[發明專利]一種具有抑制超低頻振蕩能力的電力系統穩定器設計方法

有效

• 申請號: 201410165633.8
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN103956755A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 吳劍超;武朝強;朱方;霍承祥;李照庭;朱艷卿;黃超
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;中國電力科學研究院
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明涉及一種設計方法，具體涉及一種具有抑制超低頻振蕩能力的電力系統穩定器設計方法。

背景技術

為了解決電力生產和負荷中心不均勻并提高發電和輸電的經濟性，電網規模不斷擴大，并大量應用各種新技術。發電機快速勵磁系統的廣泛應用，提高了電力系統暫態穩定性，但在一定條件下降低了電力系統阻尼，使系統中出現弱阻尼甚至是負阻尼的低頻振蕩。目前，在發電機勵磁控制系統中增加電力系統穩定器(Power?System?Stabilizator，PSS)是抑制低頻振蕩最為有效且經濟的手段。勵磁調節控制方式采用PID+PSS的原理如附圖1所示，其中：U_ref為勵磁調節器參考電壓；U_PSS為PSS的輸出信號；TR為機端電壓U_t測量回路時間常數；U_t為發電機機端電壓；TC1、TC2、TB1、TB2為勵磁調節器PID環節參數；KR為勵磁調節器比例放大倍數；TS為可控硅時間常數；UP+、UP-為勵磁調節器輸出幅值的上、下限制。

PSS抽取與系統振蕩有關的信號，如發電機的有功功率，轉速或頻率，加以處理，產生的附加信號反饋到勵磁調節器中。通過對產生的附加信號進行適當的超前或滯后相位補償，可使PSS在工作頻域內(0.1Hz-2.0Hz)盡可能的為機組提供最大的附加正阻尼。圖2為國內已廣泛使用的某現有PSS模型的傳遞函數。其中：P_E為發電機電功率；ω為發電機轉子角速度；TW1、TW2、TW3為隔直時間常數；T7為慣性環節時間常數，用來近似的模擬積分環節，T7＝TW1；KS2為功率回路增益，H是發電機慣性常數；S為積分算子；KS3＝1；KS1為PSS的輸出增益；T1、T2、T3、T4、T5、T6為超前滯后環節時間常數；T8、T9高頻濾波回路時間常數；M＝5、N＝1；U_pss為電力系統穩定器PSS輸出到勵磁調節器PID的信號。

為了使PSS盡可能的發揮作用，現有PSS的上述參數要視系統的運行情況進行整定。目前，現有PSS在我國國內已廣泛使用，收到很好的使用效果，為我國電力系統的穩定運行提供了有力的保障。隨著系統互聯的擴大，振蕩頻率越來越低，甚至存在低于0.1Hz的超低頻振蕩。而現有的PSS對于低于0.1Hz的超低頻振蕩是基本沒有作用甚至是負作用的。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種具有抑制超低頻振蕩能力的電力系統穩定器設計方法，采取了兩并聯分支結構，各自補償不同的頻域范圍，它們的參數在整定上有較強的獨立性，通過增加超低頻分支，解決了現有PSS在超低頻域內阻尼不足的問題。

為了實現上述發明目的，本發明采取如下技術方案：

本發明提供一種具有抑制超低頻振蕩能力的電力系統穩定器設計方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1：將所述電力系統穩定器的工作頻率分為以轉子角速度偏差Δω為輸入信號的超低頻頻段和以加速度功率偏差積分為輸入信號的中高頻頻段；

步驟2：對超低頻頻段的輸入信號進行篩選，并對其進行相位補償；

步驟3：獲得中高頻頻段的輸入信號，并對其進行相位補償。

所述步驟2中，采用低通濾波環節和帶通濾波環節對超低頻頻段的輸入信號進行篩選，并采用第一超前滯后環節對經過篩選之后的輸入信號進行相位補償。

所述低通濾波環節和帶通濾波環節分別表示為和其中，s為積分算子，T為帶通濾波環節的時間常數，R為補償系數。

所述第一超前滯后環節包括第三超前滯后環節和第四超前滯后環節，分別表示為和其中，T₂₁和T₂₂為第三超前滯后環節的時間常數，T₂₃和T₂₄為第四超前滯后環節的時間常數。

所述步驟3中，加速度功率偏差積分由發電機電功率P_E與轉子角速度偏差Δω獲得，具體包括以下步驟：

步驟3-1：得到發電機電功率偏差積分其中ΔP_E為發電機電功率偏差值，H為發電機慣性常數；

步驟3-2：得到發電機機械功率偏差積分其中ΔP_M為發電機機械功率偏差值；

步驟3-3：濾除發電機機械功率的高頻信號，進而得到發電機加速功率偏差積分其中ΔP為發電機加速功率偏差值；

步驟3-4：通過第二超前滯后環節對發電機加速度功率偏差積分進行相位補償。