一種基于pss投切的同步發電機勵磁控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于PSS投切的同步發電機勵磁控制方法，同步發電機包括原動機、發電機和勵磁調節器，勵磁調節器設有電力系統穩定器，控制方法包括：步驟一：在電力系統穩定器的PSS模型中設置軟開關模塊，使得電力系統穩定器能在PSS1A模型與PSS2A/PSS2B模型之間切換；步驟二：實時檢測原動機的調功接點的開關狀態；步驟三：依據開關狀態控制軟開關模塊，以使得：當調功接點處于斷開狀態時，軟開關模塊斷開，令電力系統穩定器按PSS1A模型運行；當調功接點處于閉合狀態時，軟開關模塊閉合，令電力系統穩定器按PSS2A/PSS2B模型運行。本發明兼具PSS1A和PSS2A/PSS2B的優點。
【專利說明】—種基于PSS投切的同步發電機勵磁控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于PSS投切的同步發電機勵磁控制方法。
【背景技術】
[0002]電力系統穩定器PSS的作用是抑制電力系統低頻振蕩。自從PSS在同步發電機勵磁調節器中應用后，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的數學模型如圖1所示。PSS1A的數學模型，以發電機有功功率也稱電功率做為PSS的輸入，是單變量輸入。發電機有功功率很容易通過測量的方法獲得，是PSS中普遍采用的輸入變量。
[0004]從抑制低頻振蕩的效果來說，發電機有功功率作為產生附加電磁力矩的參考量，是最有效的變量。
[0005]PSS1A存在的主要問題是反調現象。正常調節情況下，當發生有功功率振蕩時，有功功率增加，PSS輸出負值使勵磁電流減少，從而減少有功功率，起阻尼振蕩的作用。但當調節原動機，使機械功率增加時，有功功率也相應增加，此時由于PSS的作用會使勵磁減少。這種因PSS1A的原因，當原動機輸出功率增加或減少時引起勵磁電壓、機端電壓和無功功率減少或增加的現象，就稱為反調。反調對靜態穩定不利。
[0006]使用PSS1A時，為了避免“反調”問題，普遍采用的方法是:在調節發電機有功功率出力期間，利用調功接點暫時閉鎖PSS1A ;而在調節穩定后，經延時10 - 20s，才解除閉鎖，使PSS1A再投入運行。
[0007]隨著自動發電控制Automation Generation Control,即AGC廣泛應用，發電機電功率調節速度變快，調節也變得十分頻繁，電網不再允許采用暫時閉鎖PSS的方法解決“反調”問題。
[0008]解決PSS1A “反調”問題的主要方法，是引入轉速信號ω。
[0009]PSS2A/PSS2B以轉速信號與電功率信號合成的加速功率做為PSS的輸入量，在解決“反調”問題的同時，不影響PSS的阻尼效果。PSS2A/PSS2B的數學模型如圖2所示。
[0010]所以，目前在發電機勵磁調節器中強制采用的都是PSS2A/PSS2B模型。
[0011]但從RTDS仿真實驗室和現場進行的PSS1A同PSS2A/PSS2B的對比試驗可以看到:PSS1A的阻尼特性明顯高于PSS2A/PSS2B。
[0012]1、實驗1:發電機電壓階躍試驗
[0013]圖3、圖4分別是投入PSS2A/PSS2B模型和PSS1A模型下的發電機電壓3%階躍試驗錄波波形。圖中的Ρ為發電機有功功率。
[0014]試驗分析結果:投入PSS2A模型時的有功振蕩阻尼系數為0.1529 ;投入PSS1A模型時的有功振蕩阻尼系數為0.1834。投PSS1A模型時第一個波以后的振蕩比投PSS2A模型時的要小一點。PSS1A模型的阻尼系數略高，抑制低頻振蕩的效果要好一些。
[0015]2、案例2:帶負荷斷開出線斷路器[0016]圖5、圖6分別是投入PSS2A/PSS2B模型和PSS1A模型下，斷開出線斷路器時的試驗錄波波形。圖中的P為發電機有功功率。
