一种电力系统稳定器励磁参数优化方法及系统与流程

本申请涉及测量控制技术领域，特别涉及一种电力系统稳定器励磁参数优化方法及系统。

背景技术：

低频振荡现象在大型互联电网中时有发生，常出现在长距离和重负荷输电线路上。目前抑制低频振荡的常用方案是在发电机的励磁系统上装设电力系统稳定器(power system stabilizer，PSS)，PSS作为一种附加励磁控制环节，在励磁调节器中，通过引入附加信号，产生一个正阻尼转矩，去克服励磁调节器引起的负阻尼，从而达到抑制低频振荡的目的。如果只考虑为本机产生纯阻尼力矩，则有可能给其他发电机带来负阻尼，而且励磁系统还与电力系统及其运行方式和工况密切相关，所以电力系统中PSS必须进行全系统参数协调设计。

PSS励磁参数计算时，首先需要保证补偿的相位达到要求。因此，现有技术中计算PSS参数整定，通常只是考虑PSS的相位补偿，尤其是指定的频率段范围内的相位补偿，整个频率段的相位补偿只要在-120°至-80°范围之内即可。

但是PSS相位补偿参数在考虑补偿相位的同时，也影响到PSS的综合增益，如：超前环节在补偿相位的同时，也加大了PSS的综合增益；滞后环节在补偿相位的同时将降低PSS的综合增益，增大低频振荡的概率。

技术实现要素：

本申请目的在于提供一种电力系统稳定器励磁参数优化方法及系统，以解决低频振荡概率高的问题。

根据本申请实施例第一方面，提供一种电力系统稳定器励磁参数优化方法，所述方法包括以下步骤：

获取电力系统数据，所述电力系统数据为不同频率的初始相角；

根据所述电力系统数据进阶计算电力系统稳定器的补偿相位；

判断所述补偿相位是否在预设范围内；

如果所述补偿相位在所述预设范围内，根据所述补偿相位计算得出角速度轴分解量；

获取计算次数，根据所述计算次数、预设组数及所述角速度轴分解量得到角速度轴分解量数组；

判断所述计算次数是否等于预设次数；

如果所述计算次数等于所述预设次数，则输出所述角速度轴分解量数组。

可选地，所述电力系统稳定器励磁参数优化方法中，所述根据计算次数、预设组数及角速度轴分解量得到角速度轴分解量数组包括：

判断所述计算次数是否大于预设组数；

如果所述计算次数小于或等于所述预设组数，将所述角速度轴分解量放入所述角速度轴分解量数组中；

如果所述计算次数大于所述预设组数，判断所述角速度轴分解量是否大于所述角速度轴分解量数组中的最小值；

如果所述角速度轴分解量大于所述最小值，则将所述最小值替换为所述角速度轴分解量。

可选地，所述电力系统稳定器励磁参数优化方法中，所述根据补偿相位计算得出角速度轴分解量包括：

获取放大倍数；

根据所述放大倍数和所述补偿相位计算得出所述角速度轴分解量。

可选地，所述电力系统稳定器励磁参数优化方法中，所述根据放大倍数和补偿相位计算得出角速度轴分解量包括：

Δω＝K×cos(α+90)

