[发明专利]弱阻尼低频振荡模式的水轮机调速器参数优化方法及系统

说明书

本发明公开了弱阻尼低频振荡模式的水轮机调速器参数优化方法及系统，方法包括：确定待优化机组相关的弱阻尼模式及其振荡频率；建立水轮机及其调节系统的开环传递函数，并计算水轮机及其调节系统的开环传递函数在弱阻尼振荡模式的振荡频率下的阻尼转矩系数；根据水轮机及其调节系统的开环传递函数计算阶跃信号下水轮机及其调节系统输出机械功率的平方误差积分；计算一次调频闭环系统最大的特征值对应的阻尼比；根据计算的阻尼转矩系数、平方误差积分和计算的阻尼比建立目标函数；采用粒子群算法求解目标函数的最优解作为水轮机调速器的最优参数。本发明在提高系统频率稳定性的同时避免弱阻尼低频振荡模式的恶化，可广泛应用于电力系统优化领域。

技术领域

本发明涉及电力系统优化领域，尤其是弱阻尼低频振荡模式的水轮机调速器参数优化方法及系统。

背景技术

在异步联网高水电比例送端系统中，水轮机的水锤效应可能引起调速器不稳定，由于负荷频率调节效应系数较小，系统阻尼较低，进而引发低频振荡。

南方电网异步联网方案实施后，云南电网独立运行，经直流与主网相连。云南电网的发电负荷比重，水电比例超过75％，火电比例小于10％，其余为风电和光伏，是个典型的高水电比例电网。云南电网省内负荷占总发电约1/3，直流外送负荷占总发电约2/3，由于直流负荷在频率限制器死区内近似为刚性负荷，使得在49.9Hz～50.1Hz频率范围内负荷能够提供的阻尼大幅减少。外部阻尼系数的减小和水锤效应的影响，多次引发了振荡周期约为10～20s的频率振荡现象，故在整定水轮机调速器PID参数时，往往以频率的小干扰稳定为目标进行优化。

水电机组调速器并大网运行时，通常采用PI控制。而对于水锤时间常数Tw大于2.5的水轮机，由于微分控制有利于提高水锤效应常数Tw较大的机组的动态性能，所以需要采用PID型调速器。云南电网主力水电机组的Tw实测值普遍偏大(Tw＝3～4)，故设置微分系数是必要的，但是部分研究表明，提高微分系数在抑制频率振荡的同时可能会降低功角稳定性，诱发低频振荡，所以在对调速器参数进行优化时，仅以频率的小干扰稳定为目标的优化方法是存在风险的。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种弱阻尼低频振荡模式的水轮机调速器参数优化方法及系统，以在提高系统频率稳定性的同时避免弱阻尼低频振荡模式的恶化。

本发明实施例第一方面所采取的技术方案是：

弱阻尼低频振荡模式的水轮机调速器参数优化方法，包括以下步骤：

确定待优化机组相关的弱阻尼模式及其振荡频率；

建立水轮机及其调节系统的开环传递函数，并计算水轮机及其调节系统的开环传递函数在弱阻尼振荡模式的振荡频率下的阻尼转矩系数；

根据水轮机及其调节系统的开环传递函数计算阶跃信号下水轮机及其调节系统输出机械功率的平方误差积分；

计算一次调频闭环系统最大的特征值对应的阻尼比；

根据计算的阻尼转矩系数、计算的平方误差积分和计算的阻尼比建立目标函数；

采用粒子群算法求解目标函数的最优解作为水轮机调速器的最优参数。

进一步，所述确定待优化机组相关的弱阻尼模式及其振荡频率这一步骤，具体包括：

通过电力系统小干扰稳定性分析程序计算全系统特征值；

根据全系统特征值找出与待优化机组相关的弱阻尼模式，所述与待优化机组相关的弱阻尼模式为阻尼比低于预设阈值的低频振荡模式；

确定找出的弱阻尼模式的振荡频率。

进一步，所述建立水轮机及其调节系统的开环传递函数，并计算水轮机及其调节系统的开环传递函数在弱阻尼振荡模式的振荡频率下的阻尼转矩系数这一步骤，具体包括：