專利名稱：電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置及電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及謀求電力系統(tǒng)穩(wěn)定的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置及電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法。
發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置通常稱為PSS(Power SystemStabilizer)(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)，它是為提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定度而快速抑制發(fā)電機(jī)有功功率和端電壓等波動的控制裝置。
PSS中除把發(fā)電機(jī)有功功率偏差值(相對于基準(zhǔn)值的變化量)ΔP作為輸入信號的P型PSS外，還有以發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的偏差值(相對于基準(zhǔn)值的變化量)Δωg作為輸入信號的ω型PSS等，無論何種PSS均產(chǎn)生相應(yīng)于輸入信號的控制信號，向發(fā)電機(jī)的自動電壓調(diào)整裝置(AVR)輸出該控制信號，由此控制發(fā)電機(jī)的波動。
由于以往的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置如上所述構(gòu)成，因而存在若電力系統(tǒng)的運(yùn)作條件不變化，可迅速抑制發(fā)電機(jī)有功功率和端電壓的波動，而一旦電力系統(tǒng)的運(yùn)作條件等變化，產(chǎn)生預(yù)先設(shè)計(jì)的控制目標(biāo)值以外的波動方式，則不能有效地抑制該波動方式這樣的課題。
本發(fā)明是為解決上述課題而提出的，其目的在于提供一種即使電力系統(tǒng)運(yùn)作條件變化，也能迅速抑制發(fā)電機(jī)波動的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置及電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，設(shè)置根據(jù)抽取手段求得的發(fā)電機(jī)狀態(tài)量中基頻分量的增益和相位，估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)的參數(shù)推定手段；由該參數(shù)推定手段估算的系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)估算PSS的最佳頻率特性的頻率特性推定手段。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置僅在發(fā)電機(jī)的電輸出功率及旋轉(zhuǎn)速度的偏差比設(shè)定值大時，由檢測手段檢測的狀態(tài)量抽取基頻分量。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，檢測檢測手段測得的各狀態(tài)量的頻率，僅當(dāng)各振動頻率大致相同時，才使從各狀態(tài)量抽取的基頻分量有效。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，僅當(dāng)本次振動頻率與上述振動頻率不同時，才估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置判定參數(shù)推定手段估算的系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)的準(zhǔn)確性，僅當(dāng)準(zhǔn)確性得到認(rèn)定時，才估算頻率特性。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，頻率特性推定手段，在通常頻率范圍內(nèi)設(shè)置發(fā)電機(jī)的制動轉(zhuǎn)矩與同步轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值，使用該制動轉(zhuǎn)矩與同步轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值估算PSS的頻率特性。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，通過估算的PSS的頻率特性，用Z域傳遞函數(shù)，表示PSS的傳遞函數(shù)。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，通過把估算的PSS的頻率特性近似變換成時間域的階躍響應(yīng)，用時間函數(shù)表示PSS。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，在檢測發(fā)電機(jī)狀態(tài)量時，在發(fā)電機(jī)最近端(至近端)施加測試信號。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，在聯(lián)機(jī)狀態(tài)檢測發(fā)電機(jī)的狀態(tài)量。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，利用選出發(fā)電機(jī)PSS效應(yīng)的等效控制框圖的傳遞函數(shù)和選出發(fā)電機(jī)AVR效應(yīng)的等效控制框圖的傳遞函數(shù)，估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法由發(fā)電機(jī)狀態(tài)量中基頻分量的增益和相位，估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)，同時，由該系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)，估算PSS的最佳頻率特性。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法，僅當(dāng)發(fā)電機(jī)的電功率輸出及旋轉(zhuǎn)速率偏差比設(shè)定值大時，才從發(fā)電機(jī)的狀態(tài)量抽取基頻分量。