基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法，适用于水电机组的增强型调速系统；其中，所述增强型调速系统包括增强型调速器、原动机和发电机，所述原动机分别连接所述增强型调速器和所述发电机，所述发电机还连接所述增强型调速器；所述方法包括：获取所述增强型调速器的输入信号并输入所述增强型调速器中，以输出所述增强型调速器输出信号；将所述输出信号代入描述函数中，以得到增强型死区的描述函数；根据所述增强型死区的描述函数采用奈奎斯特曲线进行超低频振荡的稳定性分析。采用本发明专利技术实施例，能够有效分析出增强型调速器对电网超低频振荡的稳定性的影响。

Stability Analysis Method of Ultra-Low Frequency Oscillation of Power Grid Based on Enhanced Governor

【技术实现步骤摘要】
基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法
本专利技术涉及电网
，尤其涉及一种基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法。
技术介绍
增强型调速器是水电机组为了克服在开度调节模式下一次调频合格率低、积分电量达不到辅助服务考核标准的问题而提出的一种改进型调速器。它通过改进调速器一次调频死区特性，将死区值计入功率调节量而提高一次调频的响应特性。在实际运行中也发现增强型调速器在一次调频死区附近频繁动作而导致机组出现振荡的问题，但对增强型调速器在超低频振荡的影响和机理未做进一步研究。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法，能有效分析出增强型调速器对电网超低频振荡的稳定性的影响。为实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法，适用于水电机组的增强型调速系统；其中，所述增强型调速系统包括增强型调速器、原动机和发电机，所述原动机分别连接所述增强型调速器和所述发电机，所述发电机还连接所述增强型调速器；所述方法包括：获取所述增强型调速器的输入信号并输入所述增强型调速器中，以输出所述增强型调速器输出信号；将所述输出信号代入描述函数中，以得到增强型死区的描述函数；根据所述增强型死区的描述函数采用奈奎斯特曲线进行超低频振荡的稳定性分析。与现有技术相比，本专利技术公开的基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法，利用考虑一次调频死区的增强型调速系统，推导了电网稳态频率偏移量的增强型调速器一次调频死区的描述函数，利用描述函数研究增强型调速器死区对输入信号的响应，就可以分析增强型调速器对超低频振荡稳定性的影响，能够得到基于描述函数的增强型调速器对电网超低频振荡稳定性影响的理论分析结果。作为上述方案的改进，所述根据所述增强型死区的描述函数采用奈奎斯特曲线进行超低频振荡的稳定性分析，具体包括：分别绘制增强型死区的描述函数的负倒数曲线和奈奎斯特曲线；其中，所述负倒数曲线的横坐标是所述输入信号中的振幅与死区值的比值；根据偏移量和原调速系统的稳定性结合所述负倒数曲线和所述奈奎斯特曲线进行增强型调速系统的稳定性分析；其中，所述偏移量为所述输入信号中相对额定频率的稳态频率偏移量，所述原调速系统为包括调速器、原动机和发电机的线性系统。作为上述方案的改进，所述原调速系统采用所述奈奎斯特曲线进行稳定性分析。作为上述方案的改进，所述根据偏移量和原调速系统的稳定性结合所述负倒数曲线和所述奈奎斯特曲线进行增强型调速系统的稳定性分析，具体包括：当所述偏移量等于零时，若原调速系统为稳定的，所述奈奎斯特曲线不包围所述负倒数曲线，判定所述增强型调速系统为稳定的；若原调速系统为不稳定的，所述奈奎斯特曲线与所述负倒数曲线有交点，判定所述增强型调速系统为不稳定的；当所述偏移量等于所述死区值时，若原调速系统为稳定的，所述奈奎斯特曲线与所述负倒数曲线有交点，判定所述增强型调速系统处于自激振荡状态；若原调速系统为不稳定的，所述奈奎斯特曲线包围所述负倒数曲线，判定所述增强型调速系统为不稳定的；当所述偏移量大于所述死区值时，若原调速系统为稳定的，所述奈奎斯特曲线不包围所述负倒数曲线，判定所述增强型调速系统为稳定的；若原调速系统为不稳定的，所述奈奎斯特曲线与所述负倒数曲线有交点，判定所述增强型调速系统为不稳定的。作为上述方案的改进，所述输入信号为：Δf＝Xsinωt+M其中，Δf为所述输入信号；X为超低频振荡的幅值；ω是超低频振荡频率；t为时间；M为相对额定频率的稳态频率偏移量。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法中普通型和增强型死区的输出差异示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法中增强型调速系统的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法中非线性系统控制模型；图4是本专利技术实施例提供的一种基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法的流程图；图5是本专利技术实施例提供的一种基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法中曲线部分包围示意图中曲线交点及稳定区示意图；图6是本专利技术实施例提供的一种基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法中曲线部分包围示意图中-1/N(X)曲线；图7是本专利技术实施例提供的一种基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法M等于0时的-1/N(X)曲线；图8是本专利技术实施例提供的一种基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法M等于D时的-1/N(X)曲线；图9是本专利技术实施例提供的一种基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法M大于2D时的-1/N(X)曲线。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。值得说明的是，一些水电机组在实际运行中为了提高一次调频的性能，满足辅助服务考核标准要求，将调速器改为增强型调速器。增强型调速器主要是将一次调频死区进行了改进，以下称改进前的死区为普通型死区，改进后的为增强型死区，两者的差异如下：普通型死区的输入输出关系为：增强型死区的输入输出关系为：其中，其中，Δf＝f-f0是一次调频的输入频差；f是电网实际频率；f0是电网额定频率；D是死区设定值(D>0，死区范围为±D)，以上变量单位均为Hz。假设普通型和增强型死区上下限均为±0.05Hz，输入信号为同一正弦曲线，则两者输出的差异如图1所示。可以看出，增强型死区在输入信号越过死区时，其输出会有一个突变。参见图2，水电机组的调速模型是由增强型调速器、原动机和发电机构成的一个闭环频率控制系统，所述原动机分别连接所述增强型调速器和所述发电机，所述发电机还连接所述增强型调速器。由于增强型调速和普通型调速主要是一次调频死区特性上的差异，为此将图3中的增强型调速器死区作为一个非线性环节N独立表示，将增强型调速器其余部分、原动机和发电机等环节简化为一个线性环节G(s)，如图3所示。对于图3所示的非线性系统不能用传递函数法分析，以下采用描述函数法进行分析。描述函数法是一种用于研究非线性系统的稳定性及自持振荡问题的方法。该方法用非线性环节输出的基波信号代替在正弦输入下的非正弦输出，使非线性环节近似于一个线性环节，从而可以用奈奎斯特稳定判据对系统稳定性进行判别。描述函数法的主要过程如下：对图3所示的非线性系统，假设输入Δfref＝0，在N的输入端施加正弦信号e＝Xsinωt，则输出是一个含有高次谐波的周期性函数，表示为：其中，Ai、Bi是输出信号中频率为的正弦信号的第i次谐波分量中正弦和余弦部分的幅值。假设非线性环节N对坐标原点奇对称即A0＝0，系统的线性部分G(s)能滤掉y的高次谐波，只剩基波，可以得到：y(t)＝A1sinωt+B1cosωt公式(4)；其中，A1、B1是输出信号中频率为的正弦信号的基波分量中正弦和余弦部分的幅值；非线性环节N的输入输出关系可以表示为：其中，N(X)称为非线性环节N的描述函数。可以看本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法，其特征在于，适用于水电机组的增强型调速系统；其中，所述增强型调速系统包括增强型调速器、原动机和发电机，所述原动机分别连接所述增强型调速器和所述发电机，所述发电机还连接所述增强型调速器；所述方法包括：获取所述增强型调速器的输入信号并输入所述增强型调速器中，以输出所述增强型调速器输出信号；将所述输出信号代入描述函数中，以得到增强型死区的描述函数；根据所述增强型死区的描述函数采用奈奎斯特曲线进行超低频振荡的稳定性分析。

