一种基于pss投切的同步发电机励磁控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于PSS投切的同步发电机励磁控制方法，同步发电机包括原动机、发电机和励磁调节器，励磁调节器设有电力系统稳定器，控制方法包括：步骤一：在电力系统稳定器的PSS模型中设置软开关模块，使得电力系统稳定器能在PSS1A模型与PSS2A/PSS2B模型之间切换；步骤二：实时检测原动机的调功接点的开关状态；步骤三：依据开关状态控制软开关模块，以使得：当调功接点处于断开状态时，软开关模块断开，令电力系统稳定器按PSS1A模型运行；当调功接点处于闭合状态时，软开关模块闭合，令电力系统稳定器按PSS2A/PSS2B模型运行。本发明兼具PSS1A和PSS2A/PSS2B的优点。
【专利说明】—种基于PSS投切的同步发电机励磁控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于PSS投切的同步发电机励磁控制方法。
【背景技术】
[0002]电力系统稳定器PSS的作用是抑制电力系统低频振荡。自从PSS在同步发电机励磁调节器中应用后，先后采用了 PSS1A模型和PSS2A/PSS2B模型。目前，普遍使用的是PSS2A/PSS2B 模型。
[0003]PSS1A的数学模型如图1所示。PSS1A的数学模型，以发电机有功功率也称电功率做为PSS的输入，是单变量输入。发电机有功功率很容易通过测量的方法获得，是PSS中普遍采用的输入变量。
[0004]从抑制低频振荡的效果来说，发电机有功功率作为产生附加电磁力矩的参考量，是最有效的变量。
[0005]PSS1A存在的主要问题是反调现象。正常调节情况下，当发生有功功率振荡时，有功功率增加，PSS输出负值使励磁电流减少，从而减少有功功率，起阻尼振荡的作用。但当调节原动机，使机械功率增加时，有功功率也相应增加，此时由于PSS的作用会使励磁减少。这种因PSS1A的原因，当原动机输出功率增加或减少时引起励磁电压、机端电压和无功功率减少或增加的现象，就称为反调。反调对静态稳定不利。
[0006]使用PSS1A时，为了避免“反调”问题，普遍采用的方法是:在调节发电机有功功率出力期间，利用调功接点暂时闭锁PSS1A ;而在调节稳定后，经延时10 - 20s，才解除闭锁，使PSS1A再投入运行。
[0007]随着自动发电控制Automation Generation Control,即AGC广泛应用，发电机电功率调节速度变快，调节也变得十分频繁，电网不再允许采用暂时闭锁PSS的方法解决“反调”问题。
[0008]解决PSS1A “反调”问题的主要方法，是引入转速信号ω。
[0009]PSS2A/PSS2B以转速信号与电功率信号合成的加速功率做为PSS的输入量，在解决“反调”问题的同时，不影响PSS的阻尼效果。PSS2A/PSS2B的数学模型如图2所示。
[0010]所以，目前在发电机励磁调节器中强制采用的都是PSS2A/PSS2B模型。
[0011]但从RTDS仿真实验室和现场进行的PSS1A同PSS2A/PSS2B的对比试验可以看到:PSS1A的阻尼特性明显高于PSS2A/PSS2B。
[0012]1、实验1:发电机电压阶跃试验
[0013]图3、图4分别是投入PSS2A/PSS2B模型和PSS1A模型下的发电机电压3%阶跃试验录波波形。图中的Ρ为发电机有功功率。
[0014]试验分析结果:投入PSS2A模型时的有功振荡阻尼系数为0.1529 ;投入PSS1A模型时的有功振荡阻尼系数为0.1834。投PSS1A模型时第一个波以后的振荡比投PSS2A模型时的要小一点。PSS1A模型的阻尼系数略高，抑制低频振荡的效果要好一些。
[0015]2、案例2:带负荷断开出线断路器[0016]图5、图6分别是投入PSS2A/PSS2B模型和PSS1A模型下，断开出线断路器时的试验录波波形。图中的P为发电机有功功率。
