专利名称：：一种加速功率型电力系统稳定器的制作方法
技术领域：
：本发明属于电力系统领域，具体涉及一种基于发电机内电势频率的加速功率型电力系统稳定器。
背景技术：
：全国联网工程的研究表明，在全国联网后，会出现一个频率为0.15Hz左右的负阻尼振荡模式，严重影响电网的安全、稳定、经济运行。采用单一电功率为输入信号(或简单的电功率加转速信号)的电力系统稳定器(PSS)，在采用满足对O.l-2.0Hz频率范围内的低频振荡提供正阻尼的参数后，往往会使"反调"现象变得严重。所谓"反调"是指当机组增加原动机功率输入时，发电机的无功功率会有比较大的、不能允许的减少，而在机组减少原动机功率输入时，发电机的无功功率会有比较大的、不能允许的增加。解决"反调"问题的一种有效措施是采用加速功率作为PSS的输入信号，这是因为采用电功率作为输入信号的电力系统稳定器的原理是假定机械功率恒定，这时电功率就等于加速功率，而当机械功率调整时，这时用电功率来代替加速功率就会引起反调现象。
发明内容本发明提供了一种基于发电机内电势频率的加速功率型电力系统稳定器。其采用由发电机轴速度和有功功率组成的双输入信号加速功率PSS是解决发电机无功"反调"有利措施，但是转速信号的测取有一定难度，为避免轴系扭振问题，需采用扭振频率阻断滤波器。本发明用发电机线电压和电流计算出的发电机内电势的频率来代替发电机轴速度，因为发电机轴速度的变化与发电机内电势频率的变化是相同的。通过测量发电机电压u和定子电流i就可以求得发电机内电势eq，从而通过求发电机内电势的频率来得到发电机轴速度，解决了发电机轴速度不易测取的问题，不需要附加的有功功率变换器和转速变换器。基于发电机内电势频率的加速功率性电力系统稳定器，其特征是不用转速变换器测量发电机轴速度，而是用发电机电压和电流合成的发电机的内电势的频率来实现，这样就解决了转速信号不易测量的问题。根据旋转物体的力学定律，对同步电机的转子可写出如下的关系式式中——机组转子的转动惯量&—原动机转矩化——发电机的电磁转矩^——发电机轴速度用标幺值表示，在速度变化不大时，可用功率代替转矩，则关系式变为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>式中A/——发电机的机械功率尸e——发电接的电功率移项后有写成偏差形式，d/dt用s代替，得=Ms，+(2)因/\『中含有各种噪音，上式两端乘G(s)滤去<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>加速功率为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>式中」尸a——发电机的加速功率偏差；用AP。来作为PSS的输入，加速功率为信号的PSS是没有反调的。但是转速信号的测取有一定难度，为避免轴系扭振问题，需采用扭振频率阻断滤波器。本发明采用发电机轴速度不用从发电机轴测取，而是用发电机线电压和电流计算出的发电机内电势的频率求取，因为发电机轴速度的变化与发电机内电势频率的变化是相同的。￡9=C/+7'Z&，通过测量发电机电压U和定子电流I就可以求得发电机内电势A，从而通过求发电机内电势的频率来得到发电机轴速度，解决了发电机轴速度不易测取的问题。这种PSS只取发电机的电压电流信号，不需要附加的有功功率变换器和转速变换器，在国内属首创。因此，本发明采用的发电机轴速度不用从发电机轴测取，而是用发电机线电压和电流计算出的发电机内电势的频率求取，因为发电机轴速度的变化与发电机内电势频率的变化是相同的。^z^+7'z^，通过测量发电机电压U和定子电流I就可以求得发电机内电势A，从而通过求发电机内电势的频率来得到发电机轴速度，解决了发电机轴速度不易测取的问题。这种PSS只取发电机的电压电流信号，不需要附加的有功功率变换器和转速变换器，在国内属首创。本项目的研究成果，g卩〃双输入信号加速功率型电力系统稳定器〃的研制成功，为三峡电厂提供了一种新型的PSS模型和装置。该装置已在三峡电厂已并网运行的全部14台发电机上投入工业运行，运行参数严格按照电网的要求，运行情况稳定可靠，没有出现不正常的无功"反调"现象，为三峡电厂的安全满发和电网的安全稳定运行做出了贡献。参考以下附图，本发明这些和其它特征、益处和优点将变得显而易见，在所有的附图中，相同的附图标记表示相同的结构，其中图l:是本发明的PSS的传递函数框图2:是使用本发明的三峡电厂2号机上进行的加速功率型电力系统稳定器无功功率"反调"试验录波图3:是使用本发明的三峡电厂2号机上进行的加速功率型电力系统稳定器发电机负载阶跃试验录波图4:是使用本发明的三峡电厂2号机上进行的PSS1A型电力系统稳定器无功功率"反调"试验录波图5:是使用本发明的三峡电厂2号机上进行的PSS3B型电力系统稳定器无功功率"反调"试验录波其中，P为发电机的有功功率，Q为发电机的无功功率。具体实施例方式下面结合一个具体实例和附图来描述本发明的实施方式。2003年8月，三峡发电厂第一台机组并网发电，接着又有5台机组先后调试完毕，要求并网投入商业运行。对西门子公司先后提供的PSS1A和PSS3B模型和参数进行了理论分析、现场试验和电力系统仿真计算，发现存在以下主要问题1)对频率低于0.3Hz的区域间振荡模式不但不能提供正阻尼，反而会提供负阻尼；2)发电机无功功率"反调"现象严重到不能容许的程度。附图4给出了发电机有功从400丽增加到500隨时的录波图。功率变化的速度由机组的监控系统设定。