[发明专利]兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器参数优化方法

说明书

本发明公开了兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器参数优化方法，该方法建立包含被优化机组和等值无穷大电源的单机无穷大系统，在一次调频试验要求的频率阶跃信号激励下，以机组开度/功率响应曲线上升时间、稳定时间以及反调功率为一次调频的性能指标，以调速器和水轮机系统在超低频段的阻尼转矩系数作为超低频振荡阻尼性能指标，建立综合优化指标函数，得到的调速器参数同时兼顾一次调频性能和阻尼水平，为通过优化调速器参数抑制超低频振荡提供了技术手段。

技术领域

本发明涉及同步发电机调速系统调节技术领域，具体涉及兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器参数优化方法。

背景技术

调速器的基本任务根据电网频率或负荷的变化，自动调节原动机的机械功率输出，改变发电机输出功率，使得系统恢复有功功率平衡，即参与系统的一次调频。调速器的控制参数选择是否得当直接决定了调速器调节性能的优劣。不合理的参数选择会导致调速器性能不佳，限制其一次调频能力的发挥，并存在严重的安全问题。

许多先进的理论和方法已广泛用于调速器PID参数优化，这些方法大多通过建立调速系统、原动机以及发电机的单机闭环传递函数，以频率阶跃响应或负荷扰动后该闭环系统动态响应性能为优化目标，采用适当的优化算法得到调速器PID参数。由于在参数优化时仅建立了单机系统，没有考虑电网的影响，采用这种方法得到的调速器参数仅适合于发电机单机带小负荷或孤网运行的工况，不能满足系统对一次调频的要求。在工程上，通常通过现场试验反复调整PID参数，使得调速器响应满足一次调频考核指标的要求，在当前电网互联的背景下，同步互联系统转动惯量较大，频率稳定风险不高，通常得到相对较大的PID参数，以便在系统存在不平衡功率冲击或扰动时，调速器迅速动作，使功率恢复平衡，使得系统频率恢复稳定。

受水轮机引水系统“水锤效应”的影响，调速器过快调节会在超低频段产生明显的负阻尼作用，在水电集群孤网送出系统等水电高占比小同步电网中极易因负阻尼引发低于0.1Hz的超低频振荡。研究表明，减小调速器PID控制器参数有助于提升调速系统阻尼水平，但是会明显降低调速系统的一次调频性能。对于由同步联网转为异步联网的水电高占比电网，为防止超低频振荡发生，需要对调速系统控制方式和参数进行改造和优化，在一次调频性能和超低频振荡抑制两个矛盾的目标中平衡，难以兼顾。然而，当前并没有技术方法可兼顾调速器的一次调频性能和阻尼水平，给水电高占比电网的运行人员带来极大的困难。

基于此，研究开发了兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器参数优化方法。

发明内容

本发明提供兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器参数优化方法，本方法通过建立包含被优化机组和等值无穷大电源的单机无穷大系统，在一次调频试验要求的频率阶跃信号激励下，以机组开度/功率相应曲线上升时间、稳定时间以及反调功率为一次调频的性能目标，以调速器和水轮机系统在超低频段的阻尼转矩系数作为超低频振荡阻尼性能指标，建立综合优化指标参数，得到的调速器参数同时兼顾一次调频性能和阻尼水平，为通过优化调速器参数抑制超低频振荡提供了技术手段。

本发明通过下述技术方案实现：

兼顾一次调频和超低频振荡抑制的调速器参数优化方法，包括以下操作步骤：

1)建立包含水轮机调速系统、原动机、发电机的单机模型，将所建立的单机模型并入无穷大系统，形成单机无穷大系统；

2)定义调速器一次调频性能的指标函数J₁(K)；

J₁(K)＝∑k₃T_0.9+k₄T_s+k₅P_fp (1)