·研制与开发·文丽，等三段式频率偏差系数及其在互联电网调频中的应用 发电计划的调整，若CPS指标突变，无疑会对调度3仿真分析 员的判断造成干扰。 3.1仿真环境 2)B系数突变引起ACE值突变，进而引起系统 利用国际上通用的控制器设计工具和仿真平台 调节量突变，这可能会导致频率不能恢复到额定水 MATLAB/Power System Toolbox、电力系统一次 平。 调频和AGC的数学模型"，搭建适合南方电网 如图2所示，系统在经历一个扰动后，在恢复过 程中频率跨越49.95Hz时，调节量突然减小，AGC AGC的仿真模型。 针对南方电网的特征，在建立数学模型的过程 系统中的滤波环节将突变值自动识别为坏数据滤 中，做了如下处理： 掉：再考虑到AGC时延，短时间内调节量不足会使 1)在对南方电网所属各省区电网的等值处理过 频差增大，由于负荷不断变化引起频率波动，在频率 程中，直流线路作为恒定负荷并入△P1中。 较小的波动中，当频率小于49.95Hz时调节量又突 2)广东与广西的双回并行交流联络线可合并为 然增加，使得频差减小。如此反复，可能使得频率在 一条联络线处理。 49.95Hz附近波动而不能恢复到额定水平。 3)基于已有的大扰动情况下南方电网频率响应 50.00 49.98 曲线，采用参数辨识和曲线拟合方法，整定仿真模型 49.96 49.94 wWWMMWMMWMWWM 中的各个参数，直至获得满意的曲线拟合效果。 三49.92 3.2仿真结果 49.90 针对南方电网目前使用的固定B系数法和所 4988 提出的三段式B系数法，分别进行仿真研究。在广 49.86 49.846100203040500600700800901000 东省网发生某台机组跳机的情况下，采用这2种方 s 法得到的系统频率变化曲线如图3所示。 图2系统频率恢复示意图 50.05r 固定B系数 Fig.2 Frequency recovery of the power system 50.00 可见，虽然从理论上讲三段式B值能够较好地 49.95 三段式B系数 跟踪B,但系统的频率控制性能未必就好。为了改 49.90 善以上问题，采取如下措施： 49.85 1)在调频控制中，B值采用最大值.即第3段B 值。 49806 200 40060080010001200 g 采用单一B值可以保证ACE随频差线性变 图3跳机扰动下的频率恢复曲线 化，不会发生突变，这有利于改善控制性能。 Fig.3 Frequency recovery curves after a generator's tripping 2)根据三段式B系数的频差分段，设置三段式 比例控制系数，方法如下： 从图3可以看出： K= 合B (9) 1)当lf1>0.05Hz时(f为频率偏差)，采 用固定B系数法和三段式B系数法时频率调节能 式中：K:为第i段比例控制系数，i=1,2,3:K3为 力相差不大。 频率控制系统PI控制器中比例部分的增益系数， 2)当0.033Hz<11≤0.05Hz时，采用固定 般可取为1B:为第i段B系数。 B系数法时频率调节速度比三段式B系数法快。 采用上述措施后，B值采用第3段的B值会使 前者有可能导致频率过调。 得ACE值不会突变。根据3段B设置三段式比例 3)当△f1≤0.033Hz时，采用固定B系数法 控制系数，系统调节量中的比例部分能较准确跟踪 时出现了频率频繁过调和串动现象而采用三段式 系统功率偏差，而积分控制系数不变可以保证积分 B系数法时，调节速度相对较慢，频率过调情况很少 调节量的稳定，使得系统调节量在频差分界点也不 出现而且频率恢复和稳定到额定频率的速度快，稳 会出现突变。通过下文的仿真和试验分析可知，这 定性也明显优于固定B系数法。 种改进措施既解决了ACE突变导致的CPS在分界 仿真分析侧重于定性方面。通过对仿真曲线进 点相差很大的问题，也避免了可能出现的频率不能 行对比分析可知，通过采用三段式B系数法，有效 恢复到额定水平的问题。 地减少了AGC过调现象和频率调节次数，提高了 C1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.hki.net发电计划的调整, 若 CPS 指标突变, 无疑会对调度 员的判断造成干扰。 