调整PSS及GPSS改善电力系统稳定度研究

王宝海

(中国能源建设集团东北电力第三工程公司,辽宁锦州 121001)

调整PSS及GPSS改善电力系统稳定度研究

王宝海

(中国能源建设集团东北电力第三工程公司,辽宁锦州 121001)

为了使 PSS 及 GPSS 能如期达到抑制低频振荡的效果,需经过一连串繁琐的参数调整程序,本文调整 PSS 和 GPSS 参数的流程简述如下,首先必顸建立系统的电力潮流及机械参数数据文件,然后在不同的系统操作条件下,使用 SSSP 分析其振荡频率及阻尼比,找出其中阻尼比最差的振荡模式,并在此振荡模式下寻找参与因子最大的机组,此即为 PSS 或 GPSS 最佳的装设地点,决定装置地点后,即可做相位补偿及增益调整。

调整 PSS GPSS 改善 电力 系统 稳定

1 PSS与GPSS调整的流程

在做相位补偿时，在PSS方面必需找出欲补偿机组的励磁机输入端至气隙转矩输出端，在不同频率下的相位落后曲线，调速器方面必顸找出欲装设机组的调速器输入端至调速器输出端，在不同频率下的相位落后曲线。然后利用PSS或GPSS的领先-落后补偿器，在欲补偿的频率处，适当的调整其T1～T4参数值，以补偿其相位落后，继续再利用根轨迹法决定PSS或GPSS的增益大小，初略完成PSS与GPSS的参数调整。再来为验证所调整参数是否适当，当系统加入PSS或GPSS后，需使用SSSP对整个系统做频域分析，之后再对T1～T4参数做微调。当系统内加入PSS或GPSS的频域分析完成后，再使用PSSTME做此系统的时域仿真，观察其振荡趋势是否与频域分析互相吻合。如果其结果不如预期，可再继续调整K与T1～T4参数，以达到抑制低频振荡的效果。

2 利用参与因子决定PSS或GPSS的装置地点

PSS或GPSS装置地点，根据使用SSSP去分析Case0-Case3后，观察系统在4种不同的运转条件下，最差振荡模式的参与因子，藉由参与因子的大小，决定出PSS或GPSS的装置地点，在4种不同的运转条件下，其最差的阻尼比及最主要参与机组如表1所示:

由上表可知在4种运转条件下，其阻尼比最差的振荡模式为Case3的0.3809Hz，且G16为此振荡频率下参与因子最大者，故优先选择G16机组加装PSS或GPSS，当位于G16的PSS或GPSS的参数调整完毕，此最差的振荡模式将获得改善或消失，接者观察其他运转模式是否还存在者负阻尼比，如果有则从中选取最差的振荡模式，把PSS或GPSS加装至参与因数最大者的机组，在经过参数调整及观察其他运转模式，依此方式另外分别选出了G9及G13这两部机组来加装PSS或GPSS，当此三部机组都加上PSS或GPSS并完成参数调整后，系统在任何运转模式下，皆不再出现任何负阻尼比，故在此系统内只需加入三台PSS即可维持此系统的稳定度。

表1 各Case最差的振荡频率下最大参与因子机组

图1 G9的相位调整

3 相位补偿

3.1 PSS的相位补偿

图2 G13的相位调整

当决定PSS装置地点后，接下来必需决定PSS的相位补偿角度，以补偿励磁机输入端至气隙转矩输出端之间的相位落后，调整其相位达到欠补偿才行，藉由观察图中的曲线防止过补偿的情形发生，因为实务与理论都已证实当相位补偿出现过补偿的情形，只会造成系统内的阻尼不增反降的情况，所以必顸避免过补偿的情形，在调整T1～T4时，先根据MatLab49画出欲补偿机组频率在0～2HZ的频率响应，再分别输入T1～T4的值，观察补偿曲线是否有达到欠补偿，如果没有则继续调整T1～T4的值，反之达到欠补偿则完成T1～T4值的调整，由图1，2，3分别表示G9、G13及G16机组的相位落后(实线)及补偿(虚线)情况(如图1，2，3):

