CN104319795A - 增强***阻尼的核电机组励磁及pss参数优化整定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种增强***阻尼的核电机组励磁及PSS参数优化整定方法。该方法融合了数模混合仿真和现场试验两种优化方法；首先通过数模混合仿真，对仿真电网进行频域特征值分析和时域扰动仿真，提取互联电网区域间动态稳定特征及重要振荡信息，结合参与矩阵和PF模值对机组进行权重排序，对参与因子最大的核电机组开展机组励磁及PSS参数优化研究；通过灵敏性分析确定发电机励磁***的主要优化参数，在多运行方式下开展仿真研究以确定AVR及PSS参数的适用优化区间，最后通过现场试验研究确定机组优化参数在电厂现场运行的稳定性和有效性。本发明方法更能适应实际电网运行特征，更能适应于现场实际机组以及保证***稳定运行。

Description

增强***阻尼的核电机组励磁及PSS参数优化整定方法
技术领域
本发明属于电气工程科学领域，具体涉及一种增强***阻尼的核电机组励磁及PSS参数优化整定方法。
背景技术
供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁***，一般由励磁调节器和PSS两部分组成。励磁调节器根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出，向同步发电机转子提供励磁电流。励磁调节器本身是一个滞后单元产生负阻尼，其电磁转矩△Me在△ω轴上投影为负。PSS的控制方式就是在自动励磁调节器AVR中，除以电压偏差△Ue作为反馈量外，再引转速偏差△ω、频率偏差△f、加速功率偏差△P、电功率偏差△Pe中的一个或几个附加信号（一般为两个）作为励磁控制的辅助输入，经一定的相位校正，产生正值的阻尼力矩，平息电机或电力***的低频振荡，提高***的动态稳定。我国在励磁***技术研究和应用方面取得了显著的成绩和重大的进步。从20世纪70年代末开始，我国对励磁及PSS进行了理论的和试验室的试验研究，用自主研制的PSS装置进行了动模试验。1982年，我国自行设计和制造的带电力***稳定器的自动励磁调节器在湖南凤滩水电厂投入工业运行。2004年自主研发的新型励磁***在三峡水力发电厂的700MW发电机组上成功投入运行，为保证全国互联电网的动态稳定性提供了技术支持和保证。
选取合适的励磁及PSS参数对于提高发电机组自身及电力***稳定运行水平有着重要的意义。目前国内已开展了针对火电、水电等传统发电机组励磁及PSS参数优化研究和现场试验工作，然而关于核电机组的励磁及PSS参数优化研究和现场试验工作尚未见报道。由于核电机组的励磁***回路设计有别于传统机组，不能采用常规火电、水电机组的优化方法来开展核电机组的参数优化。
国内目前尚未见关于核电机组的励磁及PSS参数优化研究和现场试验工作的相关报道，现有核电机组励磁***参数多采用厂家自带参数，在此基础上通过试验测量励磁***的无补偿相频滞后特性，通过PSS采用超前-滞后环节进行补偿，往往难以适应实际电网多种复杂方式对机组运行要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决上述问题的增强***阻尼的核电机组励磁及PSS参数优化整定方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种增强***阻尼的核电机组励磁及PSS参数优化整定方法，包括如下步骤，
步骤S1：分析仿真电网振荡模式的模态图，选取待优化参数的核电机组；
步骤S2：核电机组的励磁***模型分析，确定待优化参数；
步骤S3：励磁***响应性能仿真及现场实际机组试验验证。
在本发明实施例中，所述步骤S1具体即：通过数模混合仿真，对仿真电网进行频域特征值分析和时域扰动仿真，提取互联电网区域间动态稳定特征及振荡信息。
在本发明实施例中，所述步骤S2中，所述核电机组的励磁***采用两机无刷励磁***。
在本发明实施例中，所述步骤S2具体即：针对励磁放大倍数、励磁机饱和系数、Kc、Kd数值和PID参数中的T3/T4比值，分析励磁***中各参数对***阻尼水平的影响的灵敏度，以及分析PSS参数的调整对励磁***滞后特性的补偿，对***的阻尼水平的影响程度。
在本发明实施例中，所述步骤S3具体即：采用优化参数后，根据行标对采用优化参数后的励磁***进行5%空载阶跃仿真计算，检测***的阶跃响应。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
（一）本方案可以适用于核电机组的励磁及PSS参数优化整定；有别于现有传统的火电、水电机组的励磁***参数优化方法，本提案方法针对核电机组励磁回路特殊性做了专门分析；同时，该方法也比现有核电机组直接采用出厂参数来默认设定励磁***参数的方法更能适应实际电网运行特征；
（二）该方法融合了数模混合仿真和现场试验两种优化方法。该方法不同于现有机组参数优化研究多采取的仿真法的局限性，而是将数模混合仿真和现场试验两种方法融合起来，先通过仿真法确定待优化的机组和相应的参数，再通过现场试验反馈、修改、验证优化参数的有效性；使得所提出的方法可以更好地适用于现场实际机组；
（三）该方法可以可以有效增强***阻尼；通过优化电网中关键核电机组的励磁***参数，不仅提高机组自身稳定运行水平，并且可以有效增强全***的正阻尼，保障***在大功率输送时对各种扰动时稳定运行。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
图2为互联电网振荡模式的模态图。
图3为本发明励磁***对应仿真程序中的FS型图。
