本发明涉及电力系统稳定器的参数现场整定方法，具体地说是一种采用功率-转速变化量合成作为输入的超前相位自适应型电力系统稳定器的现场参数整定方法。
背景技术：
：随着国家电网公司“十三五”规划的稳步实施，我国将形成多电压等级、交直流混联的复杂特大型同步电网格局。全网等效惯量的增加和开机方式的变化使得全网阻尼减弱，低频振荡风险增加，系统动态稳定性降低。目前工程化应用最广泛的防止系统低频振荡的手段为电力系统稳定器PSS(PowerSystemStabilizer)，其原理为通过在励磁系统电压给定点叠加一个相位超前转速变化的PSS输出量，补偿发电机无补偿滞后特性，以达到增加阻尼、抑制有功低频振荡的作用。但为了达到补偿发电机无补偿特性的目的，现有典型PSS模型在参数整定时多采用多阶大相位超前环节，这种采用大超前环节的补偿方式，一方面会造成PSS增益受限而严重削弱其在中低频段的振荡抑制能力；另一方面，对于不同频率下的无补偿特性，要采用一套相同的超前参数达到全频段的补偿效果，存在参数整定困难等问题，不利于工程中的现场参数整定。为解决上述问题，申请人申请了“一种超前相位自适应型电力系统稳定器”(中国专利申请号为201610343420.9)，其提出利用发电机有功功率负变化量-ΔPe与转速变化量Δω构造一个合成相量VPe-ω作为新型PSS输入的方法，使其超前相位角度随振荡频率增加而增加，无需采用典型PSS的多级超前环节补偿即可满足在不同频率范围内的发电机及励磁系统的滞后特性，其模型结构如图1所示。目前工程中典型的PSS均采用以有功功率输入环作为补偿滞后特性原则的相位校正方法作为PSS参数整定方法。由于“一种超前相位自适应型电力系统稳定器”专利申请中的新型PSS采用有功功率负变化量-ΔPe与转速变化量Δω合成的功率-转速轴合成矢量作为输入，为使得该新型PSS能适应不同机组及工况的运行要求，亟需提出一种通过现场简单试验获得整定参数的方法，使其具有工程应用的可能性和推广性。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是根据超前相位自适应型电力系统稳定器的结构及特性，提供一种原理清晰、操作简单的现场参数整定方法，使该种新型PSS具有良好的抑制低频振荡的效果并可用于工程应用。为此，本发明采用如下的技术方案：一种超前相位自适应型电力系统稳定器的参数整定方法，所述的PSS采用有功功率负变化量-ΔPe与转速变化量Δω合成的功率-转速轴合成矢量作为输入，其包括如下步骤：1)退出发电机励磁系统PSS，采用信号分析仪发出正弦扫频信号，并将其输入至发电机励磁系统的PSS输出叠加点，分析得到发电机励磁系统无补偿滞后特性角θ无补偿；2)根据发电机转子运动方程，调整转速信号增益系数Ks，以保证在本机振荡频率下的合成机械功率为零；3)从步骤2)获得的转速信号增益系数Ks计算获得不同频率下转速和有功功率对应的交流增益系数K；4)设置参数TW1、TW2、TL1、TL2，TL1<TL2(典型值为TL1＝8，TL2＝48)，计算不同频率下(0.2～2Hz)对应的转速环相位θω，使得θω的角度略超前Δω轴并随着频率的增加靠近Δω轴(Δω轴为由-ΔPe与Δω构成的坐标系中的纵坐标)；5)根据步骤2)中的Ks及步骤4)中设置的参数TW1、TW2、TL1、TL2，计算不同频率下(0.2～2Hz)对应的转速环幅值Mω；6)根据步骤3)中获得的交流增益系数K和步骤5)中获得的转速环幅值Mω，计算对应的转速环等效幅值Mω等效；7)设置参数TW3、TW4、TH1、TH2，TH1<TH2(典型值为TH1＝1)，计算不同频率下(0.2～2Hz)对应的有功功率环相位θpe；8)根据步骤2)中的Ks及步骤7)中设置的参数TW3、TW4、TH1、TH2计算不同频率下(0.2～2Hz)对应的有功功率环幅值Mpe；9)根据步骤4)、步骤6)-8)中获得Mω等效、θω、Mpe、θpe计算功率-转速轴合成矢量的ω轴分量10)根据步骤4)、步骤6)-8)中获得Mω等效、θω、Mpe、θpe计算功率-转速轴合成矢量的Pe轴分量11)根据步骤9)及步骤10)获得的和计算合成矢量的超前相位12)根据陷波滤波器函数计算陷波滤波环节的相位θ陷波滤波，若未采用陷波滤波环节，则无需计算；13)根据三阶超前滞后相位环节计算相位θ超前滞后，若未采用超前滞后环节，则无需计算；14)计算发电机励磁系统PSS相对于Δω轴的总超前相位15)根据步骤1)中的发电机无补偿滞后特性角θ无补偿和步骤14)中计算获得的总超前相位计算发电机相对于Δω轴的有偿特性θ有补偿，使其满足有偿特性在超前Δω轴20度至滞后Δω轴45度之间；若不满足这一要求，则调整参数TW1、TW2、TL1、TL2和TW3、TW4、TH1、TH2，重新进行步骤4)～步骤15)的计算直至满足要求；16)投入发电机励磁系统PSS，逐步增大放大倍数KPSS，仔细观察励磁电压，当出现微小持续振荡时，该放大倍数为临界放大倍数K临界，取临界放大倍数K临界的1/3～1/5并结合PSS投入后阻尼比提升情况综合决定放大倍数KPSS。