專利名稱：一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)低頻振蕩問題屬于電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性范疇，其表現(xiàn)形式為系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)間的功角、系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線功率等發(fā)生振蕩頻率在0. 2 2. 5赫茲之間的等幅或增幅振蕩。 隨著電力系統(tǒng)規(guī)模由于區(qū)域性系統(tǒng)的互聯(lián)而不斷擴(kuò)大，以及遠(yuǎn)距離大功率輸電需求的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)低頻振蕩問題日益突出，已成為威脅電力系統(tǒng)穩(wěn)定及限制區(qū)域間功率傳送容量的重要因素。因此，研究低頻振蕩的控制措施對于提高系統(tǒng)傳輸能力、維護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行具有非常重要的意義。電力系統(tǒng)低頻振蕩的經(jīng)典理論認(rèn)為發(fā)生低頻振蕩的根本原因是系統(tǒng)中缺乏足夠的機(jī)電振蕩阻尼。在較高外部系統(tǒng)電抗和較高發(fā)電機(jī)輸出的條件下，由于發(fā)電機(jī)磁場繞組、 勵磁系統(tǒng)及勵磁調(diào)節(jié)器的相位滯后特性，使勵磁調(diào)節(jié)器產(chǎn)生相位滯后于功角并與轉(zhuǎn)子速度偏差反相位的負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩，抵消了系統(tǒng)固有的正阻尼，使得系統(tǒng)的總阻尼很小或?yàn)樨?fù)。因此一旦出現(xiàn)擾動，就會引起發(fā)電機(jī)間的功角或聯(lián)絡(luò)線功率等出現(xiàn)等幅或增幅形式的振蕩，這就是低頻振蕩的負(fù)阻尼機(jī)理。勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩的原理如

圖1所示，在外部系統(tǒng)電抗較高或發(fā)電機(jī)輸出較高的情況下，勵磁系統(tǒng)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩可能位于△ ω-Δ δ平面的第四象限，此時勵磁系統(tǒng)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩有與轉(zhuǎn)速偏差反相位的分量，即勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生了負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩。電力系統(tǒng)抑制低頻振蕩的一種有效措施是施加附加勵磁控制，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 PSS(power system stabilization)是一種簡單有效、使用廣泛的勵磁阻尼穩(wěn)定器。目前電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS的設(shè)計(jì)有兩種方案一種方案是基于相位補(bǔ)償方法，通過在勵磁系統(tǒng)中采用某個附加信號，經(jīng)相位補(bǔ)償后使其產(chǎn)生正阻尼轉(zhuǎn)矩的方法來提高系統(tǒng)阻尼。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS向系統(tǒng)提供正阻尼轉(zhuǎn)矩的原理如圖2所示，當(dāng)由電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與勵磁調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩合成的轉(zhuǎn)矩相量在△ ω-Δ δ平面的第一象限時， 系統(tǒng)的總阻尼轉(zhuǎn)矩為正。如果能通過整定電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS相位環(huán)節(jié)的參數(shù)，補(bǔ)償電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速偏差之間的相位，則電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS可以產(chǎn)生正的純阻尼轉(zhuǎn)矩，從而增大系統(tǒng)阻尼?；谙辔谎a(bǔ)償法設(shè)計(jì)PSS可能存在以下兩個問題其一，在一定的運(yùn)行方式下，可能存在著多個振蕩模式，相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇不可能同時對每個振蕩頻率進(jìn)行有效的補(bǔ)償，這將削弱甚至惡化電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS對某些振蕩模式的抑制效果；其二，即便所選擇的相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)參數(shù)對所有振蕩模式都能做到相角補(bǔ)償適當(dāng)，穩(wěn)定器的增益還是很難整定。目前電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS增益的整定主要是通過現(xiàn)場試驗(yàn)，找到臨界增益值后依靠經(jīng)驗(yàn)取該值的1/3 1/2作為電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS的增益。尋找臨界增益值的過程需要多次試驗(yàn)，逐次增大電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS的增益直到系統(tǒng)失穩(wěn)， 每次試驗(yàn)都要對系統(tǒng)形成沖擊，并且依據(jù)此方法設(shè)置的穩(wěn)定器增益也不能保證在各種振蕩模式下為系統(tǒng)提供足夠的阻尼。可見，相位補(bǔ)償方法不是基于嚴(yán)格的控制理論及數(shù)學(xué)理論建立的，而是一種物理的、直觀的設(shè)計(jì)方法。