利用PSS4B和GPSS附加阻尼控制抑制云南電網(wǎng)超低頻振蕩的對比分析

黃偉，劉蔚，黃潤，江出陽，張杰

(1. 南方電網(wǎng)云南電力調(diào)度控制中心，云南 昆明 650011；2. 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510663)

云南電網(wǎng)與南方電網(wǎng)主網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行后出現(xiàn)了長時間、大幅度的超低頻振蕩現(xiàn)象，嚴(yán)重危害了云南電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過初步研究認(rèn)定，此次超低頻振蕩是由電網(wǎng)中的水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)向系統(tǒng)提供了負(fù)阻尼導(dǎo)致，并采取了抑制措施[1-2]。

國內(nèi)外學(xué)者針對水電機(jī)組引起的超低頻振蕩問題開展了機(jī)理研究和模型仿真等工作[3-9]，研究表明：對于水電占比較大的電網(wǎng)，水電機(jī)組存在的水錘效應(yīng)在調(diào)速器PID參數(shù)設(shè)置不合理時會惡化系統(tǒng)阻尼，引發(fā)超低頻振蕩。

國內(nèi)外學(xué)者同時開展了超低頻振蕩的抑制措施研究，抑制措施主要分為2類。

第1類是直接優(yōu)化水電機(jī)組調(diào)速器PID參數(shù)，例如：文獻(xiàn)[9]采用極點配置法和臨界參數(shù)法來優(yōu)化調(diào)速器控制系統(tǒng)的參數(shù)，以達(dá)到抑制超低頻振蕩的目的；文獻(xiàn)[10]提出考慮魯棒穩(wěn)定約束下最大化跟蹤性能的調(diào)速器參數(shù)頻域優(yōu)化方法，可以同時滿足多個方式的穩(wěn)定需求,且可同時對多個機(jī)組調(diào)速器進(jìn)行優(yōu)化；文獻(xiàn)[11]通過計算超低頻振蕩的特征根靈敏度，對調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，增大了超低頻振蕩模式的阻尼比；文獻(xiàn)[12]利用矩陣擾動理論驗證了統(tǒng)一頻率模型的適用性，并提出基于結(jié)構(gòu)奇異值理論的水輪機(jī)調(diào)速器參數(shù)設(shè)計方法；文獻(xiàn)[13]提出了一種調(diào)速器參數(shù)優(yōu)化方法，約束是原動機(jī)在整個振蕩頻率范圍內(nèi)的阻尼轉(zhuǎn)矩，目標(biāo)是原動機(jī)在不同載荷下階躍響應(yīng)綜合的時間乘以誤差絕對值積分(integral time multiplied absolute error，ITAE)指數(shù)，優(yōu)化的參數(shù)可以保證系統(tǒng)在不同條件下的穩(wěn)定性；文獻(xiàn)[14]提出基于啟發(fā)式方法的調(diào)速器PID參數(shù)多機(jī)協(xié)調(diào)優(yōu)化策略，用于云南電網(wǎng)主力機(jī)組調(diào)速器PID優(yōu)化；文獻(xiàn)[15]研究了不同負(fù)荷和工作水頭下原動機(jī)相頻特性變化規(guī)律，基于保守工況下的原動機(jī)簡化模型對調(diào)速參數(shù)開展優(yōu)化整定。優(yōu)化調(diào)速器PID參數(shù)雖然可以有效抑制超低頻振蕩，但同時也會削弱水電機(jī)組的一次調(diào)頻特性，直接影響電網(wǎng)的頻率特性和對水電機(jī)組一次調(diào)頻的考核[16-17]。