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法，檢測各狀態(tài)量的振動頻率，僅當(dāng)各振動頻率大致相同時，才使從各狀態(tài)量抽取的基頻分量有效。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法，僅當(dāng)本次振動頻率與上次振動頻率不同時，才估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法，判定系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)的準(zhǔn)確性，僅當(dāng)認(rèn)定準(zhǔn)確性時，才估算頻率特性。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法，在通常頻率范圍內(nèi)設(shè)置發(fā)電機(jī)的制動轉(zhuǎn)矩與同步轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值，使用該制動轉(zhuǎn)矩與同步轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值估算PSS的頻率特性。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法，通過估算的PSS的頻率特性，用Z域傳遞函數(shù)表示PSS的傳遞函數(shù)。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法，通過把估算的PSS的頻率特性近似變換成時間域的階躍響應(yīng)，用時間函數(shù)表示PSS。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法，在檢測發(fā)電機(jī)狀態(tài)量時，向發(fā)電機(jī)最近端附加測試信號。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法，在聯(lián)機(jī)狀態(tài)檢測發(fā)電機(jī)的狀態(tài)量。
本發(fā)明所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法，利用選出發(fā)電機(jī)PSS效應(yīng)的等效控制框圖的傳遞函數(shù)及選出發(fā)電機(jī)AVR效應(yīng)的等效控制框圖的傳遞函數(shù)，估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置的構(gòu)成圖。
圖2是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法的流程圖。
圖3是選出發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)PSS效應(yīng)的控制框圖。
圖4是選出發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)AVR效應(yīng)的控制框圖。
圖5是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置的構(gòu)成圖。
圖中2是狀態(tài)量檢測部(檢測手段)，8、80是頻率成分分解電路(抽取手段)，9是系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)推定電路(參數(shù)推定手段)，10是頻率特性推定部(頻率特性推定手段)，11是控制信號產(chǎn)生部(產(chǎn)生手段)，12是AVR。
下文，說明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。實(shí)施形態(tài)1圖1是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置的構(gòu)成圖。圖中，1是連接電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，2是檢測發(fā)電機(jī)1的狀態(tài)量(發(fā)電機(jī)1的有功功率偏差ΔP、發(fā)電機(jī)1電功率輸出偏差ΔPe、發(fā)電機(jī)1最近端的電壓偏差ΔV、發(fā)電機(jī)1最近端的電流偏差ΔI、發(fā)電機(jī)1旋轉(zhuǎn)速度偏差Δωg)的狀態(tài)量檢測部(檢測手段)，3是當(dāng)測試指令值GO變?yōu)椤?”時，向發(fā)電機(jī)1的最近端施加測試信號的測試信號產(chǎn)生電路，4是當(dāng)測定指令值GS為“1”時測定發(fā)電機(jī)1狀態(tài)量的測定電路，5是濾除重疊在測定電路測定的發(fā)電機(jī)1的狀態(tài)量上的噪聲分量的濾波電路，6是輸出控制電路，一旦電功率輸出偏差ΔPe比設(shè)定值Pc大且旋轉(zhuǎn)速度偏差Δωg比設(shè)定值ωgc大時，向參數(shù)推定部7輸出從該時刻起1個周期Td內(nèi)測定的發(fā)電機(jī)1的狀態(tài)量。
7是由頻率成分分解電路8及系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)推定電路9構(gòu)成的參數(shù)推定部，8是抽取狀態(tài)量檢測部2輸出的發(fā)電機(jī)1的狀態(tài)量的基頻分量、求該基頻分量增益和相位的頻率成分分解電路(抽取手段)，9是由頻率成分分解電路8求得的基頻分量的增益和相位估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)推定電路(參數(shù)推定手段)。
10是由參數(shù)推定部7推定的系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)估算PSS的最佳頻率特性的頻率特性推定部(頻率特性推定手段)，11是由頻率特性推定部10估算的頻率特性更新PSS的傳遞函數(shù)或PSS參數(shù)，并產(chǎn)生對AVR12的控制信號ΔVPSS的控制信號產(chǎn)生部(產(chǎn)生手段)，12是根據(jù)控制信號產(chǎn)生部11產(chǎn)生的控制信號ΔVPSS，控制發(fā)電機(jī)1輸出電壓的自動電壓調(diào)整裝置(以下稱為AVR)。
