一种电力系统稳定器相位补偿环节时间常数优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电力系统稳定器相位补偿环节时间常数优化方法，包括以下步骤：1)现场采用动态信号分析仪测量机组励磁系统的无补偿相频特性，并读取0.1～2.0Hz范围内的相角；2)根据PSS4B‑W电功率和转速偏差双输入信号的结构特点，将其转化为转速偏差单输入模式的PSS；3)以PSS4B‑W的三阶超前‑滞后相位补偿环节时间常数为优化变量，以PSS产生的附加力矩与Δω轴同相为优化目标，建立PSS4B‑W参数优化模型，并通过自适应权重粒子群优化算法求解。本发明专利技术能快速高效地找到符合行业标准要求的PSS4B‑W优化参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力系统稳定器相位补偿环节时间常数优化方法，属于电力系统稳定与控制领域，主要用于抑制系统低频振荡。
技术介绍
随着电网规模的不断扩大，大区电网互联已成为现代电力系统的发展趋势。远距离大容量输电线路和快速、高增益励磁系统的投运，使低频振荡成为影响互联电网传输能力的关键问题。在低频振荡的抑制措施中，电力系统稳定器(PSS)具有概念清晰、结构简单、效果良好等优点，在国内外得到了广泛应用。自1969年第一台PSS投入工业应用以来，PSS的数学模型经历了单分支PSS到多频段PSS的演变。根据《IEEEStd421.5-2005IEEERecommendedPracticeforExcitationSystemModelsforPowerSystemStabilityStudies》对PSS模型的划分，可分为PSS1A、PSS2A/B、PSS3B和PSS4B。PSS1A是单输入PSS，结构简单但“无功反调”现象比较严重；PSS2A/B采用电功率和转速两个输入信号，能够较好地消除“无功反调”现象，但其单分支结构无法较好地兼顾高频段和低频段的阻尼效果；PSS3B同样采用电功率和转速作为输入信号，能够提供超前Δω轴在0°～90°之间的相位补偿，但对于励磁系统滞后特性大于90°的情况无能为力。2000年，加拿大魁北克水电局为了解决系统中出现的约0.05Hz的超低频振荡模式，提出了一种多频段PSS的设计结构。与传统PSS单频段分支结构不同，多频段PSS将工作区间分为低、中、高三个独立可调的频段，并且分别配置一个差分滤波器及相应的超前-滞后补偿环节，可实现在更宽频率范围内提供优良的阻尼，对低于0.1Hz的超低频率振荡具有较好的抑制效果，即PSS4B。然而，PSS4B由于结构复杂，三频段之间存在耦合，参数整定困难，而IEEE421.5-2005标准提供的PSS4B典型参数不具有普遍适应性。南瑞继保电气有限公司在IEEE421.5-2005标准PSS4B基础上，提出了一种改进型PSS4B，即PSS4B-W。因其继承了PSS4B多频段的特点，并且参数整定可借鉴目前成熟的PSS2B现场参数整定经验，为工程化应用提供了便利。然而，PSS4B-W参数整定较大程度上依赖调试人员的经验，效率较低，无法保证在所关注的频段0.1～2.0Hz内都满足标准要求。根据当前研究现状，搜索到相关的专利及文献主要有：(1)吴龙，苏为民，等.一种电力系统稳定器的实现方法[P].南京南瑞继保工程技术有限公司：CN103296688A，2013.(2)吴跨宇，吴龙，等.一种改进型PSS4B电力系统稳定器的工程化应用研究[J].电力系统保护与控制，2015，43(14)：113-119.(3)赵晓伟，谢欢，等.电力系统稳定器PSS4B的参数整定及现场试验[J].电网技术，2016，2(40)；508-513.(4)许其品，邵宜祥，等.一种PSS相位补偿环节时间常数计算方法[P].国电南瑞科技股份有限公司：CN102801175A，2012.(5)李文锋，刘增煌，等.一种电力系统稳定器参数整定算法[P].中国电力科学研究院：CN101447670A，2009.(6)潘爱强，严正，等.电力系统稳定器参数的智能优化方法[P].上海交通大学：CN101242103A，2008.(7)洪权，李振文，等.基于粒子群优化算法的电力系统稳定器参数优化整定方法[P].国家电网公司：CN104113071A，2014.