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摘要：低频振荡问题是大区域互联电网亟待解决的问题。本文采用了一种基于特征值分析和留数相位补偿的方法对广域阻尼控制器进行了设计，引入广域信息对区间低频振荡进行控制。根据参与因子选取了控制器的安装地点。以区间相对转子角变化为控制信号，以经典四机两区域系统为例，用PSCAD进行了仿真验证。结果表明，所设计的广域阻尼控制器对于区间低频振荡有良好的抑制效果。
关键词：广域测量系统；同步测量单元；广域阻尼控制；低频振荡
1 引言
广域同步相量测量单元（PMU）和广域同步测量系统（WAMS）为互联电网阻尼控制带来新的契机。通过WAMS系统能够快速获取到包括发电机转子角、转子角频率等全网范围的状态变量。而这些与低频振荡密切相关的变量可以作为广域控制的反馈信号，为区间低频振荡的抑制提供了可能[1]。现有研究表明[2]，区间广域信号比本地信号对区间低频振荡模式具有更强的可观性，能够更好地抑制区间低频振荡。
基于此，本文采用了一种基于特征值分析和留数相位补偿的方法。避免了复杂的矩阵方程组求解过程，简化了控制器参数设计。所述方法通过四机两区域系统模型进行了验证。
2 广域阻尼控制器安装地点的选取
对于电力系统小干扰稳定，可以建模为线性状态空间模型：
对矩阵进行特征值分析，可以得到该系统的特征值，以及相对应的右特征向量和左特征向量。参与因子为右特征向量的第项和左特征向量的第项之积，其模值的大小反映了状态变量对模式的可观可控性，通常根据其模值决定广域阻尼控制器的安装地点。
下表为四机两区域系统每台发电机功角变量对不同振荡模式的相对参与因子模值。由其可知，G3对0.5Hz的区间振荡模式的参与因子模值最大，因而拟将广域阻尼控制器安装在G3处。
3 广域阻尼控制器控制信号的选取
广域阻尼控制信号通常取区间转速差变化、区间相对转子角变化以及区间联络线有功变化的某一种或者他们的组合。
将四机两区域系统分别进行区域惯性中心等值，则可由下述公式获取区间相对转子角变化和区间转速差变化 [3]：
其中，H参数为各台发电机组的惯性系数。本文选取作为广域阻尼控制器的控制信号。
4 广域阻尼控制器的设计
控制器的设计主要关注的是特定变量之间的开环传递函数。将（1）式进行拉普拉斯变换并化为对角规范形，系统的传递函数矩阵可表示为：
其中，为对应于模式i的留数矩阵，中，对应于第j个输出和第k个输入的留数可记为，它既表征了第j个输出对模式i的能观性，又表征了第k个输入对模式i的能控性。
在获得传递函数后，便可通过极点配置获得反馈环节的控制参数。广域阻尼控制器有多种类型，以PSS类型的控制器为例，其传递函数可以写成如下形式[4-5]：
其中，为惯性时间常数，一般取5~10s，可在仿真验证过程中确定，一般取稳定极限值得1/3，、是待计算的超前/滞后时间常数，一般采用两个超前/滞后环节，即m=2。
PSS参数调节的目的是使弱阻尼模式i对应的特征值实部向负方向移动，以增强模式阻尼，这可以通过PSS的相位补偿环节进行调节。特征值的变化程度依赖于其对反馈环节的灵敏度大小。对反馈环节增益的灵敏度为：
模式i所对应的特征值变化由在模式i下的响应决定。由式（6）得到的相位关系如图1所示。
为使模式i的阻尼增加，即使向复平面的左半平面变化，则应与对应的留数互补，根据（5）式的PSS传递函数结构，调节和大小可以得到合适的相位补偿角度。
5 仿真验证
本文采用如图2所示的四机两区域系统对广域阻尼控制器的效果进行了仿真验证。模型的参数详见文献[6]。
选取∆δ12作为控制信号。采用第3节介绍的设计方法，可得广域PSS的传递函数如下：
在母线8右侧联络线出口处设置瞬时三相金属性短路故障，3s开始故障，3.1s切除故障，3.8s重合闸操作成功，恢复双回运行。图3为短路故障后联络线功率和区间转速差变化的振荡曲线。可以看出加入广域阻尼控制器后（红色曲线），振荡迅速得到了平息。
参考文献：
[1]汪娟娟，李鹏，傅闯. 电力系统广域阻尼控制与工程应用[J]. 电网技术，2011，35（10）：29-35.
[2]刘志雄，孙元章，黎雄，等. 广域电力系统稳定器阻尼控制系统综述及工程应用展望[J]. 电力系统自动化，2014，9：023.
[3]袁野，程林，孙元章. 采用广域测量信号的 2 级 PSS 控制策略[J]. 电力系统自动化，2006，30（24）：11-16.
[4]谢小荣，肖晋宇，童陆园，等. 采用广域测量信号的互联电网区间阻尼控制[J]. 电力系统自动化，2004，28（2）.
[5]袁野，程林，孙元章，等. 基于系统留数矩阵的广域 PSS 设计[J]. 电力系统自动化，2007，31（24）：1-6.
[6]Kundur P. 电力系统稳定与控制[M]. 中国电力出版社，2002.
论文作者:韩潇潇
论文发表刊物:《基层建设》2015年27期供稿
论文发表时间:2016/3/18
标签：阻尼论文; 区间论文; 控制器论文; 特征值论文; 低频论文; 模式论文; 信号论文; 《基层建设》2015年27期供稿论文;