其中，Δω是角速度轴分解量，K是放大倍数，α是补偿相位。

可选地，所述电力系统稳定器励磁参数优化方法中，所述预设范围是-120°～-80°。

根据本申请实施例第二方面，提供一种电力系统稳定器励磁参数优化，所述系统包括：

数据获取模块，用于获取电力系统数据，所述电力系统数据为不同频率的初始相角；

补偿相位计算模块，用于根据所述电力系统数据进阶计算电力系统稳定器的补偿相位；

补偿相位判断模块，用于判断所述补偿相位是否在预设范围内；

角速度轴分解量计算模块，用于如果所述补偿相位在所述预设范围内，根据所述补偿相位计算得出角速度轴分解量；

数组获取模块，用于获取计算次数，根据所述计算次数、预设组数及所述角速度轴分解量得到角速度轴分解量数组；

计算次数判断模块，用于判断所述计算次数是否等于预设次数；

输出模块，用于如果所述计算次数等于所述预设次数，则输出所述角速度轴分解量数组。

可选地，所述电力系统稳定器励磁参数优化系统中，所述数组获取模块包括：

计算次数判断单元，用于判断所述计算次数是否大于预设组数；

存储单元，用于如果所述计算次数小于或等于所述预设组数，将所述角速度轴分解量存储所述角速度轴分解量数组中；

角速度轴分解量判断单元，用于如果所述计算次数大于所述预设组数，判断所述角速度轴分解量是否大于所述角速度轴分解量数组中的最小值；

替换单元，如果所述角速度轴分解量大于所述最小值，则将所述最小值替换为所述角速度轴分解量。

可选地，所述电力系统稳定器励磁参数优化方法中，其特征在于，所述角速度轴分解量计算模块包括：

放大倍数获取单元，用于获取放大倍数；

角速度轴分解量计算单元，用于根据所述放大倍数和所述补偿相位计算得出所述角速度轴分解量。

由以上技术方案可知，本申请提供一种电力系统稳定器励磁参数优化方法及系统，所述方法包括以下步骤：获取电力系统数据，所述电力系统数据为不同频率的初始相角；根据所述电力系统数据进阶计算电力系统稳定器的补偿相位；判断所述补偿相位是否在预设范围内；如果所述补偿相位在所述预设范围内，根据所述补偿相位计算得出角速度轴分解量；获取计算次数，根据所述计算次数、预设组数及所述角速度轴分解量得到角速度轴分解量数组；判断所述计算次数是否等于预设次数；如果所述计算次数等于所述预设次数，则输出所述角速度轴分解量数组。所述系统包括数据获取模块、补偿相位计算模块、补偿相位判断模块、角速度轴分解量计算模块、数组获取模块、计算次数判断模块及输出模块。本申请实施例在电力系统稳定器参数整定过程中考虑相位补偿环节在规程所要求的同时，综合考虑相位补偿参数所导致的电力系统稳定器增益在角速度轴上的分解量的影响，从而更好地优化电力系统稳定器励磁参数，减小低频振荡的概率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本申请实施例示出的一种电力系统稳定器励磁参数优化方法流程图；

图2为根据本申请实施例示出的一种角速度轴分解量数组获取方法流程图；

图3为根据本申请实施例示出的一种角速度轴分解量计算方法流程图；

图4为根据本申请实施例示出的不同频率下补偿相位的结果；

图5为根据本申请实施例示出的不同频率下角速度轴分解量结果；

图6为根据实施例示出的一种电力系统稳定器励磁参数优化系统的结构框图；

图7为根据实施例示出的一种数组获取模块的结构框图；

图8为根据实施例示出的一种角速度轴分解量计算模块的结构框图。

图示说明：

其中，1-原参数补偿相位结果，2-第一组优化参数补偿相位结果，3-第二组优化参数补偿相位结果，4-第三组优化参数补偿相位结果，5-原参数角速度轴分解量结果，6-第一组优化参数角速度轴分解量结果，7-第二组优化参数角速度轴分解量结果，8-第三组优化参数角速度轴分解量结果，10-数据获取模块，20-补偿相位计算模块，30-补偿相位判断模块，40-角速度轴分解量计算模块，50-数组获取模块，60-计算次数判断模块，70-输出模块，41-放大倍数获取单元，42-角速度轴分解量计算单元，51-计算次数判断单元，52-存储单元，53-角速度轴分解量判断单元，54-替换单元。

具体实施方式

参阅图1，本申请实施例提供一种电力系统稳定器励磁参数优化方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S100、获取电力系统数据，所述电力系统数据为不同频率的初始相角；