第2類是通過基于附加阻尼控制的方式來抑制超低頻振蕩。采用的附加阻尼控制方式主要有2種：①利用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(power system stabilizer，PSS)作為附加阻尼控制手段；②利用調(diào)速器側(cè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 (governor PSS，GPSS)作為附加阻尼控制手段。其中前者加裝在機(jī)組勵磁系統(tǒng)的附加阻尼控制，后者加裝在機(jī)組調(diào)速器的附加阻尼控制。文獻(xiàn)[18]分析了PSS影響超低頻振蕩的機(jī)理，認(rèn)為當(dāng)負(fù)荷具有電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)時，勵磁系統(tǒng)通過影響負(fù)荷電壓來影響負(fù)荷功率，進(jìn)而影響超低頻振蕩；文獻(xiàn)[19]基于復(fù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)法分析超低頻振蕩機(jī)理，推導(dǎo)出附加阻尼控制的可行性，構(gòu)建了一種抑制超低頻振蕩的PSS控制結(jié)構(gòu)，提出計及系統(tǒng)工況變化的控制參數(shù)魯棒整定算法；文獻(xiàn)[20]提出一種多機(jī)系統(tǒng)中同時考慮低頻振蕩和頻率振蕩的PSS優(yōu)化方法；文獻(xiàn)[21]研究了在汽輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速器側(cè)加入GPSS，產(chǎn)生正阻尼力矩，抑制低頻振蕩的方法；文獻(xiàn)[22]針對云南水電機(jī)組研究和設(shè)計了一種調(diào)速器附加阻尼控制器結(jié)構(gòu)，用于抑制超低頻振蕩；文獻(xiàn)[23]基于含PID 型調(diào)速器的多機(jī)系統(tǒng)線性化狀態(tài)空間模型求解超低頻振蕩模式，用阻尼轉(zhuǎn)矩法分析調(diào)速器控制系統(tǒng)阻尼特性，提出一種基于相位補(bǔ)償原理的GPSS抑制超低頻振蕩的設(shè)計方法。

目前云南電網(wǎng)通過優(yōu)化水電機(jī)組調(diào)速器PID參數(shù)的方式來抑制超低頻振蕩，實際運(yùn)行中出現(xiàn)了頻率較頻繁波動、穩(wěn)定性變差的情況。基于附加阻尼控制方法可以協(xié)調(diào)抑制超低頻振蕩和一次調(diào)頻性能，是可選技術(shù)方案。PSS和GPSS附加阻尼控制方式在理論和機(jī)理上都可以抑制超低頻振蕩，但對2種方式的特點和效果還缺少進(jìn)一步對比研究。

本文主要針對云南電網(wǎng)超低頻振蕩問題，結(jié)合云南水電機(jī)組實際參數(shù)，對比分析PSS4B型的PSS和GPSS附加阻尼控制用于抑制超低頻振蕩時的特點和效果等。首先建立基于單機(jī)帶負(fù)荷無窮大系統(tǒng)的小干擾分析模型，然后以云南電網(wǎng)某大型水電機(jī)組為算例，分析機(jī)組低頻振蕩和超低頻振蕩模式間的同源關(guān)系，并通過特征根軌跡對比分析PSS4B和GPSS附加阻尼控制用于抑制超低頻振蕩時的特點和效果差異。

1 PSS4B和GPSS簡介

1.1 PSS4B簡介[24]

PSS是抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩的一種重要手段，目前常用的是PSS2B型為代表的單頻段PSS。

2000年加拿大魁北克電力局提出了PSS4B型多頻段PSS。PSS4B的特點在于將轉(zhuǎn)速/功率信號分為低頻(0.01～0.1 Hz)、中頻(0.1～1 Hz)及高頻(1～10 Hz)3個頻段，并通過3個可以單獨調(diào)節(jié)增益、相位、輸出限幅及濾波器參數(shù)的通道進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而可以分別為高、中、低3個頻段提供合適的阻尼。

PSS4B解決了PSS2B存在的一些不足，包括：①在中低頻段采用轉(zhuǎn)速信號，經(jīng)過低通濾波處理，解決了高頻段轉(zhuǎn)速測量精度問題；在高頻段采用有功功率信號，解決了無功“反調(diào)”問題。②采用差分濾波和超前滯后結(jié)合的方式，解決了PSS2B中只有超前滯后環(huán)節(jié)而導(dǎo)致的增益單調(diào)性問題，提高了中、低頻段的增益。