附图4给出了PSS1A的"反调"试验结果，在最初的14秒内，有功增加了66丽，速度为4.7MW/秒，发电机无功最大减少了约62Mvar。在最后的3秒内，发电机有功增加了约43匿，速度为M匿/秒，发电机无功最大减少了约101Mvar，但是历时较短，在5秒左右的时间内"反调"现象基本结束。附图5给出了PSS3B的"反调"试验结果。试验时，使发电机的有功从575匿减少到545丽，发电机的无功先从78Mvar增加到187Mvar，在发电机有功稳定在545MW后，无功又从187Mvar减少到70Mvar左右(录波时间不够，从表计看的)。无功"反调"还是相当严重。丙门子公司提出了采用水轮机"开度"变化信号"闭锁"PSS输出的方法，解决无功"反调"问题。即从水轮机控制系统引一个水门开度信号到励磁调节器，当励磁调节器测量到水轮机"开度"发生变化时，将PSS的输出信号闭锁，PSS"退出运行"。在水轮机"开度"变化结束后，经过一定延时后解除闭锁，PSS"恢复运行"。试验结果表明，是有效的。但由于三峡机组容量大，又是参与"自动发电控制(AGC)"的机组，调度部门不同意这种解决"反调"的方法。要求有更好的解决办法。除了"闭锁"以外，解决"反调"问题的方法有两个，一是采用发电机组的转速作为PSS的输入信号，一是采用发电机组的加速功率作为PSS的输入信号。采用转速为输入信号的PSS在理论上是没有"反调"现象的，但是转速信号的测取有一定难度。为避免轴系扭振问题，需采用扭振频率阻断滤波器，其阶数由主机机械计算给出，所以没有得到广泛应用。采用加速功率作为PSS的输入信号，是解决"反调"问题的简单有效的方法。表12号机无补偿相频特性测量结果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>根据无补偿相频特性测量结果，和PSS应在0.lHz2.OHz频率段内能提供正阻尼的要求，选择三峡左岸电厂的加速功率型电力系统稳定器的参数如下Twl=Tw2=Tw3=T7=10.0s，T1=0.51s,T2=2.27s,T3=T5=0.4s，T4=T6=0.04s，T8=0.6s，T9二0.12s,M=5,N=l。用发电机负载阶跃响应法，检查加速功率型PSS的阻尼效果。附图3给出了2号机上的试验结果。无PSS(a)时，发电机有功功率经过5次左右振荡后平息，有PSS时(b)发电机有功功率经过1.5次左右振荡后就平息了，PSS对本机振荡的阻尼效果很好。附图2给出了2号发电机的无功"反调"试验结果。(a)为减功率时的结果，(b)为加功率时的结果。试验结果表明无功"反调"很小，几乎没有。三峡发电厂的现场试验和仿真计算证明，三峡发电厂的发电机采用双输入信号加速功率型PSS-—PSS2A型后，可以同时满足没有无功"反调"现象、对频率为0.lHz~2.OHz范围内的振荡提供正阻尼的要求。此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。权利要求1.一种基于发电机内电势频率的加速功率型电力系统稳定器的实现方法，其特征在于使用发电机线电压和电流计算出的发电机内电势的频率来代替发电机轴速度，通过测量发电机的电压U和定子的电流I就可以求得发电机内电势Eq，从而通过求发电机内电势的频率来得到发电机轴速度。2.根据权利要求l所述的电力系统稳定器的实现方法，其特征在于根据旋转物体的力学定律，对同步电机的转子可写出如下的关系式其中m——机组转子的转动惯量；乙——机械输入转矩；t;——发电机的电磁转矩；用标幺值表示，在速度变化不大时，可用功率代替转矩，则关系式变为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>移项后有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>写成偏差形式，d/dt用S代替，得=緒，+因Aw中含有各种噪音，上式两端乘G(S)滤去，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>加速功率为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>用AP。来作为电力系统稳定器PSS的输入，在发电机组机械输入功率发生变化时，电力系统稳定器PSS的输入信号为加速功率APa，在发电机组机械输入功率不变化时，APm=0，APa=APe，在选择、整定电力系统稳定器PSS参数时，就可按电功率输入电力系统稳定器PSS来进行。全文摘要基于发电机内电势频率的加速功率型电力系统稳定器。采用由发电机轴速度和有功功率组成的双输入信号加速功率PSS是解决发电机无功“反调”有利措施，但是转速信号的测取有一定难度，为避免轴系扭振问题，需采用扭振频率阻断滤波器。本发明用发电机线电压和电流计算出的发电机内电势的频率来代替发电机轴速度，因为发电机轴速度的变化与发电机内电势频率的变化是相同的。通过测量发电机电压U和定子电流I就可以求得发电机内电势Eq，从而通过求发电机内电势的频率来得到发电机轴速度，解决了发电机轴速度不易测取的问题，不需要附加的有功功率变换器和转速变换器。文档编号H02J3/24GK101420129SQ20081023978公开日2009年4月29日申请日期2008年12月17日优先权日2008年12月17日发明者刘增煌,吴余泉,晖晁,方朱,亮王,赵红光申请人:中国电力科学研究院