本發明涉及電力系統穩定器的參數現場整定方法，具體地說是一種采用功率-轉速變化量合成作為輸入的超前相位自適應型電力系統穩定器的現場參數整定方法。
背景技術：
：隨著國家電網公司“十三五”規劃的穩步實施，我國將形成多電壓等級、交直流混聯的復雜特大型同步電網格局。全網等效慣量的增加和開機方式的變化使得全網阻尼減弱，低頻振蕩風險增加，系統動態穩定性降低。目前工程化應用最廣泛的防止系統低頻振蕩的手段為電力系統穩定器PSS(PowerSystemStabilizer)，其原理為通過在勵磁系統電壓給定點疊加一個相位超前轉速變化的PSS輸出量，補償發電機無補償滯后特性，以達到增加阻尼、抑制有功低頻振蕩的作用。但為了達到補償發電機無補償特性的目的，現有典型PSS模型在參數整定時多采用多階大相位超前環節，這種采用大超前環節的補償方式，一方面會造成PSS增益受限而嚴重削弱其在中低頻段的振蕩抑制能力；另一方面，對于不同頻率下的無補償特性，要采用一套相同的超前參數達到全頻段的補償效果，存在參數整定困難等問題，不利于工程中的現場參數整定。為解決上述問題，申請人申請了“一種超前相位自適應型電力系統穩定器”(中國專利申請號為201610343420.9)，其提出利用發電機有功功率負變化量-ΔPe與轉速變化量Δω構造一個合成相量VPe-ω作為新型PSS輸入的方法，使其超前相位角度隨振蕩頻率增加而增加，無需采用典型PSS的多級超前環節補償即可滿足在不同頻率范圍內的發電機及勵磁系統的滯后特性，其模型結構如圖1所示。目前工程中典型的PSS均采用以有功功率輸入環作為補償滯后特性原則的相位校正方法作為PSS參數整定方法。由于“一種超前相位自適應型電力系統穩定器”專利申請中的新型PSS采用有功功率負變化量-ΔPe與轉速變化量Δω合成的功率-轉速軸合成矢量作為輸入，為使得該新型PSS能適應不同機組及工況的運行要求，亟需提出一種通過現場簡單試驗獲得整定參數的方法，使其具有工程應用的可能性和推廣性。技術實現要素：本發明所要解決的技術問題是根據超前相位自適應型電力系統穩定器的結構及特性，提供一種原理清晰、操作簡單的現場參數整定方法，使該種新型PSS具有良好的抑制低頻振蕩的效果并可用于工程應用。為此，本發明采用如下的技術方案：一種超前相位自適應型電力系統穩定器的參數整定方法，所述的PSS采用有功功率負變化量-ΔPe與轉速變化量Δω合成的功率-轉速軸合成矢量作為輸入，其包括如下步驟：1)退出發電機勵磁系統PSS，采用信號分析儀發出正弦掃頻信號，并將其輸入至發電機勵磁系統的PSS輸出疊加點，分析得到發電機勵磁系統無補償滯后特性角θ無補償；2)根據發電機轉子運動方程，調整轉速信號增益系數Ks，以保證在本機振蕩頻率下的合成機械功率為零；3)從步驟2)獲得的轉速信號增益系數Ks計算獲得不同頻率下轉速和有功功率對應的交流增益系數K；4)設置參數TW1、TW2、TL1、TL2，TL1<TL2(典型值為TL1＝8，TL2＝48)，計算不同頻率下(0.2～2Hz)對應的轉速環相位θω，使得θω的角度略超前Δω軸并隨著頻率的增加靠近Δω軸(Δω軸為由-ΔPe與Δω構成的坐標系中的縱坐標)；5)根據步驟2)中的Ks及步驟4)中設置的參數TW1、TW2、TL1、TL2，計算不同頻率下(0.2～2Hz)對應的轉速環幅值Mω；6)根據步驟3)中獲得的交流增益系數K和步驟5)中獲得的轉速環幅值Mω，計算對應的轉速環等效幅值Mω等效；7)設置參數TW3