一种燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法与流程

1.本发明涉及发电机组励磁控制技术领域，特别是一种燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法。


背景技术：

2.随着电力系统的发展、互联电力系统的出现和扩大、快速自动励磁调节器和快速励磁系统的应用，国内外不少电力系统出现了低频功率振荡，严重影响电力系统的安全稳定运行，成为制约联络线输送功率极限提高的最重要因素之一。
3.在互联电力系统中一般都存在两种振荡模式，即地区性振荡模式(频率一般在0.5～2.0hz)和区域间振荡模式(频率一般在0.1～2.0hz)。随着电网的扩大和送电功率的增加，动态稳定问题(低频振荡问题)已成为影响互联系统安全、稳定、经济运行的最重要的因素之一。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.鉴于上述和/或现有的燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法中存在的问题，提出了本发明。
6.因此，本发明所要解决的问题在于如何提供一种燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法，其包括，低频振荡检测；倘若没有发生低频振荡，低频振荡控制量输出为0；倘若发生了低频振荡，对低频振荡区段进行划分；根据不同振荡区段的控制参数和低频振荡抑制控制模型输出低频振荡抑制控制量；所述低频振荡抑制控制模型包括转速信号隔直环节、转速信号低通滤波环节、转速信号带通滤波环节、功率信号隔直环节、功率计算积分补偿环节、限波处理环节和超前滞后补偿环节。
8.作为本发明所述燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法的一种优选方案，其中：所述转速信号隔直环节中，对转速信号进行隔直处理和式中，t
w1
和t
w2
为隔直处理环节的时间常数，s为积分算子。
9.作为本发明所述燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法的一种优选方案，其中：所述转速信号低通滤波环节中，通过k
l1
和对转速偏差信号进行低通滤波处理，式中k
l1
为低通滤波环节的增益系数，为低通滤波环节的增益系数，t
l2
＝rt
l1
，k
l11
＝
1，s为积分算子，r为低频段中心截至频率的补偿系数，f
l
为中心频率。
10.作为本发明所述燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法的一种优选方案，其中：所述转速信号带通滤波环节中，通过对转速偏差信号进行带通滤波处理，式中k1和k2为带通滤波环节的增益系数，t
l
为带通环节的时间常数，s为积分算子。
11.作为本发明所述燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法的一种优选方案，其中：所述功率信号隔直环节中，通过对转速偏差信号进行带通滤波处理，式中t
w3
是隔直环节时间常数，s为积分算子。
12.作为本发明所述燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法的一种优选方案，其中：所述功率计算积分补偿环节中，通过对转速偏差信号进行带通滤波处理，式中k3是电功率积分计算值补偿系数，t7是电功率积分时间常数，s为积分算子。
13.作为本发明所述燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法的一种优选方案，其中：所述限波处理环节中，通过对δp
x
进行限波处理，式中m和n为陷波器阶数，n为陷波器阶数，t8和t9为陷波器时间常数，s为积分算子。
14.作为本发明所述燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法的一种优选方案，其中：所述超前滞后补偿环节中，通过和对进δpa行超前之后补偿处理，式中t1和t2分别为超前和滞后环节1时间常数，t3和t4分别为超前和滞后环节2时间常数，t5和t6分别为超前和滞后环节3时间常数。
15.作为本发明所述燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法的一种优选方案，其中：所述低频振荡区段分为超低频振荡模式、中低频段振荡模式和中高频段振荡模式。
16.作为本发明所述燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法的一种优选方案，其中：其特征在于：在进行低频振荡检测时，实时检测电网频率，电网频率信号经过低通滤波处理后与50hz相减得到频率偏差。
