水电机组调速系统附加阻尼控制器参数整定方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水电机组调速系统附加阻尼控制器参数整定方法与装置，该方法包括：计算电网的超低频振荡的频率段步骤；计算原动机及其调速器在超低频振荡频段的频率特性步骤；建立水电机组调速系统附加阻尼控制器模型步骤；根据原动机和调速器的在超低频振荡频段的频率特性，采用相位补偿法对水电机组调速系统附加阻尼控制器进行参数整定步骤；采用时域仿真法验证水电机组调速系统附加阻尼控制器的整定参数的有效性步骤；通过该方法使得附加阻尼控制器的输出在超低频振荡频段内的相位尽量靠近于负频差轴，完成水电机组调速系统附加阻尼控制器的参数整定，从而能够有效抑制电网的超低频振荡现象。

【技术实现步骤摘要】
水电机组调速系统附加阻尼控制器参数整定方法与装置
本专利技术涉及发电控制及电力系统稳定控制
，具体涉及一种水电机组调速系统附加阻尼控制器参数整定方法与装置。
技术介绍
在超低频振荡问题方面(振荡频率均低于0.1Hz)，20世纪60～70年代加拿大BC水电局曾开展了部分基础研究，在简单电网上进行了试验、建模和仿真，总结了部分经验。近30年仅在土耳其电网、哥伦比亚电网有少量报道。近年来随着国内异步联网的推进以及同步电网规模缩小，在藏中电网、锦苏直流孤岛运行以及云南与南方电网异步联网试验时，均出现过超低频振荡问题。已有研究表明，在小电网孤网运行或直流孤岛运行方式下，机组调速系统的稳定性明显恶化，调速系统的参数设置与孤网的稳定性密切相关。目前,作为励磁系统附加阻尼控制的电力系统稳定器(EPSS)是世界上使用最广泛、最经济且技术较为成熟的抑制低频振荡的措施。但是,励磁系统与系统运行方式及工况之间有着密切的联系,所以,装在某台机上的在给本机带来正阻尼的同时,也可能给它机带来负阻尼，应用于多机系统时,一般得要安装多台,并对其参数进行动态协调控制。然而,由于励磁系统与电力系统运行方式密切相关,EPSS存在安装地点选择和参数协调设计的问题。尽管国内外专家学者对此进行了大量的研究，但至今仍未找到工程实用有效的通用对策。另外，附加阻尼控制器也可以装设在同步发电机组的调速系统侧,这种PSS简称为GPSS。GPSS只改变本机组原动机的输入功率,而不参与系统电磁功率的改变。与励磁系统相比，调速系统与系统运行方式的联系就弱很多,可调参数也很少,运行稳定,具有很好的鲁棒性与多机解耦性。这样就既解决了鲁棒性差与多机耦合的问题,又可以达到抑制低频振荡的目的,为低频振荡的抑制提供了新的思路。但是，由于长期以来,调速系统都广泛采用机械液压式调速器,整个调速系统存在较大“死区”与惯性,对控制系统的动态响应远不如励磁系统来得快,同时受限于控制技术和机械制造水平，GPSS一直未引起人们的重视，相关研究一直停滞不前。如今,控制理论及技术的发展和机械制造水平的提高，数字式电液调速器得到广泛应用，发电机组基本全部采用响应速度快、调节精度高、调节死区小的电气液压式的调速器，能够对电力系统各种干扰快速响应，GPSS重新受到了专家学者的重视,关于汽轮发电机组GPSS的研究已经取得了一定的进展。现代汽轮机调速系统对控制作用响应的快速性并不低于励磁系统,在提高电力系统稳定性、抑制系统低频振荡方面,采用调速系统的控制也许更为有效。水轮发电机组调节系统是一个涉及水机电因素的综合控制系统。由于水轮机调节过程中的存在水锤效应、水机电各环节的强非线性和大惯性以及模型参数的时变性,使得水轮发电机组的GPSS设计和实现十分困难。相对于汽轮发电机组GPSS的研究而言,关于水轮发电机组GPSS的研究还较为薄弱。
技术实现思路
