專利名稱：基于力矩分解的積分算法識別電力系統功率振蕩的方法
技術領域：
本發明屬于電カ系統領域，具體涉及ー種基于カ矩分解的積分算法識別由發電機調速系統引發電カ系統功率振蕩的方法。
背景技術：
電カ系統振蕩問題是國內外電網共同面對的技術難題。主動控制與即測即辨是國內外低頻振蕩抑制發展的趨勢。國內外均在使用WAMS系統的廣域信號進行振蕩的監測方面進行了ー些嘗試。國內也開發了電カ系統振蕩的在線監測與預警功能的系統，但國內外在擾動源定位研究領域處于起步階段，都沒有實現從機群級到機組控制系統級的完整、準確的定位系統。由于電カ系統是ー個動態平衡的系統，如果區分正常功率波動，避免擾動源定位系統誤動也是難點。為對擾動源進行精確定位，采用カ矩分解的積分算法進行擾動源 定位不僅概念清晰明確，也可以進行精確到控制設備級的定位辨識，提升電網安全和運行效率。
發明內容
為了克服現有技術的上述缺陷，本發明的目的在于提出一種便于測量、準確度高，能夠解決發電機機械功率及速度偏差信號不易測取等弊端的基于カ矩分解的積分算法識別由發電機調速系統引發電カ系統功率振蕩的方法。本發明的方法是通過如下技術方案實現的ー種基于カ矩分解的積分算法識別電力系統功率振蕩的方法，包括發電機機械功率Pm的擬合計算以及發電機速度偏差△ ω的確定，該方法包括如下步驟將調速系統調門信號與原動機模型進行擬合計算獲得發電機機械功率ΡΜ，從發電機機械功率Pm中減去發電機機械功率平均值4，得到發電機機械功率偏差APm;根據發電機的端電壓值、電流值計算發電機內電勢,進而求取發電機內電勢頻率；將經過高頻濾波后的發電機內電勢頻率替代發電機速度偏差Λ ω，并與發電機機械功率偏差ΛPm進行積分運算，通過積分量所在象限來判斷發電機調速系統提供的阻尼為正或者為負。判斷積分量所在象限的方法為當積分量位于第I、II象限時，發電機調速系統提供的阻尼為負阻尼，當積分量位于第III、IV象限時，發電機調速系統提供的阻尼為正阻尼。本發明的有益效果在干本發明解決了調速系統引起的振蕩源難以識別的問題，可以有針對性的采取措施，有效抑制振蕩問題。此方法便于測量、并且準確度高，有效解決了發電機機械功率及速度偏差信號不易測取的問題。這種方法的優點在于能夠通過發電機自身信號的相位對比來判斷發電機調速系統對振蕩頻率提供的阻尼為正或者為負，識別出對于某個振蕩模式提供負阻尼的發電機調速系統，以便快速采取抑制振蕩。
圖I是本發明實施例中所需信號發電機機械偏差Λ Pm和發電機速度偏差Λ ω信號間的傳遞函數及框圖；圖2是機械功率對阻尼影響的示意圖；圖3是典型的汽輪機模型圖；圖4是典型的水輪機模型圖；圖5是本發明實施例中所需信號發電機機械偏差ΔΡΜ和發電機速度偏差Δ ω積分位置相量圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明中基于カ矩分解的積分算法識別由發電機調速系統引發電カ系統功率振蕩的方法作進ー步詳細的說明。調速系統是控制汽門或者導葉的運動，而控制進入原動機的蒸氣流量或者水流流量，蒸氣或者水流產生施加在發電機組軸系上的機械轉矩，而影響原動機運行狀態。機械轉矩影響發電機轉子運動，而對電カ系統動態穩定產生影響。如圖I所示，Heffron-Philips模型中機械轉矩增量的表達式為Δ Tm = -Ggqv(S)Δχ,對于某一振蕩頻率f,將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)對于給定的輸入信號Λ X，考察調速系統Gmv (j2 π f)的相位β，即可在Λ δ -Λ ω座標系中畫出Δ Tm向量的方向，就可以確定ΔΤΜ在Λ ω軸上的投影方向，也就可知調速系統對電力系統動態穩定的影響。