[發(fā)明專利]一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的實(shí)現(xiàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310177974.2
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN103296688A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳龍;蘇為民;韓兵;謝歡;牟偉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京南瑞繼保電氣有限公司;南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)控制領(lǐng)域，尤其是有關(guān)于一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

同步發(fā)電機(jī)經(jīng)輸電線路接入電力系統(tǒng)運(yùn)行，輸電線路越長，其阻尼越弱，線路輸出靜穩(wěn)極限功率越小，當(dāng)同步發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率超過輸電線路的靜穩(wěn)極限功率時(shí)，同步發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率會(huì)出現(xiàn)周期性振蕩，振蕩頻率與輸電線路長短，同步發(fā)電機(jī)容量及接入電網(wǎng)容量相關(guān)，一般頻率在0.1Hz-2.0Hz范圍內(nèi)，稱為有功功率低頻振蕩。另外，隨著電網(wǎng)不斷擴(kuò)大，區(qū)域聯(lián)網(wǎng)成為趨勢，如果區(qū)域電網(wǎng)之間聯(lián)絡(luò)線距離過長，其阻尼也會(huì)變?nèi)酰?dāng)區(qū)域間交換功率大于聯(lián)絡(luò)線的靜穩(wěn)極限功率時(shí)，聯(lián)絡(luò)線交換功率就會(huì)出現(xiàn)低頻振蕩現(xiàn)象。有功功率低頻振蕩不僅影響輸電線路的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，也影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成大電網(wǎng)分解及大范圍停電的重大安全事故。目前，電力系統(tǒng)中一般在同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)中增加電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）設(shè)備，讓勵(lì)磁調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的阻尼力矩隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速或有功功率變化而變化，并保持與轉(zhuǎn)速變化方向一致，增強(qiáng)電力系統(tǒng)正阻尼特性，抑制電力系統(tǒng)有功功率低頻振蕩。

在同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）采用附加控制的方式，將電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸出疊加在電壓調(diào)節(jié)作用上，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器輸出有一個(gè)臨界增益，超過臨界增益，勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)失去穩(wěn)定，工程應(yīng)用中必須保證低頻振蕩范圍內(nèi)，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器最大增益不得超過臨界增益的三分之一，一般取為五分之一和三分之一之間。

在當(dāng)代發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器主要有兩種方式：一種采用有功功率或剩余功率為主調(diào)節(jié)因數(shù)，轉(zhuǎn)速作為輔助因數(shù)，代表拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)稱為PSS2B模型（IEEE?Std421.5-2005IEEE?Recommended?Practice?for?Excitation?System?Models?for?Power?System?Stability?Studies），為串聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示.

在低頻振蕩時(shí)，有功功率經(jīng)過隔直環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)產(chǎn)生的值與轉(zhuǎn)速經(jīng)隔直環(huán)節(jié)產(chǎn)生的值相加后為0，即低頻振蕩過程中轉(zhuǎn)速不起調(diào)節(jié)作用，PSS2B模型僅靠有功功率經(jīng)過相位補(bǔ)償后和增益放大后起作用。由于相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)自然特性的作用，PSS2B在高頻段的增益（1Hz以上）要比低頻段的增益大得多，這決定PSS2B模型必段以高頻段的增益不大于臨界增益的三分之一，導(dǎo)致PSS2B模型在低頻段的增益很小，這是PSS2B模型在低頻段的抑制低頻振蕩效果普遍較差的根本原因，而實(shí)際工程中，大電網(wǎng)的區(qū)域電網(wǎng)間和大型水電機(jī)組長遠(yuǎn)距離輸電引起的低頻振蕩頻率均處于中低頻段（0.2-0.8Hz），PSS2B不能滿足大電網(wǎng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的需要。

另一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器采用有功功率和轉(zhuǎn)速共同作用，代表拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)稱為PSS4B模型（IEEE?Std421.5-2005IEEE?Recommended?Practice?for?Excitation?System?Models?for?Power?System?Stability?Studies），為并聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型，如圖2所示。

將低頻振蕩分為三個(gè)頻段：低頻段、中頻段和高頻段，三個(gè)頻段的劃分，很好的解決PSS2B模型中單一函數(shù)所帶來的增益變化大的不足，PSS4B模型在整個(gè)低頻振蕩頻率范圍內(nèi)，其增益變化較小，這樣，可以保證中低頻段具有足夠的增益，也保證PSS4B在中低頻段抑制振蕩的效果比PSS2B要顯著得多，但PSS4B模型相移范圍有限，僅適合無補(bǔ)償相移范圍較小的自并勵(lì)系統(tǒng)，且無法保證在整個(gè)低頻振蕩范圍內(nèi)，PSS4B輸出力矩始終保持與轉(zhuǎn)速變化方向一致（-30度～30度），導(dǎo)致PSS4B在高頻段抑制效果降低。對于無補(bǔ)償相移范圍較大的勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，PSS4B則無法適用，在高頻段有時(shí)會(huì)引起發(fā)散性振蕩，反而給電力系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來負(fù)面影響。

綜上所述，PSS2B模型和PSS4B模型在實(shí)際工程運(yùn)行中，都有其局限性，本發(fā)明人致力于研究及完善電力系統(tǒng)穩(wěn)定器抑制電網(wǎng)有功功率低頻振蕩，增強(qiáng)電網(wǎng)正阻尼的功能，解決常規(guī)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型適應(yīng)范圍窄、應(yīng)用欠靈活的現(xiàn)象及問題，需要解決的問題可歸納為以下幾點(diǎn)：

（1）研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定器新型模型，解決低頻振蕩頻率范圍內(nèi)增益變化比小，并能適應(yīng)發(fā)電機(jī)無補(bǔ)償相移變化的模型；

（2）研究針對新模型的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器參數(shù)整定方法，提供一種行之有效的手段和方法，保證新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器能方便應(yīng)用于實(shí)際工程中，從而解決電網(wǎng)實(shí)際問題，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。

發(fā)明內(nèi)容