PSS2B與PSS4比較：現(xiàn)代pss性能的限制

...wd......wd......wd...IEEEPSS2B與PSS4：現(xiàn)代PSS性能的限制摘要：電氣和電子工程師協(xié)會(huì)勵(lì)磁小組委員會(huì)修訂的IEEE421.5版標(biāo)準(zhǔn)將介紹一種新的PSS模型.—多頻帶的PSS模型，盡管一個(gè)完整的加速功率PSS模型與已經(jīng)廣泛應(yīng)用的PSS2B模型一樣需要兩個(gè)輸入量，在第九十節(jié)的開場(chǎng)就被做為一種數(shù)字PSS裝置的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)展了介紹，但I(xiàn)EEEPSS4B模型的根本原理已經(jīng)發(fā)生了根本的改變。本文著重評(píng)價(jià)在處理廣泛的電力系統(tǒng)問題時(shí)，當(dāng)采用同一套要效通用的設(shè)置，這兩個(gè)家族的PSS模型的相對(duì)表現(xiàn)。這些結(jié)論是一些測(cè)試系統(tǒng)和一個(gè)實(shí)際的魁北克水電系統(tǒng)上的進(jìn)展的大量小信號(hào)與大信號(hào)分析中得出來的。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的當(dāng)?shù)鼗騾^(qū)間振蕩模式下，由于這兩個(gè)PSS模型都能很容易地調(diào)整到有效的性能，因此我們將重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)在PSS概念內(nèi)它們各自內(nèi)在的限制〔包括大型發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)的過剩的無功調(diào)制，水氫機(jī)組的快速加功率，和大型汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)的過剩扭矩〕。I介紹對(duì)世界上的大多數(shù)公司，在解決振蕩穩(wěn)定問題時(shí)，最常用的裝置就是PSS。盡管PSS裝置在很早前就被介紹和廣泛使用和本質(zhì)簡(jiǎn)單，但PSS裝置一直是發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)中總是被誤解和誤用的一塊。在美國(guó)西部電網(wǎng)1996年大停電中，后來就發(fā)現(xiàn)那些關(guān)鍵的PSS裝置不是退出運(yùn)行就是調(diào)的特別差。即使是現(xiàn)在這些問題都解決后，電網(wǎng)中大的擾動(dòng)開場(chǎng)趨向于引起0.2HZ的低頻振蕩.在巴西南北互聯(lián)電網(wǎng)中產(chǎn)生的一個(gè)介于0.17HZ-0.25HZ的新的區(qū)間振蕩模式,迫使整個(gè)系統(tǒng)對(duì)PSS裝置進(jìn)展了重新調(diào)整.在歐洲,UCTE/CENTREL互聯(lián)電網(wǎng)還發(fā)生了0.36,0.26甚至0.19HZ的區(qū)間振蕩.在加拿大和美國(guó)西部電網(wǎng)中最近發(fā)生的幾次緊急事故中同樣伴隨著發(fā)生了0.4HZ的振蕩.因此PSS技術(shù)還有許多的工作需要我們?nèi)プ?在歷史上,魁北克公司非常依賴PSS裝置來改善電網(wǎng)的性能.到2000年,26個(gè)電廠,總裝機(jī)容量38000MW中的80%發(fā)電機(jī)已經(jīng)安裝了140套PSS裝置,通過重新調(diào)整和協(xié)調(diào)使他們更加有效,電網(wǎng)改善了中心頻率為0.6HZ的區(qū)間振蕩的阻尼,在主要聯(lián)絡(luò)線上贏得了約400MW的傳輸容量.