低频段抑制加强型抗反调电力系统稳定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种低频段抑制加强型抗反调电力系统稳定器。目前普遍采用的PSS2B型电力系统稳定器需要采用2阶以上的超前环节才能满足有功功率隔直信号相位补偿要求，是使得高频段增益快速增加，限制了PSS允许整定的总增益，导致了低频段增益受限，降低了电力系统稳定器低频段的抑制能力。本发明专利技术将经隔直环节及并联比例微分PD校正后的发电机转速信号ω与经隔直环节及增益系数Ks3增益后的有功功率信号Pe叠加得到等效合成机械功率的电力系统稳定器，其经增益系数KS1增益后的实际有功功率波动信号采用1阶超前及1阶滞后环节就可以满足相位补偿要求，增加电力系统稳定器允许整定总增益，实现了低频段振荡抑制能力的提升。

【技术实现步骤摘要】
低频段抑制加强型抗反调电力系统稳定方法
本专利技术涉及电力系统动态稳定控制领域的低频振荡抑制用电力系统稳定器，具体地说是一种保证在低频段具有较强振荡抑制能力且具备抗反调功能的电力系统稳定方法。
技术介绍
随着我国坚强智能电网建设的快速推进，三华联网后的特大型交流同步电网逐渐成型，交流特高压作为大容量直流特高压输电系统的后备和支撑系统大大加强了各地电力系统间的互联。交流电网规模的扩大导致整个电力系统的等效惯量增加，从而导致系统低频振荡的频率向越来越低的方向发展；同时，远距离重负荷交流输电不可避免的导致系统阻尼降低，特大型电网发生低频振荡和动态稳定问题风险增加。电力系统稳定器PSS(PowerSystemStabilizer)依旧是目前阻尼低频振荡最有效、最经济的手段，特大型交流同步电网背景下，已要求PSS能覆盖低至0.1Hz低频振荡的抑制要求。现有最为广泛使用的PSS是具备高频段振荡抑制能力强、易开展现场整定试验、同时具备抑制反调能力的PSS2B型电力系统稳定器。PSS2B的模型如图1所示，为了实现有功功率信号Pe与转速信号ω叠加形成加速功率，PSS2B在有功功率的隔直环节后面增加了一级一阶惯性环节T7与增益系数Ks2，导致PSS2B经隔直后的功率波动信号本身相位特性滞后90度。由于一级一阶惯性环节导致的滞后角度需要PSS2B配置的三个超前滞后环节中至少采用2阶超前才能满足相位补偿要求，对于三机无刷励磁甚至常采用三阶超前补偿才能在0.1-2Hz全频段满足标准规定的相位补偿要求。多阶超前补偿环节虽然可以很好的满足0.1-2Hz频段相位补偿，但却会带来高频段增益猛增问题，限制了PSS2B实际可整定的放大倍数KS1。同时，由于PSS2B高频段增益受限导致了其低频段增益的不足，从而严重削弱了其在中低频段的振荡抑制能力。现有PSS2B相位补偿与输入信号的相位关系图如图2所示，PSS2B相位补偿环节的输入信号Vout1与转速信号Δω相位接近，以实现机械功率变化时的有功信号与转速信号对消，达到抑制反调的目的。根据理论分析和工程实测的发电机无补偿滞后特性相位在中低段频段滞后小于90度，在高频段则一般超过90度，PSS2B的低频段输出Vpss低和高频段输出Vpss高均须采用超前补偿。而超前环节增益随频率快速增加，直接导致PSS2B未能解决相位和增益在全频段范围内的协调配置。目前，现场PSS试验均采用负载电压阶跃进行校验，其造成的扰动波形处于本机振荡频率点，仅属于低频振荡频率区间的高频段。因此，虽然现场阶跃扰动试验显示PSS2B抑制振荡效果良好，实际上其低频段振荡的抑制效果却难以保证。另一方面，由于目前的交流同步电网振荡频率大都处于中高频段，例如，独立的华东电网可能出现的最小振荡频率约为0.5Hz。