[0017]试验分析结果:投入PSS2A模型时的有功振荡阻尼系数为0.1310 ;投入PSS1A模型时的有功振荡阻尼系数为0.2017。投PSS2A的情况下有功振荡是5个；而在投入PSS1A的情况下有功振荡的抑制效果最好，振荡波形不超过3个。投PSS1A时有功振荡的次数不仅最少，功率振荡峰峰值也是最低的。PSS1A模型的阻尼系数明显较高，抑制低频振荡的效
果更好一些。
[0018]3、RTDS仿真实验室案例
[0019]通过RTDS实时仿真系统进行的电力系统在特殊情况下的低频振荡试验时，PSS1A与PSS2A/PSS2B的对比效果试验波形如图7和图8所示。图7是模拟特殊情况下电力系统振荡后投入PSS1A的情况，有功功率P的振荡很快平息，达到了很好的抑制效果。图8是模拟特殊情况下电力系统振荡后投入PSS2A/PSS2B的情况，有功功率P的振荡有减小趋势但仍然长时间持续，抑制效果很差。
[0020]因此，从抑制电力系统低频振荡的效果来说，PSS1A的阻尼特性明显高于PSS2A/PSS2B。
【发明内容】
[0021]本发明所要解决的技术问题是:提供一种基于PSS投切的同步发电机励磁控制方法，以克服现有技术中基于PSS2A/PSS2B模型的励磁控制方法存在阻尼特性较低的问题。
[0022]解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下:
[0023]一种基于PSS投切的同步发电机励磁控制方法，所述同步发电机包括原动机、发电机和励磁调节器，所述励磁调节器设有电力系统稳定器，所述的控制方法包括:
[0024]步骤一:在所述电力系统稳定器的PSS模型中设置软开关模块，使得电力系统稳定器能在PSS1A模型与PSS2A/PSS2B模型之间切换；
[0025]步骤二:实时检测所述原动机的调功接点的开关状态；
[0026]步骤三:依据所述开关状态控制所述软开关模块，以使得:
[0027]当所述调功接点处于断开状态时，软开关模块断开，令电力系统稳定器按PSS1A模型运行；
[0028]当所述调功接点处于闭合状态时，软开关模块闭合，令电力系统稳定器按PSS2A/PSS2B模型运行。
[0029]作为本发明的一种改进，所述步骤三中，当所述调功接点由闭合状态跳变至断开状态时，软开关模块先在用于等待发电机有功功率出力调节稳定的延时时间内保持闭合，令电力系统稳定器保持按PSS2A/PSS2B模型运行，待所述延时时间结束后再断开，令电力系统稳定器按PSS1A模型运行。
[0030]作为本发明的一种实施方式，所述延时时间为10?20秒。
[0031]作为本发明的优选实施方式，所述调功接点、电力系统稳定器与励磁调节器的相应接口电连接，所述励磁调节器设有PSS控制模块，该PSS控制模块检测调功接点的开关状态，并依据所述步骤三对所述软开关模块进行控制。
[0032]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:[0033]第一，本发明以原动机调功接点的开关状态作为激励，并通过在电力系统稳定器的PSS模型中设置软开关模块，使得电力系统稳定器能够在发电机进行有功功率出力调整的短暂时间内按PSS2A/PSS2B模型运行，从而避免了 “反调”现象的出现，保证发电机在并网运行期间不需要闭锁PSS功能，而在发电机未进行有功功率出力调整的长期运行过程中按PSS1A模型运行，从而相较于PSS2A/PSS2B提高了 PSS模型的阻尼，因此，本发明兼具PSS1A和PSS2A/PSS2B各自的优点；
[0034]第二，本发明还通过设置延时时间，使得在发电机的有功功率出力调整操作结束后，电力系统稳定器在延时时间内仍保持按PSS2A/PSS2B模型运行，待延时时间结束后再转为按PSS1A模型运行，从而确保在等待发电机有功功率出力调节稳定的延时时间内不会出现“反调”现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明:
[0036]图1是PSS1A的数学模型；
[0037]图2是PSS2A/PSS2B的数学模型；
[0038]图3是现场试验，投入PSS2A/PSS2B模型下的发电机电压3%阶跃试验录波波形；