然而大多數(shù)系統(tǒng)中使用的PSS裝置還是1980設(shè)計(jì)的,電網(wǎng)在90年代在廠家購置的數(shù)字PSS模型.那些PSS模型基于完整功率加速器(在IEEEStd421.5中描述過),這個(gè)現(xiàn)代PSS模型能夠輕易的調(diào)制成基于速度的PSS模型,來減輕老的PSS模型中兩個(gè)主要的操作問題(限制了老的PSS裝置的應(yīng)用),這主要是利用電功率和機(jī)端頻率來實(shí)現(xiàn).也就是說在機(jī)械功率發(fā)生改變和有害的扭矩發(fā)生時(shí)的過剩的無功調(diào)制問題.到了2000年,一個(gè)新PSS模型的概念提了出來,并后來收錄進(jìn)修訂的IEEEStd421.5版本,并命名為PSS4B.利用一個(gè)電功率傳感器來捕獲高頻動(dòng)態(tài),PSS4B模型能夠保存PSS2B模型所擁有在當(dāng)?shù)睾团ふ衲Ｐ椭械拇缶植績(jī)?yōu)良特性.此外,通過對(duì)區(qū)域間振蕩和固定的振蕩使用一個(gè)單獨(dú)的內(nèi)部頻率傳感器,提供了一個(gè)有特色的改善的低頻區(qū)間模型的信號(hào),并有一個(gè)顯劇的dc90度的相位超前(PSS2B則超前180度),而且PSS4B模型是建設(shè)在一個(gè)十年前提出的靈活的多頻段傳遞涵數(shù)構(gòu)造.可以在更大的頻率范圍內(nèi)提供更好的靈活性來獲得更健全的調(diào)節(jié)性能.盡管對(duì)于設(shè)計(jì)者來說會(huì)導(dǎo)致更復(fù)雜的操作和更多矛盾的協(xié)調(diào)本文的目的不是設(shè)計(jì)一個(gè)新穎的PSS2B或PSS4B模型的調(diào)試程序,這個(gè)有價(jià)值的目標(biāo)在[17]-[21]中處理.我們的目的主要是用一套全面的測(cè)試系統(tǒng)和一個(gè)性能標(biāo)準(zhǔn)來比擬,是讀者更容易理解兩種PSS模型的區(qū)別.這個(gè)工作的一個(gè)副產(chǎn)品是可以獲得涉及系統(tǒng)數(shù)據(jù)及緊急事故的適用性及PSS構(gòu)造和設(shè)置,用來做為其他科研人員改善PSS調(diào)試程序的根基..因此,所有的在論文中使用的測(cè)試系統(tǒng)和matlab軟件都可以通過email的方式獲得.II待比擬PSS設(shè)計(jì)一個(gè)高性能的PSS,特別是對(duì)小信號(hào)而言,不管他們的構(gòu)造多么的特殊,都是件很簡(jiǎn)單的事情.因此真正的挑戰(zhàn)不是去評(píng)估不同的PSS是否有好的當(dāng)?shù)啬Ｐ妥枘?而是給出一個(gè)相似的當(dāng)?shù)睾蚷ntra-unit模型的阻尼水平,去判斷他們?cè)趨^(qū)間模型和抑制所有PSS模型通用的限制因數(shù)上的表現(xiàn),例如孤立操作,快速機(jī)械功率變化,扭矩作用的影響等.我們的實(shí)現(xiàn)方法是把不同的PSS在當(dāng)?shù)啬Ｐ蜕系淖枘嵝Ч屑?xì)地校準(zhǔn)在同一水平,然后去評(píng)估他們的區(qū)間阻尼和他們?cè)谕ǔ２焕驍?shù)出現(xiàn)時(shí)的性能極限.穩(wěn)定模型盡管這兩個(gè)PSS家族的IEEE模型如圖1所示,他們都有一樣的外部輸入(電功率和角速度),然而,PSS2B采用一個(gè)速度傳感器,PSS4B裝了兩個(gè)速度傳感器.第一個(gè)主要通過來自轉(zhuǎn)子角速度的低頻分量WL-I,通過低通濾到它的rawestimate(內(nèi)部頻率),而第二個(gè)通過來自有功的高頻分量.他們的頻率響應(yīng)如圖3所示.說明PSS2B有3-DB低頻cut-off在0.025HZ處.