調(diào)整PSS及GPSS改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定度研究

王寶海

(中國能源建設(shè)集團(tuán)東北電力第三工程公司,遼寧錦州 121001)

調(diào)整PSS及GPSS改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定度研究

王寶海

(中國能源建設(shè)集團(tuán)東北電力第三工程公司,遼寧錦州 121001)

為了使 PSS 及 GPSS 能如期達(dá)到抑制低頻振蕩的效果,需經(jīng)過一連串繁瑣的參數(shù)調(diào)整程序,本文調(diào)整 PSS 和 GPSS 參數(shù)的流程簡述如下,首先必頇建立系統(tǒng)的電力潮流及機(jī)械參數(shù)數(shù)據(jù)文件,然后在不同的系統(tǒng)操作條件下,使用 SSSP 分析其振蕩頻率及阻尼比,找出其中阻尼比最差的振蕩模式,并在此振蕩模式下尋找參與因子最大的機(jī)組,此即為 PSS 或 GPSS 最佳的裝設(shè)地點(diǎn),決定裝置地點(diǎn)后,即可做相位補(bǔ)償及增益調(diào)整。

調(diào)整 PSS GPSS 改善 電力 系統(tǒng) 穩(wěn)定

1 PSS與GPSS調(diào)整的流程

在做相位補(bǔ)償時(shí)，在PSS方面必需找出欲補(bǔ)償機(jī)組的勵(lì)磁機(jī)輸入端至氣隙轉(zhuǎn)矩輸出端，在不同頻率下的相位落后曲線，調(diào)速器方面必頇找出欲裝設(shè)機(jī)組的調(diào)速器輸入端至調(diào)速器輸出端，在不同頻率下的相位落后曲線。然后利用PSS或GPSS的領(lǐng)先-落后補(bǔ)償器，在欲補(bǔ)償?shù)念l率處，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整其T1～T4參數(shù)值，以補(bǔ)償其相位落后，繼續(xù)再利用根軌跡法決定PSS或GPSS的增益大小，初略完成PSS與GPSS的參數(shù)調(diào)整。再來為驗(yàn)證所調(diào)整參數(shù)是否適當(dāng)，當(dāng)系統(tǒng)加入PSS或GPSS后，需使用SSSP對(duì)整個(gè)系統(tǒng)做頻域分析，之后再對(duì)T1～T4參數(shù)做微調(diào)。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)加入PSS或GPSS的頻域分析完成后，再使用PSSTME做此系統(tǒng)的時(shí)域仿真，觀察其振蕩趨勢是否與頻域分析互相吻合。如果其結(jié)果不如預(yù)期，可再繼續(xù)調(diào)整K與T1～T4參數(shù)，以達(dá)到抑制低頻振蕩的效果。

2 利用參與因子決定PSS或GPSS的裝置地點(diǎn)

PSS或GPSS裝置地點(diǎn)，根據(jù)使用SSSP去分析Case0-Case3后，觀察系統(tǒng)在4種不同的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，最差振蕩模式的參與因子，藉由參與因子的大小，決定出PSS或GPSS的裝置地點(diǎn)，在4種不同的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，其最差的阻尼比及最主要參與機(jī)組如表1所示:

由上表可知在4種運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，其阻尼比最差的振蕩模式為Case3的0.3809Hz，且G16為此振蕩頻率下參與因子最大者，故優(yōu)先選擇G16機(jī)組加裝PSS或GPSS，當(dāng)位于G16的PSS或GPSS的參數(shù)調(diào)整完畢，此最差的振蕩模式將獲得改善或消失，接者觀察其他運(yùn)轉(zhuǎn)模式是否還存在者負(fù)阻尼比，如果有則從中選取最差的振蕩模式，把PSS或GPSS加裝至參與因數(shù)最大者的機(jī)組，在經(jīng)過參數(shù)調(diào)整及觀察其他運(yùn)轉(zhuǎn)模式，依此方式另外分別選出了G9及G13這兩部機(jī)組來加裝PSS或GPSS，當(dāng)此三部機(jī)組都加上PSS或GPSS并完成參數(shù)調(diào)整后，系統(tǒng)在任何運(yùn)轉(zhuǎn)模式下，皆不再出現(xiàn)任何負(fù)阻尼比，故在此系統(tǒng)內(nèi)只需加入三臺(tái)PSS即可維持此系統(tǒng)的穩(wěn)定度。

