PSS4B型电力系统稳定器参数整定.pdf
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1、第 5 l卷第 2 l期 2 0 1 4年l 1月 1 0日 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e me n t l ns t r ume n t a t i o n Vo 1 5 1 No 2 1 No v 1 0。 2 0 1 4 P S S 4 B型电力系统稳定器参数整定 杜颖 , 王克文 , 王君亮 , 汪泳涛 ( 1 郑州大学电气工程学院, 郑州 4 5 0 0 0 1 ; 2 国网河南省电力公 司电力科学研究院, 郑州4 5 0 0 5 2 ; 3 国网河南省电力公 司许 昌供 电公 司, 河南 许昌4 6 1 2 0 0 ) 摘要 : P
2、S S 4 B是一种新型的多频段电力系统稳定器 , 因能同时抑制多个振荡模式且设置更加灵活而具有广泛的 应用前景, 但 P S S 4 B参数整定相对复杂 , 目前相关的研究还 比较少 。按 实际应用要求 , 在系统多运行方式下 , 用相位补偿法整定超前滞后环节 的时间常数 , 用根轨迹法确定增益 ; 在概率特征根分析的基础上 , 部分计 及 P S S 相互间的影响, 使用概率灵敏度分析法进行分析。由此进行的P S S 4 B参数整定, 将使 P S S 4 B在多运行方式 下充分发挥优势。在一 8机 2 4节点系统上进行分析 , 结果表明安装的 6台 P S S 4 B均能提供对关注的振荡
3、模式 的有效阻尼 , 具有较强的适应性和通用性 。 关键词 : 电力系统稳定器( P S S ) ; 多频段 ; P S S 4 B; 概率灵敏度 中图分类号 : T M7 1 文献标识码 : B 文章编号: 1 0 0 1 1 3 9 0 ( 2 0 1 4 ) 2 1 0 0 6 7 0 7 P a r a me t e r S e t t i n g o f P o we r S y s t e m S t a b i l i z e r P S S 4 B D U Yi n g ,WANG K ewe n ,WANG J u nl i a n g , WANG Yo n gt a o
4、( 1 S c h o o l o f E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g , Z h e n g z h o u U n i v e r s i t y , Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 1 ,C h i n a 2 S t a t e Gr i d He na n El e c t ric P o we r Re s e a r c h I n s t i t u t e,Z h e n g z h o u 45 0 0 5 2,Ch i n a 3 X u c h a n g P o w e r S u p p l
5、 y C o m p a n y , E l e c t ri c P o w e r o f He n a n , X u c h a n g 4 6 1 2 0 0 , H e n a n , C h i n a ) Abs t r a c t : P S S 4B i s a n e w t y p e o f mu l t ib a n d p o we r s y s t e m s t a b i l i z e r Du e t o t he c h a r a c t e ris t i c s o f s i mu l t a ne o u s l y s u p p r e
6、 s s i n g mu l t i p l e o s c i l l a t i o n mo d e s a n d fle x i b i l i t y i n s e t t i n g s ,PS S 4B h a s b r o a d a pp l i c a t i o n p r o s p e c t s Be c a u s e t he p a r a me t e r s e t t i ng f o r P S S 4B i s r e l a t i v e l y c o mp l e x,r e l a t e d r e s e a r c h i s
7、 r a t he r l e s s F r o m t h e p r a c t i c e r e q u i r e me n t a n d wi t h mu l t i p l e s y s t e m o p e r a t i ng c o n d i t i o ns c o ns i d e r e d,t h e p ha s e c o mp e ns a t i o n a p pr o a c h i s u s e d t o d e t e r mi n e l e a d l a g t i me c o n s t a n t s,a n d t h
8、e r o o t l o c u s me t h o d i s a pp l i e d t o d e t e rm i n i n g g a i n s Ba s e d o n t h e p r o b a b i l i s t i c e i g e n v a l u e a na l y s i s ,t he p a r a me t e r s o f PS S 4B a r e d e t e rm i n e d b y p r o b a b i l t s t i c s e n s i t i v i t y a n a l y s i s ,a n d
