轉(zhuǎn)子角控制模式下負(fù)荷跟蹤機制的動模試驗驗證

魏 強，韓學(xué)山 ，郭為民 ，楊 明 ，劉國靜

（1.山東大學(xué) 電氣工程學(xué)院，山東 濟南 250061；2.國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，河南 鄭州 450052）

0 引言

近年來，相量測量裝置（PMU）得到了廣泛的應(yīng)用［1-3］，PMU 以全球定位系統(tǒng)（GPS）為參考，可測量得到發(fā)電機轉(zhuǎn)子角。在實際系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子角都在不斷波動。這是由于電力系統(tǒng)有功功率控制一直以頻率標(biāo)準(zhǔn)為參考，通過自動發(fā)電控制（AGC）完成控制任務(wù)［4-5］。這一控制通過檢測頻率的偏移，使發(fā)電機組調(diào)速機構(gòu)動作以抑制頻率的變化，這個過程中頻率不斷變化必然導(dǎo)致發(fā)電機轉(zhuǎn)子角處于波動的狀態(tài)。風(fēng)電、光伏等可再生能源發(fā)電接入后，仍繼續(xù)沿用這一控制方式［6-11］，所以發(fā)電機轉(zhuǎn)子角波動程度也隨之加劇。

當(dāng)前電力系統(tǒng)有功功率的控制模式可以認(rèn)為是變角度模式，盡管這一模式有其優(yōu)越性，但還是存在弊端。隨著新能源（如風(fēng)電和光伏）的廣泛接入，系統(tǒng)頻率變化更加頻繁無序，而且特性各異的電源散布在各級電網(wǎng)之中，也難以對數(shù)量繁多、特性各異的被控量進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)度；另一方面，智能電網(wǎng)的發(fā)展導(dǎo)致發(fā)、輸、配、用環(huán)節(jié)的界限也不再明晰，不清晰的輸電通路也存在潛在的安全風(fēng)險。傳統(tǒng)的基于頻率信號的集中式發(fā)電調(diào)度與控制方式在決策效率、信道延遲以及頻率信號的非同步性方面均出現(xiàn)問題，不僅難以實現(xiàn)多區(qū)域協(xié)調(diào)控制，甚至可能成為區(qū)域間潮流波動的根源。

在這個背景下，能夠分散自治、不需要調(diào)度干預(yù)的自動負(fù)荷跟蹤機制就具有顯著的優(yōu)越性。文獻(xiàn)［12］提出絕對轉(zhuǎn)子角控制的思路，可以讓每個發(fā)電機轉(zhuǎn)子都在指定的時刻到達(dá)指定角度位置，從而把各發(fā)電機的絕對轉(zhuǎn)子角在GPS確定的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中固定下來。這種做法可以及時跟蹤負(fù)荷增減，并在不需要調(diào)度干預(yù)的情況下維持能量平衡和系統(tǒng)頻率恒定。這種做法還會帶來其他好處，如文獻(xiàn)［13］已經(jīng)證明，實施轉(zhuǎn)子角控制后可以根據(jù)就地量測得到區(qū)域間振蕩信息，并提供相應(yīng)的阻尼轉(zhuǎn)矩，因而可在不利用遠(yuǎn)方信息的前提下大幅度提高區(qū)域間振蕩的抑制阻尼比；文獻(xiàn)［14］表明，由于正常運行時每個發(fā)電機都固定在自己的轉(zhuǎn)子目標(biāo)值上運行，所以事故發(fā)生后，各發(fā)電機可根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)子角量測確定自己在電網(wǎng)中的位置并增減有功，向事故前目標(biāo)值回歸（但不一定能回到擾動前的數(shù)值），以恢復(fù)秩序和穩(wěn)定，所以這一新模式也會顯著地提高電力系統(tǒng)的暫穩(wěn)極限。

不過，從某種意義上講，轉(zhuǎn)子角控制模式是與現(xiàn)有模式存在很大差異的一種全新模式，有很多問題有待解答，例如：仿真和實際是否存在顯著差異，測量精度是否足夠用于控制，能否同時指定所有發(fā)電機的轉(zhuǎn)子角目標(biāo)值等等。所以，通過動模試驗來證明這種模式的可行性，是一項必需的基礎(chǔ)工作。本文通過動模試驗，對這些問題進(jìn)行了解答，證實了轉(zhuǎn)子角控制模式的可行性，并對新模式下的負(fù)荷跟蹤機制進(jìn)行了詳細(xì)的試驗驗證，從而為未來的可能應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