通過比擬,我們發(fā)現(xiàn)PSS4B模型的高頻速度傳感器在0.25HZ處有它的3-dbcut-off頻率,不管是PSS2B還是PSS4B傳感器都有可選擇的凹槽,從補(bǔ)償傳遞涵數(shù)來看,圖1還強(qiáng)調(diào)了這兩個(gè)PSS模型的一些本質(zhì)的區(qū)別.PSS2B在所有感興趣的頻率段的相位超前補(bǔ)償是靠一個(gè)單一的三階超前滯后環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)的.一個(gè)可選擇的隔直環(huán)節(jié)可以增加到輸出上來限制PSS對(duì)低頻顯現(xiàn)的反響.與此不同的是,PSS4B是在低(0.01-0.1HZ)中(0.1-1HZ),高(1-4HZ)三個(gè)波段各提供一個(gè)各自不同的濾波器來進(jìn)展超前的補(bǔ)償.從表四可以看出有三個(gè)濾波器利用可調(diào)整的中心頻率與幅值,用做各個(gè)波段通過的濾波器.最具代表的是,在中心頻率處,相位偏移是0,增益最大.因此確定高頻波通(band-pass)是10HZ能夠保證在0-10HZ都保持相位超前.咋一看,與只有六個(gè)時(shí)間常數(shù)的PSS2B模型相比,PSS4B模型大量可調(diào)的參數(shù)好似增加了裝置調(diào)試的難度.,事實(shí)上,經(jīng)歷說明,對(duì)于大型互聯(lián)系統(tǒng),PSS4B的設(shè)計(jì)者在面臨大量的矛盾協(xié)議(contradictorytrade-offs)時(shí)更容易獲得更靈活的解決方案,此外一個(gè)基于中心頻率與幅值的簡(jiǎn)化的六參數(shù)調(diào)試方法在大局部情況下是可行的.B設(shè)置表I提供了一個(gè)PSS2B模型的參考設(shè)置,它們是選自最近的文獻(xiàn),以反響PSS調(diào)試的最實(shí)際的情況..設(shè)置2是由Klein提供,并被收錄到了Kundur的經(jīng)典書籍里面,作為典型PSS在發(fā)電機(jī)上應(yīng)用的例子.設(shè)置3是來自巴西的一所學(xué)校,這個(gè)時(shí)間常數(shù)的選擇是為了在0.15-0.25HZ之間獲得一個(gè)最優(yōu)的相位超前,而可以在時(shí)間常數(shù)為3S的隔值環(huán)節(jié)上讓低頻響應(yīng)最小化.設(shè)置4是在魁北克水電局的一臺(tái)大型水氫機(jī)組上找到的.它主要針對(duì)在0.6HZ的區(qū)間模型上有最好的阻尼性能.表II提供了四組PSS模型嚴(yán)密聯(lián)系的參數(shù),設(shè)置1kernel是其它的幾組數(shù)據(jù)的根基.盡管它獲得一個(gè)從0.04-7HZ相對(duì)均衡的相位超前,但它的增益有點(diǎn)高,在這兒研究它僅僅是為了證實(shí)PSS4B能夠在需要的時(shí)候提供一個(gè)相對(duì)較高的增益.設(shè)置2減少了低中頻增益的33%和高頻增益的20%,這個(gè)設(shè)置與PSS2B模型設(shè)置1大致等效,在當(dāng)?shù)啬Ｐ秃团ふ衲Ｐ椭?被用來作為比擬比擬這兩種構(gòu)造的根基.設(shè)置3和設(shè)置2有大致相等的增益,但是在高頻波段增加了一個(gè)隔值環(huán)節(jié),用來減少PSS4B模型對(duì)快速機(jī)械功率(ramp)的靈敏度.最后一種設(shè)置是對(duì)三個(gè)對(duì)稱波段一種簡(jiǎn)化的設(shè)置,利用六參數(shù)在一個(gè)寬的頻率范圍內(nèi)近似模擬設(shè)置2,它是論證PSS4B模型看似復(fù)雜,但實(shí)際可以在不損失太多性能的情況下進(jìn)展簡(jiǎn)化的調(diào)試.各種不同設(shè)置的PSS4B模型的頻率響應(yīng)在圖5中列出.