9、t h e i n t e r a c t i o n a mo n g PS S s i s p a r t l y c o ns i d e r e d An a l y s i s o n a n e i g h tma c h i ne s y s t e m s h o ws t h a t t h e e qu i p p e d s i x PS S 4Bs c a n p r o v i d e e f f e c t i v e d a mp i n g f o r c o n c e r ne d o s c i l l a t i o n mo de s,whi c h
10、s h o ws t he a da p t a b i l i t y a n d g e n e r a l i t y o f t h e me t h o d Ke y wo r d s : p o w e r s y s t e m s t a b i l i z e r ( P S S ) , mu l t i b a n d , P S S 4 B, p r o b a b i l i s t i c s e n s i t i v i t y 0 引 言 随着电力系统规模 的不断扩大 , 特别是远距离 、 大容量输电格局 以及快速励磁 系统的广泛应用 , 导 致系统 的低 频振
11、荡 问题 13益 凸显 , 甚至成为 限制 电 网传输能力 的瓶颈 卜 。电力 系统稳定器作为发电 机励磁系统的附加控制 , 是 目前最有效 的抑制低 频 振荡 的措施 , 已在国内外得到广泛应用。为改善 P S S 的阻尼特性 , P S S 4 B应运而生 。 P S S 4 B综合了转子转速和有功功率两种输入信 号, 能较好地消除“ 反调” 现象。具有三个频段, 每段 都可单独调节增益 、 滤波器参数 、 相 位和输 出限幅 , 为多个模式的低频振荡产生 良好 的抑制效果。关于 多频段结构的 P S S , 已有学者进行过研究 。文献 4 依据相位补偿法 , 确定 P S S的有效相位补
12、偿 区间, 设 计出一种双频段 P S S 。文献 5 提出一种新型的功率 输入型多频段 P S S , 并在系统多运行方式下对参数进 行了协调优化 。现有 的多频段 P S S结构 明确 , 设置 灵活, 但仍需适 当的 P S S参数设置。 本文对 P S S 4 B的结构进行分析 , 考查 了不 同频 段及组合方式下的频率特性, 从而确定其滤波器的 一 6 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 l卷第 2 l期 2 0 1 4年 l 1月 1 0日 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e me nt& I n s
13、 t r u m e n t at i o n V0 I 5 1 N0 21 No v 1 0 2 01 4 设置方式。为使其能够同时兼顾本地和区域等振荡 模式 , 运用相位补偿法整 定超前滞后环节 的时 间常 数 , 根轨迹法确定各频段 的增益 ; 并 用概率特征根灵 敏度分析考虑多系统运行方式。 1 多频段 电力 系统稳定器 P S S 4 B 1 1 P S S 4 B的结构特点 P S S 4 B是 2 0 0 0年 由加拿大魁北克电力局提出来 的新型稳定器。文献 6 7 里的模型稍有不 同, 但 是可以通过参数设置使两者一致。文献 6 中模 型 的参数设置更加灵活且各个通道形式一致,
14、 因此本 文采用文献 6 中的双输入型结构 , 如 图 1 所示。可 以看出, 每个频段都有 自己的增益、 两个超前滞后模 块和一个混合模块 , 其 中混 合模块 可当做 隔直环节 也可当做超前滞后环节。低频段用于系统全局振荡 模式( 0 0 4 0 1 n z ) , 中频段用于区间振荡模式( 0 1 1 0 H z ) , 高频 段 用 于 本 地振 荡 模 式 ( 1 0 4 O H z ) 。 尽管 P S S 4 B的滤波器参 数设 置有多种方式 , 但 通常设置成对称 的带通滤波形式l , 将 F L 、 F I 、 F H分 别作为中心频率 , 在 中心频率点处相位为零 、 增益
15、最 大, 方便进行超前滞后计算。 图 1 P S S 4 B结构 Fi g 1 PS S 4B c o ns t r u c t i o n 1 2 时间常数的确定 F 一 以图 2所 示 的高频 段 为例 , 时 间常 数按 下 式 “一 2 盯 确定 一 。 = 1 1 盯 , u n T T n H 1 一R TH 8 TH 7 R = 式 ( 1 )一( 4 ) 只给出了高频段部分参数值 的相互 ( 1 ) 关系 , 中频段和低频段同样适用。 ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) 式中R= 1 2为补偿系数; to 为高频段中心角频率; 图2 高频段差分滤波器 Fi g 2 Hi g h