表1 各Case最差的振蕩頻率下最大參與因子機(jī)組

圖1 G9的相位調(diào)整

3 相位補(bǔ)償

3.1 PSS的相位補(bǔ)償

圖2 G13的相位調(diào)整

當(dāng)決定PSS裝置地點(diǎn)后，接下來必需決定PSS的相位補(bǔ)償角度，以補(bǔ)償勵(lì)磁機(jī)輸入端至氣隙轉(zhuǎn)矩輸出端之間的相位落后，調(diào)整其相位達(dá)到欠補(bǔ)償才行，藉由觀察圖中的曲線防止過補(bǔ)償?shù)那樾伟l(fā)生，因?yàn)閷?shí)務(wù)與理論都已證實(shí)當(dāng)相位補(bǔ)償出現(xiàn)過補(bǔ)償?shù)那樾?，只?huì)造成系統(tǒng)內(nèi)的阻尼不增反降的情況，所以必頇避免過補(bǔ)償?shù)那樾危谡{(diào)整T1～T4時(shí)，先根據(jù)MatLab49畫出欲補(bǔ)償機(jī)組頻率在0～2HZ的頻率響應(yīng)，再分別輸入T1～T4的值，觀察補(bǔ)償曲線是否有達(dá)到欠補(bǔ)償，如果沒有則繼續(xù)調(diào)整T1～T4的值，反之達(dá)到欠補(bǔ)償則完成T1～T4值的調(diào)整，由圖1，2，3分別表示G9、G13及G16機(jī)組的相位落后(實(shí)線)及補(bǔ)償(虛線)情況(如圖1，2，3):

根據(jù)以上曲線圖可看出，在欲補(bǔ)償?shù)念l率范圍0～2HZ內(nèi)，T1～T4參數(shù)大致調(diào)整到欠補(bǔ)償?shù)那樾?，但由?在機(jī)組需注意的頻率0.2～0.4HZ中，由上圖看出是呈現(xiàn)過補(bǔ)償?shù)那樾?，因本文使?階領(lǐng)先落后補(bǔ)償器，導(dǎo)致補(bǔ)償角度無法達(dá)到欠補(bǔ)償，但如果使用1階領(lǐng)先落后補(bǔ)償器，補(bǔ)償角度會(huì)嚴(yán)重不足，且圖中的補(bǔ)償對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定度影響不大，所以擇中使用2階領(lǐng)先落后補(bǔ)償器，以上為PSS的相位補(bǔ)償調(diào)整結(jié)果。

3.2 GPSS的相位補(bǔ)償

當(dāng)決定GPSSs裝置地點(diǎn)后，接下來必需決定GPSSs的相位補(bǔ)償角度。在調(diào)整T8～T11時(shí)，先藉由MatLab畫出欲補(bǔ)償機(jī)組頻率在0～2HZ頻率響應(yīng)，再分別輸入T8～T11值，觀察補(bǔ)償曲線是否有達(dá)到欠補(bǔ)償，如果沒有則繼續(xù)調(diào)整T8～T11值，反之達(dá)到欠補(bǔ)償則完成T8～T11值的調(diào)整，且由表1觀察其需注意頻率0.2～0.4HZ中也需達(dá)到欠補(bǔ)償?shù)那樾?，由下圖分別表示G9、G13及G16機(jī)組的相位落后(實(shí)線)及補(bǔ)償(虛線)情況:通過對(duì)機(jī)組的相位落后及補(bǔ)償情況的觀察，得出在欲補(bǔ)償?shù)念l率范圍0～2HZ內(nèi)，為了使系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，其相位補(bǔ)償皆調(diào)整到欠補(bǔ)償。

