水电机组异步联网场景下的超低频振荡控制方法技术

一种水电机组异步联网场景下超低频振荡的控制方法，包括1)分析水电机组异步联网场景下超低频振荡现象；2)搭建水轮机调速系统基础模型，并在调速系统中附加GPSS装置；3)计算GPSS的相位及补偿后的调速系统相位；4)时域仿真校核；5)输出时域仿真校核结果。本发明专利技术克服云南电网水电机组异步联网后出现的超低频振荡现象问题，从GPSS的控制技术原理出发提出了利用GPSS来抑制超低频振荡现象的方法，并对所提出的方法进行了时域仿真校核，仿真结果证明了所提出方法的有效性和准确性。

Ultra-Low Frequency Oscillation Control Method for Asynchronous Networking of Hydroelectric Generators

A control method for ultra-low frequency oscillation in the asynchronous interconnection scenario of hydropower units includes 1) analyzing the phenomenon of ultra-low frequency oscillation in the asynchronous interconnection scenario of hydropower units; 2) building the basic model of the turbine speed control system and adding GPSS devices to the speed control system; 3) calculating the phase of GPSS and the phase of the compensated speed control system; 4) time-domain simulation verification; 5) outputting the results of time-domain simulation verification. The invention overcomes the problem of ultra-low frequency oscillation after asynchronous interconnection of hydropower units in Yunnan power grid. Based on the principle of GPSS control technology, a method of using GPSS to suppress ultra-low frequency oscillation is proposed, and the proposed method is verified by time domain simulation. The simulation results prove the effectiveness and accuracy of the proposed method.