17.本发明有益效果为：首先对低频振荡区段的判断，然后针对不同振荡区段给低频振荡抑制控制模型输入不同的调节参数，通过此种方式来提升控制模型对不同频段振荡的适应性。并且在低频振荡抑制的控制模型中对δw分支加入了低通滤波和带通滤波，通过低通滤波增加超低频控制阻尼的同时又屏蔽了高频信号的影响，带通滤波的转折频率设置依据低频振荡区段，通过带通滤波设计，让不同振荡区段的控制阻尼增加的更有针对性，并且不干扰电功率分支的调节作用。
附图说明
18.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
领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
19.图1为燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法的低频振荡抑制传递函数框图。
20.图2为燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法的低频振荡抑制控制流程图。
21.图3为燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法的传统的pss2a模型。
22.图4为燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法的频率特性曲线对比图。
23.图5为燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法的超低频振荡模式对比图。
24.图6为燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法的中低频振荡模式对比图。
25.图7为燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法的中高频振荡模式对比图。
具体实施方式
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
27.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
28.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
29.低频振荡是发生在弱联系的互联电网之间或发电机群与电网之间，或发电机群与发电机群之间的一种有功振荡，其振荡频率在0.2-2hz之间，低频振荡发生的有四种可能的原因：
30.系统弱阻尼时，在受到扰动后，其功率发生振荡且长时间才能平息。
31.系统负阻尼时，系统发生扰动而振荡或系统发生自激而引起自激振荡。这种振荡，振荡幅度逐渐增大，直至达到某平衡点后，成为等幅振荡，长时间不能平息。
32.系统振荡模与某种功率波动的频率相同，引起特殊的强迫振荡，这种振荡随功率波动的原因消除而消除。
33.由发电机转速变化引起的电磁力矩变化和电气回路耦合产生的机电振荡，其频率约为0.2-2hz。
34.实施例1
35.参照图1和图2，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法，燃气机组励磁控制系统的低频振荡抑制方法包括如下步骤：
36.首先进行进行低频振荡检测，紧接着进行低频偏振荡判断，根据上一步得到的频率偏差信号判断系统是否发生了低频振荡，倘若没有发生低频振荡，低频振荡控制输出为0，倘若发生了低频振荡，根据频率偏差信号进行低频振荡区段划分，划分为超低频振荡模式(0.1～0.2hz)、中低频段振荡模式(0.2～0.8hz)和中高频段振荡模(1.0～2.0hz)，不同振荡模式决定了转速信号隔直环节、转速信号低通滤波环节、转速信号带通滤波环节、功率信号处理环节、功率计算积分补偿环节、限波处理环节、超前滞后补偿环节等控制环节的调
节参数不同，通过此种方式来提升低频振荡控制对不同频段振荡的适应性。最后根据不同振荡区段的控制参数和低频振荡抑制控制模型输出低频振荡抑制控制调节量。
37.其中，在进行低频振荡检测时，实时检测电网频率，电网频率信号经过低通滤波处理后与50hz相减得到频率偏差。
38.在控制参数分组匹配环节中，根据上一步得到的低频振荡区段划分得到的振荡模式对转速信号隔直环节、转速信号低通滤波环节、转速信号带通滤波环节、功率信号处理环节、限波处理环节和超前滞后环节的控制参数进行对应调整。
39.在转速信号隔直环节中，对转速信号进行隔直处理和式中，t
w1
和t
w2
为隔直处理环节的时间常数，s为积分算子。
40.转速信号低通滤波环节中，通过k
l1
和对转速偏差信号进行低通滤波处理，式中k
l1
为低通滤波环节的增益系数，t
l2
＝rt
l1
，k
l11
＝1，s为积分算子，r为低频段中心截至频率的补偿系数，f
l
为中心频率。