、TW4、TH1、TH2，TH1<TH2(典型值為TH1＝1)，計算不同頻率下(0.2～2Hz)對應的有功功率環相位θpe；8)根據步驟2)中的Ks及步驟7)中設置的參數TW3、TW4、TH1、TH2計算不同頻率下(0.2～2Hz)對應的有功功率環幅值Mpe；9)根據步驟4)、步驟6)-8)中獲得Mω等效、θω、Mpe、θpe計算功率-轉速軸合成矢量的ω軸分量10)根據步驟4)、步驟6)-8)中獲得Mω等效、θω、Mpe、θpe計算功率-轉速軸合成矢量的Pe軸分量11)根據步驟9)及步驟10)獲得的和計算合成矢量的超前相位12)根據陷波濾波器函數計算陷波濾波環節的相位θ陷波濾波，若未采用陷波濾波環節，則無需計算；13)根據三階超前滯后相位環節計算相位θ超前滯后，若未采用超前滯后環節，則無需計算；14)計算發電機勵磁系統PSS相對于Δω軸的總超前相位15)根據步驟1)中的發電機無補償滯后特性角θ無補償和步驟14)中計算獲得的總超前相位計算發電機相對于Δω軸的有償特性θ有補償，使其滿足有償特性在超前Δω軸20度至滯后Δω軸45度之間；若不滿足這一要求，則調整參數TW1、TW2、TL1、TL2和TW3、TW4、TH1、TH2，重新進行步驟4)～步驟15)的計算直至滿足要求；16)投入發電機勵磁系統PSS，逐步增大放大倍數KPSS，仔細觀察勵磁電壓，當出現微小持續振蕩時，該放大倍數為臨界放大倍數K臨界，取臨界放大倍數K臨界的1/3～1/5并結合PSS投入后阻尼比提升情況綜合決定放大倍數KPSS。本發明針對申請號為201610343420.9的“一種超前相位自適應型電力系統穩定器”，由于其結構決定的合成矢量隨振蕩頻率增加而超前相位角度增加的特性，因此，不需要采用多階超前環節即可滿足發電機勵磁系統有補償特性相位要求。進一步地，步驟2)中，進行發電機小電壓階躍(典型值2％電壓階躍)，調整Ks使得有功功率變化量ΔPe和轉速變化量Δω的峰-峰值相等。進一步地，步驟3)中，所述交流增益系數K的計算公式如下：其中，f為頻率(0.2～2Hz)，TH2為有功功率滯后時間常數。進一步地，步驟4)中，轉速環相位θω的計算公式如下：其中，f為頻率(0.2～2Hz)；Tw1為轉速信號第一階隔直時間常數；Tw2為轉速信號第二階隔直時間常數，TL1為轉速信號超前時間常數；TL2為轉速信號滯后時間常數，θω的單位為度。進一步地，步驟5)中，轉速環幅值Mω的計算公式如下：其中，f為頻率(0.2～2Hz)；Tw1為轉速信號第一階隔直時間常數；Tw2為轉速信號第二階隔直時間常數，TL1為轉速信號超前時間常數；TL2為轉速信號滯后時間常數。進一步地，步驟6)中，轉速環等效幅值Mω等效的計算公式如下：Mω等效＝Mω·K(4)，其中，Mω為轉速環幅值；K為交流增益系數。進一步地，步驟7)中，有功功率環相位θpe的計算公式如下：其中，f為頻率(0.2～2Hz)；Tw3為有功功率第一階隔直時間常數；Tw4為有功功率第二階隔直時間常數；TH1為有功功率超前時間常數；TH2為有功功率滯后時間常數；θpe的單位為度。進一步地，步驟8)中，有功功率環幅值Mpe的計算公式如下：其中，f為頻率(0.2～2Hz)；Tw3為有功功率第一階隔直時間常數；Tw4為有功功率第二階隔直時間常數；TH1為有功功率超前時間常數；TH2為有功功率滯后時間常數。