专利名称：基于力矩分解的积分算法识别电力系统功率振荡的方法
技术领域：
本发明属于电カ系统领域，具体涉及ー种基于カ矩分解的积分算法识别由发电机调速系统引发电カ系统功率振荡的方法。
背景技术：
电カ系统振荡问题是国内外电网共同面对的技术难题。主动控制与即测即辨是国内外低频振荡抑制发展的趋势。国内外均在使用WAMS系统的广域信号进行振荡的监测方面进行了ー些尝试。国内也开发了电カ系统振荡的在线监测与预警功能的系统，但国内外在扰动源定位研究領域处于起步阶段，都没有实现从机群级到机组控制系统级的完整、准确的定位系统。由于电カ系统是ー个动态平衡的系统，如果区分正常功率波动，避免扰动源定位系统误动也是难点。为对扰动源进行精确定位，采用カ矩分解的积分算法进行扰动源 定位不仅概念清晰明确，也可以进行精确到控制设备级的定位辨识，提升电网安全和运行效率。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提出一种便于測量、准确度高，能够解决发电机机械功率及速度偏差信号不易测取等弊端的基于カ矩分解的积分算法识别由发电机调速系统引发电カ系统功率振荡的方法。本发明的方法是通过如下技术方案实现的ー种基于カ矩分解的积分算法识别电力系统功率振荡的方法，包括发电机机械功率Pm的拟合计算以及发电机速度偏差△ ω的确定，该方法包括如下步骤将调速系统调门信号与原动机模型进行拟合计算获得发电机机械功率ΡΜ，从发电机机械功率Pm中减去发电机机械功率平均值4，得到发电机机械功率偏差APm;根据发电机的端电压值、电流值计算发电机内电势,进而求取发电机内电势频率；将经过高频滤波后的发电机内电势频率替代发电机速度偏差Λ ω，并与发电机机械功率偏差ΛPm进行积分运算，通过积分量所在象限来判断发电机调速系统提供的阻尼为正或者为负。判断积分量所在象限的方法为当积分量位于第I、II象限时，发电机调速系统提供的阻尼为负阻尼，当积分量位于第III、IV象限时，发电机调速系统提供的阻尼为正阻尼。本发明的有益效果在干本发明解决了调速系统引起的振荡源难以识别的问题，可以有针对性的采取措施，有效抑制振荡问题。此方法便于测量、并且准确度高，有效解决了发电机机械功率及速度偏差信号不易测取的问题。这种方法的优点在于能够通过发电机自身信号的相位对比来判断发电机调速系统对振荡频率提供的阻尼为正或者为负，识别出对于某个振荡模式提供负阻尼的发电机调速系统，以便快速采取抑制振荡。
图I是本发明实施例中所需信号发电机机械偏差Λ Pm和发电机速度偏差Λ ω信号间的传递函数及框图；图2是机械功率对阻尼影响的示意图；图3是典型的汽轮机模型图；图4是典型的水轮机模型图；图5是本发明实施例中所需信号发电机机械偏差ΔΡΜ和发电机速度偏差Δ ω积分位置相量图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明中基于カ矩分解的积分算法识别由发电机调速系统引发电カ系统功率振荡的方法作进ー步详细的说明。调速系统是控制汽门或者导叶的运动，而控制进入原动机的蒸气流量或者水流流量，蒸气或者水流产生施加在发电机组轴系上的机械转矩，而影响原动机运行状态。机械转矩影响发电机转子运动，而对电カ系统动态稳定产生影响。如图I所示，Heffron-Philips模型中机械转矩增量的表达式为Δ Tm = -Ggqv(S)Δχ,对于某一振荡频率f,将s = j Ω = j2 f代入,得Δ Tm = -Ggov (S) Δ X = -Ggov (j Ω ) Δ x = -Ggov (j2 π f) Δχ (I)对于给定的输入信号Λ X，考察调速系统Gmv (j2 π f)的相位β，即可在Λ δ -Λ ω座标系中画出Δ Tm向量的方向，就可以确定ΔΤΜ在Λ ω轴上的投影方向，也就可知调速系统对电力系统动态稳定的影响。设调速系统的传递函数为Gew(S)，当调速系统以转速偏差Λ ω为输入信号时，调速系统产生的机械转矩増量Λ Tm ^ Λ Pm = -Ggov (s) Δ ω (2)对于所关心的振荡频率f,将s = j Ω = j2 31 f代入,得Δ Tm = -Ggov (j Ω ) Δ ω = - (A+jB) Δω=-αΖβ·Δω (3)其中:Α为复数Gew (」_Ω)的实部，B为复数Gew(jQ)的虚部，α为复数Gmv(jQ)的模值，β为复数Gew(」_Ω)的相角。如图2所示，调速系统产生的机械转矩ΛΤΜ = -α Z β ·Λω在Λδ-Λω座标系中在△ ω轴上的投影表示了其对动态稳定的影响。投影的正负表示了调速系统对阻尼影响的性质在Λ ω轴上的投影为负，提供正阻尼，在Λ ω轴上的投影为正，提供负阻尼；投影的长短表示了调速系统对阻尼影响的大小，在△ ω轴上的投影较长，则提供较大的(正或者负的)阻尼，在Λ ω轴上的投影较短，则提供较小的(正或者负的)阻尼。本例中基于カ矩分解的积分算法识别由发电机调速系统引发电カ系统功率振荡的方法，包括发电机机械功率Pm的拟合计算和发电机速度偏差的确定，具体步骤如下将调速系统调门信号与原动机模型进行拟合计算获得发电机机械功率ΡΜ，从发电机机械功率Pm中减去发电机机械功率平均值4，得到发电机机械功率偏差APm;根据发电机的端电压值、电流值计算发电机内电势,进而求取发电机内电势频率；将经过高频滤波后的发电机内电势频率替代发电机速度偏差Λ ω，并与发电机机械功率偏差ΛPm进行积分运算，通过积分运算得出的积分量所在象限来判断发电机调速系统提供的阻尼为正或者为负，以便对于提供负阻尼的发电机及时采取措施，快速抑制振荡。其中，发电机机械功率平均值巧；通过下式获得Pm = avemge(PM ) = YjPmH) In式中，Pm为发电机机械功率；PM⑴为第i时刻发电机机械功率值，Pm均由调速系统调门信号与原动机模型经过拟合计算获得。