41.转速信号带通滤波环节中，通过对转速偏差信号进行带通滤波处理，式中k1和k2为带通滤波环节的增益系数，t
l
为带通环节的时间常数，s为积分算子。
42.所述功率信号隔直环节中，通过对转速偏差信号进行带通滤波处理，式中t
w3
是隔直环节时间常数，s为积分算子。
43.功率计算积分补偿环节中，通过对转速偏差信号进行带通滤波处理，式中k3是电功率积分计算值补偿系数，t7是电功率积分时间常数，s为积分算子。
44.所述限波处理环节中，通过对δp
x
进行限波处理，其中δp
x
是转速信号带通滤波环节的输出加上(功率计算积分补偿环节的输出乘以适配系数k4)，式中m和n为陷波器阶数，n为陷波器阶数，t8和t9为陷波器时间常数，s为积分算子。
45.所述超前滞后补偿环节中，通过和对进δpa行超前之后补偿处理，其中δpa为(限波处理环节的输出乘以适配系数k5)减去功率计算补偿环节的输出，式中t1和t2分别为超前和滞后环节1时间常数，t3和t4分别为超前和滞后环节2时间常数，t5和t6分别为超前和滞后环节3时间常数。
46.最后将超前之后环节的输出乘以适配系数k得到低频振荡抑制控制的输出控制量。
47.本发明首先对低频振荡区段的判断，然后针对不同振荡区段给低频振荡抑制控制模型输入不同的调节参数，通过此种方式来提升控制模型对不同频段振荡的适应性。并且
在低频振荡抑制的控制模型中对δw分支加入了低通滤波和带通滤波，通过低通滤波增加超低频控制阻尼的同时又屏蔽了高频信号的影响，带通滤波的转折频率设置依据低频振荡区段，通过带通滤波设计，让不同振荡区段的控制阻尼增加的更有针对性，并且不干扰电功率分支的调节作用。本发明控制方法与传统传统pss2b控制方法相比，可以在0～2hz之间都提供优良的阻尼效果，具有优良的全频域功率振荡抑制能力。
48.实施例2
49.参照图3～图7，为本发明第二个实施例，本实施例以某个燃气发电厂为具体算例，燃气机组采用自并励励磁系统，发电机组额定有功功率pn＝920mw，额定视在功率sn＝1010mva；发电机额定电压u
tn
＝24kv；转动惯量tj＝7.4；直轴及交轴同步电抗xd＝1.01，xq＝0.713；直轴暂态开路时间常数t
′
d0
＝9.8s。机组励磁调节器的pss分别采用符合行业标准的要求进行参数设置，
50.传统的pss2a型参数设置的为t1＝0.22，t2＝0.026，t3＝0.2，t4＝0.02，t5＝1，t6＝1，t7＝6s，t8＝0.6，t9＝0.12，t
w1
＝6s，tw2＝6s，t
w3
＝6s，k
s1
＝12，k
s2
＝0.7797，k
s3
＝1。
51.本发明的低频振荡抑制控制的参数分为三段，具体参数设置如下：
52.(0.1～0.2hz)的超低频振荡模式参数设置：t1＝0.22s，t2＝0.026s，t3＝0.2s，t4＝0.02s，t5＝1s，t6＝1s，t7＝6s，t8＝0.6s，t9＝0.12s，t
w1
＝6s，t
w2
＝6s，t
w3
＝6s，t
l
＝1.103s，t
l1
＝1.2107s，t
l2
＝1.4529s，k＝12，k1＝2.1，k2＝1.1，k3＝0.7797，k4＝1，k5＝1，k
l1
＝66，k
l11
＝1。
53.(0.2～0.8hz)的中低频段振荡模式参数设置：t1＝0.22s，t2＝0.026s，t3＝0.2s，t4＝0.02s，t5＝1s，t6＝1s，t7＝6s，t8＝0.6s，t9＝0.12s，t
w1
＝5s，t
w2
＝5s，t
w3
＝5s，t
l
＝0.249s，t
l1
＝0.1730s，t
l2
＝0.2075s，k＝12，k1＝2.1，k2＝1.1，k3＝0.7797，k4＝1，k5＝1，k
l1
＝66k
l11
＝1。
54.(1.0～2.0hz)的中高频段振荡模式高频段参数设置:t1＝0.22s，t2＝0.026s，t3＝0.2s，t4＝0.02s，t5＝1s，t6＝1s，t7＝6s，t8＝0.6s，t9＝0.12s，t
w1
＝3s，t
w2
＝6s，t
w3
＝6s，t
l
＝0.02906，t
l1
＝0.02018，t
l2
＝0.02421，k＝12，k1＝2.1，k2＝1.1，k3＝0.7797，k4＝1，k5＝1，k
l1
＝66，k
l11
＝1。
55.首先基于上述控制参数对本发明方法和传统pss2b控制方法的幅频特性进行分析，通过图4可以明显发现，与传统传统pss2b控制方法相比，本发明方法可以在0～2hz之间都提供优良的效果。
56.最后基于psasp仿真平台，针对不同频段的低频振荡问题，分析比对了不同频段的低频振荡扰动下的作用下，本控制方法和传统pss2b方法的控制效果，通过仿真波形图5～图7，可以直观地验证了本控制方法优良的全频域功率振荡抑制能力。
57.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。