因進相過深而失穩(wěn)，防止定子鐵芯端部過熱和降低發(fā)電機失磁保護誤動的風險。UEL按接入勵磁系統(tǒng)方式的不同可劃分為疊加型和選擇型2種類型，前者目前應(yīng)用更為廣泛。UEL以機組實時有功Pt，無功Qt和機端電壓Ut為輸入變量。根據(jù)Pt和Ut計算獲得的實時的UEL無功邊界值QVR，將QVR與Qt的差值信號經(jīng)過一個超前—滯后環(huán)節(jié)輸出至勵磁系統(tǒng)電壓疊加點。電力系統(tǒng)低頻振蕩是振蕩頻率在0.1～2Hz范圍內(nèi)的電氣量的持續(xù)振蕩現(xiàn)象，在弱聯(lián)系、遠距離、重負荷輸電線路上更容易出現(xiàn)。低頻振蕩產(chǎn)生的主要原因是現(xiàn)代電力系統(tǒng)采用的快速且高放大倍數(shù)勵磁系統(tǒng)使電力系統(tǒng)原有的正阻尼減弱甚至出現(xiàn)負阻尼。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)已經(jīng)被證實為一種抑制低頻振蕩的有效手段，并且已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)中。PSS的基本原理是引入母線頻率變化信號、加速功率信號、軸滑差值信號、電磁功率差值信號中的一種或幾種，通過控制環(huán)節(jié)補償勵磁系統(tǒng)的相位滯后特性，產(chǎn)生一個附加的阻尼轉(zhuǎn)矩以抑制低頻振蕩。《電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定實驗導(dǎo)則》(DL/T1231‐2013)中規(guī)定了工程上基于相位補償法確定PSS參數(shù)的整定方法。因為UEL和PSS的輸出信號均輸出至勵磁系統(tǒng)電壓疊加點，二者在機組受擾動態(tài)過程中均參與勵磁調(diào)節(jié)而相互影響，傳統(tǒng)的PSS參數(shù)無法起到理想的效果，現(xiàn)場已發(fā)生多起因UEL作用使得電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性惡化的案例。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種與低勵限制功能相協(xié)調(diào)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器配置方法，構(gòu)建并求解考慮低勵限制動作時新增電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的超前‐滯后環(huán)節(jié)時間常數(shù)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，該優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建避免了低勵限制投入對系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的惡化作用。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種與低勵限制功能相協(xié)調(diào)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器配置方法，所述方法包括以下步驟：(1)設(shè)置基于低勵限制邊界線的發(fā)電機典型進相運行工況點集合；(2)考慮低勵限制未動作時傳統(tǒng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS1投入的情況，基于單機‐無窮大系統(tǒng)Heffron‐Phillips模型，確定PSS1經(jīng)過勵磁環(huán)節(jié)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增量信號相對于PSS輸入信號的開環(huán)傳遞函數(shù)GX(s)；(3)考慮低勵限制動作時新增電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS2投入的情況，基于單機‐無窮大系統(tǒng)擴展Heffron‐Phillips模型，確定PSS2經(jīng)過勵磁環(huán)節(jié)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增量信號相對于PSS2輸入信號的開環(huán)傳遞函數(shù)G′X(s)；(4)利用傳遞函數(shù)GX(s)和G′X(s)，構(gòu)建PSS2的超前‐滯后環(huán)節(jié)時間常數(shù)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型并求解。