【技术特征摘要】
1.一种基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法，其特征在于，适用于水电机组的增强型调速系统；其中，所述增强型调速系统包括增强型调速器、原动机和发电机，所述原动机分别连接所述增强型调速器和所述发电机，所述发电机还连接所述增强型调速器；所述方法包括：获取所述增强型调速器的输入信号并输入所述增强型调速器中，以输出所述增强型调速器输出信号；将所述输出信号代入描述函数中，以得到增强型死区的描述函数；根据所述增强型死区的描述函数采用奈奎斯特曲线进行超低频振荡的稳定性分析。2.如权利要求1所述的基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法，其特征在于，所述根据所述增强型死区的描述函数采用奈奎斯特曲线进行超低频振荡的稳定性分析，具体包括：分别绘制增强型死区的描述函数的负倒数曲线和奈奎斯特曲线；其中，所述负倒数曲线的横坐标是所述输入信号中的振幅与死区值的比值；根据偏移量和原调速系统的稳定性结合所述负倒数曲线和所述奈奎斯特曲线进行增强型调速系统的稳定性分析；其中，所述偏移量为所述输入信号中相对额定频率的稳态频率偏移量，所述原调速系统为包括调速器、原动机和发电机的线性系统。3.如权利要求2所述的基于增强型调速器对电网超低频振荡稳定性分析方法，其特征在于，所述原调速系统采用所述奈奎斯特曲线进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐卓尧，刘蔚，黄河，苏寅生，张建新，周挺辉，甄鸿越，陈刚，江出阳，蔡东阳，
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