1 轉(zhuǎn)子角控制的原理

1.1 絕對轉(zhuǎn)子角的測量

近年來，PMU技術(shù)得到了長足的發(fā)展，測量精度不斷提高，應(yīng)用也越來越廣泛。新出現(xiàn)的技術(shù)使PMU可以利用鍵相信號直接測量絕對轉(zhuǎn)子角［15］。（絕對轉(zhuǎn)子角是指發(fā)電機q軸相對于協(xié)調(diào)世界時（UTC）整秒確定的旋轉(zhuǎn)參考矢量的角度）。圖1為這種直接測量法的示意圖。圖中，q軸領(lǐng)先GPS參考矢量的角度δ為絕對轉(zhuǎn)子角（正序機端電壓U領(lǐng)先GPS參考矢量的角度則為正序機端電壓絕對角）。

圖1 根據(jù)鍵相信號測量絕對轉(zhuǎn)子角的示意圖Fig.1 Absolute rotor angle measuring based on key-phase signal

通過測量鍵相脈沖到達(dá)時刻和秒脈沖PPS（Pulse Per Second）分頻得到的精確50 Hz脈沖到達(dá)時刻間的時間差可以計算得到α，再減去初相角β，就可以得到絕對轉(zhuǎn)子角?？梢钥闯觯^對轉(zhuǎn)子角不是轉(zhuǎn)子q軸相對于系統(tǒng)中某個其他發(fā)電機的角度，而是在GPS確定的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的角度（相對PPS的角度），因而這個數(shù)值的獲取不需要任何遠(yuǎn)方信息。

1.2 轉(zhuǎn)子角控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理

在實際運行的電力系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)頻率不是非常準(zhǔn)確的50 Hz（或60 Hz），所以PMU按照前述原理測量得到的轉(zhuǎn)子角會不斷變化。頻率超過50 Hz時轉(zhuǎn)子角逐步增大，頻率低于50 Hz則逐步減小。如果系統(tǒng)中存在低頻振蕩，不同的發(fā)電機角度增加或減少的數(shù)值也各不相同。這也是廣域測量系統(tǒng)（WAMS）中常見的現(xiàn)象，即頻率變化和低頻振蕩導(dǎo)致發(fā)電機絕對轉(zhuǎn)子角處于變化之中。

然而，從控制的角度看，也完全可以轉(zhuǎn)而控制角度，即通過精確地控制發(fā)電機轉(zhuǎn)速，可以使每次秒脈沖到達(dá)時，發(fā)電機轉(zhuǎn)子都轉(zhuǎn)到相同的位置，這樣PMU測量得到的絕對轉(zhuǎn)子角將保持不變，頻率也將是精確的50 Hz（或60 Hz），即可同時實現(xiàn)轉(zhuǎn)子角和轉(zhuǎn)速（頻率）的無差控制。

圖2 轉(zhuǎn)子角控制器結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of rotor angle controller

圖2給出了一種使用PID精確控制轉(zhuǎn)子角的調(diào)速器結(jié)構(gòu)圖。圖中，s為拉普拉斯算子；ω0=2πf0為弧度制的額定轉(zhuǎn)速；δ為本地PMU測量得到的絕對轉(zhuǎn)子角；δaim為調(diào)度下發(fā)的絕對轉(zhuǎn)子角目標(biāo)值；Kp為比例增益；KG為微分增益；T3為低通濾波時間常數(shù)；Ti為積分時間；Tch為高壓缸時間常數(shù)；Trh為再熱器時間常數(shù)；Fhp為經(jīng)再熱器后由中低壓缸產(chǎn)生的功率比例；Ts為伺服機構(gòu)時間常數(shù)。δaim的參考點也是PPS。顯然，在發(fā)電機與無窮大系統(tǒng)連接時，δaim越大則發(fā)電機出力越多。

圖2所示調(diào)速器的原理并不復(fù)雜：如果測量得到的發(fā)電機轉(zhuǎn)子角落后（小于指定目標(biāo)值），就把汽輪機調(diào)門開大一些，根據(jù)搖擺方程可知，此時發(fā)電機轉(zhuǎn)速將會上升，轉(zhuǎn)子角也會隨之加大，并逐步回歸期望值；反之亦然。