步骤S200、根据所述电力系统数据进阶计算电力系统稳定器的补偿相位；

步骤S300、判断所述补偿相位是否在预设范围内；

如果所述补偿相位在所述预设范围内，则执行步骤S400；

步骤S400、根据所述补偿相位计算得出角速度轴分解量；

如果所述补偿相位不在所述预设范围内，则继续执行步骤S200；

步骤S500、获取计算次数，根据所述计算次数、预设组数及所述角速度轴分解量得到角速度轴分解量数组；

步骤S600、判断所述计算次数是否等于预设次数；

如果所述计算次数小于所述预设次数，则继续执行步骤S200；

如果所述计算次数等于所述预设次数，则执行步骤S700；

步骤S700、输出所述角速度轴分解量数组。

本申请实施例采用PSS-2B模型，参数整定选择2级补偿与3级补偿两种方案。PSS-2B带有两级补偿模式，如果2级补偿不能满足要求，则可以选择3级补偿模式。

需要说明的是，预设组数是最终需要输出优化参数数组的数量。预设次数是指当补偿相位在预设范围内需要计算的次数，预设次数越大，参数优化效果越好。但需要说明的是，预设次数越大，耗费的时间越长。因此，根据需要适当设定预设次数。

由以上技术方案可知，本申请提供一种电力系统稳定器励磁参数优化方法，所述方法包括以下步骤：获取电力系统数据；根据所述电力系统数据进阶计算电力系统稳定器的补偿相位；判断所述补偿相位是否在预设范围内；如果所述补偿相位在所述预设范围内，根据所述补偿相位计算得出角速度轴分解量；获取计算次数，根据所述计算次数、预设组数及所述角速度轴分解量得到角速度轴分解量数组；判断所述计算次数是否等于预设次数；如果所述计算次数等于所述预设次数，则输出所述角速度轴分解量数组。本申请实施例在电力系统稳定器参数整定过程中考虑相位补偿环节在规程所要求的同时，综合考虑相位补偿参数所导致的电力系统稳定器增益在角速度轴上的分解量的影响，从而更好地优化电力系统稳定器励磁参数，降低低频振荡的风险，减小低频振荡的概率。

可选地，所述电力系统稳定器励磁参数优化方法中，参阅图1和图2，所述根据计算次数、预设组数及角速度轴分解量得到角速度轴分解量数组包括：

步骤S510、判断所述计算次数是否大于预设组数；

如果所述计算次数小于或等于所述预设组数，则执行步骤S521；

步骤S521、将所述角速度轴分解量放入所述角速度轴分解量数组中，继续执行步骤S200；

如果所述计算次数大于所述预设组数，则执行步骤S520；

步骤S520、判断所述角速度轴分解量是否大于所述角速度轴分解量数组中的最小值；

如果所述角速度轴分解量大于所述最小值，则执行步骤S530；

步骤S530、将所述最小值替换为所述角速度轴分解量，继续执行步骤S200。

如果所述角速度轴分解量小于或等于所述最小值，则继续执行步骤S200。

正常的情况下只需要一组最好的优化参数，即一组最大的角速度轴分解量，但是为了防止计算机输出明显错误的数据而需要重新运算，所以要输出角速度轴分解量数组。另外，在正确的相位补偿下，增大PSS的增益，即放大倍数，其提供的正阻尼力矩增大，但是PSS增益的增加并不是没有限制的。PSS增益的增加，可以增加某些机电振荡的阻尼，但是必然会减少某些电磁振荡的负阻尼，使电力系统出现不稳定的现象，也可能对其他机电振荡装置的阻尼产生不利影响。所以本申请实施例最终输出角速度轴分解量数组，通过人工从最后角速度轴分解量数组选择合适的参数，可以扩大参数优化的容错率，选择出更合适的PSS优化参数，减少低频振荡的概率。为了既能选出合适的优化参数，同时提高工作效率，预设组数通常设置为5。