如图3所示，调速系统调门信号可以通过测试得到，汽轮机模型的參数可以由设计值得到，调门信号经过运算可以计算出汽轮机提供的机械功率Pm。当原动机模型为汽轮机模型时，发电机机械功率Pm可以通过如下A、B、C中任一方法获得A)当汽轮机模型为ー阶模型吋，设汽轮机传递函数为I 命，い1B)当汽轮机模型为ニ阶模型吋，设汽轮机传递函数为
P FF-^ = -ττ V FhP+Fip =IPgv I + sTch (1 + 57^)(1 + 57^)C)当汽轮机模型为三阶模型时，设汽轮机传递函数为
PFFF
(1+^)(1+ (lB;)(l+‘)(l+#co)，^hi 1P lp图3中，Pm为拟合的机械功率信号，Pgv为调速系统调门信号，Tch为高压缸前汽室容积时间常数，Fhp为高压缸功率比例系数，Teh为再热器容积时间常数，Fip为中压缸功率比例系数，！》为低压连通管汽室容积时间常数，Fuj为低压缸功率比例系数，上述各參数为汽轮机的出厂数据；s为微分算子。如图4所示，调速系统调门信号可以通过向量測量系统(PMU)测试得到，水轮机模型的參数可以由设计值得到，调门信号经过运算可以计算出水轮机提供的机械功率Pm。当原动机模型为水轮机模型吋，发电机机械功率Pm通过如下水轮机传递函数求得-^~l + 05sTw图4中，Pct为调速系统调门信号，Tw为水流惯性时间常数，上述各參数可以从水力系统设计參数中获得为微分算子，Pm为发电机机械功率。通常情况下，调速系统调门信号Pct可以通过向量測量系统(PMU)測量得到，原动机模型可以采用设计參数，通过计算即可获取发电机近似的机械功率Pm。
先将测得的发电机的端电压值和电流值代入下式求得发电机内电势
权利要求
1.ー种基于カ矩分解的积分算法识别电カ系统功率振荡的方法，其特征在干，该方法包括如下步骤 将调速系统调门信号与原动机模型进行拟合计算获得发电机机械功率PM，从发电机机械功率Pm中减去发电机机械功率平均值4，得到发电机机械功率偏差APm; 根据发电机的端电压值、电流值计算发电机内电势，进而求取发电机内电势频率； 将经过高频滤波后的发电机内电势频率替代发电机速度偏差△ ω，并与发电机机械功率偏差△ Pm进行积分运算，通过积分量所在象限来判断发电机调速系统提供的阻尼为正或者为负。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在干，当原动机模型为汽轮机模型时，所述发电机机械功率Pm通过下述任ー汽轮机传递函数求得 Α)当汽轮机模型为ー阶模型吋，设汽轮机传递函数为
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在干，当原动机模型为水轮机模型时，所述发电机机械功率Pm通过下述水轮机传递函数求得
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述发电机机械功率平均值巧；通过下述方法获得
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述发电机内电势通过下述方法获得将测得的发电机端电压值和电流值代入下式
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述发电机内电势频率通过下述方法获得设发电机内电势中仅含有基波分量，即
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在干，采用滤波器对发电机内电势频率进行高频滤波，所述滤波器为两个串联的双二次幂滤波器，该滤波器通过下式的传递函数滤掉发电机内电势频率中的高频分量
8.根据权利要求I所述的方法，其特征在干，将经过高频滤波后的发电机内电势频率作为发电机速度偏差Λ ω与发电机机械功率偏差ΛPm进行积分计算，通过计算得出的积分量所在象限进ー步判断发电机调速系统提供的阻尼为正或者为负当积分量处于I、II象限时，发电机调速系统提供的是负阻尼；当积分量处于III、IV象限时，发电机调速系统提供的是正阻尼。
9.根据权利要求I或8所述的方法，其特征在于，所述发电机速度偏差△ω与发电机机械功率偏差ΛPm通过下式进行积分计算，得到积分量ΔΤΡμ
全文摘要
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种基于力矩分解的积分算法识别由发电机调速系统引发电力系统振荡的实现方法。该实现方法包括发电机机械功率偏差ΔPM的计算和发电机速度偏差Δω的确定，其中发电机机械功率偏差ΔPM可以由调速系统调门信号与原动机模型拟合计算后减去发电机机械功率平均值获取；发电机速度偏差Δω根据发电机内电势EQ的频率计算获取，通过计算发电机机械功率偏差ΔPM与发电机速度偏差Δω的积分量所处的象限，判断该机组的调速系统对于互联电网中某个振荡模式提供的阻尼为正或者为负。该方法便于测量、并且准确，能够简单明了的识别出某发电机调速系统对于某个振荡模式提供正阻尼还是负阻尼，以便快速采取措施抑制调速器引起振荡。
文档编号H02P9/04GK102694387SQ20121008247
公开日2012年9月26日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者何凤军, 刘增煌, 周孝信, 李文锋, 李莹, 王官宏, 赵红光, 陶向宇 申请人:中国电力科学研究院