1.3 轉(zhuǎn)子角控制器和傳統(tǒng)調(diào)速器的比較

現(xiàn)有的電力系統(tǒng)通過一次調(diào)頻和AGC來跟蹤負(fù)荷變化，隨時維持負(fù)荷和發(fā)電間的平衡。如果要在電網(wǎng)中實施轉(zhuǎn)子角控制，就必須用轉(zhuǎn)子角控制器替換傳統(tǒng)的調(diào)速器。一次調(diào)頻功能也隨之消失。不僅如此，轉(zhuǎn)子角控制器內(nèi)沒有接收調(diào)度功率指令PLoadref的接口，也就不可能以傳統(tǒng)的方式實現(xiàn)AGC。為此，有必要對轉(zhuǎn)子角控制模式下電網(wǎng)如何跟蹤負(fù)荷進(jìn)行進(jìn)一步分析。

圖2所示控制框圖比較復(fù)雜。圖中積分路徑中的低通模塊和輸出前的補償模塊主要為改善阻尼轉(zhuǎn)矩而設(shè)置，在穩(wěn)態(tài)時不需要考慮。為簡單起見，可以將不包括補償模塊的轉(zhuǎn)子角控制器輸出表示為：

其中，Δδ為PMU量測得到絕對轉(zhuǎn)子角和調(diào)度下發(fā)的轉(zhuǎn)子角目標(biāo)值的差值，如式（2）所示。

作為比較，式（3）同時給出了傳統(tǒng)調(diào)速器的輸出：

可以知道，在負(fù)荷和發(fā)電精確相等且轉(zhuǎn)子角量測也等于目標(biāo)值的瞬間，轉(zhuǎn)子角控制器只有積分路徑有輸出，因此就類似于傳統(tǒng)調(diào)速器的PLoadref。

不過，傳統(tǒng)控制器根據(jù)頻率增加功率的部分由代替，即在負(fù)荷變化后，轉(zhuǎn)子角控制器會同時根據(jù)頻率和角度增減功率。

在使用傳統(tǒng)控制器時，如果負(fù)荷增加，則系統(tǒng)最終會穩(wěn)定在一個稍低的頻率上（否則根據(jù)頻率差增發(fā)的部分會回歸到0），即傳統(tǒng)調(diào)速器是根據(jù)頻率的有差控制。

使用轉(zhuǎn)子角控制器后，在負(fù)荷增加的初期，角度和頻率都會下降，所以控制器內(nèi)比例和微分路徑都會增發(fā)功率，不過隨著頻率逐步恢復(fù)額定值，微分路徑輸出會減小到0，但根據(jù)角度差增發(fā)的部分仍會保留下來，即角度會穩(wěn)定在新的更為滯后的數(shù)值上，新模式在擾動后一段時間內(nèi)是根據(jù)角度的有差控制（但是頻率的無差控制）。隨后，積分路徑會逐步發(fā)揮作用，再讓角度逐步回歸目標(biāo)值，最終實現(xiàn)角度的無差控制。

2 負(fù)荷跟蹤機制的動模試驗驗證

2.1 硬件平臺

動模試驗在山東大學(xué)動模試驗室完成，試驗中使用了2臺12kW的交流發(fā)電機，原動機為直流電動機。2臺發(fā)電機的高壓母線通過線路連接，負(fù)荷則通過降壓變壓器接在其中一臺發(fā)電機的高壓母線上。試驗接線如圖3所示。

圖3 動模試驗接線圖Fig.3 Single-line diagram of experiment system

圖4是測量和控制接線示意圖。其中，角度測量由發(fā)電機飛輪上的貼紙和光纖傳感器配合實現(xiàn)，每次貼紙轉(zhuǎn)過傳感器探頭時，傳感器都會發(fā)出一個脈沖給PMU（這個信號就等同于汽輪機的鍵相信號），再根據(jù)2.1節(jié)所述原理PMU即可計算得到絕對轉(zhuǎn)子角。由于光纖傳感器在高速模式下響應(yīng)時間為50 μs，所以傳感器誤差小于0.9°，加上 PMU 測量誤差0.144°，合計理論誤差在1°左右（實際短時測量漂移僅為0.2°左右）。

圖4 動模試驗測量和控制結(jié)構(gòu)Fig.4 Measuring and control loop of experiment system

PMU得到轉(zhuǎn)子角后，送給轉(zhuǎn)速控制器?？刂破鲀?nèi)部邏輯和圖2所示結(jié)構(gòu)類似，但通過模式切換可以選擇定功率模式、一次調(diào)頻模式（閉鎖比例和積分路徑）或者轉(zhuǎn)子角控制模式。控制器的輸出指令則通過RS-485通信線發(fā)送給研華的ADAM模塊，再以4～20 mA的電流信號輸出到直流電動機控制柜，最終達(dá)到改變直流電動機控制柜電流環(huán)定值和電動機轉(zhuǎn)矩的目的。