并與PSS2B的相關(guān)參數(shù)進(jìn)展比擬.后者可以看出超過20HZ的后有一個(gè)較高的增益和相位,此外,不同的PSS在0.1-5HZ有非常相似的相頻響應(yīng)的波形,然而PSS4B的增益在關(guān)鍵的區(qū)間模型(0.1-1)頻率上表現(xiàn)更好.表3提供了這些頻率響應(yīng)的數(shù)字值來使得這些感興趣的經(jīng)典頻率下的比擬更加輕松.當(dāng)所有的PSS4B模型在0.1HZ僅僅有81度的相位超前的時(shí)候,PSS2B最好的設(shè)置也有礙125度的超前角.此外,由于PSS的頂值增益是在10HZ左右如此低的扭振頻率將有可能使得凹曹過濾器變得有必要.最后,對(duì)于1-13HZ左右的當(dāng)?shù)啬Ｐ?PSS4B和PSS2B模型有相似的增益和相位,但在區(qū)間模型的低端(0.1-0.3HZ),PSS4B雖然和PSS2B雖然也有相似的增益,但在高端(0.4-0.7HZ)卻要比PSS2B高50%的增益.在分析完畢的時(shí)候,表6論述了所謂的兩輸入的靈敏度.此時(shí)的傳遞涵數(shù)從單輸入到輸出,而讓第二個(gè)輸入置0,幅頻特性的靈敏度在頻率漸進(jìn)線上更容易引起注意,也就是說,在低于0.1HZ和高于10HZ的時(shí)候.因此圖6提醒了由于斜坡處理器的作用,大于10HZ處,PSS2B的速度傳感器在本質(zhì)上對(duì)噪音不如PSS4B靈敏.而相反,PSS2B的電功率分支對(duì)于高頻噪比PSS4B更加靈敏,因?yàn)榕cPSS2B的多級(jí)超前滯后環(huán)節(jié)相比后者的高頻波段有一個(gè)自然的減幅特性,PSS2B的多級(jí)超前滯后環(huán)節(jié)的高頻漸近增益是一個(gè)高值常數(shù).對(duì)PSS4B來說,電功率路徑的低頻率段靈敏度更為重要,因?yàn)樗鼫y(cè)量的是PSS對(duì)機(jī)械功率的躍變(stepandramp),例如在設(shè)置3中增加一個(gè)額外的隔直(T=24?)在高頻率波段來增加0.01HZ的衰減,(byafactorof24),比照設(shè)置1和設(shè)置2的14.III小信號(hào)評(píng)估單機(jī)無窮大系統(tǒng)任何PSS安裝的第一目標(biāo)是針對(duì)當(dāng)?shù)啬Ｐ?因此我們用線性化的經(jīng)典的單機(jī)無窮大系統(tǒng)來開場(chǎng)比擬這兩種PSS構(gòu)造,在這個(gè)系統(tǒng)中,一臺(tái)安裝了快速勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī),發(fā)電功率恒并與大系統(tǒng)通過兩條傳輸線來聯(lián)接.選擇的基準(zhǔn)模型在Tarantoetal.[24]的文章中充分表述.其中狀態(tài)空間表達(dá)式的數(shù)值提供了三套不同的配置:強(qiáng)的,中等的,假設(shè)的系統(tǒng)(各自有一個(gè)小,平均水品,大的線路阻抗來描述),圖7描繪了PSS2B與PSS4B在[24]里按照各自的最初良好的設(shè)置下的阻尼性能.為了公平的評(píng)估,[24]的Δwpss串了一個(gè)與PSS2B(可以在圖2(b)中看到)同樣的速度傳感器(可以在圖2(a)中看到),包括一個(gè)12.5ms的功率傳遞時(shí)間常數(shù).我們可以得出結(jié)論選擇的PSS2B和PSS4B都比[24]中使用了復(fù)雜技術(shù)最有效的設(shè)置表現(xiàn)更為良好.更具體的說,PSS2B比PSS4B在弱系統(tǒng)中表現(xiàn)稍微好一些.而在中等或強(qiáng)系統(tǒng)中則不如PSS4B表現(xiàn)出色.有趣的是,所有PSS的閉環(huán)當(dāng)?shù)卣袷庮l率都是一樣的.