基于频域测试的非线性电力系统稳定器参数整定方法

摘要

基于频域测试的非线性电力系统稳定器参数整定方法属于电力系统稳定控制技术领域，其特征在于，在设定被实验机组工况后，测量该稳定器输出输出点到发电机机端电压的在0.2～2.0Hz的低频振荡范围内无补偿频率特性曲线及计算不同频率点下的相位角；再计算在不同频率下该稳定器输出信号的线性部分相对于Δω轴的超前滞后角α_l，再加上频率特性相应的相位角，判断是否超出国家标准规定的相对于Δω轴的超前滞后范围；若未超出，便可计算处该线性部分的反馈系数k₁、k₂和k₃；然后再用临界放大倍数法和负载阶跃法确定阻尼系数C₁和增益系数C₂。本发明易于为现场调试人员掌握，易于推广使用。

主权项

1、基于频域测试的非线性电力系统稳定器参数整定方法，其特征在于，依次含有以下步骤：步骤(1).调整被试验发电机组的工况被试验机组有功功率大于0.9额定功率，无功工况为0~0.2额定无功；调频和自动发电机控制功能暂时退出；试验机组在机端有并列运行机组时，宜在并列机组停运下进行，也可在其运行下进行试验，但要求并列机组的无功调差率设为运行值；记录试验机组运行数据、同厂其他机组的出力、各高压母线电压和各出线有功功率；步骤(2).采用频谱分析仪测量非线性电力系统稳定器NR-PSS输出点到发电机机端电压无补偿频率特性曲线；所述无补偿频率特性曲线是指在NR-PSS不投入的情况下，用所述频谱分析仪代替NR-PSS，测量频谱分析仪输出信号产生的发电机附加力矩对于该频谱分析仪输出信号的相频特性，按以下步骤进行所述无补偿频率特性曲线的测量；步骤(2.1).设定N是频谱分析仪输出的噪声信号，当选用随机信号时使用均匀uniform滤波窗；当选用周期性调频信号时使用汉宁hannning滤波窗，频率范围选为0.2~2.0Hz；步骤(2.2).把频谱分析仪的输出信号N与自动调压器AVR的输出相叠加，同时把频谱分析仪的输出信号N送到所述频谱分析仪的第1输入端，发电机机端电压V_g经过一个电压变送器送入所述频谱分析仪的第2输入端；步骤(2.3)逐步增大频谱分析仪输出信号N的幅值至发电机机端电压V_g开始出现摆动后，测量0.2~2.0Hz的频率特性，观察频率特性曲线形状是否光滑；如果曲线不光滑，调整信号大小再进行测量；记录下频率特性曲线的数据，即为0.2~2.0Hz的NR-PSS输出点到机端电压无补偿频率特性曲线；步骤(3).按以下步骤计算非线性电力系统稳定器线性部分的反馈系数k₁、k₂和k₃；步骤(3.1)在原动机机械功率变化量标幺值ΔP_m等于0，可以计算出对于不同频率的输入信号，NR-PSS的线性部分相对于Δω轴的超前滞后角度α_l，其中：Δω＝(ω-ω₀)，ω₀＝314.159，为额定转速；Δδ为转子运行角度变化量，$\mathrm{\Delta \delta }={\int }_0^t\mathrm{\Delta \omega d\tau };{\mathrm{\Delta P}}_e$电磁功率变化量标幺值；${\alpha }_l=\arctan (-\frac{L_1{\omega }_0-{4\pi }^2{f}^2{T}_j{L}_3}{2\pi {\mathrm{fL}}_2+2\mathrm{\pi fD}{L}_3}),$f为输入干扰信号的频率，ω₀为额定转速314.159，单位是弧度/秒；T_i为发电机转动惯量，设定值；D是机组阻尼系数，设定值；L₁、L₂和L₃为调整参数，取值范围为[0，300]；步骤(3.2).用步骤(3.1)得到不同频率下的超前滞后角度α_l加上步骤(2)测得的相应频率下无补偿频率特性的角度，得到每个频率下NR-PSS输出力矩相对于Δω轴的角度；步骤(3.3).判断步骤(3.2)得到的在0.2~2.0Hz的低频振荡区输出的力矩向量在Δω轴超前10度~滞后45度以内；若不满足要求，则调整参数L₁、L₂和L₃使所述超前滞后角满足上述要求；然后再按以下计算NR-PSS的参数k₁、k₂和k₃：$k_1=\frac{L_1{\omega }_0{i}_q}{T_j{T}_{d0}\prime },$$k_2=\frac{L_1{\omega }_0{i}_q}{T_j{T}_{d0}\prime },$$k_3=\frac{{-L}_3{i}_q}{T_{d0}\prime }$其中：T_j是发电机转动惯量，单位秒；为定子开路时励磁绕组时间常数，单位秒；i_q为电枢电流的q轴分量，i_q＝I_icos(δ+φ)，I_i为电枢电流标幺值，为已知量；δ为转子运行角度，已知量；φ为功率因数角，已知量；步骤(4).确定NR-PSS输出信号V_NR-PSS中的阻尼系数C₁和NR-PSS增益系数C₂，其中：$V_{\mathrm{NR}-\mathrm{PSS}}=\{E_q-\frac{T_{d0}^{\prime }}{i_q}[E_q^{\prime }{\stackrel{·}{i}}_q+(x_q-x_d^{\prime })(i_q{\stackrel{·}{i}}_d+i_d{\stackrel{·}{i}}_q)]+C_1\frac{T_j{T}_{d0}^{\prime }}{{\omega }_0{i}_q}(k_1\mathrm{\Delta \delta }+k_2\mathrm{\Delta \omega }-k_3\frac{{\omega }_0}{T_j}{\mathrm{\Delta P}}_e)\}{C}_2---\left(1\right)$其中：i_d为电枢电流的d轴分量；E_q为同步机暂态电势和空载电势，标幺值；分别为d轴同步电抗、q轴同步电抗和d轴暂态电抗，标幺值；NR-PSS与自动调压器AVR的配合采用并联方式，即NR-PSS的输出与自动调压器AVR输出叠加后输入到励磁机以控制发电机机端电压；步骤(4.1).用下述临界放大倍数法确定系数C₁：在投入NR-PSS后逐步增大所述系数C₁，当励磁电压开始出现5次连续的振荡时立即退出NR-PSS；此时的放大倍数即为所述系数C₁的临界增益；C₁取临界增益的1/2~1/3；步骤(4.2).用下述负载阶跃法确定所述系数C₂：投入NR-PSS，在自动调压器AVR输入端设置阶跃量为1％~4％额定发电机电压，正向阶跃后6s左右即反向阶跃回原值；逐步增大NR-PSS的增益系数C₂，观察其电压动态响应和有功的稳定性；当有NR-PSS进行阶跃后出现5次有功功率振荡，则此时的放大倍数即为临界增益，所述系数C₂取临界增益的1/2~1/3；