1.2 GPSS簡介

GPSS作為附加阻尼控制手段，其輸入信號為轉(zhuǎn)速或功率偏差的1種或幾種信號組合，其控制目標(biāo)是：當(dāng)出現(xiàn)超低頻振蕩時，能產(chǎn)生與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差Δω反向的機(jī)械功率(力矩)增量ΔTm，為系統(tǒng)增加正的機(jī)械阻尼。GPSS改變機(jī)組原動機(jī)的輸入功率，而不參與電磁功率改變。

GPSS模型中的斜坡跟蹤函數(shù)以及二級隔直環(huán)節(jié)的作用是對超低頻段進(jìn)行帶通濾波和隔直。GPSS輸出信號一般疊加到開度指令信號上。GPSS模型如圖1所示[21]。圖1中：Δω為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差，m、n、T8和T9為軸系扭振濾波環(huán)節(jié)的參數(shù)，Tw1和Tw2分別為2個隔直環(huán)節(jié)的時間常數(shù)，T1和T2、T3和T4、T5和T6分別為3個超前滯后環(huán)節(jié)的時間常數(shù)，KGP為放大倍數(shù)，YGPmax、YGPmin分別為輸出YGP的上、下限幅值，s為微分算子。

圖1 GPSS模型

接入GPSS的水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的模型如圖2所示，圖2中：Kp、Ki和Kd為調(diào)速器的PID參數(shù)，bp為調(diào)差系數(shù)，Ty為伺服環(huán)節(jié)時間常數(shù)，Tw為水錘效應(yīng)時間常數(shù)，ΔTm為機(jī)械功率輸出變化量。

圖2 帶GPSS的水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)傳遞函數(shù)

2 單機(jī)帶負(fù)荷無窮大系統(tǒng)建模

考慮到分析電網(wǎng)低頻振蕩問題時一般采用基于考慮勵磁系統(tǒng)和PSS的單機(jī)無窮大系統(tǒng)模型[25]，對于云南電網(wǎng)這種典型的水電占比較大(約占85%)的電網(wǎng)，分析調(diào)速系統(tǒng)引起的超低頻振蕩問題時一般采用基于考慮調(diào)速系統(tǒng)的單機(jī)帶負(fù)荷系統(tǒng)模型[1-15]。

本文通過建立單機(jī)帶負(fù)荷無窮大系統(tǒng)模型，建立單機(jī)無窮大系統(tǒng)和單機(jī)帶負(fù)荷系統(tǒng)之間的聯(lián)系，以方便分析低頻振蕩和超低頻振蕩模式之間的聯(lián)系，以及比較PSS和GPSS抑制超低頻振蕩的效果。

2.1 單機(jī)帶負(fù)荷無窮大系統(tǒng)模型

單機(jī)帶負(fù)荷接入無窮大系統(tǒng)模型如圖3所示。

圖3 單機(jī)帶負(fù)荷無窮大系統(tǒng)

(1)

(2)

式(1)、(2)中：PL0、QL0、UL0分別為工作點穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時負(fù)荷母線的有功功率、無功功率和電壓幅值；系數(shù)ap、bp、cp和aq、bq、cq與負(fù)荷組成有關(guān)，且滿足ap+bp+cp=1，aq+bq+cq=1；方括號內(nèi)的3項為負(fù)荷組成(第1項為恒阻抗，第2項為恒電流，第3項為恒功率)。

發(fā)電機(jī)采用的勵磁系統(tǒng)如圖4所示。圖4中：Ut為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓測量值，Uref為機(jī)端電壓給定值，KE為勵磁環(huán)節(jié)放大倍數(shù)，TE為勵磁環(huán)節(jié)時間常數(shù)，Efd為勵磁電壓輸出值。