[0017]試驗分析結果:投入PSS2A模型時的有功振蕩阻尼系數為0.1310 ;投入PSS1A模型時的有功振蕩阻尼系數為0.2017。投PSS2A的情況下有功振蕩是5個；而在投入PSS1A的情況下有功振蕩的抑制效果最好，振蕩波形不超過3個。投PSS1A時有功振蕩的次數不僅最少，功率振蕩峰峰值也是最低的。PSS1A模型的阻尼系數明顯較高，抑制低頻振蕩的效
果更好一些。
[0018]3、RTDS仿真實驗室案例
[0019]通過RTDS實時仿真系統進行的電力系統在特殊情況下的低頻振蕩試驗時，PSS1A與PSS2A/PSS2B的對比效果試驗波形如圖7和圖8所示。圖7是模擬特殊情況下電力系統振蕩后投入PSS1A的情況，有功功率P的振蕩很快平息，達到了很好的抑制效果。圖8是模擬特殊情況下電力系統振蕩后投入PSS2A/PSS2B的情況，有功功率P的振蕩有減小趨勢但仍然長時間持續，抑制效果很差。
[0020]因此，從抑制電力系統低頻振蕩的效果來說，PSS1A的阻尼特性明顯高于PSS2A/PSS2B。
【發明內容】
[0021]本發明所要解決的技術問題是:提供一種基于PSS投切的同步發電機勵磁控制方法，以克服現有技術中基于PSS2A/PSS2B模型的勵磁控制方法存在阻尼特性較低的問題。
[0022]解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案如下:
[0023]一種基于PSS投切的同步發電機勵磁控制方法，所述同步發電機包括原動機、發電機和勵磁調節器，所述勵磁調節器設有電力系統穩定器，所述的控制方法包括:
[0024]步驟一:在所述電力系統穩定器的PSS模型中設置軟開關模塊，使得電力系統穩定器能在PSS1A模型與PSS2A/PSS2B模型之間切換；
[0025]步驟二:實時檢測所述原動機的調功接點的開關狀態；
[0026]步驟三:依據所述開關狀態控制所述軟開關模塊，以使得:
[0027]當所述調功接點處于斷開狀態時，軟開關模塊斷開，令電力系統穩定器按PSS1A模型運行；
[0028]當所述調功接點處于閉合狀態時，軟開關模塊閉合，令電力系統穩定器按PSS2A/PSS2B模型運行。
[0029]作為本發明的一種改進，所述步驟三中，當所述調功接點由閉合狀態跳變至斷開狀態時，軟開關模塊先在用于等待發電機有功功率出力調節穩定的延時時間內保持閉合，令電力系統穩定器保持按PSS2A/PSS2B模型運行，待所述延時時間結束后再斷開，令電力系統穩定器按PSS1A模型運行。
[0030]作為本發明的一種實施方式，所述延時時間為10?20秒。
[0031]作為本發明的優選實施方式，所述調功接點、電力系統穩定器與勵磁調節器的相應接口電連接，所述勵磁調節器設有PSS控制模塊，該PSS控制模塊檢測調功接點的開關狀態，并依據所述步驟三對所述軟開關模塊進行控制。
[0032]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:[0033]第一，本發明以原動機調功接點的開關狀態作為激勵，并通過在電力系統穩定器的PSS模型中設置軟開關模塊，使得電力系統穩定器能夠在發電機進行有功功率出力調整的短暫時間內按PSS2A/PSS2B模型運行，從而避免了 “反調”現象的出現，保證發電機在并網運行期間不需要閉鎖PSS功能，而在發電機未進行有功功率出力調整的長期運行過程中按PSS1A模型運行，從而相較于PSS2A/PSS2B提高了 PSS模型的阻尼，因此，本發明兼具PSS1A和PSS2A/PSS2B各自的優點；
[0034]第二，本發明還通過設置延時時間，使得在發電機的有功功率出力調整操作結束后，電力系統穩定器在延時時間內仍保持按PSS2A/PSS2B模型運行，待延時時間結束后再轉為按PSS1A模型運行，從而確保在等待發電機有功功率出力調節穩定的延時時間內不會出現“反調”現象。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明:
[0036]圖1是PSS1A的數學模型；
[0037]圖2是PSS2A/PSS2B的數學模型；
[0038]圖3是現場試驗，投入PSS2A/PSS2B模型下的發電機電壓3%階躍試驗錄波波形；
[0039]圖4是現場試驗，投入PSS1A模型下的發電機電壓3%階躍試驗錄波波形；