根据以上曲线图可看出，在欲补偿的频率范围0～2HZ内，T1～T4参数大致调整到欠补偿的情形，但由表1在机组需注意的频率0.2～0.4HZ中，由上图看出是呈现过补偿的情形，因本文使用2阶领先落后补偿器，导致补偿角度无法达到欠补偿，但如果使用1阶领先落后补偿器，补偿角度会严重不足，且图中的补偿对于系统稳定度影响不大，所以择中使用2阶领先落后补偿器，以上为PSS的相位补偿调整结果。

3.2 GPSS的相位补偿

当决定GPSSs装置地点后，接下来必需决定GPSSs的相位补偿角度。在调整T8～T11时，先藉由MatLab画出欲补偿机组频率在0～2HZ频率响应，再分别输入T8～T11值，观察补偿曲线是否有达到欠补偿，如果没有则继续调整T8～T11值，反之达到欠补偿则完成T8～T11值的调整，且由表1观察其需注意频率0.2～0.4HZ中也需达到欠补偿的情形，由下图分别表示G9、G13及G16机组的相位落后(实线)及补偿(虚线)情况:通过对机组的相位落后及补偿情况的观察，得出在欲补偿的频率范围0～2HZ内，为了使系统能稳定运转，其相位补偿皆调整到欠补偿。

4 增益调整

4.1 PSS的增益调整

PSS的增益值必顸适当的选择，才能有效的提高系统的稳定度，故在PSS加到各机组后，再绘出改变增益时，最差振荡模式的根轨迹，该振荡模式发生在Case3的模式4频率为0.3809HZ阻尼比-0.0831，由其振荡模式的根轨迹来选取最为恰当的PSS增益值，以下为三台装置PSS机组藉由改变增益值所得出根轨迹图。

在由于调整增益值所绘的机组根轨迹图，在G9部分其增益值分别输入1～6，由根轨迹可看出最适当增益值为3，在G13部分其增益值分别输入9～15，由根轨迹可看出最适当增益值为10.7，在G16部分其增益值分别输入1.9～2.6，由根轨迹可看出最适当增益值为2.2，以上为G9、G13、G16所选的最佳增益值。

4.2 GPSS的增益调整

GPSSs的增益值必顸适当的选择，才能有效的提高系统的稳定度，故在GPSSs加到各机组后，再绘出改变增益时，最差振荡模式的根轨迹，该振荡模式发生在Case3模式4频率为0.3809HZ阻尼比为-0.0831，由其振荡模式的根轨迹来选取最为恰当的GPSS增益值，以下为三台装置GPSS机组藉由改变增益值所得出根轨迹图。由下图可以看出在藉由调整增益值所绘的机组根轨迹图，在G9部分其增益值分别输入3～11，由根轨迹可看出最适当增益值为6，在G13部分其增益值分别输入35～65，由根轨迹可看出最适当增益值为55，在G16部分其增益值分别输入13～23，由根轨迹可看出最适当增益值为19，以上为G9、G13、G16所选的最佳增益值。

5 结语

研究中比较了在系统内加入PSS、GPSS、PSS&GPSS三种改善稳定度的方法，并将其运用在新英格兰与纽约互联16机68总线系统上，在此系统中探讨了包含基本运转条件Case0、最差N-1情况的Case1、最差N-2情况的Case2以及负载及发电量变动情况的Case3的四种运转条件，以此四种运转条件来做为稳定器参数调整的依据。为了使所加入的稳定器能达到其最大的功效，在此利用相位补偿法补偿原系统的相位落后，并利用根轨迹法来调整其增益大小。

在三种改善稳定度的方法中，GPSS是加装在快速调速器上直接控制实功，因此能在短时间内改善其系统稳定度;在实际的调速器上，由于是机械式组件，其机械响应速度相当的缓慢，无法因应快速作动的场合，所以在调速器的选择上，必需选用响应速度较快速者，才能因应系统上电力潮流的改变，日后仍可继续探讨如何把快速调速器的改善成果加以变化用于实际调速器的机械响应速度。