這個控制閉環(huán)并沒有顯式地模擬汽輪機的某些環(huán)節(jié)（沒有對應(yīng)再熱器和伺服機構(gòu)的慣性環(huán)節(jié)）。這是因為本文仿真目的是驗證負(fù)荷跟蹤機制（而非暫態(tài)過程），而在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過程中，轉(zhuǎn)子角控制器內(nèi)的補償環(huán)節(jié)可以抵消對應(yīng)再熱器和中低壓缸的環(huán)節(jié)。此外，RS-485傳輸和ADAM模塊存在純時延，直流電動機控制回路的時間常數(shù)又正好對應(yīng)伺服機構(gòu)、汽門和高壓缸的時間常數(shù)，所以最終效果應(yīng)與實際汽輪機是相當(dāng)?shù)摹?/p>

2.2 在多機系統(tǒng)中啟動轉(zhuǎn)子角控制

啟動轉(zhuǎn)子角控制可以有2種方式：一種方式是在黑啟動時，讓投入運行的第一臺發(fā)電機直接進(jìn)入轉(zhuǎn)子角控制模式，隨后各發(fā)電機再依次并網(wǎng)即可；另一種方式則是運行中的多臺發(fā)電機在某一時刻同時投入轉(zhuǎn)子角控制器。下面分別給出2種方式啟動轉(zhuǎn)子角控制的試驗結(jié)果（圖中角度數(shù)值由PMU記錄后再由MATLAB作圖，因此沒有使用實際時間）。

圖5為動模試驗時一臺發(fā)電機首先投入轉(zhuǎn)子角控制，隨后另外一臺發(fā)電機并網(wǎng)的試驗結(jié)果曲線。由于增加了PPS作為坐標(biāo)系參考，所以兩機系統(tǒng)可以畫出2條角度曲線。圖中δ1、δ2分別為發(fā)電機G1和G2的轉(zhuǎn)子位置量測（未扣除初相角，否則并網(wǎng)后曲線會壓在一起）。

圖5 一臺發(fā)電機投入轉(zhuǎn)子角控制后另一臺發(fā)電機并網(wǎng)的試驗結(jié)果Fig.5 Experimental results when one generator begins operating in rotor angle control mode and another generator is then integrated into grid

從圖中可以看出，在t=71 s時，發(fā)電機G1先啟動角度控制（以該時刻的轉(zhuǎn)子位置量測作為目標(biāo)值），轉(zhuǎn)子位置在PPS確定的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中不再變化。約150 s后2臺發(fā)電機并網(wǎng)，并網(wǎng)時發(fā)電機G2的調(diào)速器為定功率模式，但并網(wǎng)后發(fā)電機G2的轉(zhuǎn)子位置就不再變化（而在目前實際運行的電網(wǎng)中，任何并網(wǎng)發(fā)電機在GPS坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子角度位置都隨頻率波動而不斷波動）。

圖6給出了已處于并網(wǎng)運行狀態(tài)且?guī)ж?fù)載的兩機系統(tǒng)啟動轉(zhuǎn)子角控制的角度記錄。試驗開始前，2臺發(fā)電機的調(diào)速器僅包括一次調(diào)頻環(huán)節(jié)（角度的微分環(huán)節(jié)），電網(wǎng)運行在傳統(tǒng)的變角度模式下，且通過手工增減指令使運行頻率距離額定頻率很近。在t=94.4 s時將發(fā)電機G1的控制器轉(zhuǎn)入角度控制模式（以該時刻的轉(zhuǎn)子位置量測作為目標(biāo)值），發(fā)電機G2仍保持傳統(tǒng)的一次調(diào)頻模式。從結(jié)果曲線可以看出，系統(tǒng)在經(jīng)過一個短暫的過渡過程后就穩(wěn)定下來，2臺發(fā)電機的轉(zhuǎn)子角都不再變化，實現(xiàn)了由變角度到定角度的轉(zhuǎn)換。

第一個試驗表明，如果電網(wǎng)已經(jīng)運行在定角度模式，則新并網(wǎng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子角度在并網(wǎng)后也會固定下來。第二個試驗則表明，假如電網(wǎng)中發(fā)生非常大的擾動以致不得不暫時轉(zhuǎn)入傳統(tǒng)變角度模式，在擾動平息且頻率基本恢復(fù)后，電網(wǎng)仍可以很方便地重新轉(zhuǎn)入定角度模式。