【技术实现步骤摘要】
水电机组异步联网场景下的超低频振荡控制方法
本专利技术涉及水电机组,特别是一种水电机组异步联网场景下的超低频振荡控制方法，以解决电网水电机组异步联网场景下的超低频振荡问题。
技术介绍
过去二十年，中国水电站建设呈现出前所未有的繁荣景象，累计水电开发总量超过3亿千瓦。同时，许多依赖燃煤发电的中国城市饱受空气污染的影响，迫切需要发展太阳能、风能、核能和水电等替代能源。中国拥有全球最丰富的水力资源，可开发水电资源总量达5.4亿千瓦，因此成为了中国实现国民经济发展去碳化的重要组成部分。云南水力资源居全国第3位，占全国水力资源总量的1/7。有着丰富水电资源的云南省已经成为了辐射中国华南地区及越南、老挝、柬埔寨和泰国等下游邻国的区域“电池”。我国南方电网自2016年采取了异步联网的运行方式后，云南电网具有以下运行特点：首先，水电装机比例高，特别是迎峰度夏期间，火电开机少，网内发电以水电为主；其次，外送比例高，外送电力最大超过本省负荷需求；相对异步前云南电网的总阻尼减小，调速系统的负阻尼问题不能被忽视。由于水电调速器带来的负阻尼和呈现刚性负荷特性带来的负阻尼，共同造成云南电网异步运行后受到超低频振荡的威胁很大。云南电网在异步运行试验期间，曾经发生明显的0.05Hz超低频振荡。主要原因是由于水轮机水锤效应明显，通过调速系统响应系统频率扰动期间，发生功率-频率的同相位调节过程，提供了负阻尼，导致系统持续振荡。目前在云南电网和西南电网，抑制超低频振荡的主要手段是通过降低水轮机调速器的PID(比例(proportion)、积分(integral)、微分(derivative))参数，以降低调速系统在超低频频段提供的负阻尼，但是对于解决该问题而言，更好的方案应该是在保留调速器PID的调频作用基础上，通过调速器附加阻尼控制器(GovernorPowerSystemStabilizer,GPSS)抑制超低频振荡。通过查阅文献发现，在水电机组占比大、小电网孤网运行或直流孤岛运行方式下，出现过类似的超低频振荡现象，如国内目前在藏中电网、锦苏直流孤岛运行时出现过类似问题。国外在上世纪60—70年代加拿大BC水电局有部分基础研究，在简单电网上进行试验、建模、仿真，总结了部分经验，但近三十年鲜有报道类似问题，见诸于少量文献的只有土耳其电网、哥伦比亚电网。
技术实现思路
本专利技术针对云南异步联网后出现的超低频振荡现象，提供一种水电机组异步联网场景下的超低频振荡控制方法，从调速器附加阻尼控制器(GovernorPowerSystemStabilizer,GPSS)的控制技术原理出发提出了利用GPSS来抑制超低频振荡现象的方法，并对所提出的方法进行了时域仿真校核，仿真结果证明了所提出方法的有效性和准确性，该方法能够有效地对超低频振荡起到抑制作用。本专利技术所采用的技术方案是：一种水电机组异步联网场景下的超低频振荡控制方法，包括以下步骤：步骤1：分析水电机组异步联网场景下的频率特性分析水电机组异步联网场景下的频率特性，获取其影响参数，包括调速系统PID的主要参数，比例积分参数、微分参数、负荷模型中的负荷频率因子。图1为实测的电力系统超低频振荡波形图。在直流孤岛或孤网系统中，电气功率决定于直流功率和负荷大小，机械功率决定于原动机输出功率大小。典型的孤网或孤岛系统频率低频振荡时发电机功率和转速的变化如图2所示。当系统出现功率缺额，电网频率或发生变化。此时，发电机组一次调频功能根据转速的变化调节机械功率PM增大，但由于电气功率PE受直流和负荷钳制，PM＞PE，造成发电机转速升高；当转速升高到一次调频反向动作时，调速系统减小机组导叶开度以减小机械功率至PM＜PE，然后发电机减速。上述过程造成系统频率持续振荡。步骤2：分析调速系统中比例积分微分参数的影响调速系统PID的主要参数包括调节器比例、积分系数、微分系数、永态差值系数、死区、限幅、液压执行机构放大倍数、接力器时间常数以及原动机特征参数等。图3为PID参数变化下的根轨迹。步骤3：搭建水轮机调速系统模型水轮机调节系统由引水系统、水轮机、机械液压系统和调节系统等组成，是一个包含水力、机械、电气的复杂的控制系统。在对实际环境模拟中，还应加入水头、水流扰动模块，该模型可以简单的如图5所示；步骤4：搭建调速器附加阻尼控制器(GovernorPowerSystemStabilizer,GPSS)模型GPSS模型如图8所示，该模型输入为机组频率或功率，输入为机械转矩，对应于原动机输出功率，KA为功率或频率频差放大倍数，对应于调速系统转速不等率，TG为液压系统时间常数，TCH为汽室容积时间常数；步骤5：搭建包含GPSS的水轮机调速系统模型引入GPSS后的水轮机调速系统模如图9所示，该模型中含有测量环节、隔直环节、三级超前/滞后补偿环节、放大环节及限幅环节。其中，TW1为隔直时间常数，T1、T3、T5为超前时间常数，T2、T4、T6为滞后时间常数；步骤6：配置包含GPSS的水轮机调速系统参数调速器和原动机系统的传递函数为：G＝G调速G水/汽轮机ΔPm＝DGΔω+KGΔδ由ΔPm与Δω之间的传递函数可知，DG＞0时发电机将向系统提供正阻尼。分析水轮机调速系统及原动机开环传递函数的阻尼特性，将调速系统提供的转矩投影在ω轴上，即调速系统提供的阻尼转矩分量，定义为调速系统的阻尼系数，借此评估调速系统的阻尼性能并计算得到GPSS配置参数。步骤7：使用便携式电力系统全数字实时仿真装置ADPSS，对GPSS装置施加设定好的几组振荡频率的超低频率振荡，录取GPSS输出、原调速系统控制输出以及调速系统接力器行程等曲线，检验GPSS对振荡的响应，判断GPSS的投入是否具有抑制作用。附图说明图1是实测的电力系统超低频振荡波形图；图2是频率振荡时发电机功率及转速曲线图；图3是PID参数变化下的根轨迹图；图4是负荷模型中有功频率因子的影响图；图5是水轮机模型图；图6是功率闭环控制下调速系统的阻尼特性图；图7是转速闭环控制下调速系统的阻尼特性；图8是简化的GPSS模型图；图9是含有原动机调节附加控制系统模型框图；图10是相位补偿效果；图11是振荡频率为0.021Hz时GPSS投入及退出的影响图；图12是振荡频率为0.0085Hz时GPSS投入及退出的影响图；图13是振荡频率为0.17Hz时GPSS投入及退出的影响图；具体实施方式为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术基于深度置信网络的配电网故障诊断方法，包括以下步骤：1)分析水电机组异步联网场景下超低频振荡现象，获取其影响参数，包括调速系统PID的主要参数，比例积分参数、微分参数、负荷模型中的负荷频率因子；发电机是电力系统最重要的动态元件，电力系统的频率发生振荡时，体现在发电机上就是发电机转速角速度交替增速和减速，这个过程由发电机转子运动方程决定：其中，ω为转子机械角速度，rad/s；J为转子的转动惯量，kg·m2；在忽略阻尼分量的情况下，机组转速的变化主要取决于机械转矩ΔMT和电气转矩ΔM。当ΔMT＞ΔME时，发电机会加速运行，系统频率响应升高，当ΔMT＜ΔME时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水电机组异步联网场景下超低频振荡的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)分析水电机组异步联网场景下超低频振荡现象，获取影响参数，包括调速系统中比例积分参数、微分参数、负荷模型中的负荷有功频率因子；2)搭建水轮机调速系统基础模型，并在调速系统中附加GPSS装置；3)计算GPSS的相位及补偿后的调速系统相位：根据振荡特性和调速系统本身的无补偿频率特性，基于超前时间常数、滞后时间常数等配置参数得到，获取GPSS装置参数；4)时域仿真校核：使用便携式电力系统全数字实时仿真装置对GPSS装置施加振荡频率，记录输出曲线，检验GPSS对振荡的响应，若响应微弱，则此时GPSS的投入没有明显的抑制作用；5)输出时域仿真校核结果。

【技术特征摘要】
1.一种水电机组异步联网场景下超低频振荡的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)分析水电机组异步联网场景下超低频振荡现象，获取影响参数，包括调速系统中比例积分参数、微分参数、负荷模型中的负荷有功频率因子；2)搭建水轮机调速系统基础模型，并在调速系统中附加GPSS装置；3)计算GPSS的相位及补偿后的调速系统相位：根据振荡特性和调速系统本身的无补偿频率特性，基于超前时间常数、滞后时间常数等配置参数得到，获取GPSS装置参数；4)时域仿真校核：使用便携式电力系统全数字实时仿真装置对GPSS装置施加振荡频率，记录输出曲线，检验GPSS对振荡的响应，若响应微弱，则此时GPSS的投入没有明显的抑制作用；5)输出时域仿真校核结果。2.根据权利要求1所述的水电机组异步联网场景下的超低频振荡控制方法，其特征在于：获取影响参数时，调速系统中比例积分参数、微分参数从给定的调速系统中获取，负荷有功频率因子是指对受扰后的系统有功功率有较大影响，即受扰后的系统频率会持续...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，徐光虎，张建新，邱建，王波，马恒瑞，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司，武汉大学，
类型：发明
国别省市：广东,44