Сравнение трех стабилизаторов степени (PSS) с использованием четырехмашинной двухзональной тестовой системы Кундура

Три PSS сравниваются с одинаковыми настройками для всех машин:

1) MB-PSS с упрощенными настройками: PSS4B типа IEEE ® согласно IEEE Std 421.5

2) Обычная дельта с PSS от P. Kundur (Ссылка [1], стр. 814-815, и стр. [2])

3) Обычная степень ускорения (Delta Pa) PSS

Описание

Тестовая система состоит из двух полностью симметричных областей, соединенных между собой двумя линиями 230 кВ длиной 220 км. Он был специально разработан в [1,2], чтобы изучить низкочастотные электромеханические колебания в больших взаимосвязанных степенях. Несмотря на свои небольшие размеры, он очень близко имитирует поведение типичных систем при фактической операции. Каждая зона оборудована двумя идентичными генераторами ротора круглого сечения номиналом 20 kV/900 MVA. Синхронные машины имеют одинаковые параметры [1,2], за исключением инерций, которые являются H = 6,5 с в области 1 и H = 6,175 с в области 2 [1]. Тепловые объекты, имеющие одинаковые регуляторы скорости, также приняты 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 экспортирует 413MW в область 2. Поскольку загрузка одной линии составляет около 140 МВт [1], система несколько напряжена, даже в установившемся состоянии. Эталонный поток нагрузки с M2, рассматриваемой как легкая машина, таков, что все генераторы производят около 700 МВт каждый. Результаты можно увидеть, откроя Powergui и выбрав Machine Initialization. Они немного отличаются от [1], потому что профиль напряжения нагрузки был улучшен (сделан ближе к единице) путем установки 187 Mvar больше конденсаторов в каждой области. В сложение потери передачи и генерации могут варьироваться в зависимости от уровня детализации в линии и представлении генератора.

Симуляция

1. Малосигнальный анализ систем

Для первоначального понимания поведения сети мы можем симулировать ее отклики без разомкнутого контура (PSSmodel = 0) на импульс 5% -величины, применяемый для 12 циклов при начальном напряжении M1. Этот тест активируется путем открытия таймера, управляющего опорным напряжением M1 и изменения коэффициента умножения вектора времени перехода с 100 до 1. Аналогично, отказ линии должен быть деактивирован путем изменения с 1 на 100 коэффициента умножения вектора времени перехода в устройстве «Отказ» и линейных выключателях «Brk1» и «Brk2.» После запуска симуляции характеристики сигналов визуализируются путем открытия возможностей «Машина» и «Система» на основной схеме. Все сигналы показывают неослабленные колебания, приводящие к нестабильности. Модальный анализ степеней ускорения четырех машин показывает три доминирующих режима:

Если одна из двух тяг будет удалена путем установки выключателей «Brk1» и «Brk2» в открытом положении, возможно достичь другой установившейся стабильной точки равновесия с такими же шаблонами генерации и нагрузки. Это называется сетью после непредвиденных обстоятельств, которую легко инициализировать с помощью инструмента Machine Initialization Powergui. Модальный анализ реакций этой сети на тот же импульс 5% -величины, примененный для 12 циклов в начале напряжения M1, показывает, что, в то время как два локальных режима остаются в основном неизменными как в частоте, так и в демпфировании (fn = 1,10 Гц, z = 0,09 в области 1 и fn = 1,15 Гц, z = 0,08 в области 2), интерареальный режим переключается на намного более низкую частоту с все еще отрицательным демпфированием (т.е.: нестабильным): (fn = 0.44Hz, z = -0,015).

2. Настройка PSS

Настройки MB-PSS были легко выбраны путем изменения центральной частоты и усиления каждой полосы так, чтобы достичь почти плоского фазового отклика между 0,1 и 5 Гц. Настройки Delta w PSS от Kundur [1] с двумя изменениями: увеличение усиления с 20 до 30 и сложение временной константы преобразователя 15 мс. Чтобы увидеть частотные характеристики этих PSS, нажмите на Show Bode Plot значка PSS на основной схеме.