可选地，所述电力系统稳定器励磁参数优化方法中，参阅图3，所述根据补偿相位计算得出角速度轴分解量包括：

获取放大倍数；

根据所述放大倍数和所述补偿相位计算得出所述角速度轴分解量。

所述获取放大倍数包括：

分别获取隔直环节、功率惯性环节、比例环节及超前滞后的放大倍数，根据传递函数的理论，各个环节的放大倍数相乘，得到全部环节的放大倍数。需要说明的是，所述获取放大倍数中，放大倍数是指全部环节的放大倍数。

可选地，所述电力系统稳定器励磁参数优化方法中，所述根据放大倍数和补偿相位计算得出角速度轴分解量包括：

Δω＝K×cos(α+90)

其中，Δω是角速度轴分解量，K是放大倍数，α是补偿相位。

补偿角度是以-delta(功角)为基准，分解到ω轴上，要加上90°，利用此公式可以根据放大倍数和补偿相位计算得出角速度轴分解量，从而直观地展现出综合增益的大小。

进一步地，所述电力系统稳定器励磁参数优化方法中，所述预设范围是-120°～-80°。补偿相位在该电力系统低频振荡区内要满足-120°～-80°的要求此角度以机械功率方向为零度，可抑制低频振荡现象。其中，预设范围是-120°～-80°可更好地抑制低频振荡现象。

进一步地，所述电力系统稳定器励磁参数优化方法中，所述频率是0.2Hz～2.0Hz。由于电力系统的负阻尼效应，常出现在弱联系、远距离及重负荷输电线路上，在采用快速、高放大倍数励磁系统的条件下更容易发生。系统缺乏阻尼甚至阻尼为负，对应发电机转子间的相对摇摆，表现在输电线路上就出现功率波动，由系统缺乏阻尼或系统负阻尼引起的输电线路上的功率波动频率一般在0.2Hz～2.0Hz。以云南电网为例，考虑云南电网南方主网即异步联网运行的实际情况，对云南电网发电厂振荡频率点为0.6Hz～0.8Hz。针对这一区间的频带可更好地抑制低频振荡现象。

表1

表1是根据现有技术，即执行步骤S100至步骤S200时，不同频率下的补偿相位结果，从表1中可以看出：

第一，从相位补偿结果分析，在0.4Hz以下的频带原参数与第一组优化参数的补偿相位落在-120°～-80°之间，而第二组优化参数与第三组优化参数没有落在-120°～-80°之间，说明原参数与第一组优化参数优于第二组优化参数与第三组优化参数；

第二，三组优化参数在0.5Hz～0.8Hz频带补偿效果基本持平；

第三，以云南电网为例，考虑云南电网南方主网即异步联网运行的实际情况，对云南电网发电厂振荡频率点为0.6Hz～0.8Hz，针对该振荡频率点，与第二组优化参数和第三组优化参数相比，原参数及第一组优化参数的补偿相位更接近-80°，原参数及第一组优化参数略好与第二组优化参数和第三组优化参数；

从表1和图4上看出，总体上从相位补偿结果上来看，四组参数之间补偿相位相差不大。

表2

表2是相同电力系统数据下，根据本申请实施例，即执行步骤S100至步骤S400时，不同频率下的角速度轴分解量的结果。

从表2中可以看出：

在0.8Hz及0.8Hz以下频带，第三组优化参数的角速度轴分解量普遍大于第一组优化参数和第二组优化参数的角速度轴分解量，说明第三组优化参数优于第一组优化参数和第二组优化参数；

在0.4～0.9Hz频带范围内，第二组优化参数的角速度轴分解量大于第一组优化参数的角速度轴分解量，说明第二组优化参数优于第一组优化参数。

从表2和图5上看出，总体上从角速度轴分量结果上来看，第三组优化参数角速度分解明显大于原参数，说明其能够有效增加其外送能力，并降低低频振荡的风险，减小低频振荡的概率。