設調速系統的傳遞函數為Gew(S)，當調速系統以轉速偏差Λ ω為輸入信號時，調速系統產生的機械轉矩増量Λ Tm ^ Λ Pm = -Ggov (s) Δ ω (2)對于所關心的振蕩頻率f,將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為復數Gew (」_Ω)的實部，B為復數Gew(jQ)的虛部，α為復數Gmv(jQ)的模值，β為復數Gew(」_Ω)的相角。如圖2所示，調速系統產生的機械轉矩ΛΤΜ = -α Z β ·Λω在Λδ-Λω座標系中在△ ω軸上的投影表示了其對動態穩定的影響。投影的正負表示了調速系統對阻尼影響的性質在Λ ω軸上的投影為負，提供正阻尼，在Λ ω軸上的投影為正，提供負阻尼；投影的長短表示了調速系統對阻尼影響的大小，在△ ω軸上的投影較長，則提供較大的(正或者負的)阻尼，在Λ ω軸上的投影較短，則提供較小的(正或者負的)阻尼。本例中基于カ矩分解的積分算法識別由發電機調速系統引發電カ系統功率振蕩的方法，包括發電機機械功率Pm的擬合計算和發電機速度偏差的確定，具體步驟如下將調速系統調門信號與原動機模型進行擬合計算獲得發電機機械功率ΡΜ，從發電機機械功率Pm中減去發電機機械功率平均值4，得到發電機機械功率偏差APm;根據發電機的端電壓值、電流值計算發電機內電勢,進而求取發電機內電勢頻率；將經過高頻濾波后的發電機內電勢頻率替代發電機速度偏差Λ ω，并與發電機機械功率偏差ΛPm進行積分運算，通過積分運算得出的積分量所在象限來判斷發電機調速系統提供的阻尼為正或者為負，以便對于提供負阻尼的發電機及時采取措施，快速抑制振蕩。其中，發電機機械功率平均值巧；通過下式獲得Pm = avemge(PM ) = YjPmH) In式中，Pm為發電機機械功率；PM⑴為第i時刻發電機機械功率值，Pm均由調速系統調門信號與原動機模型經過擬合計算獲得。
如圖3所示，調速系統調門信號可以通過測試得到，汽輪機模型的參數可以由設計值得到，調門信號經過運算可以計算出汽輪機提供的機械功率Pm。當原動機模型為汽輪機模型時，發電機機械功率Pm可以通過如下A、B、C中任一方法獲得A)當汽輪機模型為ー階模型吋，設汽輪機傳遞函數為I 命，い1B)當汽輪機模型為ニ階模型吋，設汽輪機傳遞函數為
P FF-^ = -ττ V FhP+Fip =IPgv I + sTch (1 + 57^)(1 + 57^)C)當汽輪機模型為三階模型時，設汽輪機傳遞函數為
PFFF
(1+^)(1+ (lB;)(l+‘)(l+#co)，^hi 1P lp圖3中，Pm為擬合的機械功率信號，Pgv為調速系統調門信號，Tch為高壓缸前汽室容積時間常數，Fhp為高壓缸功率比例系數，Teh為再熱器容積時間常數，Fip為中壓缸功率比例系數，！》為低壓連通管汽室容積時間常數，Fuj為低壓缸功率比例系數，上述各參數為汽輪機的出廠數據；s為微分算子。如圖4所示，調速系統調門信號可以通過向量測量系統(PMU)測試得到，水輪機模型的參數可以由設計值得到，調門信號經過運算可以計算出水輪機提供的機械功率Pm。當原動機模型為水輪機模型吋，發電機機械功率Pm通過如下水輪機傳遞函數求得-^~l + 05sTw圖4中，Pct為調速系統調門信號，Tw為水流慣性時間常數，上述各參數可以從水力系統設計參數中獲得為微分算子，Pm為發電機機械功率。通常情況下，調速系統調門信號Pct可以通過向量測量系統(PMU)測量得到，原動機模型可以采用設計參數，通過計算即可獲取發電機近似的機械功率Pm。