圖6 雙機系統(tǒng)由變角度模式轉(zhuǎn)為定角度模式的角度記錄Fig.6 Rotor angle records when two-machine system operates from variable rotor angle control mode to constant rotor angle control mode

2.3 轉(zhuǎn)子角控制模式下的負(fù)荷跟蹤

2.3.1 混合模式下的負(fù)荷跟蹤

考慮2臺發(fā)電機僅有1臺啟動轉(zhuǎn)子角控制的場景（另外一臺發(fā)電機使用傳統(tǒng)調(diào)速器，即僅包括對應(yīng)角度微分的一次調(diào)頻環(huán)節(jié)，不包括比例和積分環(huán)節(jié)）。

在t=50 s時，將負(fù)荷增加2 kW，并記錄各發(fā)電機的轉(zhuǎn)子角度和給負(fù)荷提供的電流（由機端TA、TA6得到）變化曲線，結(jié)果見圖7（由于負(fù)荷為純電阻，所以電流和功率等比例變化，沒有給出功率是因為使用2個互感器結(jié)果進(jìn)行計算會引入更大誤差，此外，該圖及后續(xù)錄波圖寬度對應(yīng)時間長度均小于角度曲線時間長度）。

從圖中可以看出，負(fù)荷增加后，2臺發(fā)電機的角度都開始落后，頻率也有短暫的下降，所以2臺發(fā)電機都開始增加輸出功率。隨后，由于頻率逐步向額定值回歸，發(fā)電機G2增發(fā)的功率也逐步減少，而發(fā)電機G1逐漸增多。最終，頻率恢復(fù)到50 Hz后，發(fā)電機G2的出力回歸到了初始值，而發(fā)電機G1完全承擔(dān)了負(fù)荷增量部分，在沒有AGC參與的前提下實現(xiàn)了功率平衡和頻率的無差調(diào)節(jié)。

這個試驗表明電網(wǎng)中的多臺發(fā)電機可以同時運行在不同模式下（定角度模式或傳統(tǒng)的一次調(diào)頻模式甚至定功率模式）。在擾動后，運行于傳統(tǒng)一次調(diào)頻模式的發(fā)電機也可以對電網(wǎng)提供短暫支援，但是增發(fā)功率最終會完全消失，負(fù)荷增量僅由定轉(zhuǎn)子角模式運行的發(fā)電機承擔(dān)。

圖7 混合模式下負(fù)荷跟蹤過程角度和電流記錄Fig.7 Rotor angle and current records during load following in mixed mode

圖8 單一模式下負(fù)荷跟蹤過程角度和電流記錄Fig.8 Rotor angle and current records during load following in single mode

2.3.2 單一模式下的負(fù)荷跟蹤

如果2臺發(fā)電機都運行在定角度模式下，則試驗結(jié)果又會顯著不同，在t=50 s時，將負(fù)荷增加2kW，并記錄各發(fā)電機的轉(zhuǎn)子角度和給負(fù)荷提供的電流變化曲線，結(jié)果見圖8。從圖中可以看出，負(fù)荷增加后，2臺發(fā)電機的角度都開始落后，頻率也有短暫的下降，所以2臺發(fā)電機都開始增加輸出功率，頻率和角度相繼恢復(fù)。最終2臺發(fā)電機的轉(zhuǎn)子角都恢復(fù)到擾動前的數(shù)值，頻率也恢復(fù)到50 Hz，在沒有AGC參與的前提下實現(xiàn)了功率平衡和頻率的無差調(diào)節(jié)。

和2.3.1節(jié)結(jié)果進(jìn)行比較，可以看到：首先，由于參與角度控制的發(fā)電機更多，所以過渡過程中發(fā)電機角度滯后的幅度更小一些；其次，2臺發(fā)電機都承擔(dān)了部分負(fù)荷增量。這個實驗也表明，即使負(fù)荷掛在某個定轉(zhuǎn)子角的發(fā)電機的高壓母線上，該負(fù)荷的增量部分也不一定都由該發(fā)電機承擔(dān)。

2.3.3 定角度發(fā)電機到達(dá)有功上限后的情形

在多機系統(tǒng)中使用轉(zhuǎn)子角控制時，不可避免會碰到某臺發(fā)電機到達(dá)功率上限的情況。顯然，此時發(fā)電機會失去維持轉(zhuǎn)子角度不變的能力，原本該由此發(fā)電機承擔(dān)的負(fù)荷就會轉(zhuǎn)而由相鄰發(fā)電機承擔(dān)。

