[发明专利]一种基于临界参数抑制水电机组超低频振荡的调速器参数优化方法

说明书

本发明公开了一种基于临界参数抑制水电机组超低频振荡的调速器参数优化方法，该方法基于水电机组特征方程表达式，找出超低频振荡的根源在于调速器比例参数与积分参数比值过小。由机理分析结论，该方法流程主要包括以下三个阶段：(1)设定调速器积分参数与微分参数；(2)寻找调速器临界比例参数；(3)优化调速器比例参数。经过本发明方法对系统中调速器参数进行优化可以明显抑制超低频振荡发生，且操作简单，适合用于软件离线仿真。

技术领域

本发明属于电力系统稳定控制技术领域，具体涉及一种基于临界参数抑制水电机组超低频振荡的调速器参数优化方法。

背景技术

中国的水能资源居世界首位，随着不断加大对水电资源的开发与利用，中国已经成为世界上水电装机容量最大的国家。相对于火力发电，水力发电更加清洁环保，符合中国可持续发展的国家战略；而相比于其他清洁能源，水电的成本较低，相关技术成熟，建设大型水电机组是我国开发利用水电的主要形式，保持水电机组在电网中稳定运行是中国电力发展的必然要求。

我国未来水电的开发重点地区主要是四川、云南和西藏，云南电网作为中国西电东送的重要能源基地，装有大量水电机组。在2016年云南电网同南方电网主网异步联网试验期间，云南电网出现了长时间、大幅度的超低频振荡现象(振荡频率约为0.05Hz)，当主力机组一次调频退出后振荡逐渐平息。

超低频振荡严重危害云南电网稳定运行，刘春晓、张俊峰、陈亦平等人在标题为异步联网方式下云南电网超低频振荡的机理分析与仿真(南方电网技术，2016年，第10卷，29-34)的文献中指出发生超低频振荡的原因在于调速器参数取值不当和水锤效应引起的负阻尼效应；张建新、刘春晓等人在标题为异步联网方式下云南电网超低频振荡的抑制措施与试验(南方电网技术，2016年，第10卷，35-39)的文献里研究了调整死区与调整调速器参数的方法来抑制超低频振荡。

但是上述研究并没有具体分析水电机组调速器参数对超低频振荡的影响，对超低频振荡的两种抑制方法中，调整死区实际上是让水电机组退出一次调频，这会影响电网频率稳定性；调整调速器参数的方法也主要依靠经验试探，没有提出一种有理论依据的调速器参数优化方法。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种基于临界参数抑制水电机组超低频振荡的调速器参数优化方法，该方法通过结合对水电机组引起超低频振荡的机理分析，实现对电网中超低频振荡的抑制。

一种基于临界参数抑制水电机组超低频振荡的调速器参数优化方法，包括如下步骤：

(1)将水电机组PID(比例-积分-微分)调速器的微分参数K_D以及积分参数K_I直接设定为相对较小值；

(2)初始PID调速器的比例参数K_P为一相对较小值，在水电机组所连电网系统中施加扰动，观测电网频率是否出现超低频振荡，若否则继续减小比例参数K_P，直至超低频振荡出现；

(3)在电网系统出现超低频振荡情况下检测水轮机输出的机械功率，若机械功率超出其限幅环节的设定值，则说明比例参数K_P过小，适当回调比例参数K_P，直至水轮机输出机械功率低于限幅环节设定值，此时的比例参数K_P即作为临界比例参数；

(4)将PID调速器的比例参数K_P最终设定为临界比例参数的N倍，从而完成水电机组PID调速器的参数优化过程，N为大于1的实数。

优选地，所述步骤(1)中将微分参数K_D设定为0，积分参数K_I设定为0.2～1.2；其中积分参数取小有利于防止超低频振荡发生，而过大的微分参数在发电机组与互联系统联系很强时可能导致过度振荡和不稳定。