又，圖2是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法的流程圖。
下面說明本實(shí)施形態(tài)的動作。
首先，為了識別目前電力系統(tǒng)的運(yùn)作條件(含電力系統(tǒng)構(gòu)成)等，在不影響電力系統(tǒng)運(yùn)作的范圍內(nèi)，向發(fā)電機(jī)1最近端施加測試信號。即，若從外部施加值為“1”的測試指令值GO，則狀態(tài)量檢測部2的測試信號產(chǎn)生電路3在1個周期內(nèi)，向發(fā)電機(jī)1的最近端輸出n個不同頻率的測試信號(步驟ST1)。
又，也可以從外部使測定指令值GS為“1”，持續(xù)測定運(yùn)作中的發(fā)電機(jī)1的狀態(tài)量。
一旦測試信號產(chǎn)生電路3向發(fā)電機(jī)1的最近端輸出測試信號(或從外部提供值為“1”的測定指令值GS)，測定電路4即檢測發(fā)電機(jī)1的狀態(tài)量(發(fā)電機(jī)1的有功功率偏差ΔP、發(fā)電機(jī)1的電功率輸出偏差ΔPe、發(fā)電機(jī)1的最近端電壓偏差ΔV、發(fā)電機(jī)1的最近端電流偏差ΔI、發(fā)電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)速度偏差Δωg)(步驟ST2)。
當(dāng)測定電路4測出發(fā)電機(jī)1的狀態(tài)量，濾波電路5就濾除重疊在發(fā)電機(jī)1狀態(tài)量上的噪聲分量，但即使發(fā)電機(jī)1最近端電壓V等變化大，發(fā)電機(jī)1的電功率輸出Pe等也沒有大的變化時，電力系統(tǒng)運(yùn)作條件等變化產(chǎn)生影響的可能性小，因而輸出控制電路6判定電功率輸出的偏差ΔPe與旋轉(zhuǎn)速度偏差Δωg是否處于允許范圍內(nèi)。
即，輸出控制電路6判定是否電功率輸出的偏差ΔPe比設(shè)定值Pc大且旋轉(zhuǎn)速度偏差Δωg比設(shè)定值ωgc大(步驟ST3)，只有在該條件滿足時，才向參數(shù)推定部7輸出上述條件成立時刻起1個周期Td內(nèi)測定的m組發(fā)電機(jī)1的狀態(tài)量。又，輸出控制電路6在向參數(shù)推定部7輸出發(fā)電機(jī)1的狀態(tài)量時，向參數(shù)推定部7輸出值為“1”的輸出指定值GP。
參數(shù)推定部7的頻率成分分解電路8一旦從狀態(tài)量檢測部2接收值為“1”的輸出指定值GP，即對發(fā)電機(jī)1的各狀態(tài)量進(jìn)行FFT分析，求其基頻分量的增益、相位及振動模式的頻率ωf。
具體地說，如下式所示，對電功率輸出的偏差ΔPe、旋轉(zhuǎn)速度偏差Δωg及相差角偏差Δδ(相差角偏差Δδ是對電壓偏差ΔV、電流偏差ΔI與有功功率偏差ΔP進(jìn)行矢量計(jì)算而求得的)進(jìn)行FFT(Fast Fourier Transformer)(快速傅里葉變換)分析，計(jì)算基頻分量的增益與相位(步驟ST4)。
ΔPe＝KP0+KP1·sin(ωf1·t+θp)+… (1)Δωg＝Kωg0+Kωg1·sin(ωf1·t+θωg)+…(2)Δδ＝Kδ0+Kδ1·sin(ωf1·t+θδ)+… (3)式中KP1，θp頻率為ωf1時ΔPe的增益和相位Kωg1，θωg頻率為ωf1時Δωg的增益和相位Kδ1，θδ頻率為ωf1時Δδ的增益和相位各振動模式的頻率ωf不一致時，認(rèn)為測定精度低，因而僅當(dāng)各振動模式的頻率ωf大致相等時(例如，偏差在百分之一以內(nèi))，輸出值為“1”的計(jì)算指令值GF(步驟ST5)。
當(dāng)本次檢測的振動模式的頻率ωf與上次檢測的振動模式的頻率ωf相同時，即使重新估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)，也得到與上次相同的估算結(jié)果，因而僅當(dāng)振動模式頻率ωf與上次的頻率不同時，才向系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)推定電路9分別輸出本次檢測的發(fā)電機(jī)的電功率輸出的偏差ΔPe、旋轉(zhuǎn)速度的偏差Δωg、相差角偏差Δδ的基頻分量的相位、增益、振動模式的頻率ωf(步驟ST6)。
圖3是表示系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)估算中，發(fā)電機(jī)1的勵磁系統(tǒng)PSS效應(yīng)概念的控制框圖。圖3表示從輸入PSS的旋轉(zhuǎn)速度的偏差Δωg到得到電功率輸出的偏差ΔPe的傳遞函數(shù)Ge1(jω)。又，圖4是表示發(fā)電機(jī)1的勵磁系統(tǒng)AVR效應(yīng)概念的控制框圖。圖4表示從相差角偏差Δδ到得到電功率輸出的偏差ΔPe的傳遞函數(shù)Ge2(jω)。在示于圖3和圖4的各控制框圖中，作為系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)包含K2～K6，其詳細(xì)說明將于后述。系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2～K6可通過把測得的K組狀態(tài)量的偏差ΔPe、Δωg、Δδ的基頻分量的增益、相位及振動模式的頻率ωf分別代入傳遞函數(shù)Ge1及Ge2中，然后解聯(lián)立方程式加以估算(步驟ST7)。
Ge1(jω)＝ΔPe(jω)/Δωg(jω)＝k2·GAVR(jω)·GF(jω)·GPSS(jω)/[1+k6·GAVR(jω)·GF(jω)](4)Ge2(jω)＝ΔPe(jω)/Δδ(jω)＝-k2{k4+k5·GAVR(jω)}·GF(jω)/[1+k6·GAVR(jω)·GF(jω)](5)式中ΔPe(jω)＝KP1·ejθPΔωg(jω)＝Kωg1·ejθωgΔδ(jω)＝Kδ1·ejθδGF(jω)＝k3/[1+k3·Td0’·(jω)]GAVR(jω)AVR的傳遞函數(shù)GPSS(jω)PSS的頻率特性首先，令i＝m+1，m+2，m+3，把振動模式的頻率ωf代入頻率ω(i)，計(jì)算AVR的傳遞函數(shù)GAVR(jω(i))與PSS的頻率特性GPSS(jω(i))后，將計(jì)算結(jié)果分別代入式(4)、(5)，又將頻率為ωf(i)時的增益KP1(i)、Kωg1(i)及相位θp(i)、θωg(i)代入式(4)，從而得到非線性聯(lián)立方程式。通過解該非線性聯(lián)立方程式，求得系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2、K3、K6。