圖4 發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)

當(dāng)圖3中的無窮大系統(tǒng)母線與負(fù)荷母線間的線路等值電抗XS=0時，系統(tǒng)變?yōu)閱螜C(jī)無窮大系統(tǒng)；XS=∞時，系統(tǒng)變?yōu)閱螜C(jī)帶負(fù)荷系統(tǒng)。可以看出，圖3的單機(jī)帶負(fù)荷無窮大系統(tǒng)模型建立了單機(jī)無窮大系統(tǒng)和單機(jī)帶負(fù)荷系統(tǒng)之間的聯(lián)系。

2.2 單機(jī)帶負(fù)荷無窮大系統(tǒng)的線性化模型

以下將圖3所示的單機(jī)帶負(fù)荷無窮大系統(tǒng)在運(yùn)行點處進(jìn)行線性化處理，并建立其傳遞函數(shù)。

2.2.1 網(wǎng)絡(luò)部分的線性化

圖3中的負(fù)荷母線滿足以下電流方程(采用發(fā)電機(jī)dq坐標(biāo))：

(3)

將式(1)、(2)代入式(3)，然后將式(3)在工作點附近作線性化處理，得到方程

ΔId+jΔIq=-j(Id0+jIq0)Δδ+

(4)

根據(jù)式(4)可以得到

(ΔUL+jUL0Δα)=

(5)

圖3中的發(fā)電機(jī)滿足電壓方程

(6)

式中Eq=E′q-(X′d-Xq)Id。

將式(6)在工作點附近作線性化處理，得到方程

(UL0d+jUL0q)Δδ+(X+Xq)(ΔId+jΔIq).

(7)

式中ΔEq為Eq的增量。

將式(5)代入式(7)得到

(8)

由式(8)得到：

ΔId=Kgd1ΔEq+Kgd2Δδ,

(9)

ΔIq=Kgq1ΔEq+Kgq2Δδ.

(10)

式(9)、(10)中Kgd1、Kgd2、Kgq1和Kgq2是根據(jù)式(8)得到的系數(shù)。

根據(jù)Eq=E′q-(X′d-Xq)Id，得到狀態(tài)量Eq、E′q和Id的增量ΔEq、ΔE′q和ΔId的方程為

ΔEq=ΔE′q-(X′d-Xq)ΔId.

(11)

將式(11)代入式(8)、(9)得到：

ΔId==Kd1ΔE′q+Kd2Δδ,

(12)

ΔIq=Kq1ΔE′q+Kq2Δδ.

(13)

將式(12)代入式(11)得到

ΔEq=Keq1ΔE′q+Keq2Δδ.

(14)

2.2.2 發(fā)電機(jī)部分的線性化

圖3中的發(fā)電機(jī)三階實用模型的微分方程為：

(15)

式(15)中：T′d0為直軸暫態(tài)開路時間常數(shù)；TJ為轉(zhuǎn)子慣性時間常數(shù)；Pm為機(jī)械功率；Pe為電磁功率；W為阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)；ω0為額定轉(zhuǎn)速；ω為轉(zhuǎn)速。

式(15)工作點附近線性化后的方程為：

(16)

ΔPe=Kpe1ΔE′q+Kpe2Δδ.

(17)

式(16)、(17)中：ΔEfd、ΔPm和ΔPe分別為Efd、Pm和Pe的增量；Kpe1=Iq0Keq1+Eq0Kq1；Kpe2=Iq0Keq2+Eq0Kq2。

根據(jù)圖4的發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)傳遞函數(shù)，得到方程

(18)

根據(jù)式(14)、(16)—(18)，可以得到單機(jī)帶負(fù)荷接入無窮大系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，如圖5所示,圖中：GGOV(s)為圖2所示的調(diào)速系統(tǒng)傳遞函數(shù)，GPSS(s)為PSS(如PSS2B型或PSS4B型)的傳遞函數(shù)。