基于此，本专利技术提供了一种水电机组调速系统附加阻尼控制器参数整定方法与装置，通过该方法使得在超低频振荡频段内的相位尽量靠近于负频差轴，实现水电机组调速系统附加阻尼控制器的参数整定，从而能够有效抑制电网的超低频振荡现象。本专利技术实施例提供的一种水电机组调速系统附加阻尼控制器参数整定方法，包括：对电网的机电暂态仿真模型进行仿真计算，确定电网的超低频振荡的频率段；根据建立的水电机组的原动机及其调速器动态模型及其参数，计算原动机及其调速器在超低频振荡频段的频率特性；建立水电机组调速系统附加阻尼控制器模型；其中，所述水电机组调速系统附加阻尼控制器模型的输入信号为频差信号，所述水电机组调速系统附加阻尼控制器模型的输出信号叠加到所述水电机组的原动机及其调速器动态模型中的开度指令环节中，以抑制电网超低频振荡作为控制目标；根据所述原动机和调速器的在超低频振荡频段的频率特性，采用相位补偿法对水电机组调速系统附加阻尼控制器进行参数整定，以使得其输出在超低频振荡频段内的相位趋向于负频差轴；采用时域仿真法验证所述水电机组调速系统附加阻尼控制器的整定参数的有效性，并当电网的阻尼水平未达到设定阈值时，重新对所述水电机组调速系统附加阻尼控制器进行参数整定。优选地，所述水电机组调速系统附加阻尼控制器模型包括：延时及惯性环节、超低频带通滤波器环节、超前滞后环节、输出处理环节，其中，所述延时及惯性环节的输入端为所述水电机组调速系统附加阻尼控制器模型的输入端，所述延时及惯性环节的输出端与所述超低频带通滤波器环节的输入端连接，所述超低频带通滤波器环节的输出端与所述超前滞后环节的输入端连接，所述超前滞后环节的输出端与所述输出处理环节的输入端连接，所述输出处理环节的输出端作为所述水电机组调速系统附加阻尼控制器模型的输出端。优选地，所述超低频带通滤波器环节包括二阶隔直环节和斜坡跟踪函数。优选地，所述超前滞后环节为四级超前滞后环节。优选地，所述水电机组调速系统附加阻尼控制器模型的传递函数为：其中，s拉普拉斯算子；在延时及惯性环节中，τ为延时时间，TR为惯性时间常数；在超低频带通滤波器环节中，TW1,TW2为隔直时间常数，T8,T9为斜坡跟踪函数的时间常数，n,m为斜坡跟踪函数阶数；在超前滞后环节中，Ti1,Ti2(i＝1,2,3,4)为各个超前、滞后环节时间常数。优选地，所述输出处理环节包括依次相连的信号放大环节、死区环节以及限幅环节。优选地，所述对电网的机电暂态仿真模型进行仿真计算，确定电网的超低频振荡的频率段，具体包括：采用小干扰频域方法对电网的机电暂态仿真模型进行仿真计算，确定电网的超低频振荡的频率段。优选地，所述对电网的机电暂态仿真模型进行仿真计算，确定电网的超低频振荡的频率段，具体包括：采用时域仿真法对电网的机电暂态仿真模型进行仿真计算，确定电网的超低频振荡的频率段。优选地，所述水电机组的原动机及其调速器动态模型的参数包括：控制模式、控制器PID参数、测量环节延时和惯性时间常数、相关死区和限幅、永态差值系数Bp、执行机构PID和油门开、关时间常数、开度-功率关系、水流惯性时间常数。本专利技术实施例还提供了一种水电机组调速系统附加阻尼控制器参数整定装置，包括：频率段确定模块，用于对电网的机电暂态仿真模型进行仿真计算，确定电网的超低频振荡的频率段；频率特性计算模块，用于根据建立的水电机组的原动机及其调速器动态模型及其参数，计算原动机及其调速器在超低频振荡频段的频率特性；附加阻尼控制器模型构建模块，用于建立水电机组调速系统附加阻尼控制器模型；其中，所述水电机组调速系统附加阻尼控制器模型的输入信号为频差信号，所述水电机组调速系统附加阻尼控制器模型的输出信号叠加到所述水电机组的原动机及其调速器动态模型中的开度指令环节中，以抑制电网超低频振荡作为控制目标；附加阻尼控制器参数整定模块，用于根据所述原动机和调速器的在超低频振荡频段的频率特性，采用相位补偿法对水电机组调速系统附加阻尼控制器进行参数整定，以使得其输出在超低频振荡频段内的相位趋向于负频差轴；参数验证模块，用于采用时域仿真法验证所述水电机组调速系统附加阻尼控制器的整定参数的有效性，并当电网的阻尼水平未达到设定阈值时，重新对所述水电机组调速系统附加阻尼控制器进行参数整定。