圖7的右邊還顯示了生成的增益和相位.綜上所述,這些控制系統(tǒng)的的效果按照慣例(6dbfor增益和30度for相位)都是非常優(yōu)秀的.最后,表四闡述了用MATLAB根軌跡法計(jì)算的閉環(huán)不穩(wěn)定增益(是通常增益的數(shù)倍),正如[1],[21]先前的作者提到的,為了防止非典型的高頻動(dòng)態(tài)增益值應(yīng)該比2大.盡管PSS2B有最大的不穩(wěn)定增益,當(dāng)是PSS4B模型的也能獲得滿意的臨界增益.結(jié)合圖7和表I,我們可以得出結(jié)論:,在弱系統(tǒng)的當(dāng)?shù)啬Ｐ椭行枰粋€(gè)高的PSS增益來獲得較好的性能.然而,由于高增益威脅強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定極限,因此增益的選擇反映了性能和robustness.之間的一個(gè)妥協(xié).B四機(jī)兩地區(qū)系統(tǒng)在當(dāng)?shù)啬Ｐ?ofwidelydifferingshapes)中展示PSS的滿意效果后,接下來我們?cè)谝粋€(gè)強(qiáng)的區(qū)間多機(jī)系統(tǒng)中來證實(shí)它的好的性能.我們選擇一個(gè)眾所周知的在[2],[22]中論述過的測(cè)試系統(tǒng),如圖8所示.這個(gè)系統(tǒng)最大的好處就是每個(gè)人都可以使用.這兒使用表I中的設(shè)置3,數(shù)據(jù)指定的來自[3],[22].假設(shè)兩條聯(lián)絡(luò)線(圖8中的開關(guān)閉合?)和兩個(gè)輸送功率水平(0和400MW),線性的狀態(tài)空間模型,包括在[3]中論述過的通用目的的負(fù)荷方程.并使用先前提到[25.]的小信號(hào)分析軟件.這些小信號(hào)模型的準(zhǔn)確性用([3],P.813)中的特征根分析結(jié)果進(jìn)展了詳細(xì)的比擬并得到了證實(shí).接下來,一套PSS裝置使用同樣的參數(shù)同時(shí)安裝在G1和G4上,而G2和G3卻不安裝,這樣可以更好的區(qū)別一個(gè)非常好的PSS設(shè)置和一個(gè)普通適用的設(shè)置.待研究的PSS2B與PSS4B的阻尼性能在圖9中與[3],[22]介紹的本系統(tǒng)的原始設(shè)置進(jìn)展了比擬,可以看出PSS4B(2)明顯的效果較好,不管是區(qū)間模型還是兩個(gè)當(dāng)?shù)啬Ｐ投际沁@樣,同樣不管線路上傳輸功率是0還是400MW.為了更進(jìn)一步區(qū)別不同的PSS,我們將對(duì)稱系統(tǒng)改成每個(gè)地區(qū)一大一小兩臺(tái)發(fā)電機(jī)(1200MVA和600MVA).同樣PSS裝置是安裝在G1和G4上,也就是第一區(qū)最大的發(fā)電機(jī)和第二區(qū)最小的發(fā)電機(jī)都配置了PSS裝置,這個(gè)系統(tǒng)配置同樣的聯(lián)絡(luò)線和和功率傳輸,值得注意的是改變了當(dāng)?shù)啬Ｐ皖l率和shape,但對(duì)區(qū)間頻率幾乎沒有影響.待研究的PSS2B與PSS4B的阻尼性能在圖10中與[3],[22]介紹的本系統(tǒng)的原始設(shè)置進(jìn)展了比擬,這次,這次區(qū)間模型只有PSS4B模型提供了滿意的阻尼性能.(也就是說在最壞的條件下10%的阻尼).這可能是因?yàn)橛捎赑SS4B在關(guān)鍵的開環(huán)區(qū)間頻率(0.6HZ)處有超過50%的增益,使用一臺(tái)大的(G1),它依然能夠獲得一個(gè)相當(dāng)好的性能.