[0039]图4是现场试验，投入PSS1A模型下的发电机电压3%阶跃试验录波波形；
[0040]图5是现场试验，投入PSS2A/PSS2B模型下、带负荷断开出线断路器时的试验录波波形；
[0041]图6是现场试验，投入PSS1A模型下、带负荷断开出线断路器时的试验录波波形；
[0042]图7是在RTDS仿真系统中模拟特殊情况下电力系统振荡后投入PSS1A的情况；
[0043]图8是在RTDS仿真系统中模拟特殊情况下电力系统振荡后投入PSS2A/PSS2B的情况；
[0044]图9为设有软开关模块S2的PSS模型的原理图；
[0045]图10为本发明基于PSS投切的同步发电机励磁控制方法的示意图；
[0046]图11为原动机中调功接点的示意图；
[0047]图12为本发明的PSS模型切换为PSS1A模型的示意图；
[0048]图中:P—发电机有功功率，Q—发电机无功功率，Uf—发电机转子电压，If一发电机转子电流，Uab—发电机端A、B相间电压，la—发电机端A相电流，Ij一发电机机端电流，delta P—发电机有功功率的变化量，delta Pm—发电机等效机械功率的变化量，Ug—发电机机端电压，S为复频变量，T,、TW1、TW2、TW3、Tff—PSS模型中的隔直时间常数，！\、T—PSS模型中的第1级超前滞后补偿时间常数，T3、Τ-PSS模型中的第2级超前滞后补偿时间常数，T5、T6—PSS模型中的第3级超前滞后补偿时间常数，KpSS、KSl—PSS放大倍数，-1为反相器，PSS_uk—PSS 输出，USTmax—PSS2A/PSS2B 输出的正限幅值，USTmin—PSS2A/PSS2B 输出的负限幅值，T7—有功功率积分时间常数，Ks2—有功功率积分计算值的补偿系数，Ks3-信号匹配系数，T8、T9一陷波器时间常数，Μ、Ν—陷波器阶次，Σ表示相加点，PSS_0、PSS_1、PSS_2、PSS_3、PSS_4、PSS_5、PSS_6、PSS7 — PSS 模型中各环节输出的测试点，S2 为 PSS 投切软开关。【具体实施方式】
[0049]如图9和10所示，本发明的基于PSS投切的同步发电机励磁控制方法，同步发电机包括原动机、发电机和励磁调节器，励磁调节器设有电力系统稳定器，该控制方法包括:
[0050]步骤一:在电力系统稳定器的PSS模型中设置软开关模块S2，使得电力系统稳定器能在PSS1A模型与PSS2A/PSS2B模型之间切换；
[0051]步骤二:励磁调节器的相应接口与原动机的调功接点电连接，以实时检测调功接点的开关状态；
[0052]步骤三:电力系统稳定器与励磁调节器的相应接口电连接，励磁调节器设有PSS控制模块，该PSS控制模块为安装在励磁调节器控制系统上的软件模块，其检测调功接点的开关状态，并依据开关状态控制软开关模块S2，以使得:
[0053]当调功接点处于断开状态时，软开关模块S2断开，令电力系统稳定器按PSS1A模型运行；
[0054]当调功接点处于闭合状态时，软开关模块S2闭合，令电力系统稳定器按PSS2A/PSS2B模型运行；
[0055]当调功接点由闭合状态跳变至断开状态时，软开关模块S2先在延时时间内保持闭合，令电力系统稳定器保持按PSS2A/PSS2B模型运行，待延时时间结束后再断开，令电力系统稳定器按PSS1A模型运行，其中，延时时间取10?20秒为佳，其用于等待发电机有功功率出力调节稳定。
[0056]本发明基于PSS投切的同步发电机励磁控制方法的原理如下:
[0057]在电力系统中，90%以上都是采用水轮发电机组和汽轮发电机组。水轮发电机组的原动机为水轮机，汽轮发电机组的原动机为汽轮机。发电机则是把原动机的机械功率转换为有功功率送入电网。实际上，要调整发电机有功功率出力，具体是通过原动机的调速器来实现机械功率出力的调节。