另一種設(shè)計(jì)方案是基于全狀態(tài)反饋控制的穩(wěn)定器設(shè)計(jì)，通過建立狀態(tài)空間下的系統(tǒng)動態(tài)模型，求解黎卡提方程使二次型性能指標(biāo)最優(yōu)來設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS，這是一種理論嚴(yán)格的方法，然而并非系統(tǒng)所有的狀態(tài)變量都易于直接檢測，有些狀態(tài)變量甚至無法檢測，因此常常需要建立全空間狀態(tài)變量的觀測器。而觀測器的狀態(tài)逼近實(shí)際狀態(tài)的速度取決于觀測器極點(diǎn)的選擇，因此，對于由狀態(tài)觀測器構(gòu)成狀態(tài)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，觀測器極點(diǎn)的設(shè)計(jì)會同時影響整個穩(wěn)定器的控制效果。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述背景技術(shù)中提到的相位補(bǔ)償方法中相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)參數(shù)的選擇不能對所有振蕩頻率進(jìn)行有效的補(bǔ)償、全狀態(tài)反饋控制的狀態(tài)變量觀測器極點(diǎn)不易配置等不足，本發(fā)明提出了一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器設(shè)計(jì)方法，其特征是該方案包括以下步驟步驟1 建立發(fā)電機(jī)、勵磁系統(tǒng)和電壓調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)狀態(tài)空間模型；步驟2 計(jì)算系統(tǒng)狀態(tài)空間模型中狀態(tài)變量的反饋增益，取對應(yīng)于反饋增益最大量的變量為主導(dǎo)變量；步驟3 以發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓參考值為輸入變量、所述主導(dǎo)變量為輸出變量，建立發(fā)電機(jī)、勵磁系統(tǒng)和電壓調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)模型；步驟4 利用步驟3中的傳遞函數(shù)模型構(gòu)建系統(tǒng)根軌跡圖，確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的條件；步驟5 根據(jù)使系統(tǒng)穩(wěn)定的條件，通過調(diào)整穩(wěn)定器的參數(shù)來完成穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)。所述穩(wěn)定器的表達(dá)式為
權(quán)利要求
1.一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器設(shè)計(jì)方法，其特征是該方案包括以下步驟 步驟1 建立發(fā)電機(jī)、勵磁系統(tǒng)和電壓調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)狀態(tài)空間模型；步驟2:計(jì)算系統(tǒng)狀態(tài)空間模型中狀態(tài)變量的反饋增益，取對應(yīng)于反饋增益最大量的變量為主導(dǎo)變量；步驟3:以發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓參考值為輸入變量、所述主導(dǎo)變量為輸出變量，建立發(fā)電機(jī)、勵磁系統(tǒng)和電壓調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)模型；步驟4 利用步驟3中的傳遞函數(shù)模型構(gòu)建系統(tǒng)根軌跡圖，確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的條件； 步驟5 根據(jù)使系統(tǒng)穩(wěn)定的條件，通過調(diào)整穩(wěn)定器的參數(shù)來完成穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器設(shè)計(jì)方法，其特征是所述穩(wěn)定器的表達(dá)式為
3.根據(jù)權(quán)利要求書2所述一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器設(shè)計(jì)方法，其特征是所述偏移系數(shù)c的取值范圍為5 10。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器設(shè)計(jì)方法，其特征是所述調(diào)整穩(wěn)定器的參數(shù)的方法為，通過在根軌跡上調(diào)整主導(dǎo)變量的反饋增SKstab、穩(wěn)定器的實(shí)數(shù)零點(diǎn)和實(shí)數(shù)極點(diǎn)的值，使系統(tǒng)獲得設(shè)定阻尼值。
全文摘要
本發(fā)明公開了電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制技術(shù)領(lǐng)域中的一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器設(shè)計(jì)方法。該方法從系統(tǒng)全狀態(tài)反饋增益矩陣中選取對應(yīng)于反饋增益最大量的變量為主導(dǎo)變量；通過調(diào)整該主導(dǎo)變量的反饋增益來實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)阻尼的控制，并配合設(shè)置系統(tǒng)零點(diǎn)來調(diào)整振蕩模式。該方法有效抑制了系統(tǒng)低頻振蕩，同時避免了采用全狀態(tài)反饋控制時，因狀態(tài)變量觀測器極點(diǎn)配置不合理而影響穩(wěn)定器整體控制效果的問題，具有良好的控制效果。
文檔編號H02P9/14GK102157933SQ20111005000
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月2日
發(fā)明者付紅軍, 孫素琴, 張璞, 王皓靖, 胡揚(yáng)宇, 馬進(jìn) 申請人:華北電力大學(xué), 河南電力調(diào)度通信中心