我們依然注意到由于當(dāng)?shù)啬Ｐ偷念l率較高,最初的PSS[3][22]不能獲得需要的性能,而PSS2B(1)與PSS4B(2)一樣.astobeexpectedfromtheirfrequencyresponsesinFig.5.?IV大信號(hào)評(píng)估AKunder測(cè)試系統(tǒng)在它根本對(duì)稱的構(gòu)造,這個(gè)系統(tǒng)可以用MATLABSIMPOWER軟件來演示作者研究的小的多系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性.利用這種能力,我們來評(píng)估上一節(jié)G1和G4中配置的PSS2B與PSS4B來評(píng)價(jià)他們?cè)诖蟮木o急事故中的表現(xiàn)(表五).兩種重負(fù)荷分別為兩線路413MW和一線路355MW被列為考慮方案.每臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)器設(shè)置為默認(rèn)值,也就是常阻抗負(fù)荷模型.圖11列出了PSS性能的樣品的結(jié)果.所有的待研究裝置在單聯(lián)絡(luò)線系統(tǒng)上都表現(xiàn)的相似,但在兩聯(lián)絡(luò)線系統(tǒng)相應(yīng)的區(qū)間振蕩頻率上PSS4B比PSS2B表現(xiàn)的要好.主要表達(dá)在有一個(gè)大的增益.為了更好的理解上述結(jié)果,我們有完整的小信號(hào)分析,在表六中列出了單聯(lián)絡(luò)線系統(tǒng)的中PSS表現(xiàn)的性能.著在III-B段中沒有列出.這個(gè)例子中使用的小信號(hào)模型使用的是以證明為根基方法的一個(gè)系統(tǒng)[9][27].沒有PSS時(shí),MATLABSIMPOWER結(jié)果說明單聯(lián)絡(luò)線區(qū)間振蕩頻率是0.44HZ.當(dāng)在G1和G4上安裝PSS時(shí),PSS4B(2)與PSS2B(1)的性能根本一致,盡管閉環(huán)區(qū)間振蕩頻率有很大的差異,所有觀察的的情況可以在圖11中看出.為了證實(shí)這MATLAB的發(fā)現(xiàn),我們?cè)诳笨薙T600暫態(tài)穩(wěn)定程序中設(shè)置了一個(gè)同地區(qū)的系統(tǒng),它的調(diào)節(jié)系統(tǒng)和負(fù)荷模型更加真實(shí).負(fù)荷模型的定義為(單位分別為MW和MVAR):在魁北克系統(tǒng)研究中,為了與夏季負(fù)荷實(shí)際模型更加一致,我們采用了一個(gè)常電流模型作為P,和一個(gè)常電阻模型作為Q.在這種條件下,我們?cè)诼?lián)絡(luò)線中部實(shí)施了一個(gè)嚴(yán)重故障,隨后G2跳掉,但沒有線路停運(yùn)(表五中的緊急情況C3),結(jié)果在圖12中列出.從角速度扁移我們可以看出,為了阻止低頻偏移量,PSS2B(1)有幾秒鐘的飽和,失去了第一時(shí)間對(duì)電壓的動(dòng)態(tài)控制.相對(duì)的,PSS4B(2)則相當(dāng)輕松的進(jìn)展了頻率控制,結(jié)果形成持續(xù)的off-nominal頻率操作,通過這些,PSS4B(2)同樣能快速恢復(fù)電壓,從而提供區(qū)間模型的有效阻尼.值得注意的是,PSS4B(4)是PSS4B(2)與PSS2B(1)的一種折衷的解決方法.另一方面,故障后六個(gè)周波在7母線上損失60%的負(fù)荷導(dǎo)致了一個(gè)顯劇的頻率升高(到62.5HZ),導(dǎo)致PSS2B(1)到飽和狀態(tài)一段時(shí)間,因此,這使它不可能保持系統(tǒng)穩(wěn)定,.如圖12所示,只有PSS4B(1)和PSS4B(2)可以做到.緊急情況6甩掉50%的負(fù)荷導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定如圖13,而且這種情況,,與PSS4B相比,PSS2B(1)也只是穩(wěn)定的極限而已.