本发明针对申请号为201610343420.9的“一种超前相位自适应型电力系统稳定器”，由于其结构决定的合成矢量随振荡频率增加而超前相位角度增加的特性，因此，不需要采用多阶超前环节即可满足发电机励磁系统有补偿特性相位要求。进一步地，步骤2)中，进行发电机小电压阶跃(典型值2％电压阶跃)，调整Ks使得有功功率变化量ΔPe和转速变化量Δω的峰-峰值相等。进一步地，步骤3)中，所述交流增益系数K的计算公式如下：其中，f为频率(0.2～2Hz)，TH2为有功功率滞后时间常数。进一步地，步骤4)中，转速环相位θω的计算公式如下：其中，f为频率(0.2～2Hz)；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，TL1为转速信号超前时间常数；TL2为转速信号滞后时间常数，θω的单位为度。进一步地，步骤5)中，转速环幅值Mω的计算公式如下：其中，f为频率(0.2～2Hz)；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，TL1为转速信号超前时间常数；TL2为转速信号滞后时间常数。进一步地，步骤6)中，转速环等效幅值Mω等效的计算公式如下：Mω等效＝Mω·K(4)，其中，Mω为转速环幅值；K为交流增益系数。进一步地，步骤7)中，有功功率环相位θpe的计算公式如下：其中，f为频率(0.2～2Hz)；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；TH1为有功功率超前时间常数；TH2为有功功率滞后时间常数；θpe的单位为度。进一步地，步骤8)中，有功功率环幅值Mpe的计算公式如下：其中，f为频率(0.2～2Hz)；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；TH1为有功功率超前时间常数；TH2为有功功率滞后时间常数。进一步地，步骤9)中，ω轴分量的计算公式如下：步骤10)中，P轴分量的计算公式如下：其中，Mω等效为转速环等效幅值；θω为转速环相位；Mpe为有功功率环幅值；θpe为有功功率环相位；步骤11)中，合成矢量的相位的计算公式如下：其中，为功率-转速轴合成矢量的P轴分量；为功率-转速轴合成矢量的ω轴分量；的单位为度。进一步地，步骤12)中，陷波滤波器的相位θ陷波滤波的计算公式如下：其中，bn为带宽；Wn为滤波频率设定值；θ陷波滤波的单位为度。步骤13)中，超前滞后相位环节计算相位θ超前滞后的计算公式如下：其中，T1～T6为三阶超前滞后相位校正环节的时间常数，T1为第一阶超前时间常数，T2为第一阶滞后时间常数，T3为第二阶超前时间常数，T4为第二阶滞后时间常数，T5为第三阶超前时间常数，T6为第三阶滞后时间常数；θ超前滞后的单位为度；步骤14)中，发电机励磁系统PSS总超前相位的计算公式如下：步骤15)中，发电机相对于Δω轴的有偿特性θ有补偿的计算公式如下：本发明根据超前相位自适应型电力系统稳定器的模型结构图，采用现场试验的方法，找出输入转速信号和有功功率信号之间的关系，通过经典的频域计算方法，获得功率-转速轴合成矢量的超前相位角度计算公式；根据实际机组的无补偿特性，通过合成矢量的相位角度计算公式，即可整定相应的参数使得合成力矩在转速轴附近。该整定方法概念清晰，操作简单，一般情况下不需要整定传统PSS的三阶超前滞后环节，可用于增强特大型交流同步电网易发的低频段振荡抑制能力，提升了特大型交流同步电网在低频段的动态稳定水平。附图说明图1为超前相位自适应型电力系统稳定器(简称新型PSS)的模型结构图。图2为超前相位自适应型电力系统稳定器投入下的临界增益图。图3为动模机组实测新型PSS退出情况下发电机5％负载电压阶跃响应图。图4为动模机组实测新型PSS投入情况下发电机5％负载电压阶跃响应图。图5为动模机组实测新型PSS退出情况下的0.5Hz扰动下的有功功率响应图。