16、 b a n d d i f f e r e n t i a l fi l t e r 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 1卷第 2 l期 2 0 1 4年1 1月 1 0日 电测与仪表 El e c t r i c a l M e a s u r e me n t I ns t r u me n t a t i o n V0 I 5 1 No 2 1 No v 1 0。 2 0 1 4 2 参数整定方法 2 1 相位补偿 法 励磁系统通常具有滞后特性, 总的滞后角 0 由 励磁 系统滞后 角 0 和 发 电机励磁绕组 回路滞后 角 构成 。P S S设计
17、 的 目的就是通过补偿励 磁控制系 统的相位滞后 , 产生足够的阻尼转矩 , 从而改善机 电 振荡的阻尼特性。为使 P S S 产生与转速变化同相位 的阻尼转矩分量, P S S 输出信号应具备超前角0 , P S S 取不同输入信号所需 的超前角度不 同。根据系统 的 机 电振荡模式及励磁系统 的滞后相频特性 即可确定 P S S超前滞后相位角和超前滞后单元的时间常数。 2 2 根 轨 迹 法 根轨迹法可用来确定 P S S增益 。选定一组或几 组 P S S的超前滞后单元参数 , P S S 增益从零开始逐渐 增大 , 按实际系统或是等值 系统 , 计算特征 根 , 直 到 出现不稳定的特
18、征根, 此时的 P S S增益即为临界增 益K 。 。根据不同的输入信号, 最佳的P S S 增益 K 。 约为 1 81 2 K I N s 。 2 3 特征根的统计特性和概 率灵敏度指标 在系统多运行方式下 , 可 以认为节点电压 、 节点 功率和特征根都是随机变量, 因此在正态假定下, 特 征根 的统计 特性 可用相应 的均值 和方差来 描述 , 并 且可以用概 率特征 根计算确 定 。对 特征根 A = + 而言 , 实部 具有均值 k 和标准差 O- 则实 部 k 将以概率 0 9 9 9 9 3 分布在区间 k 一4 o - k , O t k + 4 o 。 内, 非常接近 1
19、, 所以可近似认为完全分布在该 区间内 。 为保证系统的稳定性 , 该 区间应该完全 位于复平面的左半侧 。 在此用区间上界 或是标准 化均值 来表示 : k=0 f k+4 o - k0 ( 5 ) , : ( 6 ) k o dk 可 以将 、 看作是两个扩展 的阻尼系数 , 判断 A 在多运行 方式下 的稳定性 。 同样地 , 对于式 ( 7 ) 表达的阻尼比 , 可用其均值 和 标准差来 表示扩 展 阻 尼 比 , 相 应 的 和 分 别 如 式 ( 8 ) 、 ( 9 ) : = 一 4 ( 7 ) ( 8 ) ( 9 ) 为保证系统 的动态品质 , 应不小于某一值 , 即 或 4,
20、 本文取 =0 1 9 J 。 将 和 的灵 敏度 用 作概 率 灵 敏度 指 标 P S I ( P r o b a b i l i s t i c S e n s i t i v i t y I n d e x ) , 分别如式( 1 0 ) 、 ( 1 1 )所示 : , : ( 1 o ) 川 s , : ( 1 1 ) 式中 K 为第 m个 P S S的增益 。 3 P S S 4 B参数整定 3 1 频率响应分析 尽管 P S S 4 B滤波器参数有不同的应用, 但三段 按对称频段中心频率 、 F 、 F 分别进行调整。取 FL=0 0 7Hz , FI=0 7Hz, FH=8 0
21、 Hz , KL=KI=KH = 1 。频率响应曲线如图 3所示 。 角速度( r a d s e e ) 图 3 P S S 4 B频 率响 应 曲线 Fi g 3 F r e q ue n c y r e s p o n s e c u r v e s o f PS S 4B 从图3 的幅度响应可以看到, 高、 中、 低三个频段单 独起作用时在整个频域内只有一条通带, 且在分别在各 自的中心角频率处幅值最大, 频段的宽度相对较窄。 P S S 4 B三个频段形成三段的带通形状, 是高中低三个频 段输出的叠加 , 形成一个频带更宽的的带通滤波器, 最 大幅值位于高频段、 中频段和低频段的中心
22、角频率处。 从相频响应可知, 高中低三个频段分别补偿的相位与其 叠加输出补偿的相位是不同的。 为了考查各频段增益以及补偿系数对 P S S 4 B频 率响应的影响, 保持 F = 0 0 7 H z , F : 0 7 H z , F : 一 69 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第5 1卷第 2 1期 2 0 1 4年l 1月 1 O日 电测与仪表 El e c t r l c a i M e a s u r e me n t& I n s t r u n l e nt a t i o n V0 I 51 NO 21 No v 1 0, 2 01 4 8 0
23、H z , K = K 。 = K = 1 不变, 其他参数设置如表 1 所 示 , 对应的频率响应如图4所示。 表 1 P S S 4 B参数设置 Ta b 1 Pa r a me t e r s e t t i n g s o f P S S 4B 角速度( r a d s e e ) 图4 不同参数设置时 P S S 4 B频率响应曲线 Fi g 4 Fr e q u e n c y r e s p o n s e c ur v e s o f d i f f e r e n t PS S 4B s e t t i n g s 由图 4可以清晰地看出, 当各频段增益或者是补 偿系数发生改
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