為了更好的理解PSS4B獲得這么復(fù)雜的好效果,我們應(yīng)該再仔細(xì)的觀察它的低,中,高頻段信號(hào),如圖13.做為一個(gè)單一事故,沒有頻率的扁移(如C1和C2),PSS的低頻分量從來不飽和,因此PSS的輸出信號(hào)可以被認(rèn)為是它的內(nèi)部三個(gè)分量的組合(VSLL,VSLI,VSLH),如圖1,然而,本例中在孤立的和一臺(tái)發(fā)電機(jī)跳閘(如圖12),低頻波段的低/高限幅設(shè)置在-4%和+8%.,限制PSS更進(jìn)一步的降低電壓.這雖然減少了低頻模式下的阻尼(與線性情況相比),但是由于其他兩個(gè)波段的信號(hào)沒有限制,他們依然有效,并且能獲得有效的區(qū)間和當(dāng)?shù)啬Ｐ偷淖枘?然而最重要的發(fā)現(xiàn)是:當(dāng)按表I設(shè)置參數(shù)的時(shí)候(我們只考慮當(dāng)?shù)睾蛥^(qū)間模型),PSS2B在這種緊急情況下不令人滿意.這種情況就類似于孤立的操作會(huì)導(dǎo)致大的頻率扁移.在這一點(diǎn)上我們應(yīng)該強(qiáng)調(diào)有幾個(gè)作者最近提出當(dāng)最初的穩(wěn)定信號(hào)環(huán)節(jié)在低限制值足夠長(zhǎng)的時(shí)間的時(shí)候,就在PSS上并聯(lián)一個(gè)小時(shí)間常數(shù)的washout,來消除當(dāng)頻率偏移造成的持續(xù)飽和.盡管這種非線性的重新設(shè)置WASHOUT的方案真的可以消除大的電壓下降,但它畢竟要使PSS失諧很長(zhǎng)的一個(gè)時(shí)間,錯(cuò)過了緊急情況下最珍貴的時(shí)間.圖12清楚的論證了PSS在阻尼區(qū)間振蕩模型的作用,不管是飽和還是aprogrammedwashout的影響,結(jié)果都是同樣的:都將冒著在擺動(dòng)穩(wěn)定問題時(shí)失去阻尼.為了進(jìn)一步闡述這個(gè)觀點(diǎn),我們分析系統(tǒng)動(dòng)態(tài)靈敏度的關(guān)鍵因數(shù):PSS輸出限幅,PSS增益,輸出washout時(shí)間常數(shù).結(jié)果如表七所示.它說明在所有提及的表二中的PSS4B設(shè)置在C3和C4緊急情況下都獲得了系統(tǒng)穩(wěn)定性.相應(yīng)的,PSS2B(1)不得不通過引入一個(gè)1-S的washout,來確保系統(tǒng)穩(wěn)定(圖14).減小它的增益從15到10是不能到達(dá)這個(gè)目的的,然而,即使有一個(gè)1-S的WASHOUT,PSS2B(1)也會(huì)在PSS輸出限幅減少到5%的時(shí)候失去穩(wěn)定.在同樣的條件下,PSS4B(4)也會(huì)失去穩(wěn)定,5%的動(dòng)態(tài)范圍的設(shè)置是不夠的.PSS4B(1)和PSS4B(2)卻仍然能夠在C3C4的緊急情況下保持穩(wěn)定.作為在Kunder測(cè)試系統(tǒng)上檢查的最后一項(xiàng)性能,圖15闡述了PSS4B設(shè)置的高良好的性能.如以下圖,在兩次緊急事故中的很寬的頻率范圍內(nèi)(一條線路跳閘的0.44HZ和沒有線路跳閘的0.67HZ)確保穩(wěn)定.此外,功率傳輸水平在事故中也發(fā)生了劇烈的變化,從400MW到-30MW,沒有絲毫影響PSS4B的性能.B魁北克水電系統(tǒng)為了使研究的發(fā)現(xiàn)有堅(jiān)實(shí)的根基,待研究的PSS在魁北克水電系統(tǒng)[32][35]上進(jìn)展了仿真,為了使研究結(jié)果建設(shè)在合理的根基上.