相对于现有技术，本专利技术实施例提供的一种水电机组调速系统附加阻尼控制器参数整定方法的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水电机组调速系统附加阻尼控制器参数整定方法，其特征在于：包括：对电网的机电暂态仿真模型进行仿真计算，确定电网的超低频振荡的频率段；根据建立的水电机组的原动机及其调速器动态模型及其参数，计算原动机及其调速器在超低频振荡频段的频率特性；建立水电机组调速系统附加阻尼控制器模型；其中，所述水电机组调速系统附加阻尼控制器模型的输入信号为频差信号，所述水电机组调速系统附加阻尼控制器模型的输出信号叠加到所述水电机组的原动机及其调速器动态模型中的开度指令环节中，以抑制电网超低频振荡模式作为目标控制；根据所述原动机和调速器的在超低频振荡频段的频率特性，采用相位补偿法对水电机组调速系统附加阻尼控制器进行参数整定，以使得其输出在超低频振荡频段内的相位趋向于负频差轴；采用时域仿真法验证所述水电机组调速系统附加阻尼控制器的整定参数的有效性，并当电网的阻尼水平未达到设定阈值时，重新对所述水电机组调速系统附加阻尼控制器进行参数整定。

【技术特征摘要】
1.一种水电机组调速系统附加阻尼控制器参数整定方法，其特征在于：包括：对电网的机电暂态仿真模型进行仿真计算，确定电网的超低频振荡的频率段；根据建立的水电机组的原动机及其调速器动态模型及其参数，计算原动机及其调速器在超低频振荡频段的频率特性；建立水电机组调速系统附加阻尼控制器模型；其中，所述水电机组调速系统附加阻尼控制器模型的输入信号为频差信号，所述水电机组调速系统附加阻尼控制器模型的输出信号叠加到所述水电机组的原动机及其调速器动态模型中的开度指令环节中，以抑制电网超低频振荡模式作为目标控制；根据所述原动机和调速器的在超低频振荡频段的频率特性，采用相位补偿法对水电机组调速系统附加阻尼控制器进行参数整定，以使得其输出在超低频振荡频段内的相位趋向于负频差轴；采用时域仿真法验证所述水电机组调速系统附加阻尼控制器的整定参数的有效性，并当电网的阻尼水平未达到设定阈值时，重新对所述水电机组调速系统附加阻尼控制器进行参数整定。2.如权利要求1所述的水电机组调速系统附加阻尼控制器参数整定方法，其特征在于，所述水电机组调速系统附加阻尼控制器模型包括：延时及惯性环节、超低频带通滤波器环节、超前滞后环节、输出处理环节，其中，所述延时及惯性环节的输入端为所述水电机组调速系统附加阻尼控制器模型的输入端，所述延时及惯性环节的输出端与所述超低频带通滤波器环节的输入端连接，所述超低频带通滤波器环节的输出端与所述超前滞后环节的输入端连接，所述超前滞后环节的输出端与所述输出处理环节的输入端连接，所述输出处理环节的输出端作为所述水电机组调速系统附加阻尼控制器模型的输出端。3.如权利要求2所述的水电机组调速系统附加阻尼控制器参数整定方法，其特征在于，所述超低频带通滤波器环节包括二阶隔直环节和斜坡跟踪函数。4.如权利要求2所述的水电机组调速系统附加阻尼控制器参数整定方法，其特征在于，所述超前滞后环节为四级超前滞后环节。5.如权利要求2-4任一项所述的水电机组调速系统附加阻尼控制器参数整定方法，其特征在于，所述水电机组调速系统附加阻尼控制器模型的传递函数为：其中，s拉普拉斯算子；在延时及惯性环节中，τ为延时时间，TR为惯性时间常数；在超低频带通滤波器环节中，TW1,TW2为隔直时间常数，T8,T9为斜坡跟踪函数的时间常数，n,m为斜坡跟踪函数阶数；在超前滞后...

【专利技术属性】
技术研发人员：周剑，陈刚，徐光虎，张建新，黄磊，洪潮，蔡东阳，戴仲覆，刘蔚，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东,44