图4为本发明发电机空载5%阶跃仿真机端电压响应曲线图。
图5为本发明发电机负载5%阶跃仿真发电机功率响应曲线图。
图6为本发明出厂励磁参数下发电机空载5%阶跃实测机端电压响应曲线图。
图7为本发明优化励磁参数下发电机空载5%阶跃实测机端电压响应曲线图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1所示，本发明一种增强***阻尼的核电机组励磁及PSS参数优化整定方法，包括如下步骤，
步骤S1：分析仿真电网振荡模式的模态图，选取待优化参数的核电机组：通过数模混合仿真，对仿真电网进行频域特征值分析和时域扰动仿真，提取互联电网区域间动态稳定特征及振荡信息；
步骤S2：核电机组的励磁***模型分析，确定待优化参数：所述核电机组的励磁***采用两机无刷励磁***；所述步骤S2具体即：针对励磁放大倍数、励磁机饱和系数、Kc、Kd数值和PID参数中的T3/T4比值，分析励磁***中各参数对***阻尼水平的影响的灵敏度，以及分析PSS参数的调整对励磁***滞后特性的补偿，对***的阻尼水平的影响程度
步骤S3：励磁***响应性能仿真及现场实际机组试验验证：采用优化参数后，根据行标对采用优化参数后的励磁***进行5%空载阶跃仿真计算，检测***的阶跃响应。
以下为本发明的具体实施例。
如图1所示，本发明的增强***阻尼的核电机组励磁及PSS参数优化整定方法，实现过程如下，
步骤一：分析仿真电网振荡模式的模态图（如图2所示），选取待优化参数的核电机组。根据仿真电网振荡模式的模态图分析主网参与振荡的机组的参与因子和右特征向量，具体如表1所示，列出振荡模式中参与因子较大的核电机组。
根据参与因子排序表，将参与因子大于0.5的序号1~序号8的核电机组筛选出来，对其机组的参数进行优化。
步骤二：核电机组的励磁***模型分析，确定待优化参数。核电机组励磁采用两机无刷励磁。此励磁***对应仿真程序中的FS型如图3所示。根据核电机组励磁实测出厂参数，对应于FS型的参数值填于下表2。
针对励磁放大倍数、励磁机饱和系数、Kc、Kd数值和PID参数中的T3/T4比值等四个方面，分析励磁***中不同参数对***阻尼水平的影响的灵敏度，结果如表3所示。
根据表3可以看出，调整核电机组励磁***的PID参数中的T3/T4比值，对于***的阻尼水平有较为明显的影响，阻尼比提高了0.007。基于上面的研究给出一组优化参数，见表4。
由于励磁参数的变化，会引起励磁***无补偿频率特性的变化，还需相应调整PSS的参数以较好的补偿励磁***的滞后特性，提高***的阻尼水平。根据优化后的励磁***参数的无补偿频率特性，提出一组新的PSS参数，见表5。
步骤三：励磁***响应性能仿真及现场实际机组试验验证。采用优化参数后，根据行标对采用优化参数后的励磁***进行5%空载阶跃仿真计算，得到发电机机端电压响应曲线如图4所示。响应曲线各项指标满足行标要求。
对发电机负载阶跃仿真，校验新PSS参数的有效性，仿真曲线如图5所示。
由上图可以看出，提出的新PSS参数对于优化后励磁参数有较好的相位补偿，扰动后抑制功率振荡效果明显，能够提供足够的阻尼。
在核电机组现场采用优化参数和原厂参数分别进行5%阶跃响应，波形分别如图6、7所示。根据电力行业标准DL/T843－2003《大型汽轮发电机交流励磁机励磁***技术条件》第5.10条，发电机空载阶跃响应性能指标要求：发电机端电压超调量不超过阶跃量的30%，振荡次数不超过3次，调整时间不超过10秒，电压上升时间不超过0.8秒。
由图6、7及表6可以看出，采用原参数和优化参数，发电机空载5%阶跃响应曲线均可满足运行要求。与采用原参数相比，采用优化参数的励磁***响应速度得到进一步提高，机端电压响应曲线的上升时间由0.526s减少至0.43s，同时调整时间由2.2s减少至0.53s，励磁***可更快进入稳定运行。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种增强***阻尼的核电机组励磁及PSS参数优化整定方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤S1：分析仿真电网振荡模式的模态图，选取待优化参数的核电机组；
步骤S2：核电机组的励磁***模型分析，确定待优化参数；
步骤S3：励磁***响应性能仿真及现场实际机组试验验证。
2.根据权利要求1所述的增强***阻尼的核电机组励磁及PSS参数优化整定方法，其特征在于：所述步骤S1具体即：通过数模混合仿真，对仿真电网进行频域特征值分析和时域扰动仿真，提取互联电网区域间动态稳定特征及振荡信息。
3.根据权利要求1所述的增强***阻尼的核电机组励磁及PSS参数优化整定方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述核电机组的励磁***采用两机无刷励磁***。
4.根据权利要求1所述的增强***阻尼的核电机组励磁及PSS参数优化整定方法，其特征在于：所述步骤S2具体即：针对励磁放大倍数、励磁机饱和系数、Kc、Kd数值和PID参数中的T3/T4比值，分析励磁***中各参数对***阻尼水平的影响的灵敏度，以及分析PSS参数的调整对励磁***滞后特性的补偿，对***的阻尼水平的影响程度。
5.根据权利要求1所述的增强***阻尼的核电机组励磁及PSS参数优化整定方法，其特征在于：所述步骤S3具体即：采用优化参数后，根据行标对采用优化参数后的励磁***进行5%空载阶跃仿真计算，检测***的阶跃响应。
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