2) B 系数突变引起 A CE 值突变, 进而引起系统 调节量突变, 这可能会导致频率不能恢复到额定水 平。 如图 2 所示, 系统在经历一个扰动后, 在恢复过 程中频率跨越 49. 95 Hz 时, 调节量突然减小, AGC 系统中的滤波环节将突变值自动识别为坏数据滤 掉; 再考虑到 AGC 时延, 短时间内调节量不足会使 频差增大, 由于负荷不断变化引起频率波动, 在频率 较小的波动中, 当频率小于49. 95 Hz 时调节量又突 然增加, 使得频差减小。如此反复, 可能使得频率在 49. 95 Hz 附近波动而不能恢复到额定水平。 图 2 系统频率恢复示意图 Fig. 2 Frequency recovery of the power system 可见, 虽然从理论上讲三段式 B 值能够较好地 跟踪
, 但系统的频率控制性能未必就好。为了改 善以上问题, 采取如下措施: 1) 在调频控制中, B 值采用最大值, 即第 3 段 B 值。 采用单一 B 值可以保证 A CE 随频差线性变 化, 不会发生突变, 这有利于改善控制性能。 2) 根据三段式 B 系数的频差分段, 设置三段式 比例控制系数, 方法如下: K Pi = Bi B 3 K P3 ( 9) 式中: K Pi为第 i 段比例控制系数, i= 1, 2, 3; K P3 为 频率控制系统 PI 控制器中比例部分的增益系数, 一 般可取为 1; Bi 为第i 段 B 系数。 采用上述措施后, B 值采用第 3 段的 B 值会使 得 ACE 值不会突变。根据 3 段 B 设置三段式比例 控制系数, 系统调节量中的比例部分能较准确跟踪 系统功率偏差, 而积分控制系数不变可以保证积分 调节量的稳定, 使得系统调节量在频差分界点也不 会出现突变。通过下文的仿真和试验分析可知, 这 种改进措施既解决了 ACE 突变导致的 CPS 在分界 点相差很大的问题, 也避免了可能出现的频率不能 恢复到额定水平的问题。 3 仿真分析 3. 1 仿真环境 利用国际上通用的控制器设计工具和仿真平台 M ATLAB/ Pow er System T oolbox、电力系统一次 调频和 AGC 的数学模型 [ 11] , 搭建适合南方电网 AGC 的仿真模型。 针对南方电网的特征, 在建立数学模型的过程 中, 做了如下处理: 1) 在对南方电网所属各省区电网的等值处理过 程中, 直流线路作为恒定负荷并入
PL 中。 2) 广东与广西的双回并行交流联络线可合并为 一条联络线处理。 3) 基于已有的大扰动情况下南方电网频率响应 曲线, 采用参数辨识和曲线拟合方法, 整定仿真模型 中的各个参数, 直至获得满意的曲线拟合效果。 3. 2 仿真结果 针对南方电网目前使用的固定 B 系数法和所 提出的三段式 B 系数法, 分别进行仿真研究。在广 东省网发生某台机组跳机的情况下, 采用这 2 种方 法得到的系统频率变化曲线如图 3 所示。 图 3 跳机扰动下的频率恢复曲线 Fig. 3 Frequency recovery curves after a generator
s tripping 从图 3 可以看出: 1) 当|
f | > 0. 05 Hz 时(
f 为频率偏差) , 采 用固定 B 系数法和三段式B 系数法时频率调节能 力相差不大。 2) 当 0. 033 Hz< |
f |
0. 05 Hz 时, 采用固定 B 系数法时频率调节速度比三段式 B 系数法快。 前者有可能导致频率过调。 3) 当|
f |
0. 033 Hz 时, 采用固定 B 系数法 时出现了频率频繁过调和串动现象, 而采用三段式 B 系数法时, 调节速度相对较慢, 频率过调情况很少 出现, 而且频率恢复和稳定到额定频率的速度快, 稳 定性也明显优于固定 B 系数法。 仿真分析侧重于定性方面。通过对仿真曲线进 行对比分析可知, 通过采用三段式 B 系数法, 有效 地减少了 AGC 过调现象和频率调节次数, 提高了
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研制与开发
文 丽, 等 三段式频率偏差系数及其在互联电网调频中的应用