[0058]调功接点即是原动机调速器中输出的接点。在目前电力系统中需要装设PSS的大容量水轮发电机组和汽轮发电机组中都可以提供这样的接点。如图11所示，在水轮发电机组中使用的都是微机调速器，其中是必须采集水轮机蜗壳内的导叶开度的。当水轮机导叶开度出现变化量时，通过微机调速器中的计算及逻辑组合就可以输出一个反映水轮机机械功率出力调节的调功接点。同样在火电厂汽轮发电机组中的计算机监控系统里，我们也可以对汽轮机DH1调速器的逻辑组态得出一个反映汽轮机机械功率出力调节的调功接点。因此，当对原动机机械功率出力进行调整操作的同时，其调功接点会自动闭合；而当原动机机械功率的调整操作结束后，其调功接点会自动断开。
[0059]所以，当发电机进行并网期间，以及发电机处于正常运行中未进行有功功率出力调整的期间，由于原动机的机械功率未进行调整，其调功接点处于断开状态，由此令电力系统稳定器按PSS1A模型运行(参见图12)，以使得PSS模型具有高阻尼特性；
[0060]当发电机处于正常运行中通过AGC或其他方式进行有功功率出力调整操作的期间，由于原动机的机械功率必然会进行调整，其调功接点处于闭合状态，由此令电力系统稳定器按PSS2A/PSS2B模型运行，避免出现“反调”问题；
[0061]当发电机的有功功率出力调整操作结束后，原动机的调功接点由闭合状态跳变至断开状态，令电力系统稳定器先在有功功率出力调整操作结束后的延时时间内保持按PSS2A/PSS2B模型运行，待延时时间结束后再转为按PSS1A模型运行。
[0062]另外，在整定PSS2A/PSS2B模型参数中:(1)如果按两级超前滞后补偿时间常数?\、Τ2、Τ3、Τ4整定就能满足PSS补偿要求时，第三级超前滞后补偿时间常数Τ5、Τ6可设为0，相当于第三级超前滞后补偿时间常数不起作用，此种情况下PSS选用的是PSS2A模型；(2)如果按三级超前滞后补偿时间常数?\、Τ2、Τ3、Τ4、Τ5、Τ6整定，才能满足PSS补偿要求时，选用的就是PSS2B模型。
[0063]在实际整定PSS模型的补偿参数时，是按图12中的PSS1A模型格式来计算的；因此，PSS2A/PSS2B模型的补偿参数是一致的，而PSS1A的补偿效果更为直接、有效。
[0064]本发明不局限与上述【具体实施方式】，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。例如，PSS控制模块也可以是独立于励磁调节器之外的硬件模块。`
【权利要求】
1.一种基于PSS投切的同步发电机励磁控制方法，所述同步发电机包括原动机、发电机和励磁调节器，所述励磁调节器设有电力系统稳定器，所述的控制方法包括:步骤一:在所述电力系统稳定器的PSS模型中设置软开关模块(S2)，使得电力系统稳定器能在PSS1A模型与PSS2A/PSS2B模型之间切换；步骤二:实时检测所述原动机的调功接点的开关状态；步骤三:依据所述开关状态控制所述软开关模块(S2)，以使得:当所述调功接点处于断开状态时，软开关模块(S2)断开，令电力系统稳定器按PSS1A模型运行；当所述调功接点处于闭合状态时，软开关模块(S2)闭合，令电力系统稳定器按PSS2A/PSS2B模型运行。
2.根据权利要求1所述的基于PSS投切的同步发电机励磁控制方法，其特征在于:所述步骤三中，当所述调功接点由闭合状态跳变至断开状态时，软开关模块(S2)先在用于等待发电机有功功率出力调节稳定的延时时间内保持闭合，令电力系统稳定器保持按PSS2A/PSS2B模型运行，待所述延时时间结束后再断开，令电力系统稳定器按PSS1A模型运行。
3.根据权利要求2所述的基于PSS投切的同步发电机励磁控制方法，其特征在于:所述延时时间为10?20秒。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的基于PSS投切的同步发电机励磁控制方法，其特征在于:所述调功接点、电力系统稳定器与励磁调节器的相应接口电连接，所述励磁调节器设有PSS控制模块，该PSS控制模块检测调功接点的开关状态，并依据所述步骤三对所述软开关模块(S2)进行控制。
【文档编号】H02J3/38GK103684158SQ201310717244
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年11月6日
【发明者】曹成军, 孙君光, 李永忠 申请人:广州擎天实业有限公司