假設(shè)試驗系統(tǒng)中，發(fā)電機G1到達(dá)了有功上限，在t=120 s時和t=475 s時，分2次各將負(fù)荷增加2 kW，并記錄各發(fā)電機的轉(zhuǎn)子角度、兩機間轉(zhuǎn)子角度差（扣除了初相角）和給負(fù)荷提供的電流變化曲線，結(jié)果見圖9（錄波圖分為2個子圖顯示）。

圖9 定角度發(fā)電機到達(dá)有功上限后負(fù)荷跟蹤過程角度和電流記錄Fig.9 Rotor angle and current records during load following when generator with constant angle control reaches upper limit of active power

可以看出，由于發(fā)電機G1已經(jīng)到達(dá)有功上限，在負(fù)荷增長時，該發(fā)電機轉(zhuǎn)為恒功率機組，不再增發(fā)功率（電流瞬時波動則由定子線圈儲能提供）。因此，發(fā)電機G1的轉(zhuǎn)子角逐步落后。與此同時，本應(yīng)由發(fā)電機G1承擔(dān)的負(fù)荷都自動地轉(zhuǎn)由發(fā)電機G2承擔(dān)。因為發(fā)電機G2有功仍有充足的裕度，所以其轉(zhuǎn)子角能夠維持不變，且同時確保了系統(tǒng)內(nèi)的功率平衡，保證頻率維持在額定頻率上。

在本節(jié)試驗中，發(fā)電機G1的轉(zhuǎn)子角度是隨著負(fù)荷增長而被動地逐步落后的。不過，在實際運行中，當(dāng)某個發(fā)電機接近出力上限時，調(diào)度應(yīng)主動更改該發(fā)電機和相鄰機組的角度目標(biāo)值，從而改變各發(fā)電機出力和潮流分布，避免發(fā)電機到達(dá)出力上限。這樣各發(fā)電機可提供的備用和支援能力才不會縮小。

值得注意的是，本節(jié)試驗還說明，實施轉(zhuǎn)子角控制后，盡管控制器總是力圖將轉(zhuǎn)子角維持在目標(biāo)值上，但不少因素會使實際角度偏離目標(biāo)值，即角度并不是任何時刻都被剛性地固定在目標(biāo)值上的，而會在目標(biāo)值附近浮動，尤其在大擾動后更是如此（大擾動再進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后事故地點附近發(fā)電機的新運行點均會偏離目標(biāo)值）。這就為運行和控制提供了一定的緩沖余地。

3 結(jié)論

為了驗證轉(zhuǎn)子角控制的可行性及相應(yīng)的負(fù)荷跟蹤機制，在山東大學(xué)動模試驗室進(jìn)行了相關(guān)的動模試驗。試驗表明，現(xiàn)有的測量精度和控制技術(shù)完全可以實現(xiàn)定轉(zhuǎn)子角控制，并且可以同時指定多個發(fā)電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)子角。

動模試驗表明，發(fā)電機并入運行于定轉(zhuǎn)子角模式的電網(wǎng)后轉(zhuǎn)子角亦隨之固定下來，此外，如果電網(wǎng)在大擾動后暫時變?yōu)樽冾l變角度模式，也可以在頻率偏差較小時很方便地重新啟動定角度模式。

動模試驗還表明，電網(wǎng)中多種模式（定功率/僅有一次調(diào)頻/定角度）的發(fā)電機可以并列運行，在負(fù)荷快速增長或者大擾動發(fā)生時，電網(wǎng)中的發(fā)電機都會參與調(diào)節(jié)，但調(diào)整結(jié)束后負(fù)荷增量僅由定角度機組分擔(dān)。定角度機組越多，則調(diào)整過程中發(fā)電機角度滯后越少。此外，如果運行于定轉(zhuǎn)子角模式的發(fā)電機到達(dá)出力上限，該發(fā)電機就會失去維持角度的能力，但相鄰的發(fā)電機可在負(fù)荷增長時提供支援，因此系統(tǒng)頻率仍可維持不變。

本文提出的新的控制模式在帶來益處的同時，也會帶來一些新的問題，例如汽輪機調(diào)整過于頻繁、影響機械壽命等，需要尋找更好的控制手段加以解決。

致 謝

國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院提供了試驗用PMU和轉(zhuǎn)子角控制器，山東大學(xué)電氣工程學(xué)院鄒貴彬、于少舟兩位老師提供了部分試驗需要的資料和材料，在此表示感謝！

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