В этом примере показаны три модели стабилизаторов энергосистемы (PSS) с использованием четырехмашинной двухзонной тестовой системы Kundur.
И. Камва (Гидро-Квебек)
Три основные системы 2х2 сравниваются с использованием одинаковых настроек для всех машин:
1) MB-PSS с упрощенными настройками: тип IEEE ® PSS4B согласно стандарту IEEE 421.5
2) Традиционная дельта w PSS от P. Kundur (ссылка [1], стр. 814-815, и ссылка [2])
3) Обычная мощность ускорения (дельта Па) PSS
Испытательная система состоит из двух полностью симметричных участков, соединенных между собой двумя линиями 230 кВ длиной 220 км. Он был специально разработан в [1,2] для изучения низкочастотных электромеханических колебаний в больших взаимосвязанных энергосистемах. Несмотря на свои небольшие размеры, он очень близко имитирует поведение типичных систем в реальной работе. Каждая зона оборудована двумя одинаковыми круглыми роторными генераторами мощностью 20 kV/900 МВА. Синхронные машины имеют идентичные параметры [1,2], за исключением инерций, которые составляют H = 6,5 с в области 1 и H = 6,175 с в области 2 [1]. Тепловые установки, имеющие одинаковые регуляторы скорости, далее принимаются во всех местах, в дополнение к быстрым статическим возбудителям с коэффициентом усиления 200 [1,2]. Нагрузка представлена как постоянные импедансы и разделена между областями таким образом, что область 1 экспортируется 413MW в область 2. Поскольку импеданс перенапряжения одной линии составляет около 140 МВт [1], система несколько напряжена, даже в установившемся состоянии. Эталонный поток нагрузки с M2, рассматриваемыми в качестве ослабленной машины, таков, что все генераторы производят около 700 МВт каждый. Результаты можно увидеть, открыв Powergui и выбрав Инициализация машины. Они немного отличаются от [1], потому что профиль напряжения нагрузки был улучшен (сделан ближе к единице), установив в каждой области на 187 Мвар больше конденсаторов. Кроме того, потери на передачу и генерацию могут изменяться в зависимости от уровня детализации в линейном представлении и представлении генератора.
1. Малосигнальный анализ систем
Для первоначального понимания поведения сети мы можем смоделировать ее отклики с разомкнутым контуром (модель PSSmodel = 0) на импульс 5% -ной величины, применяемый в течение 12 циклов при опорном напряжении M1. Этот тест активируется путем открытия таймера, управляющего опорным напряжением M1, и изменения коэффициента умножения вектора времен перехода со 100 на 1. Аналогично, отказ линии должен быть деактивирован путем изменения с 1 на 100 коэффициента умножения вектора времен перехода в устройстве «Отказ» и линейные выключатели «Brk1» и «Brk2.» После начала моделирования ответы сигналов визуализируются открытием областей «Машина» и «Система» на основной схеме. Все сигналы показывают несопряженные колебания, приводящие к неустойчивости. Модальный анализ мощностей ускорения четырех машин показывает три доминирующих режима:
(1) Межзонный режим (fn = 0.64Hz, z = -0,026), охватывающий всю область 1 по отношению к области 2: этот режим четко прослеживается в мощности соединительной линии, отображаемой в области «Система»
(2) Локальный режим зоны 1 (fn = 1.12Hz, z = 0,08) с участием машин этой зоны относительно друг друга
(3) Локальный режим области 2 (fn = 1.16Hz, z = 0,08), включающий M3 машины против M4 (т.е. чем меньше инерция, тем больше локальная собственная частота)
Если одна из двух соединительных линий будет удалена путем установки прерывателей «Brk1» и «Brk2» в открытое положение, можно достичь другой устойчивой точки равновесия в установившемся состоянии при одинаковых схемах генерации и нагрузки. Это называется послеаварийной сетью, легко инициализируемой с помощью инструмента инициализации машины Powergui. Модальный анализ ответов этой сети на тот же 5% -ный импульс, приложенный в течение 12 циклов при опорном напряжении M1, показывает, что, в то время как два локальных режима остаются в основном неизменными как по частоте, так и по демпфированию (fn = 1,10 Гц, z = 0,09 в области 1 и fn = 1,15 Гц, z = 0,08 в области 2)режим межобласти сдвигается на гораздо меньшую частоту с всё ещё отрицательным демпфированием (т.е. нестабильным): (fn = 0.44Hz, z = -0,015).
2. Настройка PSS
Настройки MB-PSS легко выбирались путем изменения центральной частоты и усиления каждой полосы так, чтобы достичь почти плоской фазовой характеристики между 0,1 Гц и 5 Гц. Настройки Delta w PSS получены от Kundur [1], с двумя изменениями: увеличением коэффициента усиления с 20 до 30 и добавлением постоянной времени преобразователя 15 мс. Для просмотра частотных характеристик этих PSS нажмите кнопку Show Bode Plot на пиктограмме PSS на главной схеме.