因此，PSS2B低频段抑制能力不足问题暂不明显。但随着特高压交流特大型同步电网的形成，系统发生低频振荡的频率越来越低，目前业内已要求PSS在0.1-2Hz频段均能提供足额正阻尼，PSS2B低频段增益不足问题开始凸显。为满足低频段抑制需求，近年来多频段的PSS成为研究热潮，提出了各种新型PSS模型结构，但是都带有物理概念不明晰、现场整定计算困难等问题，因此均未有工程化应用。目前，国内外仍然缺乏既能同时在高、低频段均有较强抑制能力，又具有明确的物理含义和简单、可行的现场整定方法的电力系统稳定器，使得特大型电网在低频段的阻尼水平降低，抑制能力不足，面临低频段的动态稳定问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种将经隔直环节及并联比例微分PD校正后的发电机转速信号ω与经隔直环节及增益系数Ks3增益后的有功功率信号Pe叠加得到等效合成机械功率的电力系统稳定方法，其经增益系数KS1增益后的实际有功功率波动信号采用1阶超前及1阶滞后环节就可以满足相位补偿要求，以解决现有PSS2B由于采用多阶超前补偿后带来高频段增益猛增而导致的低频段增益严重受限问题；同时采用陷波滤波器的数字信号处理环节，使电力系统稳定器具备一定的抑制轴系扭振作用。为此，本专利技术采用如下的技术方案：低频段抑制加强型抗反调电力系统稳定方法，其工作步骤如下：1)检测发电机转速信号ω，采用两阶隔直环节来获取转速波动信号并经并联比例微分PD校正；2)检测发电机有功功率信号Pe，并采用1阶或2阶隔直环节来获取有功功率波动信号；3)从步骤2)获得的有功功率波动信号经过一个增益系数Ks3增益后与步骤1)中的经过PD校正的转速波动信号相加成为等效合成机械功率，用于等效来自于原动机的机械富余功率；4)采用陷波滤波器对步骤3)中获得的等效合成机械功率进行低通滤波；5)采用步骤4)中获得的经陷波滤波器低通滤波的信号与步骤2)中的有功功率波动信号相减获得实际有功功率波动信号；6)采用步骤5)中获得的实际有功功率波动信号经增益系数Ks1增益后再经过1阶超前和1阶滞后校正，并进行上下限幅后作为电力系统稳定器的输出。本专利技术将有功功率信号Pe经隔直环节后的信号直接引入到超前滞后环节，使得Pe信号经隔直环节后、进入超前滞后相位校正环节前信号相位能自行超前90度。同时，为了实现抑制反调功能，在ω环节中引入1+T7s环节，从而保证在转速ω输出和Pe经隔直和Ks3增益后的叠加点可以实现等效合成机械功率，为保证机械功率变化时两者正好相互抵消，在1+T7s环节后面增加一个KW增益环节，用于现场整定等效合成机械功率为0。同时，保留陷波滤波器环节，以达到抑制轴系扭振的作用。本专利技术采用一阶超前或一阶滞后即可满足发电机励磁系统有补偿特性相位要求，从而避免了现有PSS2B后面三阶补偿环节至少采用两阶超前环节的补偿方式。进一步，步骤1)中，转速波动信号计算公式如下：其中，Tw1为转速信号第一阶隔直时间常数；Tw2为转速信号第二阶隔直时间常数，s表示微分算子；并联比例微分PD校正的计算公式如下：Kw×(1+T7s)(2)，其中，Kw为校正环节总比例放大倍数；T7为微分时间常数，s表示微分算子。进一步，步骤2)中，采用2阶隔直环节获取有功功率波动信号时，其计算公式如下：其中，Tw3为有功功率第一阶隔直时间常数；Tw4为有功功率第二阶隔直时间常数，s表示微分算子。进一步，步骤3)中，等效合成机械功率的计算公式如下：其中，Ks3为有功功率隔直信号的增益系数。进一步，步骤2)中，采用1阶隔直环节获取有功功率波动信号时，其计算公式由公式(3)变为公式(5)，如下：等效合成机械功率的计算公式由公式(4)变为公式(6)，如下：步骤2)中的有功功率隔直环节根据现场试验数据和相位补偿整定需求即时决定采用1阶或者2阶。