专利(1)针对PSS2B低频段抑制能力的不足和PSS4B典型参数在高频段相位补偿能力较小的缺陷，提出了一种改进型PSS4B，即PSS4B-W电力系统稳定器。文献(2)详细分析了PSS4B存在的问题，介绍了PSS4B-W的设计理念，证明了经相位补偿环节调整后的PSS4B-W能满足高频段的相位补偿要求，并通过负载电压阶跃试验验证了补偿效果。文献(3)通过仿真和试验验证了PSS4B-W对无补偿相频特性滞后较大的三机励磁系统提供足够的相位补偿。专利(4)基于最小二乘法来拟合PSS应补偿的频率-相位采样数据，得出曲线拟合函数来确定PSS相位补偿环节时间常数。专利(5)公开了一种全频段优化与特定频段优化相结合的PSS参数整定方法，但并未指出使用何种算法来进行相频特性优化。专利(6)基于遗传算法原理来优化PSS参数，其中借助类粒子群优化算法对量子门进行更新，计算过程较为复杂。专利(7)基于粒子群优化算法，以迭代次数和收敛精度作为终止条件，建立适用于PSS2A/B型电力系统稳定器的参数优化模型。综上所述，目前对于PSS4B-W电力系统稳定器的参数整定仍停留在人工调整阶段，工作量大且依赖调试人员经验，不存在适用于PSS4B-W参数整定的智能优化模型。鉴于PSS4B-W在全频段抑制振荡的巨大潜力，有必要开发一种便于工程应用的PSS4B-W参数整定优化算法。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是，针对现有技术中存在的问题和不足，提供一种电力系统稳定器相位补偿环节时间常数优化方法，可同时用于常规自并励励磁系统和无补偿相频特性滞后较大的三机励磁系统。该算法计算量小，使用方便，并具有良好的全局搜索能力。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种电力系统稳定器相位补偿环节时间常数优化方法，包括以下步骤：步骤1：现场测量励磁系统无补偿相频特性步骤2：将电功率信号乘以一阶惯性环节转化为转速信号，从而将以电功率Pe和转子转速偏差Δω为输入信号的电力系统稳定器PSS4B-W双输入模型转化为以转速偏差Δω为输入信号的单输入模型；由单输入模型得到PSS4B-W的传递函数TF；其中，s＝jΔw＝j2πf；KL、KL1、KL2、KL11、KL17、TL1、TL2、TL7、TL8、KI、KI1、KI2、KI11、KI17、TI1、TI2、TI7、TI8、KH、KH1、KH2、KH11、KH17、TH1、TH2、TH7、TH8为PSS4B-W带通环节的增益和时间常数，可根据IEEE421.5-2005标准给出的PSS4B典型参数进行设置，并设置Ti3＝Ti4＝Ti5＝Ti6＝Ti9＝Ti10＝Ti11＝Ti12＝0(i＝L、I、H)；T1,T2,T3,T4,T5,T6为PSS4B-W相位补偿环节时间常数；再计算传递函数TF的相角Phase(TF)，即为PSS4B-W的相频特性中待定参数为PSS4B-W相位补偿环节时间常数T1,T2,T3,T4,T5,T6；步骤3：以励磁系统无补偿相频特性和PSS4B-W的相频特性相加为0为目标，建立PSS4B-W参数优化模型；考虑到对于以Δω为输入信号的PSS4B-W，励磁系统无补偿相频特性和PSS4B-W的相频特性相加为0时产生最好的补偿效果，即令PSS产生的附加力矩与Δω轴同相，从而提供最大的正阻尼力矩；本专利技术以励磁系统无补偿相频特性和PSS4B-W的相频特性相加为0为目标，建立PSS4B-W参数优化模型，求解优化的PSS4B-W相位补偿环节时间常数T1,T2,T3,T4,T5,T6；步骤4：基于自适应权重粒子群优化算法求解PSS4B-W参数优化模型，得到优化的PSS4B-W相位补偿环节时间常数T1,T2,T3,T4,T5,T6。所述步骤1具体为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力系统稳定器相位补偿环节时间常数优化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：现场测量励磁系统无补偿相频特性步骤2：将电功率信号乘以一阶惯性环节转化为转速信号，从而将以电功率Pe和转子转速偏差Δω为输入信号的电力系统稳定器PSS4B‑W双输入模型转化为以转速偏差Δω为输入信号的单输入模型；由单输入模型得到PSS4B‑W的传递函数TF；再计算传递函数TF的相角Phase(TF)，即为PSS4B‑W的相频特性中待定参数为PSS4B‑W相位补偿环节时间常数T1,T2,T3,T4,T5,T6；步骤3：以励磁系统无补偿相频特性和PSS4B‑W的相频特性相加为0为目标，建立PSS4B‑W参数优化模型，用于优化PSS4B‑W相位补偿环节时间常数T1,T2,T3,T4,T5,T6；步骤4：基于自适应权重粒子群优化算法求解PSS4B‑W参数优化模型，得到优化的PSS4B‑W相位补偿环节时间常数T1,T2,T3,T4,T5,T6。