需要说明的是，本申请实施例涉及的参数是指角速度轴分解量，而现有技术中涉及的参数是指补偿相位。

参阅图6，本申请实施例提供一种电力系统稳定器励磁参数优化系统，所述系统包括：

数据获取模块10，用于获取电力系统数据，所述电力系统数据为不同频率的初始相角；

补偿相位计算模块20，用于根据所述电力系统数据进阶计算电力系统稳定器的补偿相位；

补偿相位判断模块30，用于判断所述补偿相位是否在预设范围内；

角速度轴分解量计算模块40，用于如果所述补偿相位在所述预设范围内，根据所述补偿相位计算得出角速度轴分解量；

数组获取模块50，用于获取计算次数，根据所述计算次数、预设组数及所述角速度轴分解量得到角速度轴分解量数组；

计算次数判断模块60，用于判断所述计算次数是否等于预设次数；

输出模块70，用于如果所述计算次数等于所述预设次数，则输出所述角速度轴分解量数组。

由以上技术方案可知，本申请提供一种电力系统稳定器励磁参数优化系统，所述系统包括数据获取模块10、补偿相位计算模块20、补偿相位判断模块30、角速度轴分解量计算模块40、数组获取模块50、计算次数判断模块60及输出模块70。本申请实施例在电力系统稳定器参数整定过程中考虑相位补偿环节在规程所要求的同时，综合考虑相位补偿参数所导致的电力系统稳定器增益在角速度轴上的分解量的影响，从而更好地优化电力系统稳定器励磁参数，减小低频振荡的概率。

可选地，所述电力系统稳定器励磁参数优化系统中，参阅图7，所述数组获取模块包括：

计算次数判断单元51，用于判断所述计算次数是否大于预设组数；

存储单元52，用于如果所述计算次数小于或等于所述预设组数，将所述角速度轴分解量存储所述角速度轴分解量数组中；

角速度轴分解量判断单元53，用于如果所述计算次数大于所述预设组数，判断所述角速度轴分解量是否大于所述角速度轴分解量数组中的最小值；

替换单元54，如果所述角速度轴分解量大于所述最小值，则将所述最小值替换为所述角速度轴分解量。

本申请实施例通过计算次数判断单元51、存储单元52、角速度轴分解量判断单元53及替换单元54，在预设次数内，最终输出含有几个相对较大角速度轴分解量的数组。通过人工从最后角速度轴分解量数组选择合适的参数，可以防止计算机输出明显错误的数据及对其他机电振荡装置的阻尼产生不利影响。扩大参数优化的容错率，选择出更合适的PSS优化参数，减小低频振荡的概率。

可选地，所述电力系统稳定器励磁参数优化方法中，参阅图8，所述角速度轴分解量计算模块包括：

放大倍数获取单元41，用于获取放大倍数；

角速度轴分解量计算单元42，用于根据所述放大倍数和所述补偿相位计算得出所述角速度轴分解量。

本申请实施例通过放大倍数获取单元41和角速度轴分解量计算单元42可以更方便计算角速度轴分解量。

由以上技术方案可知，本申请提供一种电力系统稳定器励磁参数优化方法及系统，所述方法包括以下步骤：获取电力系统数据，所述电力系统数据为不同频率的初始相角；根据所述电力系统数据进阶计算电力系统稳定器的补偿相位；判断所述补偿相位是否在预设范围内；如果所述补偿相位在所述预设范围内，根据所述补偿相位计算得出角速度轴分解量；获取计算次数，根据所述计算次数、预设组数及所述角速度轴分解量得到角速度轴分解量数组；判断所述计算次数是否等于预设次数；如果所述计算次数等于所述预设次数，则输出所述角速度轴分解量数组。所述系统包括数据获取模块10、补偿相位计算模块20、补偿相位判断模块30、角速度轴分解量计算模块40、数组获取模块50、计算次数判断模块60及输出模块70。本申请实施例在电力系统稳定器参数整定过程中考虑相位补偿环节在规程所要求的同时，综合考虑相位补偿参数所导致的电力系统稳定器增益在角速度轴上的分解量的影响，从而更好地优化电力系统稳定器励磁参数，降低低频振荡的风险，减小低频振荡的概率。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。