然后，令i＝m+1，m+2，m+3，計(jì)算頻率為ωf(i)時的AVR的傳遞函數(shù)GAVR(jω(i))后，將計(jì)算結(jié)果分別代入式(5)，又將頻率為ω(i)時的增益KP1(i)、Kδ1(i)及相位θp(i)、θδ(i)代入式(5)，進(jìn)而把系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2、K3、K6代入式(5)，從而得到線性聯(lián)立方程式。通過解該線性聯(lián)立方程式，求得系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K4、K5。
這樣，一旦求得系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2～K6，系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)推定電路9即向頻率特性推定部10輸出系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2～K6及值為“1”的設(shè)計(jì)指令值GR，為了防止測定誤差和誤動作，當(dāng)系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2～K6中任一個超出上限值或下限值時，則認(rèn)為系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2～K6不準(zhǔn)確，并向頻率特性推定部10輸出值為“0”的設(shè)計(jì)指令值GR(步驟ST8)。
頻率特性推定部10一旦接收系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2～K6、值為“1”的設(shè)計(jì)指令值GR，則采用系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2～K6，估算PSS的最佳頻率特性。
即，根據(jù)發(fā)電機(jī)1的初始數(shù)據(jù)、AVR系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、發(fā)電機(jī)1的制動矢量目標(biāo)值，設(shè)計(jì)PSS的頻率特性，一旦接收值為“1”的設(shè)計(jì)指令值GR，則采用系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2～K6，估算PSS的頻率特性(步驟ST9)。
具體地說，如以下所述那樣估算PSS的最佳頻率特性。
首先，為了估算PSS的最佳頻率特性，在通常的頻率范圍(0.1Hz～20Hz)，設(shè)置發(fā)電機(jī)1的制動矢量和同步矢量的目標(biāo)值。為了使穩(wěn)定效果良好，需要把發(fā)電機(jī)1的制動轉(zhuǎn)矩設(shè)定成適當(dāng)?shù)母咧担瑫r把勵磁系統(tǒng)的同步轉(zhuǎn)矩設(shè)定成盡可能小。確定發(fā)電機(jī)1制動力的發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的制動轉(zhuǎn)矩Td及同步轉(zhuǎn)矩Tk如下式所示。
Td＝Td_SYS+Td_AVR+Td_PSS(6)Tk＝Tk_SYS+Tk_AVR+Tk_PSS(7)式中，Td_SYS電力系統(tǒng)固有的制動轉(zhuǎn)矩(設(shè)定為常數(shù))Td_AVRAVR效應(yīng)產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩(由圖4的控制框圖，通過系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2～K6與AVR12的傳遞函數(shù)加以計(jì)算)。
Td_PSSPSS效應(yīng)產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩Tk_SYS電力系統(tǒng)固有的同步轉(zhuǎn)矩(設(shè)定為常數(shù))Tk_AVRAVR效應(yīng)中的同步轉(zhuǎn)矩(由圖4的控制框圖加以計(jì)算，在本次處理中，不必計(jì)算該值)Tk_PSSPSS效應(yīng)中的同步轉(zhuǎn)矩Tk設(shè)定成與上次估算時相同的值又，Td的目標(biāo)值由解析電力系統(tǒng)等得到。這時，Td通過函數(shù)或陣列表示，下面即為一個例子Td＝2·M·ω·ζ/(1-ζ2)1/2式中，M發(fā)電機(jī)1的慣性常數(shù)ζ電力系統(tǒng)的振動衰減率如下所述，在PSS效應(yīng)的制動轉(zhuǎn)矩Td_PSS及PSS效應(yīng)的同步轉(zhuǎn)矩Tk_PSS中包含PSS的頻率特性GPSS(jω)，Td、Tk、Td_SYS、Td_AVR、Tk_SYS、Tk_AVR是已知值，因而可由下式求得PSS的頻率特性GPSS(jω)。
在PSS的輸入信號是發(fā)電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)速度偏差Δωg時，Td_PSS＝Re[GPSS(jω)·Ge3(jω)]＝KPSS(ω)·Ke3(ω)·cos(θPSS(ω)+θe3(ω))(8)Tk_PSS＝-(ω/ω0)·Im[GPSS(jω)·Ge3(jω)]＝-(ω/ω0)·KPSS(ω)·Ke3(ω)·sin(θPSS(ω)+θe3(ω))(9)式中ω 頻率ω0 電力系統(tǒng)的基準(zhǔn)頻率(常數(shù))Ge3(jω)圖3的虛線部分控制框圖的傳遞函數(shù)Ke3(jω)傳遞函數(shù)Ge3(jω)的增益特性θe3(jω)傳遞函數(shù)Ge3(jω)的相位特性KPSS(ω)PSS的頻率特性GPSS(jω)的增益特性θPSS(ω)PSS的頻率特性GPSS(jω)的相位特性具體地說，首先，因?yàn)镻SS效應(yīng)的同步轉(zhuǎn)矩Tk_PSS設(shè)定為零(雖然理想情況是PSS效應(yīng)的同步轉(zhuǎn)矩Tk_PSS與AVR效應(yīng)的同步轉(zhuǎn)矩Tk_AVR同值，且兩者符號相反，但通常，AVR效應(yīng)的同步轉(zhuǎn)矩Tk_AVR與電力系統(tǒng)固有的同步轉(zhuǎn)矩Tk_SYS相比非常小，因而PSS效應(yīng)的同步轉(zhuǎn)矩Tk_PSS可設(shè)定為零)，式(9)可變?yōu)槿缦滦问健?br> sin(θPSS(ω)+θe3(ω))＝0θPSS(ω)＝-θe3(ω) (10)若式(10)代入式(8)，則制動轉(zhuǎn)矩Td_PSS可表示如下。