進一步地，步驟9)中，ω軸分量的計算公式如下：步驟10)中，P軸分量的計算公式如下：其中，Mω等效為轉速環等效幅值；θω為轉速環相位；Mpe為有功功率環幅值；θpe為有功功率環相位；步驟11)中，合成矢量的相位的計算公式如下：其中，為功率-轉速軸合成矢量的P軸分量；為功率-轉速軸合成矢量的ω軸分量；的單位為度。進一步地，步驟12)中，陷波濾波器的相位θ陷波濾波的計算公式如下：其中，bn為帶寬；Wn為濾波頻率設定值；θ陷波濾波的單位為度。步驟13)中，超前滯后相位環節計算相位θ超前滯后的計算公式如下：其中，T1～T6為三階超前滯后相位校正環節的時間常數，T1為第一階超前時間常數，T2為第一階滯后時間常數，T3為第二階超前時間常數，T4為第二階滯后時間常數，T5為第三階超前時間常數，T6為第三階滯后時間常數；θ超前滯后的單位為度；步驟14)中，發電機勵磁系統PSS總超前相位的計算公式如下：步驟15)中，發電機相對于Δω軸的有償特性θ有補償的計算公式如下：本發明根據超前相位自適應型電力系統穩定器的模型結構圖，采用現場試驗的方法，找出輸入轉速信號和有功功率信號之間的關系，通過經典的頻域計算方法，獲得功率-轉速軸合成矢量的超前相位角度計算公式；根據實際機組的無補償特性，通過合成矢量的相位角度計算公式，即可整定相應的參數使得合成力矩在轉速軸附近。該整定方法概念清晰，操作簡單，一般情況下不需要整定傳統PSS的三階超前滯后環節，可用于增強特大型交流同步電網易發的低頻段振蕩抑制能力，提升了特大型交流同步電網在低頻段的動態穩定水平。附圖說明圖1為超前相位自適應型電力系統穩定器(簡稱新型PSS)的模型結構圖。圖2為超前相位自適應型電力系統穩定器投入下的臨界增益圖。圖3為動模機組實測新型PSS退出情況下發電機5％負載電壓階躍響應圖。圖4為動模機組實測新型PSS投入情況下發電機5％負載電壓階躍響應圖。圖5為動模機組實測新型PSS退出情況下的0.5Hz擾動下的有功功率響應圖。圖6為動模機組實測新型PSS投入情況下的0.5Hz擾動下的有功功率響應圖。圖7為動模機組實測新型PSS退出情況下的0.8Hz擾動下的有功功率響應圖。圖8為動模機組實測新型PSS投入情況下的0.8Hz擾動下的有功功率響應圖。圖9為動模機組實測新型PSS退出情況下的1.5Hz擾動下的有功功率響應圖。圖10為動模機組實測新型PSS投入情況下的1.5Hz擾動下的有功功率響應圖。圖11為動模機組實測新型PSS退出情況下的2.0Hz擾動下的有功功率響應圖。圖12為動模機組實測新型PSS投入情況下的2.0Hz擾動下的有功功率響應圖。具體實施方式下面結合說明書附圖對本發明作進一步說明。以某型15kVA動模機組為實施對象，采用上述的現場參數整定方法，以機組有無PSS為對比，對本發明具體實施方式的實用性、有效性和科學性作進一步說明。本實施例中機組采用自并勵勵磁方式，發電機主要額定參數如下：額定視在功率15kVA，額定有功功率13.5kW，額定機端電壓380V，直軸同步電抗(不飽和值)與交軸同步電抗(不飽和值)均為108.25％。1、發電機勵磁系統無補償滯后特性現場測試現場測試時的機組工況如下：有功功率13.88kW，無功功率1.89Kvar，機端電壓365.05V，發電機無補償特性如表1所示。