優(yōu)選的，所述步驟(1)中設(shè)置基于低勵限制邊界線的發(fā)電機典型進相運行工況點集合包括2個工況點；針對發(fā)電機通過聯(lián)系阻抗jXe接入無窮大容量的母線構(gòu)成的單機‐無窮大系統(tǒng)，以發(fā)電機額定視在功率SN和額定電壓UN為基準值，定義工況點1的有功功率P1、無功功率Q1、機端電壓U1和聯(lián)系電抗Xe1為：P1＝0.5pu，Q1＝‐0.1+QVR1pu，U1＝1.0pu，Xe1＝0.4pu；其中，QVR1為根據(jù)已知的低勵限制邊界線函數(shù)，QVR＝f(P,U)，將P1和U1帶入后計算的值；定義工況點2的有功功率P2、無功功率Q2、機端電壓U2和聯(lián)系電抗Xe2為：P2＝1pu，Q2＝‐0.1+QVR2pu，U2＝1.0pu，Xe2＝0.2pu；其中，QVR2為根據(jù)已知的低勵限制邊界線函數(shù)，QVR＝f(P,U)，將P2和U2帶入后計算的值。優(yōu)選的，所述步驟(2)中考慮低勵限制未動作時傳統(tǒng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS1投入的情況，基于單機‐無窮大系統(tǒng)Heffron‐Phillips模型，確定PSS1經(jīng)過勵磁環(huán)節(jié)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增量信號相對于PSS輸入信號的開環(huán)傳遞函數(shù)GX(s)為：GX(s)＝K2G(s)GPSS1(s)(1)式(1)中，G(s)＝K3KA/(1+K3K6KA+sK3KT′d0)，GPSS1(s)為PSS1的傳遞函數(shù)，KA為勵磁系統(tǒng)主環(huán)放大倍數(shù)，T′d0為直軸暫態(tài)開路時間常數(shù)，K、K2、K3和K6皆為Heffron‐Phillips模型中根據(jù) 系統(tǒng)工況和發(fā)電機參數(shù)計算獲得的系數(shù)。優(yōu)選的，所述步驟(3)中考慮低勵限制動作時新增電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS2投入的情況，基于單機‐無窮大系統(tǒng)擴展Heffron‐Phillips模型，確定PSS2經(jīng)過勵磁環(huán)節(jié)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增量信號相對于PSS2輸入信號的開環(huán)傳遞函數(shù)G′X(s)為：G′X(s)＝K2G(s)GPSS2(s)/(1-G(s)GUEL(s)K8)(2)式(2)中，G(s)＝K3KA/(1+K3K6KA+sK3KT′d0)；GUEL(s)為UEL的傳遞函數(shù)，GPSS2(s)為PSS2的傳遞函數(shù)，K、K2、K3、K6和K8皆為為擴展Heffron‐Phillips模型中根據(jù)系統(tǒng)工況和發(fā)電機參數(shù)計算獲得的系數(shù)。優(yōu)選的，所述步驟(4)中利用傳遞函數(shù)GX(s)和G′X(s)，構(gòu)建PSS2的超前‐滯后環(huán)節(jié)時間常數(shù)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型和求解方法包括如下步驟：4‐1確定PSS2的超前滯后環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；4‐2構(gòu)造計算時間常數(shù)T1′、T2′、T3′和T4′的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；4‐3采用粒子群優(yōu)化算法求解優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。進一步地，所述步驟(4‐1)包括：確定PPSS2的超前滯后環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為(1+T1's)/(1+T2's)*(1+T3's)/(1+T4's)，其中，T1′、T2′、T3′、T4′為時間常數(shù)。