Td_PSS＝KPSS(ω)·Ke3(ω) (11)又，若式(11)代入式(6)，則頻率特性GPSS(jω)的增益特性KPSS(ω)可表示如下。KPSS(ω)＝(Td(ω)-Td_SYS-Td_AVR(ω))/Ke3(ω)(12)由此，求得頻率特性GPSS(jω)的增益特性KPSS(ω)與相位特性θPSS(ω)，從而可求得PSS頻率特性GPSS(jω)。由于傳遞函數(shù)Ge3(jω)可由系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2、K3、K6求得(參照圖3)，傳遞函數(shù)Ge2(jω)可由系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2～K6求得，所以等效于頻率特性GPSS(jω)由系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2～K6求得。
這樣，一旦求得最佳頻率特性GPSS(jω)，控制信號產(chǎn)生部11即如下所述，由PSS的頻率特性GPSS(jω)構(gòu)成PSS的傳遞函數(shù)。
首先，由PSS的頻率特性GPSS(jω)，如下所示近似計(jì)算PSS的單位脈沖響應(yīng)O(t)，如下式所示o(t)=2π∫0∞Re(GPSS(jω))·cos(ωt)dω-----(13)]]>若令t＝kT，則o(kT)=2π∫l=1mRe(GPSS(jω))·cos(ωikT)·Δω---(14)]]>若用Z域的脈沖函數(shù)Gp(z)表示PSS的傳遞函數(shù)，則為Gp(z)＝O(z)/u(z)＝O(z)＝ke(k0+k1z-1+k2z-2+k3z-3+…+knz-n)(15)式中，O(z)O(t)的Z變換u(z)PSS的單位脈沖輸入u(t)的Z變換，u(z)＝1作為實(shí)際的控制系統(tǒng)，N值過大難實(shí)現(xiàn)，因而導(dǎo)入誤差插補(bǔ)系數(shù)Ke，其值根據(jù)N值及特性要求加以選擇。
ki＝O(iT)(i＝0，1，2，…，n)又，控制信號產(chǎn)生部11用脈沖函數(shù)Gp(Z)更新PSS的傳遞函數(shù)。控制信號產(chǎn)生部11把發(fā)電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)速度偏差Δωg代入脈沖函數(shù)Gp(Z)，輸出對AVR12的控制信號ΔVPSS(步驟ST10)，由此，抑制發(fā)電機(jī)1的波動。
由上文所述可知，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)1，由發(fā)電機(jī)的狀態(tài)量中基頻分量的增益和相位估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2～K6，同時，由該系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2～K6估算PSS的最佳頻率特性GPSS(jω)，從而構(gòu)成PSS的傳遞函數(shù)，所以可得到適合于目前電力系統(tǒng)運(yùn)作條件的PSS傳遞函數(shù)，其結(jié)果是，即使電力系統(tǒng)的運(yùn)作條件等變化，也能迅速抑制發(fā)電機(jī)1的波動。實(shí)施形態(tài)2圖5是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置的構(gòu)成圖。圖中，70是參數(shù)推定部，80是構(gòu)成參數(shù)推定部70的頻率成分分解電路。又，圖中其它構(gòu)成要素，與示于圖1的實(shí)施形態(tài)1相同，因而采用相同參照號并省略其說明。
在示于圖1的實(shí)施形態(tài)1的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置中，示出了系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)推定電路9把基頻分量的增益和相位代入(從輸入PSS的旋轉(zhuǎn)速度偏差Δωg至電功率輸出偏差ΔPe的)傳遞函數(shù)Ge1(jω)從而估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2、K3、K6的情況，但是在PSS由時間函數(shù)構(gòu)成時，即使把基頻分量的增益等代入上述傳遞函數(shù)Ge1(jω)，也難于估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2、K3、K6。
因此，在示于圖5的實(shí)施形態(tài)2中，頻率成分分解電路80輸入控制信號產(chǎn)生部11輸出的AVR12的控制信號ΔVPSS，從而系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)推定電路9采用自控制信號ΔVPSS至電功率輸出偏差ΔPe的傳遞函數(shù)Ge3(jω)估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2、K3、K6。實(shí)施形態(tài)2的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置中估算所用的式子如下所示。
Ge3(jω)＝ΔPe(jω)/ΔVPSS(jω)＝k2·GAVR(jω)·GF(jω)/[1+k6·GAVR(jω)·GF(jω)](16)即，令i＝m+1，m+2，m+3，計(jì)算頻率ωf(i)時的AVR的傳遞函數(shù)GAVR(jω(i))后，將計(jì)算結(jié)果代入式(16)，又將頻率為ωf(i)時的電功率輸出偏差ΔPe的增益KP1(i)與相位θp(i)及控制信號ΔVPSS的增益KVP(i)與相位θPS(i)代入式(16)，從而得到非線性聯(lián)立方程式。通過解該非線性聯(lián)立方程式，求得系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2、K3、K6。
控制信號ΔVPSS的增益KVP(i)、相位θPS(i)及振動模式的頻率ωf(i)，通過頻率成分分解電路80對控制信號ΔVPSS進(jìn)行FFT分析而求得。