4 增益調(diào)整

4.1 PSS的增益調(diào)整

PSS的增益值必頇適當(dāng)?shù)倪x擇，才能有效的提高系統(tǒng)的穩(wěn)定度，故在PSS加到各機(jī)組后，再繪出改變增益時(shí)，最差振蕩模式的根軌跡，該振蕩模式發(fā)生在Case3的模式4頻率為0.3809HZ阻尼比-0.0831，由其振蕩模式的根軌跡來選取最為恰當(dāng)?shù)腜SS增益值，以下為三臺(tái)裝置PSS機(jī)組藉由改變增益值所得出根軌跡圖。

在由于調(diào)整增益值所繪的機(jī)組根軌跡圖，在G9部分其增益值分別輸入1～6，由根軌跡可看出最適當(dāng)增益值為3，在G13部分其增益值分別輸入9～15，由根軌跡可看出最適當(dāng)增益值為10.7，在G16部分其增益值分別輸入1.9～2.6，由根軌跡可看出最適當(dāng)增益值為2.2，以上為G9、G13、G16所選的最佳增益值。

4.2 GPSS的增益調(diào)整

GPSSs的增益值必頇適當(dāng)?shù)倪x擇，才能有效的提高系統(tǒng)的穩(wěn)定度，故在GPSSs加到各機(jī)組后，再繪出改變增益時(shí)，最差振蕩模式的根軌跡，該振蕩模式發(fā)生在Case3模式4頻率為0.3809HZ阻尼比為-0.0831，由其振蕩模式的根軌跡來選取最為恰當(dāng)?shù)腉PSS增益值，以下為三臺(tái)裝置GPSS機(jī)組藉由改變增益值所得出根軌跡圖。由下圖可以看出在藉由調(diào)整增益值所繪的機(jī)組根軌跡圖，在G9部分其增益值分別輸入3～11，由根軌跡可看出最適當(dāng)增益值為6，在G13部分其增益值分別輸入35～65，由根軌跡可看出最適當(dāng)增益值為55，在G16部分其增益值分別輸入13～23，由根軌跡可看出最適當(dāng)增益值為19，以上為G9、G13、G16所選的最佳增益值。

5 結(jié)語

研究中比較了在系統(tǒng)內(nèi)加入PSS、GPSS、PSS&GPSS三種改善穩(wěn)定度的方法，并將其運(yùn)用在新英格蘭與紐約互聯(lián)16機(jī)68總線系統(tǒng)上，在此系統(tǒng)中探討了包含基本運(yùn)轉(zhuǎn)條件Case0、最差N-1情況的Case1、最差N-2情況的Case2以及負(fù)載及發(fā)電量變動(dòng)情況的Case3的四種運(yùn)轉(zhuǎn)條件，以此四種運(yùn)轉(zhuǎn)條件來做為穩(wěn)定器參數(shù)調(diào)整的依據(jù)。為了使所加入的穩(wěn)定器能達(dá)到其最大的功效，在此利用相位補(bǔ)償法補(bǔ)償原系統(tǒng)的相位落后，并利用根軌跡法來調(diào)整其增益大小。

在三種改善穩(wěn)定度的方法中，GPSS是加裝在快速調(diào)速器上直接控制實(shí)功，因此能在短時(shí)間內(nèi)改善其系統(tǒng)穩(wěn)定度;在實(shí)際的調(diào)速器上，由于是機(jī)械式組件，其機(jī)械響應(yīng)速度相當(dāng)?shù)木徛?，無法因應(yīng)快速作動(dòng)的場合，所以在調(diào)速器的選擇上，必需選用響應(yīng)速度較快速者，才能因應(yīng)系統(tǒng)上電力潮流的改變，日后仍可繼續(xù)探討如何把快速調(diào)速器的改善成果加以變化用于實(shí)際調(diào)速器的機(jī)械響應(yīng)速度。