進一步地，所述步驟(4‐2)中構(gòu)建計算時間常數(shù)T1′、T2′、T3′和T4′的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型如下式所示：式(3)中，Tj′為PSS2的超前滯后環(huán)節(jié)時間常數(shù)，fi為振蕩頻率點，取值范圍為0.1～2Hz；為典型進相運行工況點1時，考慮低勵限制未啟動時傳統(tǒng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS1作用下，開環(huán)傳遞函數(shù)GX(s)在0.1～2Hz頻率范圍內(nèi)對應(yīng)的相位值序列；為典型進相運行工況點1時，考慮低勵限制動作時新增電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS2作用下，開環(huán)傳遞函數(shù)G′X(s)在0.1～2Hz頻率范圍內(nèi)對應(yīng)的相位值序列；為典型進相運行工況點 2時，考慮低勵限制未啟動時傳統(tǒng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS1作用下，開環(huán)傳遞函數(shù)GX(s)在0.1～2Hz頻率范圍內(nèi)對應(yīng)的相位值序列；為典型進相運行工況點2時，考慮低勵限制啟動時新增電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS2作用下，開環(huán)傳遞函數(shù)G′X(s)在0.1～2Hz頻率范圍內(nèi)對應(yīng)的相位值序列；fmk為PSS超前滯后環(huán)節(jié)的中心頻率，PSS1對應(yīng)的2個中心頻率分別為：和PSS2對應(yīng)的2個中心頻率分別為：和和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果：1、本發(fā)明提供的技術(shù)方案通過發(fā)電機典型進相運行工況點集合的設(shè)置，考慮了低勵限制動作時新增電力系統(tǒng)穩(wěn)定器對發(fā)電機大負荷方式和小負荷方式不同運行工況的適應(yīng)性，保證在運行方式發(fā)生變化時仍發(fā)揮理想的效果；2、本發(fā)明提供的技術(shù)方案考慮了新增電力系統(tǒng)穩(wěn)定器對整個低頻振蕩頻段的有效覆蓋，對不同振蕩模式均可提供有效阻尼；3、本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有操作簡單方便，實用性強的優(yōu)點。附圖說明圖1為本發(fā)明中所提出技術(shù)方案的流程圖；圖2為不包含UEL的單機無窮大系統(tǒng)Heffron‐Phillips模型；圖3為本發(fā)明中包含UEL的單機無窮大系統(tǒng)擴展Heffron‐Phillips模型；圖4為本發(fā)明中工況1條件下UEL動作前后PSS1提供電磁轉(zhuǎn)矩相頻特性對比圖；圖5為本發(fā)明中工況2條件下UEL動作前后PSS1提供電磁轉(zhuǎn)矩相頻特性對比圖；圖6為本發(fā)明中工況1條件下PSS1和PSS2提供電磁轉(zhuǎn)矩的相頻特性對比圖；圖7為本發(fā)明中工況2條件下PSS1和PSS2提供電磁轉(zhuǎn)矩的相頻特性對比圖。具體實施方式下面結(jié)合具體實例對本發(fā)明進行詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明提出一種與低勵限制功能相協(xié)調(diào)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器配置方法，包括：(1)設(shè)置基于低勵限制邊界線的發(fā)電機典型進相運行工況點集合；(2)考慮低勵限制未動作時傳統(tǒng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS1投入的情況，基于單機‐無窮大系統(tǒng) Heffron‐Phillips模型，確定PSS1經(jīng)過勵磁環(huán)節(jié)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增量信號相對于PSS輸入信號的開環(huán)傳遞函數(shù)GX(s)；(3)考慮低勵限制動作時新增電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS2投入的情況，基于單機‐無窮大系統(tǒng)擴展Heffron‐Phillips模型，確定PSS2經(jīng)過勵磁環(huán)節(jié)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增量信號相對于PSS2輸入信號的開環(huán)傳遞函數(shù)G′X(s)；(4)利用傳遞函數(shù)GX(s)和G′X(s)，構(gòu)建PSS2的超前‐滯后環(huán)節(jié)時間常數(shù)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型并求解。