进一步，步骤6)中，实际有功功率波动信号经过1阶超前和1阶滞后校正相位后，必要时再进行第3阶超前或滞后补偿环节校正。当发电机相位特性在正常范围内时，采用1阶超前补偿和1阶滞后补偿即可；当特殊情况下相位补偿困难时可以采用第3阶补偿环节，根据实际情况整定为超前补偿或滞后补偿，即作为备用的校正手段而配置。本专利技术具有的有益效果如下：首先，本专利技术的电力系统稳定器，可以用于抑制电力系统低频振荡，并提供了超前滞后相位校正环节，具备强大的相位校正能力和便捷现场整定能力，其现场整定方法可借鉴目前常用的电力系统稳定器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低频段抑制加强型抗反调电力系统稳定器，其工作步骤如下：1)检测发电机转速信号ω，采用两阶隔直环节来获取转速波动信号并经并联比例微分PD校正；2)检测发电机有功功率信号Pe，并采用1阶或2阶隔直环节来获取有功功率波动信号；3)从步骤2)获得的有功功率波动信号经过一个增益系数Ks3增益后与步骤1)中的经过PD校正的转速波动信号相加成为等效合成机械功率，用于等效来自于原动机的机械富余功率；4)采用陷波滤波器对步骤3)中获得的等效合成机械功率进行低通滤波；5)采用步骤4)中获得的经陷波滤波器低通滤波的信号与步骤2)中的有功功率波动信号相减获得实际有功功率波动信号；6)采用步骤5)中获得的实际有功功率波动信号经增益系数Ks1增益后再经过1阶超前和1阶滞后校正，并进行上下限幅后作为电力系统稳定器的输出。

【技术特征摘要】
1.低频段抑制加强型抗反调电力系统稳定方法，其工作步骤如下：1)检测发电机转速信号ω，采用两阶隔直环节来获取转速波动信号并经并联比例微分PD校正；2)检测发电机有功功率信号Pe，并采用1阶或2阶隔直环节来获取有功功率波动信号；3)从步骤2)获得的有功功率波动信号经过一个增益系数Ks3增益后与步骤1)中的经过PD校正的转速波动信号相加成为等效合成机械功率，用于等效来自于原动机的机械富余功率；4)采用陷波滤波器对步骤3)中获得的等效合成机械功率进行低通滤波；5)采用步骤4)中获得的经陷波滤波器低通滤波的信号与步骤2)中的有功功率波动信号相减获得实际有功功率波动信号；6)采用步骤5)中获得的实际有功功率波动信号经增益系数Ks1增益后再经过1阶超前和1阶滞后校正，并进行上下限幅后作为电力系统稳定器的输出。2.根据权利要求1所述的低频段抑制加强型抗反调电力系统稳定方法，其特征在于，步骤1)中，转速波动信号计算公式如下：其中，Tw1为转速信号第一阶隔直时间常数；Tw2为转速信号第二阶隔直时间常数，s表示微分算子；并联比例微分PD校正的计算公式如下：Kw×(1+T7s)，其中，Kw为校正环节总比例放大倍数；T7为微分时间常数，s表示微分算子。3.根据权利要求2所述的低频段抑制加强型抗反调电力系统稳定方法，其特征在于，步骤2)中，采用2阶隔直环节获取有功功率波动信号时，其计算公式如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：吴跨宇，卢岑岑，吴龙，黄晓明，陆承宇，楼伯良，韩兵，卢嘉华，熊鸿韬，沈轶君，陆海清，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网浙江省电力公司电力科学研究院，南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11