[0040]圖5是現場試驗，投入PSS2A/PSS2B模型下、帶負荷斷開出線斷路器時的試驗錄波波形；
[0041]圖6是現場試驗，投入PSS1A模型下、帶負荷斷開出線斷路器時的試驗錄波波形；
[0042]圖7是在RTDS仿真系統中模擬特殊情況下電力系統振蕩后投入PSS1A的情況；
[0043]圖8是在RTDS仿真系統中模擬特殊情況下電力系統振蕩后投入PSS2A/PSS2B的情況；
[0044]圖9為設有軟開關模塊S2的PSS模型的原理圖；
[0045]圖10為本發明基于PSS投切的同步發電機勵磁控制方法的示意圖；
[0046]圖11為原動機中調功接點的示意圖；
[0047]圖12為本發明的PSS模型切換為PSS1A模型的示意圖；
[0048]圖中:P—發電機有功功率，Q—發電機無功功率，Uf—發電機轉子電壓，If一發電機轉子電流，Uab—發電機端A、B相間電壓，la—發電機端A相電流，Ij一發電機機端電流，delta P—發電機有功功率的變化量，delta Pm—發電機等效機械功率的變化量，Ug—發電機機端電壓，S為復頻變量，T,、TW1、TW2、TW3、Tff—PSS模型中的隔直時間常數，！\、T—PSS模型中的第1級超前滯后補償時間常數，T3、Τ-PSS模型中的第2級超前滯后補償時間常數，T5、T6—PSS模型中的第3級超前滯后補償時間常數，KpSS、KSl—PSS放大倍數，-1為反相器，PSS_uk—PSS 輸出，USTmax—PSS2A/PSS2B 輸出的正限幅值，USTmin—PSS2A/PSS2B 輸出的負限幅值，T7—有功功率積分時間常數，Ks2—有功功率積分計算值的補償系數，Ks3-信號匹配系數，T8、T9一陷波器時間常數，Μ、Ν—陷波器階次，Σ表示相加點，PSS_0、PSS_1、PSS_2、PSS_3、PSS_4、PSS_5、PSS_6、PSS7 — PSS 模型中各環節輸出的測試點，S2 為 PSS 投切軟開關。【具體實施方式】
[0049]如圖9和10所示，本發明的基于PSS投切的同步發電機勵磁控制方法，同步發電機包括原動機、發電機和勵磁調節器，勵磁調節器設有電力系統穩定器，該控制方法包括:
[0050]步驟一:在電力系統穩定器的PSS模型中設置軟開關模塊S2，使得電力系統穩定器能在PSS1A模型與PSS2A/PSS2B模型之間切換；
[0051]步驟二:勵磁調節器的相應接口與原動機的調功接點電連接，以實時檢測調功接點的開關狀態；
[0052]步驟三:電力系統穩定器與勵磁調節器的相應接口電連接，勵磁調節器設有PSS控制模塊，該PSS控制模塊為安裝在勵磁調節器控制系統上的軟件模塊，其檢測調功接點的開關狀態，并依據開關狀態控制軟開關模塊S2，以使得:
[0053]當調功接點處于斷開狀態時，軟開關模塊S2斷開，令電力系統穩定器按PSS1A模型運行；
[0054]當調功接點處于閉合狀態時，軟開關模塊S2閉合，令電力系統穩定器按PSS2A/PSS2B模型運行；
[0055]當調功接點由閉合狀態跳變至斷開狀態時，軟開關模塊S2先在延時時間內保持閉合，令電力系統穩定器保持按PSS2A/PSS2B模型運行，待延時時間結束后再斷開，令電力系統穩定器按PSS1A模型運行，其中，延時時間取10?20秒為佳，其用于等待發電機有功功率出力調節穩定。
[0056]本發明基于PSS投切的同步發電機勵磁控制方法的原理如下:
[0057]在電力系統中，90%以上都是采用水輪發電機組和汽輪發電機組。水輪發電機組的原動機為水輪機，汽輪發電機組的原動機為汽輪機。發電機則是把原動機的機械功率轉換為有功功率送入電網。實際上，要調整發電機有功功率出力，具體是通過原動機的調速器來實現機械功率出力的調節。
[0058]調功接點即是原動機調速器中輸出的接點。在目前電力系統中需要裝設PSS的大容量水輪發電機組和汽輪發電機組中都可以提供這樣的接點。如圖11所示，在水輪發電機組中使用的都是微機調速器，其中是必須采集水輪機蝸殼內的導葉開度的。當水輪機導葉開度出現變化量時，通過微機調速器中的計算及邏輯組合就可以輸出一個反映水輪機機械功率出力調節的調功接點。同樣在火電廠汽輪發電機組中的計算機監控系統里，我們也可以對汽輪機DH1調速器的邏輯組態得出一個反映汽輪機機械功率出力調節的調功接點。因此，當對原動機機械功率出力進行調整操作的同時，其調功接點會自動閉合；而當原動機機械功率的調整操作結束后，其調功接點會自動斷開。