具體通過以下具體實施例中的計算均按照該流程執(zhí)行：圖2所示為基于K1～K6系數(shù)的單機無窮大系統(tǒng)Heffron-Phillips模型，該模型的推導(dǎo)過程及其模型系數(shù)K1～K6表達式見文獻《電力系統(tǒng)穩(wěn)定性及發(fā)電機勵磁控制》(劉取著，《中國電力出版社》出版，2007年)相關(guān)章節(jié)；圖3所示為基于K1～K8系數(shù)且含UEL的單機無窮大系統(tǒng)Heffron-Phillips模型，該模型是在原Heffron-Phillips模型的基礎(chǔ)上考慮UEL動作時的調(diào)節(jié)作用推導(dǎo)獲得的，這里給出圖2中擴展Heffron-Phillips模型新增系數(shù)K7和K8的表達式如下：式中Ud0和Uq0為穩(wěn)態(tài)運行點的機端電壓直軸和交軸分量；Id0和Iq0為擾動前機端電流直軸和交軸分量；x′d為發(fā)電機直軸暫態(tài)電抗；xq為發(fā)電機交軸電抗；xe為系統(tǒng)聯(lián)系電抗；Ku和C分別為為低勵限制線斜率和截距。令G3(s)＝K3/(1+sK3T′d0)，GAVR(s)＝KA/(1+sTE)，并記圖1中虛線框內(nèi)傳遞函數(shù)為G(s)，則：電力系統(tǒng)中廣泛采用以靜止勵磁系統(tǒng)為代表的快速勵磁系統(tǒng)，該類勵磁系統(tǒng)時間常數(shù)一 般小于0.1秒，可取TE＝0，則：在基于K1～K6系數(shù)的不包含UEL的單機無窮大系統(tǒng)Heffron-Phillips模型中電磁轉(zhuǎn)矩信號相對于PSS1輸入信號的開環(huán)傳遞函數(shù)為：GX(s)＝K2G(s)GPSS1(s)(8)式中GPSS1(s)為PSS1的傳遞函數(shù)，G(s)＝K3KA/(1+K3K6KA+sK3KT′d0)，KA為勵磁系統(tǒng)主環(huán)放大倍數(shù)，T′d0為直軸暫態(tài)開路時間常數(shù)，其他參數(shù)為Heffron-Phillips模型中根據(jù)系統(tǒng)工況和發(fā)電機參數(shù)計算獲得的系數(shù)。在基于K1～K8系數(shù)的包含UEL的單機無窮大系統(tǒng)擴展Heffron-Phillips模型中電磁轉(zhuǎn)矩信號相對于PSS輸入信號的開環(huán)傳遞函數(shù)為：G′X(s)＝K2G(s)GPSS2(s)/(1-G(s)GUEL(s)K8)(9)式中G(s)＝K3KA/(1+K3K6KA+sK3KT′d0)；GUEL(s)為UEL的傳遞函數(shù)，GPSS2(s)為PSS2的傳遞函數(shù)，KA為勵磁系統(tǒng)主環(huán)放大倍數(shù)，T′d0為直軸暫態(tài)開路時間常數(shù)，其他參數(shù)為擴展Heffron-Phillips模型中根據(jù)系統(tǒng)工況和發(fā)電機參數(shù)計算獲得的系數(shù)。以某典型單機無窮大系統(tǒng)作為算例，該系統(tǒng)基本參數(shù)如表1所示。表1發(fā)電機參數(shù)表項目值發(fā)電機額定視在功率SN(MVA)639.5發(fā)電機額定有功功率PN(MW)550發(fā)電機額定無功功率QN(MVar)326.35發(fā)電機直軸同步電抗xd(pu.)1.627發(fā)電機直軸暫態(tài)電抗x′d(pu.)0.523發(fā)電機交軸同步電抗xq(pu.)1.16發(fā)電機轉(zhuǎn)子慣性時間常數(shù)TJ(s)8.4發(fā)電機直軸暫態(tài)開路時間常數(shù)T′d0(s)10發(fā)電機阻尼系數(shù)D(pu.)2.0發(fā)電機勵磁系統(tǒng)參數(shù)為：KA＝39.575；TE＝0.01s；UEL控制環(huán)節(jié)參數(shù)為：KH＝10；TH1＝0.2s； TH2＝2s；設(shè)UEL不動作時的PSS1和UEL動作時的PSS2均采用為以電磁功率信號為輸入的PSS1A型，其傳遞函數(shù)表達式為：GPSS(s)＝sKQSTQ(1+sT1)(1+sT3)/(1+sTQ)/(1+sT2)/(1+sT4)；已知PSS1的參數(shù)為：KQS＝10；TQS＝6s；TQ＝6s；T1＝0.15s；T2＝0.04s；T3＝0.5s；T4＝0.04s。PSS2的參數(shù)為：K′QS＝10；T′QS＝6s；T′Q＝6s；超前滯后環(huán)節(jié)時間常數(shù)T′1、T′2、T′3、T′4為待求量。計算步驟(1)中兩種工況的擴展Heffron-Phillips模型參數(shù)分別為：工況1：P＝0.5SN(319.75MW)，Q＝-0.1SN+QVR|P＝0.5pu＝-0.3SN(-191.8Mvar)，U＝1.0pu，Xe＝0.2pu；K1＝0.7092；K2＝0.7217；K3＝0.3957；K4＝0.7967；K5＝0.0039；K6＝0.2460；K7＝0.0054；K8＝-1.1963；(Ud0＝0.4450；Uq0＝0.8635；Id0＝-0.0252；Iq0＝0.3836；xe＝0.4pu)；工況2：P＝1.0SN(639.5MW)，Q＝-0.1SN+QVR|P＝1.0pu＝-0.1SN(-63.95Mvar)，U＝1.0pu，Xe＝0.4pu；K1＝0.7891；K2＝0.9135；K3＝0.4554；K4＝1.0085；K5＝-0.0761；K6＝0.3360；K7＝0.0602；K8＝-0.9395；(Ud0＝0.6270；Uq0＝0.7687；Id0＝0.3568；Iq0＝0.0.5405；xe＝0.2pu)。