圖5 單機(jī)帶負(fù)荷無窮大系統(tǒng)傳遞函數(shù)

圖5的傳遞函數(shù)框圖和單機(jī)無窮大系統(tǒng)的框圖基本一致，但系數(shù)不同。

3 算例分析

基于單機(jī)帶負(fù)荷無窮大系統(tǒng)及其傳遞函數(shù)模型，可以分析水電機(jī)組的超低頻振蕩模式，以及PSS4B和GPSS抑制超低頻振蕩的效果和影響因素等。

本文以云南電網(wǎng)某大型水電機(jī)組為算例進(jìn)行分析。建模中機(jī)組采用實測參數(shù)，勵磁系統(tǒng)根據(jù)實測參數(shù)簡化為圖4的傳遞函數(shù)，調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)實測參數(shù)簡化為圖2的傳遞函數(shù)，GPSS采用文獻(xiàn)[22]的方法得到，PSS4B采用基于頻域穩(wěn)定裕度的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法得到。

3.1 低頻振蕩和超低頻振蕩模式的關(guān)系

根據(jù)圖3所示的系統(tǒng)，當(dāng)無窮大系統(tǒng)母線與負(fù)荷母線間的線路等值電抗XS=0時，系統(tǒng)變?yōu)閱螜C(jī)無窮大系統(tǒng)；XS=∞時，系統(tǒng)變?yōu)閱螜C(jī)帶負(fù)荷系統(tǒng)。

在不考慮PSS和GPSS的情況下，采用MATLAB編程，建立圖5的傳遞函數(shù)方程，計算得到XS=0～∞時的特征根軌跡，圖6給出了與機(jī)組的低頻振蕩和超低頻振蕩相關(guān)的特征根的軌跡曲線。該特征根是1對復(fù)數(shù)根，為方便顯示，圖中僅顯示其中1個特征根的軌跡曲線。

圖6 特征根軌跡曲線

圖6中點A—F分別對應(yīng)XS取值為0.01X、X、10X、100X、1 000X和10 000X時的特征根值，其中X為圖3發(fā)電機(jī)與負(fù)荷母線間的線路電抗值。點G為XS為無窮大時的特征根值。具體見表1。

XS取值為0.01X，點A對應(yīng)的是發(fā)電機(jī)的本機(jī)振蕩頻率。XS取值為無窮大時，點G對應(yīng)的是發(fā)電機(jī)的超低頻振蕩頻率。

由表1可以看出，發(fā)電機(jī)的低頻振蕩模式和超低頻振蕩模式是同源的，即2種振蕩模式是同一對特征根變化而來。該特征根隨著XS/X的增加從低頻振蕩模式向超低頻振蕩模式變化。

表1 特征根值

以上過程可以理解為：將云南電網(wǎng)等值為由火電機(jī)組和水電機(jī)組等值機(jī)構(gòu)成的兩機(jī)系統(tǒng)，其中火電機(jī)組側(cè)的等值電抗為XS，水電機(jī)組側(cè)的等值電抗為X。當(dāng)水電機(jī)組占比很小時，對應(yīng)的XS/X很小，此時兩機(jī)系統(tǒng)近似為單機(jī)無窮大系統(tǒng)；隨著水電機(jī)組占比的增加，XS/X逐漸增加，此時兩機(jī)系統(tǒng)向單機(jī)帶負(fù)荷系統(tǒng)轉(zhuǎn)化，因此特征根從低頻振蕩模式向超低頻振蕩模式的變化可以理解為由系統(tǒng)中水電機(jī)組所占比例逐步增加導(dǎo)致。

3.2 PSS抑制低頻和超低頻振蕩的特性

在考慮PSS4B模型的情況下，根據(jù)圖6的傳遞函數(shù)，將PSS4B的放大倍數(shù)逐步增大相同值，觀察不同XS取值對特征根軌跡的影響，結(jié)果如圖7所示。為方便對比，圖中保留了圖6中的根軌跡曲線。