因此，在實(shí)施形態(tài)2的場合，也能得到適合于目前電力系統(tǒng)的運(yùn)作條件等的PSS傳遞函數(shù)，結(jié)果，即使電力系統(tǒng)的運(yùn)作條件等變化，也能快速抑制發(fā)電機(jī)1的波動。實(shí)施形態(tài)3在上述實(shí)施形態(tài)1中，對控制信號產(chǎn)生部11用Z域脈沖函數(shù)Gp(Z)表示PSS的頻率特性GPSS(jω)的情況進(jìn)行了說明，但也可以如下式所示，把PSS的頻率特性GPSS(jω)變換成時間函數(shù)OP(mT)。Op(mT)=kf·TΣk=0mum-k(kT)·o(kT)-----(17)]]>式中，u(kT)PSS的輸入信號O(kT)假想PSS的單位脈沖響應(yīng)kf誤差補(bǔ)償系數(shù)因此，在實(shí)施形態(tài)3的場合，也能得到適合于目前的電力系統(tǒng)運(yùn)作條件的PSS傳遞函數(shù)，其結(jié)果是，即使電力系統(tǒng)的運(yùn)作條件等變化，也能迅速抑制發(fā)電機(jī)1的波動。實(shí)施形態(tài)4在上述實(shí)施形態(tài)1中，對把發(fā)電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)速度偏差Δωg作為輸入信號再設(shè)計(jì)PSS的頻率特性GPSS(jω)的情況作了說明，但也可以以發(fā)電機(jī)1的電壓頻率偏差Δf作為輸入信號，再設(shè)計(jì)PSS的頻率特性GfPSS(jω)。
即，因ω＝2πf，該P(yáng)SS的頻率特性GfPSS(jω)變?yōu)橄率健?br> GfPSS(jω)＝2π·GPSS(jω)于是，由式(10)與式(12)，PSS的增益特性KfPSS(ω)與相位特性θfPSS(ω)為KfPSS(ω)＝2π·(Td(ω)-Td_SYS-Td_AVR(ω))/Ke3(ω)θfPSS(ω)＝θPSS(ω)＝-θe3(ω)因此，在實(shí)施形態(tài)4中也能得到適合于目前電力系統(tǒng)運(yùn)作條件的PSS的傳遞函數(shù)，其結(jié)果是，即使電力系統(tǒng)的運(yùn)作條件等變化，也能快速抑制發(fā)電機(jī)1的波動。實(shí)施形態(tài)5在上述實(shí)施形態(tài)1中，說明了以發(fā)電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)速度偏差Δωg作為輸入信號再設(shè)計(jì)PSS的頻率特性GPSS(jω)的情況，但也可以以發(fā)電機(jī)1的有功功率的偏差ΔP作為輸入信號，再設(shè)計(jì)PSS的頻率特性GpPSS(jω)。
即，旋轉(zhuǎn)速度偏差Δωg作為輸入信號的PSS的頻率特性GPSS(jω)與有功功率偏差ΔP作為輸入信號的PSS的頻率特性GpPSS(jω)有如下關(guān)系。
GpPSS(jω)＝GPSS(jω)·Gm(jω)Gm(jω)1/M·(jω)于是，由式(10)與式(12)，該P(yáng)SS的增益特性KpPSS(ω)與相位特性θpPSS(ω)為KpPSS(ω)＝|Gm(jω)|·KPSS(ω)＝|Gm(ω)|·Td_PSS(ω)/Ke2(ω)＝(1/Mω)(Td(ω)-Td_SYS-Td_AVR(ω))/Ke3(ω)θpPSS(ω)＝θPSS(ω)-π/2＝-θe3(ω)-π/2因此，實(shí)施形態(tài)5的情況也能得到適合于目前電力系統(tǒng)運(yùn)作條件等的PSS的傳遞函數(shù)，其結(jié)果是，即使電力系統(tǒng)的運(yùn)作條件等變化，也能迅速抑制發(fā)電機(jī)1的波動。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于其構(gòu)成是設(shè)置根據(jù)抽取手段求得的基頻分量的增益和相應(yīng)估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)的參數(shù)推定手段、根據(jù)該參數(shù)推定手段估算的系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)估算PSS的最佳頻率特性的頻率特性推定手段，可得到適合于目前電力系統(tǒng)運(yùn)作條件等的PSS的頻率特性，其結(jié)果是，具有即使電力系統(tǒng)的運(yùn)作條件變化，也能迅速抑制發(fā)電動的波動的效果。
根據(jù)本發(fā)明，其構(gòu)成是，僅當(dāng)發(fā)電機(jī)的電輸出功率及旋轉(zhuǎn)速度偏差大于設(shè)定值時，才由檢測手段檢測的狀態(tài)量抽取基頻分量，因而具有下述效果只有當(dāng)電力系統(tǒng)的運(yùn)作條件等變化可能性高時，才再設(shè)計(jì)PSS的頻率特性。
根據(jù)本發(fā)明，其構(gòu)成是，檢測由檢測手段檢測的各狀態(tài)量的振動頻率，僅當(dāng)各振動頻率大致相同時，才使從各狀態(tài)量抽取的基頻分量有效，因而具有認(rèn)為檢測手段的檢測精度低時即可中止頻率特性再設(shè)計(jì)的效果。
根據(jù)本發(fā)明，其構(gòu)成是，僅當(dāng)本次振動頻率與上次振動頻率不同時，才估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)，因而具有下述效果即使重新估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)，在得到與上次相同估算結(jié)果時，也可中止系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)的估算處理。
根據(jù)本發(fā)明，其構(gòu)成是，判定參數(shù)推定手段估算的系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)的準(zhǔn)確性，僅當(dāng)認(rèn)定準(zhǔn)確性時，才估算頻率特性，因而具有預(yù)先防止測定誤差和誤動作的效果。
根據(jù)本發(fā)明，其構(gòu)成是，由發(fā)電機(jī)的狀態(tài)量的振動頻率和振動衰減率計(jì)算發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的制動轉(zhuǎn)矩，并使用該制動轉(zhuǎn)矩估算頻率特性，因而可使發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的制動轉(zhuǎn)矩保持在最佳值，其結(jié)果是，具有可在寬的頻率范圍中抑制振動的效果。