Этот рисунок подтверждает, что фаза MP-BSS фактически плоские около 20-40 степени в интересующей частотной области значений. Delta w PSS имеет общую плохую фазовую форму, особенно около 1-2 Гц, что делает его неспособным справиться с более быстрыми локальными или межмашинными режимами в многоблочных электростанциях. В отличие от этого, PSS Delta Pa имеет хорошую комбинацию сильного усиления и фазового усовершенствования выше 0,3 Гц, хотя он непрактичен на низкой частоте, где он показывает усовершенствование фазы на 180 o, что на самом деле имеет дестабилизирующий эффект, несмотря на довольно небольшой коэффициент усиления низкой частоты. Наконец, даже несмотря на то, что низкочастотное формирование Delta w PSS удовлетворительно в целом, его отказ от постоянного тока (размывание) недостаточно эффективен, обеспечивая в пять раз меньше ослабления, чем MB-PSS (масштабирование по величине графика, чтобы увидеть это).

3. Оценка эффективности малого сигнала (импульс 12 цикла на опорном напряжении G1)

Чтобы симулировать отклики системы с малым циклом сигнала, вектор времени перехода выключателей и устройств отказа на основной схеме должен быть отключен путем умножения его на 100, как выше (раздел 1). Затем блок таймера, управляющий опорным напряжением M1, активируется таким же образом путем удаления любого умножения на 100, т.е. путем изменения 100 на 1. Выберите PSS, который будет моделироваться путем установки PSSmodel = 1,2,3. Запустите симуляцию и запишите переменные, которые вы хотите сравнить последними. Большинство полезных переменных, таких как скорость машины и терминальное напряжение, хранятся в матрицах W и Vt (смотрите внутри блоков «Машины» и «Система» на основной схеме для других переменных.) Этот процесс повторяли для трех PSS. Чтобы увидеть сравнения, дважды нажатие кнопки по значку Show results: Step on vref of M1. Рисунок содержит четыре графика: верхний график показывает передачу степени от области 1 к 2; второй - это скорость M1, затем M1 степень ускорения и нижний график является M1 напряжением контакта.

Все PSS хорошо справляются со стабилизацией естественно нестабильной системы. Однако очевидно, что MB-PSS превосходит две другие PSS, обеспечивая значительно больше демпфирования для всех режимов, особенно для Delta w PSS, чье плохое формирование фазы/усиления выше 0,5 Гц, выделенное выше, показывает все его ограничения. Демпфирование эффективности межсветного режима с двумя связями: MB-PSS: (fn = 0.50Hz, z = 0,30); Дельта w: (fn = 0.64Hz, z = 0,25); Delta Pa: (fn = 0.35Hz, z = 0,30); Демпфирование эффективности межсветного режима при одной тяге: MB-PSS: (fn = 0.40Hz, z = 0,36); Дельта w: (fn = 0.43Hz, z = 0,35); Дельта Pa: (fn = 0.23Hz, z = 0,14).

4. Эффективность и робастности больших сигналов (8-циклический, трехфазный отказ с отключением линии)

При оценке PSS эффективности малого сигнала недостаточно. Хорошая эффективность во время больших возмущений и хорошая робастность в отношении изменения условий работы являются другими критериями равной важности. Отклики системы на трехфазный отказ, устраненный за 8 циклов путем открытия выключателей «Brk1» и «Brk2», могут быть моделированы в соответствии с той же процедурой, что и выше. Без одной соединительной линии система может достичь стабильной рабочей точки в установившемся состоянии, хотя не каждая PSS способна обеспечить плавный переход к этой новой рабочей точке с большим напряжением. Для сравнения откройте значок Show results: 3-фазный отказ.

Вы увидите, что с PSS Delta Pa система потеряла свою синхронность, в то время как MB-PSS и PSS Delta W преуспели в поддержании стабильности. Последние являются очень эффективными в демпфировании колебаний передачи степени. Однако частота колебаний с обратной связью MB-PSS ниже, в то время как Delta w PSS слишком медленно восстанавливает терминальное напряжение: это плохой побочный эффект неэффективного размывания. В сложение ускорение степени больше затухает с MB-PSS, чем с любой другой PSS.

Ссылка

[1] P. Kundur, Степень Устойчивости системы and Control, McGraw-Hill, 1994, Example 12.6, p. 813

[2] Klein, Rogers, Moorty and Kundur: «Аналитическое исследование факторов, влияющих на эффективность PSS», IEEE Trans. on EC, Vol. 7, No 3, September 1992, pp.382-390