表1為動模機組無補償特性頻率(Hz)無補償特性(度)頻率(Hz)無補償特性(度)頻率(Hz)無補償特性(度)0.125-3.850.875-50.001.625-69.000.250-12.551.000-53.001.750-75.460.375-29.301.125-57.001.875-78.710.500-43.911.250-60.002.000-75.730.625-44.001.375-63.000.750-47.001.500-66.00根據現場測量的機勵磁系統無補償特性可知，其無補償特性均在0.2～2.0Hz均在滯后90度的范圍內，且滯后角度隨著頻率的增加而增加。2、交流增益系數K計算進行發電機2％電壓階躍，調整Ks，使得有功功率變化量ΔPe和轉速變化量Δω的峰-峰值相等，獲得Ks＝0.7776，根據公式(1)計算獲得交流增益系數K。其中：f∈(0.2,2)Hz。3、新型PSS參數整定及超前相位值根據公式(2)～(12)現場計算整定新型電力系統穩定器的參數如表2所示：表2新型電力系統穩定器整定參數表不同頻率下PSS輸出的總超前相位如表3所示。表3新型電力系統穩定器在整定參數下不同頻率的輸出角度超前值4、發電機相對于Δω軸的有償特性根據表1中的發電機無補償特性、表3中的新型PSS總超前相位及公式(13)，計算得到發電機相對于Δω軸的有償特性，如表4所示。表4動模機組有補償特性頻率(Hz)θ有補償(度)頻率(Hz)θ有補償(度)頻率(Hz)θ有補償(度)0.12510.300.87527.071.62514.280.25024.041.00025.811.7508.310.37524.961.12523.131.8755.490.50021.611.25021.172.0008.830.62527.141.37519.010.75027.671.50016.70由表4可以看到，在表2的整定參數下，新型PSS輸出的超前角度隨著振蕩頻率的增加而增加，有償特性在超前Δω軸20度至滯后Δω軸45度之間，保證了經過勵磁系統產生的力矩在轉速軸附近，實現了對不同頻率下滯后特性的補償。5、新型PSS放大倍數KPSS整定按表2設置新型電力系統穩定器的參數，將KPSS預設為1，投入PSS。逐步增加KPSS，直至發電機勵磁電壓出現微小持續振蕩，此時的KPSS設定值為臨界放大倍數K臨界＝30，如圖2所示，根據現場機組情況，因阻尼比提升作用明顯，因此將PSS的放大倍數KPSS設定為5。6、有無PSS的負載階躍響應實測對比上述動模機組在新型PSS分別退出和投入情況下的現場實測發電機5％負載電壓階躍響應如圖3-圖4所示。實測與仿真的有功功率振蕩品質參數如表5所示表5實測與仿真發電機5％負載電壓階躍響應振蕩品質參數由表5的負載電壓階躍響應波形和據此計算的響應品質參數可見，新型PSS投入后有功功率振蕩快速平息，能提供較大的附加阻尼，說明新型電力系統穩定器對于振蕩抑制能力強，且參數整定方法正確有效。6、有無新型PSS的不同頻點下有功功率振蕩實測對比在與上述動模機組同母線的相鄰機組加入不同振蕩頻率的有功功率正弦擾動，分別比較新型PSS退出和投入情況下的機組有功功率幅值，波形如圖5-圖12所示。發電機有功功率響應情況如表6所示。表6不同頻點下的有功功率振幅表注：功率振幅占比為新型PSS投入后功率振幅占未投入前功率振幅比。由圖5-圖12及表6可知，在不同頻點等幅值有功功率強迫振蕩擾動下，新型PSS投入后均能明顯減小發電機功率振蕩幅度。從而驗證了新型PSS在各振蕩頻率下均具有良好的振蕩抑制能力，且參數整定方法正確有效。當前第1頁1 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