根據(jù)本發(fā)明，由于其構(gòu)成是用Z域傳遞函數(shù)表示PSS的傳遞函數(shù)，具有可簡化CPU處理的效果。
根據(jù)本發(fā)明，由于其構(gòu)成是把PSS的傳遞函數(shù)變換成時間函數(shù)，具有可簡化CPU處理的效果。
根據(jù)本發(fā)明，其構(gòu)成是，在檢測發(fā)電機(jī)狀態(tài)量時，在發(fā)電機(jī)最近端施加測試信號，因而具有即使在聯(lián)機(jī)狀態(tài)發(fā)電機(jī)的狀態(tài)量不呈現(xiàn)變化時，也可檢測發(fā)電機(jī)的狀態(tài)量的效果。
根據(jù)本發(fā)明，其構(gòu)成是，在聯(lián)機(jī)狀態(tài)檢測發(fā)電機(jī)的狀態(tài)量，因而具有可監(jiān)視例如負(fù)荷變動引起的運(yùn)作狀況變化等的效果。
根據(jù)本發(fā)明，其構(gòu)成是，利用選出發(fā)電機(jī)PSS效應(yīng)的等效控制框圖的傳遞函數(shù)與抽取發(fā)電機(jī)AVR效應(yīng)的等效控制框圖的傳遞函數(shù)，估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)，因而具有可估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)的效果。
根據(jù)本發(fā)明，其構(gòu)成是，由發(fā)電機(jī)的狀態(tài)量中基頻分量的增益和相位估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)，同時，由該系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)估算PSS的最佳頻率特性，因而可得到適合于目前電力系統(tǒng)運(yùn)作條件等的PSS的頻率特性，其結(jié)果是，具有即使電力系統(tǒng)的運(yùn)作條件等變化，也可迅速抑制發(fā)電機(jī)波動的效果。
根據(jù)本發(fā)明，由于其構(gòu)成是，僅當(dāng)發(fā)電機(jī)的電功率輸出及旋轉(zhuǎn)速度的偏差比設(shè)定值大時，才從發(fā)電機(jī)的狀態(tài)量抽取基頻分量，所以具有僅當(dāng)電力系統(tǒng)的運(yùn)作條件變化可能性高時，才再設(shè)計(jì)PSS的頻率特性的效果。
根據(jù)本發(fā)明，由于其構(gòu)成是，檢測各狀態(tài)量的振動頻率，僅當(dāng)各振動頻率大致相同時，才使從各狀態(tài)量抽取的基頻分量有效，所以具有當(dāng)認(rèn)為各狀態(tài)量的檢測精度低時，可中止頻率特性再設(shè)計(jì)的效果。
根據(jù)本發(fā)明，由于其構(gòu)成是，僅當(dāng)本次振動頻率與上次振動頻率不同時，才估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)，所以具有下述效果即使重新估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)，當(dāng)估算結(jié)果與上次結(jié)果相同時，也可中止系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)的估算處理。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)槠錁?gòu)成是，判定系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)的準(zhǔn)確性，僅當(dāng)認(rèn)定準(zhǔn)確性時，才估算頻率特性，所以具有可預(yù)先防止測定誤差與誤動作的效果。
根據(jù)本發(fā)明，由于其構(gòu)成是，由狀態(tài)量的振動頻率和振動衰減率計(jì)算發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的制動轉(zhuǎn)矩，并使用該制動轉(zhuǎn)矩估算頻率特性，所以具有下述效果可使發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的制動轉(zhuǎn)矩保持在最佳值，其結(jié)果是，可在寬的頻率范圍抑制振動。
根據(jù)本發(fā)明，由于其構(gòu)成是用Z域傳遞函數(shù)表示PSS的傳遞函數(shù)，具有可簡化CPU處理的效果。
根據(jù)本發(fā)明，由于其構(gòu)成是把PSS的傳遞函數(shù)變換成時間函數(shù)，具有可簡化CPU處理的效果。
根據(jù)本發(fā)明，由于其構(gòu)成是，在檢測發(fā)電機(jī)狀態(tài)量時，在發(fā)電機(jī)最近端施加測試信號，所以具有下述效果即使在聯(lián)機(jī)狀態(tài)發(fā)電機(jī)的狀態(tài)量不呈現(xiàn)變化時，也能檢測發(fā)電機(jī)的狀態(tài)量。
根據(jù)本發(fā)明，由于其構(gòu)成是，在聯(lián)機(jī)狀態(tài)檢測發(fā)電機(jī)的狀態(tài)量，所以具有可監(jiān)測例如負(fù)荷變動引起的運(yùn)作狀況的變化等的效果。
根據(jù)本發(fā)明，由于其構(gòu)成是，利用選出發(fā)電機(jī)PSS效應(yīng)的等效控制框圖的傳遞函數(shù)及選出發(fā)電機(jī)AVR效應(yīng)的等效控制框圖的傳遞函數(shù)，估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)，所以具有可估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)的效果。
權(quán)利要求
1.一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，其特征在于包括檢測發(fā)電機(jī)狀態(tài)量的檢測手段；抽取所述檢測手段檢測的狀態(tài)量的基頻分量，求得該基頻分量的增益和相位的抽取手段；由所述抽取手段求得的基頻分量的增益和相位估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)的參數(shù)推定手段；由所述參數(shù)推定手段估算的系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)估算PSS的最佳頻率特性的頻率特性推定手段；由所述頻率特性推定手段估算的頻率特性構(gòu)成PSS的傳遞函數(shù)，并產(chǎn)生對AVR的控制信號的產(chǎn)生手段。