圖7 PSS4B對特征根軌跡的影響

由圖7可以看出，隨著PSS4B放大倍數(shù)的增加，點A—F對應(yīng)特征值均向左移動至A′—F′，移動距離無明顯差異。表明PSS4B對從本機(jī)振蕩頻率到超低頻振蕩頻率之間的頻率均有較好的抑制效果。

3.3 GPSS抑制低頻和超低頻振蕩的特性

在考慮GPSS模型的情況下，將GPSS的放大倍數(shù)逐步增大相同值，觀察不同XS取值對特征根軌跡的影響，結(jié)果如圖8所示。為方便對比，圖中保留圖6中的根軌跡曲線。

圖8 GPSS對特征根軌跡的影響

由圖8可以看出：①在超低頻段，GPSS可以將特征值向左移動，但隨著放大倍數(shù)的增大，特征根軌跡存在一個拐點，表明GPSS放大倍數(shù)不能過大。②在本機(jī)振蕩頻率附近，GPSS可以將特征值向左移動，表明GPSS不會惡化本機(jī)振蕩頻率附近的阻尼。③對于點C和D對應(yīng)的0.17～0.5 Hz的振蕩頻率，這一頻段對應(yīng)云南電網(wǎng)地區(qū)間的低頻振蕩模式，GPSS會將特征值向右移動，即會惡化該頻段附近的阻尼。

3.4 PSS4B和GPSS提高阻尼的效果對比

為了對比PSS4B和GPSS這2種基于附加阻尼控制的方式提高機(jī)組超低頻振蕩阻尼的能力，將機(jī)組調(diào)速器PID控制器的參數(shù)設(shè)置為云南電網(wǎng)異步運(yùn)行前的參數(shù)，設(shè)置XS為無窮大，然后在圖5的傳遞函數(shù)中分別投入PSS4B模型和GPSS模型，計算將其放大倍數(shù)逐步增大時的根軌跡曲線，結(jié)果如圖9所示。其中點A是初始運(yùn)行點超低頻振蕩頻率對應(yīng)的特征根位置，曲線AC是PSS4B對應(yīng)的根軌跡曲線，曲線AD是GPSS對應(yīng)的根軌跡曲線，曲線AB是作為對比給出的機(jī)組當(dāng)前使用的PSS2B對應(yīng)的根軌跡曲線。

由圖9可以看出：①PSS4B具備將超低頻振蕩模式的阻尼從負(fù)值提高到正值的能力。②機(jī)組當(dāng)前配置的PSS2B具備一定的提高超低頻振蕩模式阻尼的能力，但無法將超低頻振蕩模式的阻尼提高到正值，說明PSS2B在超低頻段的能力有限；PSS4B由于可以專門針對0.1 Hz以下的超低頻段進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化配置，因此具備比PSS2B更優(yōu)的提高超低頻段阻尼的能力。③GPSS也具備一定的提高超低頻振蕩模式阻尼的能力，但隨著放大倍數(shù)的增加，根軌跡會出現(xiàn)拐點，因此也無法將超低頻振蕩模式的阻尼提高到正值。

圖9 PSS4B和GPSS提高阻尼效果對比

3.5 負(fù)荷模型的影響

以上分析中的負(fù)荷模型均采用100%恒阻抗模型。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，負(fù)荷模型中的負(fù)荷組成對PSS4B抑制超低頻振蕩的效果有影響，而GPSS則不受負(fù)荷模型中負(fù)荷組成的影響。

圖10給出了負(fù)荷模型采用100%恒功率模型時，隨著PSS4B放大倍數(shù)增大時的根軌跡曲線。

圖10 100%恒功率下PSS4B對特征根軌跡的影響

通過與圖7對比可以看出，隨著XS取值的增加，PSS4B抑制低頻振蕩的效果減弱，在超低頻段幾乎沒有抑制效果。

通過將式(16)、(18)—(20)中的XS取值為無窮大，得到傳遞函數(shù)如圖11所示。由圖11可以看出，單機(jī)帶負(fù)荷系統(tǒng)的傳遞函數(shù)中與Δδ相關(guān)的系數(shù)全部變?yōu)?。