【技术特征摘要】
1.一种电力系统稳定器相位补偿环节时间常数优化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：现场测量励磁系统无补偿相频特性步骤2：将电功率信号乘以一阶惯性环节转化为转速信号，从而将以电功率Pe和转子转速偏差Δω为输入信号的电力系统稳定器PSS4B-W双输入模型转化为以转速偏差Δω为输入信号的单输入模型；由单输入模型得到PSS4B-W的传递函数TF；再计算传递函数TF的相角Phase(TF)，即为PSS4B-W的相频特性中待定参数为PSS4B-W相位补偿环节时间常数T1,T2,T3,T4,T5,T6；步骤3：以励磁系统无补偿相频特性和PSS4B-W的相频特性相加为0为目标，建立PSS4B-W参数优化模型，用于优化PSS4B-W相位补偿环节时间常数T1,T2,T3,T4,T5,T6；步骤4：基于自适应权重粒子群优化算法求解PSS4B-W参数优化模型，得到优化的PSS4B-W相位补偿环节时间常数T1,T2,T3,T4,T5,T6。2.根据权利要求1所述的电力系统稳定器相位补偿环节时间常数优化方法，其特征在于：所述步骤1具体为：在发电机并网运行，有功功率大于额定有功功率的80％，无功功率小于额定无功功率的20％这一工况下，将电力系统稳定器PSS4B-W退出并用动态信号分析仪产生一个伪随机信号替代电力系统稳定器PSS4B-W输出信号，接入励磁调节器PSS信号输出点，用频谱仪测量输出的伪随机信号与发电机机端电压信号之间的相频特性，即为励磁系统无补偿相频特性3.根据权利要求1～2中任一项所述的电力系统稳定器相位补偿环节时间常数优化方法，其特征在于：所述步骤3中，PSS4B-W参数优化模型为：其中，J为优化模型的目标函数；minJ表示求目标函数J的最小值；为励磁系统的无补偿相频特性上频率点fm对应的相位大小；为PSS4B-W的相频特性上频率点fm对应的相位大小；为励磁系统有补偿相频特性；fm(m＝1,2,…,M)为0.1～2.0Hz范围内的M个频率点；fb为本机振荡点频率。4.根据权利要求3所述的电力系统稳定器相位补偿环节时间常数优化方法，其特征在于：所述步骤4具体包括以下步骤：①设在空间维数是D维的空间中，有一个种群，其中包含了N个粒子，第i个粒子进行第t次迭代的位置记为Xi(t)＝[xi,1(t),…,xi,j(t),…,xi,D(t)],i＝1,2,…,N；速度记为Vi(t)＝[vi,1(t),…,vi,j(t),…,vi,D(t)],i＝1,2,…,N；D＝6；设定的粒子各维度位置和速度的最大、最小值，分别为记为Xmax、Xmin、Vmax和Vmin；t为迭代次数，初始化t＝1；设置最大迭代次数；使用rand函数随机产生种群中各粒子的初始位置Xi(1)和速度Vi(1)；每个粒子的位置代表一组PSS4B-W相位补偿环节时间常数T1,T2,T3,T4,T5,T6；②对于每一个粒子，按以下步骤计算考虑了约束条件的粒子的适应值F；1)将粒子的位置作为一组PSS4B-W相位补偿环节时间常数T1,T2,T3,T4,T5,T6，代入步骤2得到的PSS4B-W的相频特性中，计算PSS4B-W的相频特性上频率点fm对应的相位大小2)读取步骤1测得的励磁系统无补偿相频特性上频率点fm对应的相位大小3)根据公式计算励磁系统有补偿相频特性上频率点fm...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭思源，陈宏，刘海峰，洪权，李振文，蔡昱华，吴晋波，李大公，李理，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖南省电力公司，国网湖南省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11