2.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，其特征在于，所述抽取手段，僅當(dāng)發(fā)電機(jī)的電輸出功率及旋轉(zhuǎn)速度偏差大于設(shè)定值時，才從檢測手段檢測的狀態(tài)量抽取基頻分量。
3.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，其特征在于，所述抽取手段對檢測手段檢測的各狀態(tài)量的振動頻率進(jìn)行檢測，僅當(dāng)各振動頻率大致相同時，才使從各狀態(tài)量抽取的基頻分量有效。
4.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，其特征在于，所述參數(shù)推定手段僅當(dāng)本次的振動頻率與上次振動頻率不同時，才估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，其特征在于，所述頻率特性推定手段根據(jù)預(yù)定值判定參數(shù)推定手段估算的系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)，根據(jù)判定結(jié)果，估算頻率特性。
6.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，其特征在于，所述頻率特性推定手段在通常頻率范圍中設(shè)置發(fā)電機(jī)的制動轉(zhuǎn)矩與同步轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值，并使用該制動轉(zhuǎn)矩和同步轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值估算PSS的頻率特性。
7.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，其特征在于，所述產(chǎn)生手段通過估算的PSS的頻率特性，用Z域傳遞函數(shù)表示PSS的傳遞函數(shù)。
8.如權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置，其特征在于，所述產(chǎn)生手段通過把估算的PSS的頻率特性近似變換成時間域的脈沖響應(yīng)，用時間函數(shù)表示PSS。
9.一種電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法，其特征在于包括下述步驟檢測發(fā)電機(jī)的狀態(tài)量；抽取該狀態(tài)量的基頻分量，求出該基頻分量的增益和相位；由該基頻分量的增益和相位估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)，同時由所述系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)估算PSS的最佳頻率特性；由所述頻率特性構(gòu)成PSS的傳遞函數(shù)，并產(chǎn)生對AVR的控制信號。
10.如權(quán)利要求9所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法，其特征在于，僅當(dāng)發(fā)電機(jī)的電輸出功率及旋轉(zhuǎn)速度的偏差比設(shè)定值大時，才從發(fā)電機(jī)狀態(tài)量抽取基頻分量。
11.如權(quán)利要求9所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法，其特征在于，檢測各狀態(tài)量的振動頻率，僅當(dāng)各振動頻率大致相同時，才使從各狀態(tài)量抽取的基頻分量有效。
12.如權(quán)利要求9所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法，其特征在于，僅當(dāng)本次振動頻率與上次振動頻率不同時，才估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)。
13.如權(quán)利要求9所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法，其特征在于，比較系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)的準(zhǔn)確性與預(yù)定值，根據(jù)比較結(jié)果，估算頻率特性。
14.如權(quán)利要求9所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法，其特征在于，在通常頻率范圍內(nèi)設(shè)置發(fā)電機(jī)的制動轉(zhuǎn)矩與同步轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值，使用該制動轉(zhuǎn)矩與同步轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值，估算PSS的頻率特性。
15.如權(quán)利要求9所述的電力系統(tǒng)穩(wěn)定方法，其特征在于，通過把估算的PSS的頻率特性近似變換成時間域的脈沖響應(yīng)，用時間函數(shù)表示PSS。
全文摘要
本發(fā)明解決的課題是,在由于電力系統(tǒng)的運(yùn)作條件等變化而產(chǎn)生設(shè)計(jì)目標(biāo)值以外的波動模式時,不能有效抑制波動模式,從而不能進(jìn)行控制。本發(fā)明由基頻分量的增益和相位估算系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2～K6,并由該系統(tǒng)構(gòu)成參數(shù)K2～K6,估算PSS的最佳頻率特性G
文檔編號G01R31/34GK1244059SQ9910209
公開日2000年2月9日 申請日期1999年3月5日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月31日
發(fā)明者夏毓鷗, 下村勝 申請人:三菱電機(jī)株式會社