一种基于PSS的火电机组低频振荡的抑制方法

一种基于pss的火电机组低频振荡的抑制方法
技术领域
1.本发明涉及电力系统稳定运行分析领域，尤其是一种基于pss的火电机组低频振荡的抑制方法。


背景技术：

2.由于国内电网负荷中心与能源分布不平衡，需要建设大规模、长距离跨区电网解决这种不平衡。交直流特高压混联电网的逐渐成型，很好地解决了远距离输送和异地消纳的问题，提高了各地区的经济效益。为提高系统的静稳极限和暂态稳定性，系统大量的机组配置了快速励磁系统，如自并励励磁系统，虽然提高了故障响应速度，但同时降低了系统的阻尼，加大了电网动态稳定性的风险，若不加处置，易引起电网崩溃，造成大面积停电事故。在我国实际电网运行中，低频振荡时有发生，这也成为威胁我国互联电网安全稳定运行的重要问题之一。
3.电力系统稳定器(power system stabilizer，pss)是提高系统的阻尼，抑制系统低频振荡的多种方式中最经济、最有效的措施。国内从2001年的东北华北联网工程开始推广配置pss，pss也因此得到了大量的现场工程应用，发展到现在已成为网源协调中最重要的一项并网技术要求。故本专利针对火电机组中的低频振荡现象，通过合理的整定pss的参数，将整定后的pss配置在火电机组上，来提升火电机组抑制低频振荡的能力。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于pss的火电机组低频振荡的抑制方法，其在计算出火电机组转子的自然振荡频率的基础上，推导励磁系统产生的附加转矩到pss的输出信号之间的传递函数，然后通过合理整定pss的参数，并将其配置在火电机组上来抑制火电机组的低频振荡。
5.为此，本发明采用的一种技术方案为：一种基于pss的火电机组低频振荡的抑制方法，其包括：
6.步骤1、根据单机无穷大系统的运行状态，可计算出火电机组转子的无阻尼自然振荡频率；
7.步骤2、确定pss加入后希望达到的阻尼比，进而计算出火电机组转子的阻尼振荡频率；
8.步骤3、由火电机组的励磁系统的框图，可求得励磁系统的传递函数，进而可求出励磁系统产生的附加转矩到pss的输出信号之间的传递函数；
9.步骤4、由励磁系统产生的附加转矩到pss的输出信号之间的传递函数的表达式，可求得pss中超前环节及隔直环节中的参数，进而可将该组参数下的pss配置在火电机组上，来抑制其低频振荡。
10.进一步地，所述步骤1中，火电机组转子的无阻尼自然振荡频率ωn的计算公式为：
11.12.其中，
[0013][0014]
式中，ω0为同步转速，tj为机组的惯性时间常数，xq为交轴同步电抗，x
′d为直轴暂态电抗，x
l
为外电抗，id、iq分别为发电机定子电流的d、q轴分量，δ为发电机的功角，e
′q为发电机交轴暂态电动势。
[0015]
进一步地，所述步骤2中，首先确定pss加入后希望达到的阻尼比ξ
p
，由此可计算出转子的阻尼振荡频率ωd：
[0016][0017]
进一步地，所述步骤3中，由励磁系统的框图，可求得励磁系统的传递函数为：
[0018][0019]
式中，k
p
、ki分别为并联pid环节的比例环节系数、积分环节系数，ka、ta分别为调压器的增益和时间常数。
[0020]
进而可求出励磁系统产生的附加转矩到pss的输出信号之间的传递函数：
[0021][0022]
其中，
[0023][0024]
式中，xd为直轴同步电抗，u
td
、u
tq
分别为发电机机端电压的d、q轴分量。
[0025]
进一步地，所述步骤4中，由pss的框图，可求出pss的传递函数为：
[0026][0027]
式中，k为隔直环节的增益，tw为隔直环节的时间常数，t为超前环节的时间常数，α为超前环节的比例系数。
[0028]
由励磁系统产生的附加转矩到pss的输出信号之间的传递函数，可知其滞后的相角为φ
x
，进而可求得pss传递函数中的参数：
[0029]
[0030][0031][0032]
其中，tw的值可在3～5s内任选。
[0033]
将该组参数下的pss配置在火电机组上，火电机组的低频振荡可得到有效抑制。
[0034]
本发明具有的有益效果如下：本发明通过配置pss，能够有效提升火电机组抑制低频振荡的能力。
附图说明
[0035]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0036]
图1为本发明实施例提供的火电机组的励磁系统的框图；
[0037]
图2为本发明实施例提供的pss的框图；
[0038]
图3为本发明实施例提供的在故障扰动下加入pss前后火电机组的电磁功率的仿真图；
具体实施方式
[0039]
下面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。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0040]
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，具体分析过程如下所示：
[0041]
步骤1、根据单机无穷大系统的运行状态，可计算出火电机组转子的无阻尼自然振荡频率；
[0042]
根据系统稳定运行时的功角、暂态电动势及定子电流d、q轴分量值，可求出系数k1的值：
[0043][0044]
进而，可求得火电机组转子的无阻尼自然振荡频率ωn：
[0045][0046]
步骤2、确定pss加入后希望达到的阻尼比，进而计算出火电机组转子的阻尼振荡频率；
[0047]
首先通过特征值分析可求得加入pss前火电机组的机电振荡模态：
[0048]
表1加入pss前火电机组的机电振荡模态
[0049]
特征值实部特征值实部振荡频率阻尼比-0.0114.7180.7510.002
[0050]
由表1结果可知，此时系统处于弱阻尼的状态，故可设置加入pss后希望转子振荡达到的阻尼比为ξ
p
＝0.3，进而可求得火电机组转子的阻尼振荡频率ωd为：
[0051][0052]
步骤3、由火电机组的励磁系统的框图，可求得励磁系统的传递函数，进而可求出励磁系统产生的附加转矩到pss的输出信号之间的传递函数；
[0053]
由图1中励磁系统的框图，可求得励磁系统的传递函数为：
[0054][0055]
式中，k
p
、ki分别为并联pid环节的比例环节系数、积分环节系数，ka、ta分别为调压器的增益和时间常数。
[0056]
进而可求出励磁系统产生的附加转矩到pss的输出信号之间的传递函数：
[0057][0058]
其中，
[0059][0060]
式中，xd为直轴同步电抗，u
td
、u
tq
分别为发电机机端电压的d、q轴分量。
[0061]
将s＝jωd＝j4.653代入g
x
(s)的表达式中，可求得：
[0062]gx
(s)＝g
x
(jωd)＝|g
x
(jωd)|∠-φ
x
＝1.275∠-65.632
°
[0063]
步骤4、由励磁系统产生的附加转矩到pss的输出信号之间的传递函数的表达式，可求得pss中超前环节及隔直环节中的参数，进而可将该组参数下的pss配置在火电机组上，来抑制其低频振荡。
[0064]
由图2中pss的框图可得，pss的传递函数为：
[0065][0066]
式中，k为隔直环节的增益，tw为隔直环节的时间常数，t为超前环节的时间常数，α为超前环节的比例系数。
[0067]
由励磁系统产生的附加转矩到pss的输出信号之间的传递函数的表达式，可知其滞后的相角φ
x
＝65.632
°
，进而可求得pss传递函数中的参数：
[0068][0069][0070][0071]
其中，tw的值可在3～5s内任选，这里取tw＝5s。
[0072]
至此，pss的传递函数中的全部参数已确定，将该pss配置在火电机组上，通过仿真测试，其结果如图3所示，由图3可知，pss可以显著提高火电机组抑制低频振荡的效果。
[0073]
值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
[0074]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。