圖11 單機(jī)帶負(fù)荷系統(tǒng)傳遞函數(shù)

進(jìn)一步將負(fù)荷模型設(shè)為100%恒功率模型，得到的傳遞函數(shù)如圖12所示。由圖12可以看出，當(dāng)XS取值為無窮大且負(fù)荷模型為100%恒功率模型時，PSS4B對應(yīng)的反饋環(huán)節(jié)無法構(gòu)成閉環(huán)，此時PSS4B無法起到作用，而GPSS所在環(huán)節(jié)則不受影響，從而驗證了以上結(jié)論。

圖12 100%恒功率下單機(jī)帶負(fù)荷系統(tǒng)傳遞函數(shù)

綜合以上分析結(jié)果可以看出：

a)單機(jī)帶負(fù)荷無窮大系統(tǒng)模型很好地建立了單機(jī)無窮大系統(tǒng)和單機(jī)帶負(fù)荷系統(tǒng)之間的聯(lián)系，可以利用該模型揭示機(jī)組低頻振蕩和超低頻振蕩的聯(lián)系，也可以用于定性分析PSS和GPSS抑制超低頻振蕩的效果。

b)建立的模型適用于分析云南電網(wǎng)這種典型的水電占比較大的電網(wǎng)的低頻和超低頻振蕩問題。

4 結(jié)論

本文針對云南電網(wǎng)超低頻振蕩問題，建立了基于單機(jī)帶負(fù)荷無窮大系統(tǒng)的小干擾分析模型，然后以云南電網(wǎng)某大型水電機(jī)組為算例，對PSS4B和GPSS附加阻尼控制用于抑制超低頻振蕩時的特點和效果進(jìn)行了對比分析。主要結(jié)論如下：

a)發(fā)電機(jī)的低頻振蕩模式和超低頻振蕩模式是同源的，即2種振蕩模式是同一對特征根變化而來。該特征根隨著XS/X的增加從低頻振蕩模式向超低頻振蕩模式變化。這一變化可以理解為系統(tǒng)中電源中的水電機(jī)組所占比例逐步增加導(dǎo)致的。

b)PSS4B對從本機(jī)振蕩頻率到超低頻振蕩頻率之間的頻率均有較好的抑制效果。在機(jī)組調(diào)速器PID控制器參數(shù)為云南電網(wǎng)異步運(yùn)行前參數(shù)的情況下，PSS4B仍可以將超低頻振蕩模式的阻尼由負(fù)值提高正值，因此采用PSS4B有利于云南電網(wǎng)恢復(fù)一次調(diào)頻特性。

c)PSS4B抑制超低頻振蕩的效果會受到負(fù)荷組成的影響，因此整定PSS4B參數(shù)時應(yīng)考慮云南電網(wǎng)的負(fù)荷組成帶來的影響。

d)GPSS在超低頻段具有抑制效果，也不會惡化本機(jī)振蕩頻率附近的阻尼，但可能會惡化云南電網(wǎng)地區(qū)間低頻振蕩模式的阻尼，并且其抑制效果還存在拐點。在機(jī)組調(diào)速器PID控制器參數(shù)為云南電網(wǎng)異步運(yùn)行前參數(shù)的情況下，GPSS提高超低頻振蕩阻尼的能力有限。以上是在整定GPSS參數(shù)時需要關(guān)注的問題。

以上分析結(jié)論對云南電網(wǎng)以及其他水電占比較大的電網(wǎng)均具有參考價值，這是基于單機(jī)帶負(fù)荷無窮大系統(tǒng)得到的初步結(jié)論，今后會進(jìn)一步結(jié)合云南電網(wǎng)實際情況進(jìn)行理論分析、仿真和現(xiàn)場驗證。