將已求得模型參數(shù)代入式(8)和式(9)(以GPSS1(s)代替式中GPSS2(s))可得工況1和工況2下UEL是否動作時PSS1提供電磁轉(zhuǎn)矩的相頻特性分別如圖3和圖4所示。根據(jù)圖3和圖4可見，PSS1在UEL不動作時能夠為系統(tǒng)提供合適的阻尼，但UEL動作時PSS1提供電磁轉(zhuǎn)矩的相位較UEL不動作時超前很多，需整定PSS2；為使PSS2在UEL動作后盡可能達到PSS1在UEL動作之前的控制效果，首先應(yīng)使PSS2和PSS1所提供轉(zhuǎn)矩的相位盡可能接近。利用傳遞函數(shù)GX(s)和G′X(s)，構(gòu)造確定PSS2的超前-滯后環(huán)節(jié)時間常數(shù)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型和求解方法，包含如下步驟：1)PSS1超前滯后環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)為：(1+T1s)/(1+T2s)*(1+T3s)/(1+T4s)；PSS2的超前滯后環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：(1+T1's)/(1+T2's)*(1+T3's)/(1+T4's)，時間常數(shù)T1、T2、T3、T4為已知量，時間常數(shù)T1′、T2′、T3′、T4′為待求量。2)構(gòu)造計算時間常數(shù)T1′、T2′、T3′、T4′的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型如下：式(10)中Tj′為PSS2的超前滯后環(huán)節(jié)時間常數(shù)。fi為振蕩頻率點，取值范圍為0.1～2Hz。為典型進相運行工況點1時，考慮低勵限制未動作時傳統(tǒng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS1作用下，開環(huán)傳遞函數(shù)GX(s)在0.1～2Hz頻率范圍內(nèi)對應(yīng)的相位值序列；為典型進相運行工況點1時，考慮低勵限制動作時新增電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS2作用下，開環(huán)傳遞函數(shù)G′X(s)在0.1～2Hz頻率范圍內(nèi)對應(yīng)的相位值序列。為典型進相運行工況點2時，考慮低勵限制未動作時傳統(tǒng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS1作用下，開環(huán)傳遞函數(shù)GX(s)在0.1～2Hz頻率范圍內(nèi)對應(yīng)的相位值序列；為典型進相運行工況點2時，考慮低勵限制動作時新增電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS2作用下，開環(huán)傳遞函數(shù)G′X(s)在0.1～2Hz頻率范圍內(nèi)對應(yīng)的相位值序列。式(3)中fmk為PSS超前滯后環(huán)節(jié)的中心頻率，PSS1對應(yīng)有2個中心頻率為：PSS2對應(yīng)有2個中心頻率為：3)采用粒子群優(yōu)化算法，求解式(10)中的優(yōu)化問題，設(shè)置粒子群規(guī)模為PSOsize＝50，微粒的維數(shù)為PSOxvs＝4，加速因子為c1＝c2＝2.05；慣性常數(shù)w＝0.5；設(shè)置粒子的初始位置為PSS1的參數(shù)，最大迭代次數(shù)為MAXiter＝50；最大迭代誤差為MAXerr＝0.001；交叉概率為Pcros＝0.2。計算結(jié)果為：T′1＝0.3525；T′2＝0.01s；T′3＝0.2825；T′4＝9.0399；將所得參數(shù)代入式(8)和(9)中計算可得工況1和工況2下到PSS2在UEL動作時提供電磁轉(zhuǎn)矩和PSS1在UEL不動作時提供電磁轉(zhuǎn)矩的相頻特性對比圖如圖5和圖6所示，可見PSS2相位補償環(huán)節(jié)時間常數(shù)滿足相位補償要求。最后應(yīng)當說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員盡管參照上述實施例應(yīng)當理解：依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3