Этот рисунок подтверждает, что фаза MP-BSS является фактически плоской около 20-40 градусов в интересующем частотном диапазоне. PSS Delta w имеет в целом плохую фазовую форму, особенно около 1-2 Гц, что делает его неспособным справляться с более быстрыми локальными или межмашинными режимами на многоагрегатных электростанциях. Напротив, Delta Pa PSS имеет хорошую комбинацию сильного усиления и фазового опережения выше 0,3 Гц, хотя он является непрактичным при низкой частоте, где он показывает 180-градусное фазовое опережение, которое фактически имеет дестабилизирующий эффект, несмотря на довольно небольшое низкочастотное усиление. Наконец, даже несмотря на то, что низкочастотное формирование PSS Дельта w удовлетворительно в целом, его отклонение постоянного тока (вымывание) недостаточно эффективно, обеспечивая в пять раз меньшее затухание, чем MB-PSS (увеличьте график величины, чтобы увидеть это).
3. Оценка характеристик малого сигнала (12-цикличный импульс на опорном напряжении G1)
Для моделирования откликов системы с малым сигналом по замкнутому контуру необходимо отключить вектор времени перехода выключателей и устройств отказов на основной схеме, умножив его на 100, как описано выше (раздел 1). Затем блок таймера, управляющий опорным напряжением M1, активируется таким же образом путем удаления любого умножения на 100, то есть путем изменения 100 на 1. Выберите моделируемую PSS, установив модель PSS = 1,2,3. Запустите моделирование и запишите переменные, которые требуется сравнить. Большинство полезных переменных, таких как скорость машины и напряжение на клеммах, хранятся в матрицах W и Vt (другие переменные см. в блоках «Машины» и «Система» на основной диаграмме). Этот процесс повторяли для трех PSS. Чтобы увидеть сравнения, дважды щелкните значок Показать результаты: Шаг на vref M1. Рисунок содержит четыре графика: на верхнем графике показана передача мощности от области 1 к 2; второй - скорость M1, затем мощность ускорения M1 и нижний график - напряжение клеммы M1.
Все PSS выполняют хорошую работу по стабилизации естественно нестабильной системы. Однако ясно, что MB-PSS превосходит другие две PSS, обеспечивая значительно большее демпфирование для всех режимов, особенно в отношении Delta w PSS, плохая форма фазы/усиления которого выше 0,5 Гц, выделенная выше, показывает все его ограничения. Демпфирующие характеристики межзонного режима с двумя связями: MB-PSS: (fn = 0.50Hz, z = 0,30); Дельта w: (fn = 0.64Hz, z = 0,25); Дельта Па: (fn = 0.35Hz, z = 0,30); Демпфирующие характеристики межзонного режима с одной привязкой: MB-PSS: (fn = 0.40Hz, z = 0,36); Дельта w: (fn = 0.43Hz, z = 0,35); Дельта Па: (fn = 0.23Hz, z = 0,14).
4. Оценка производительности и надежности большого сигнала (8-циклический трехфазный отказ с отключением линии)
При оценке основной системы 2х2 недостаточно характеристик малого сигнала. Хорошие рабочие характеристики при больших возмущениях и хорошая устойчивость к изменению рабочих условий являются другими критериями равной важности. Реакция системы на трехфазный отказ устраняется за 8 циклов путем открытия выключателя «Brk1» и «Brk2» может быть смоделирована в соответствии с той же процедурой, что и выше. Без одной соединительной линии система может достичь стабильной рабочей точки в устойчивом состоянии, хотя не каждая базовая станция способна обеспечить плавный переход в эту новую рабочую точку с высокой нагрузкой. Для сравнения откройте значок Показать результаты: 3-фазный отказ.
Вы увидите, что при использовании PSS Delta Pa система потеряла синхронизм, в то время как MB-PSS и PSS Delta W смогли обеспечить стабильность. Последние оба очень эффективны в демпфировании колебаний передачи мощности. Однако частота колебаний MB-PSS в замкнутом контуре ниже, в то время как Delta w PSS слишком медленно восстанавливает напряжение на клеммах: это плохой побочный эффект неэффективного вымывания. Кроме того, ускорение мощности более демпфируется MB-PSS, чем любая другая PSS.
P. Kundur, Power System Stability and Control, McGraw-Hill, 1994, пример 12.6, стр. 813
[2] Кляйн, Роджерс, Мурти и Кундур: «Аналитическое исследование факторов, влияющих на производительность PSS», IEEE Trans. на EC, том 7, № 3, сентябрь 1992, стр. 382-390