先將測得的發電機的端電壓值和電流值代入下式求得發電機內電勢
權利要求
1.ー種基于カ矩分解的積分算法識別電カ系統功率振蕩的方法，其特征在干，該方法包括如下步驟 將調速系統調門信號與原動機模型進行擬合計算獲得發電機機械功率PM，從發電機機械功率Pm中減去發電機機械功率平均值4，得到發電機機械功率偏差APm; 根據發電機的端電壓值、電流值計算發電機內電勢，進而求取發電機內電勢頻率； 將經過高頻濾波后的發電機內電勢頻率替代發電機速度偏差△ ω，并與發電機機械功率偏差△ Pm進行積分運算，通過積分量所在象限來判斷發電機調速系統提供的阻尼為正或者為負。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在干，當原動機模型為汽輪機模型時，所述發電機機械功率Pm通過下述任ー汽輪機傳遞函數求得 Α)當汽輪機模型為ー階模型吋，設汽輪機傳遞函數為
3.根據權利要求I所述的方法，其特征在干，當原動機模型為水輪機模型時，所述發電機機械功率Pm通過下述水輪機傳遞函數求得
4.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述發電機機械功率平均值巧；通過下述方法獲得
5.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述發電機內電勢通過下述方法獲得將測得的發電機端電壓值和電流值代入下式
6.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述發電機內電勢頻率通過下述方法獲得設發電機內電勢中僅含有基波分量，即
7.根據權利要求I所述的方法，其特征在干，采用濾波器對發電機內電勢頻率進行高頻濾波，所述濾波器為兩個串聯的雙二次冪濾波器，該濾波器通過下式的傳遞函數濾掉發電機內電勢頻率中的高頻分量
8.根據權利要求I所述的方法，其特征在干，將經過高頻濾波后的發電機內電勢頻率作為發電機速度偏差Λ ω與發電機機械功率偏差ΛPm進行積分計算，通過計算得出的積分量所在象限進ー步判斷發電機調速系統提供的阻尼為正或者為負當積分量處于I、II象限時，發電機調速系統提供的是負阻尼；當積分量處于III、IV象限時，發電機調速系統提供的是正阻尼。
9.根據權利要求I或8所述的方法，其特征在于，所述發電機速度偏差△ω與發電機機械功率偏差ΛPm通過下式進行積分計算，得到積分量ΔΤΡμ
全文摘要
本發明屬于電力系統領域，具體涉及一種基于力矩分解的積分算法識別由發電機調速系統引發電力系統振蕩的實現方法。該實現方法包括發電機機械功率偏差ΔPM的計算和發電機速度偏差Δω的確定，其中發電機機械功率偏差ΔPM可以由調速系統調門信號與原動機模型擬合計算后減去發電機機械功率平均值獲取；發電機速度偏差Δω根據發電機內電勢EQ的頻率計算獲取，通過計算發電機機械功率偏差ΔPM與發電機速度偏差Δω的積分量所處的象限，判斷該機組的調速系統對于互聯電網中某個振蕩模式提供的阻尼為正或者為負。該方法便于測量、并且準確，能夠簡單明了的識別出某發電機調速系統對于某個振蕩模式提供正阻尼還是負阻尼，以便快速采取措施抑制調速器引起振蕩。
文檔編號H02P9/04GK102694387SQ20121008247
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月26日 優先權日2012年3月26日
發明者何鳳軍, 劉增煌, 周孝信, 李文鋒, 李瑩, 王官宏, 趙紅光, 陶向宇 申請人:中國電力科學研究院