[0059]所以，當發電機進行并網期間，以及發電機處于正常運行中未進行有功功率出力調整的期間，由于原動機的機械功率未進行調整，其調功接點處于斷開狀態，由此令電力系統穩定器按PSS1A模型運行(參見圖12)，以使得PSS模型具有高阻尼特性；
[0060]當發電機處于正常運行中通過AGC或其他方式進行有功功率出力調整操作的期間，由于原動機的機械功率必然會進行調整，其調功接點處于閉合狀態，由此令電力系統穩定器按PSS2A/PSS2B模型運行，避免出現“反調”問題；
[0061]當發電機的有功功率出力調整操作結束后，原動機的調功接點由閉合狀態跳變至斷開狀態，令電力系統穩定器先在有功功率出力調整操作結束后的延時時間內保持按PSS2A/PSS2B模型運行，待延時時間結束后再轉為按PSS1A模型運行。
[0062]另外，在整定PSS2A/PSS2B模型參數中:(1)如果按兩級超前滯后補償時間常數?\、Τ2、Τ3、Τ4整定就能滿足PSS補償要求時，第三級超前滯后補償時間常數Τ5、Τ6可設為0，相當于第三級超前滯后補償時間常數不起作用，此種情況下PSS選用的是PSS2A模型；(2)如果按三級超前滯后補償時間常數?\、Τ2、Τ3、Τ4、Τ5、Τ6整定，才能滿足PSS補償要求時，選用的就是PSS2B模型。
[0063]在實際整定PSS模型的補償參數時，是按圖12中的PSS1A模型格式來計算的；因此，PSS2A/PSS2B模型的補償參數是一致的，而PSS1A的補償效果更為直接、有效。
[0064]本發明不局限與上述【具體實施方式】，根據上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本發明上述基本技術思想前提下，本發明還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均落在本發明的保護范圍之中。例如，PSS控制模塊也可以是獨立于勵磁調節器之外的硬件模塊。`
【權利要求】
1.一種基于PSS投切的同步發電機勵磁控制方法，所述同步發電機包括原動機、發電機和勵磁調節器，所述勵磁調節器設有電力系統穩定器，所述的控制方法包括:步驟一:在所述電力系統穩定器的PSS模型中設置軟開關模塊(S2)，使得電力系統穩定器能在PSS1A模型與PSS2A/PSS2B模型之間切換；步驟二:實時檢測所述原動機的調功接點的開關狀態；步驟三:依據所述開關狀態控制所述軟開關模塊(S2)，以使得:當所述調功接點處于斷開狀態時，軟開關模塊(S2)斷開，令電力系統穩定器按PSS1A模型運行；當所述調功接點處于閉合狀態時，軟開關模塊(S2)閉合，令電力系統穩定器按PSS2A/PSS2B模型運行。
2.根據權利要求1所述的基于PSS投切的同步發電機勵磁控制方法，其特征在于:所述步驟三中，當所述調功接點由閉合狀態跳變至斷開狀態時，軟開關模塊(S2)先在用于等待發電機有功功率出力調節穩定的延時時間內保持閉合，令電力系統穩定器保持按PSS2A/PSS2B模型運行，待所述延時時間結束后再斷開，令電力系統穩定器按PSS1A模型運行。
3.根據權利要求2所述的基于PSS投切的同步發電機勵磁控制方法，其特征在于:所述延時時間為10?20秒。
4.根據權利要求1至3任意一項所述的基于PSS投切的同步發電機勵磁控制方法，其特征在于:所述調功接點、電力系統穩定器與勵磁調節器的相應接口電連接，所述勵磁調節器設有PSS控制模塊，該PSS控制模塊檢測調功接點的開關狀態，并依據所述步驟三對所述軟開關模塊(S2)進行控制。
【文檔編號】H02J3/38GK103684158SQ201310717244
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月23日 優先權日:2013年11月6日
【發明者】曹成軍, 孫君光, 李永忠 申請人:廣州擎天實業有限公司