图6为动模机组实测新型PSS投入情况下的0.5Hz扰动下的有功功率响应图。图7为动模机组实测新型PSS退出情况下的0.8Hz扰动下的有功功率响应图。图8为动模机组实测新型PSS投入情况下的0.8Hz扰动下的有功功率响应图。图9为动模机组实测新型PSS退出情况下的1.5Hz扰动下的有功功率响应图。图10为动模机组实测新型PSS投入情况下的1.5Hz扰动下的有功功率响应图。图11为动模机组实测新型PSS退出情况下的2.0Hz扰动下的有功功率响应图。图12为动模机组实测新型PSS投入情况下的2.0Hz扰动下的有功功率响应图。具体实施方式下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。以某型15kVA动模机组为实施对象，采用上述的现场参数整定方法，以机组有无PSS为对比，对本发明具体实施方式的实用性、有效性和科学性作进一步说明。本实施例中机组采用自并励励磁方式，发电机主要额定参数如下：额定视在功率15kVA，额定有功功率13.5kW，额定机端电压380V，直轴同步电抗(不饱和值)与交轴同步电抗(不饱和值)均为108.25％。1、发电机励磁系统无补偿滞后特性现场测试现场测试时的机组工况如下：有功功率13.88kW，无功功率1.89Kvar，机端电压365.05V，发电机无补偿特性如表1所示。表1为动模机组无补偿特性频率(Hz)无补偿特性(度)频率(Hz)无补偿特性(度)频率(Hz)无补偿特性(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根据现场测量的机励磁系统无补偿特性可知，其无补偿特性均在0.2～2.0Hz均在滞后90度的范围内，且滞后角度随着频率的增加而增加。2、交流增益系数K计算进行发电机2％电压阶跃，调整Ks，使得有功功率变化量ΔPe和转速变化量Δω的峰-峰值相等，获得Ks＝0.7776，根据公式(1)计算获得交流增益系数K。其中：f∈(0.2,2)Hz。3、新型PSS参数整定及超前相位值根据公式(2)～(12)现场计算整定新型电力系统稳定器的参数如表2所示：表2新型电力系统稳定器整定参数表不同频率下PSS输出的总超前相位如表3所示。表3新型电力系统稳定器在整定参数下不同频率的输出角度超前值4、发电机相对于Δω轴的有偿特性根据表1中的发电机无补偿特性、表3中的新型PSS总超前相位及公式(13)，计算得到发电机相对于Δω轴的有偿特性，如表4所示。表4动模机组有补偿特性频率(Hz)θ有补偿(度)频率(Hz)θ有补偿(度)频率(Hz)θ有补偿(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的整定参数下，新型PSS输出的超前角度随着振荡频率的增加而增加，有偿特性在超前Δω轴20度至滞后Δω轴45度之间，保证了经过励磁系统产生的力矩在转速轴附近，实现了对不同频率下滞后特性的补偿。5、新型PSS放大倍数KPSS整定按表2设置新型电力系统稳定器的参数，将KPSS预设为1，投入PSS。逐步增加KPSS，直至发电机励磁电压出现微小持续振荡，此时的KPSS设定值为临界放大倍数K临界＝30，如图2所示，根据现场机组情况，因阻尼比提升作用明显，因此将PSS的放大倍数KPSS设定为5。6、有无PSS的负载阶跃响应实测对比上述动模机组在新型PSS分别退出和投入情况下的现场实测发电机5％负载电压阶跃响应如图3-图4所示。实测与仿真的有功功率振荡品质参数如表5所示表5实测与仿真发电机5％负载电压阶跃响应振荡品质参数由表5的负载电压阶跃响应波形和据此计算的响应品质参数可见，新型PSS投入后有功功率振荡快速平息，能提供较大的附加阻尼，说明新型电力系统稳定器对于振荡抑制能力强，且参数整定方法正确有效。6、有无新型PSS的不同频点下有功功率振荡实测对比在与上述动模机组同母线的相邻机组加入不同振荡频率的有功功率正弦扰动，分别比较新型PSS退出和投入情况下的机组有功功率幅值，波形如图5-图12所示。发电机有功功率响应情况如表6所示。表6不同频点下的有功功率振幅表注：功率振幅占比为新型PSS投入后功率振幅占未投入前功率振幅比。由图5-图12及表6可知，在不同频点等幅值有功功率强迫振荡扰动下，新型PSS投入后均能明显减小发电机功率振荡幅度。从而验证了新型PSS在各振荡频率下均具有良好的振荡抑制能力，且参数整定方法正确有效。当前第1页1 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