我們對(duì)這個(gè)系統(tǒng)一些的重要的特性進(jìn)展陳述:盡管作為NPCC的一員,魁北克水電系統(tǒng)與它的鄰居之間是孤立的,,也就是說與周圍控制地區(qū)沒有同步的聯(lián)系.而是通過5條直流線路與鄰居們異步聯(lián)系.發(fā)電機(jī)85%的容量集中在遠(yuǎn)離負(fù)荷中心1000KM的三個(gè)水電聯(lián)合體.主要的735KV傳輸網(wǎng)絡(luò)是非常的廣泛(超過11000km的735KV的線路),然而主要集中在兩個(gè)主要走廊:西部的theJamesBaynetwork和東部的theNorth-Coastnetwork從JamesBay到新革蘭,一條450KV的直流線路與735KC的交流線路并列運(yùn)行.研究的系統(tǒng)是2003年冬季電網(wǎng)最典型的代表,包括853條母線,1182條線路,和35000MW的裝機(jī)容量.我們選擇三個(gè)大的電站來研究PSS.分別是兩臺(tái)水氫機(jī)組的LG2電站和ChurchillFalls水電站(他們的裝機(jī)分別是5920和5500MVA),和一個(gè)接近最大負(fù)荷中心的820MVA的核電站.由于我們的目的不是去最優(yōu)化這些PSS裝置的性能,而是去評(píng)估它的適用性能和效果.所有的機(jī)組都是使用表I和表II中的性能.然而,我們可以看出在魁北克水電系統(tǒng)中,PSS2B(1)的增益性能需要增加50%后才能和PSS4B(2)在區(qū)間振蕩頻(0.6HZ)處的相比.從表III可以看出,這樣的增加使得PSS2B(1)在0.6HZ處的增益和PSS4B(2)處類似.圖16在發(fā)電機(jī)LG2上發(fā)生的同一個(gè)故障(無線路跳閘)比擬這些PSS.很明顯,當(dāng)在同一個(gè)故障產(chǎn)生小的頻率便移時(shí),這兩套PSS都能產(chǎn)生較好的阻尼效果.然而,由于PSS2B(1)在0.6HZ處提供和PSS4B(2)同樣的阻尼,但在0.01-0.1HZ范圍內(nèi)提供大約3-4倍PSS4B(2)的增益.接下來的問題是,在頻率補(bǔ)償其間的行為.圖17評(píng)價(jià)了各中PSS模型在發(fā)電機(jī)產(chǎn)生同一個(gè)故障后,LG4跳閘和兩條聯(lián)絡(luò)線停電時(shí)的表現(xiàn).可以看出PSS4B(1)表現(xiàn)了一個(gè)好的電壓恢復(fù)能力.而且同時(shí)還保證了主要的區(qū)間振蕩模型下的阻尼效果.而相反的是,PSS2B(1)(KS1=25)對(duì)頻率控制有點(diǎn)過度,卻付出了犧牲電壓恢復(fù)和區(qū)間振蕩阻尼的代價(jià).從圖17,PSS2B(1)(KS1=25)還可以看出修改了一個(gè)1.5-S的WASHOUT.這個(gè)調(diào)整導(dǎo)致了一個(gè)全面的滿意的性能包括電壓恢復(fù)能力和區(qū)間振蕩阻尼,和PSS4B(2)一樣(沒有SHOWN).考慮這些設(shè)計(jì)因素,因此系統(tǒng)PSS2B模型最好的設(shè)置是KS1=25和TW=1.5.S.然而,如此的一個(gè)折衷方案不能忽略以下的一些缺陷.增益25在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中有點(diǎn)偏高(10-20),我們應(yīng)該在試運(yùn)行其間進(jìn)展仔細(xì)的綜合評(píng)估,是否會(huì)導(dǎo)致更加不穩(wěn)定的閉環(huán).對(duì)于TW>3S的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來說1.5S的WASHOUT時(shí)間太短.經(jīng)典的推薦值班10S,因此,它只能應(yīng)用到?jīng)]低于0.4HZ的(表III),沒有重大意義的區(qū)間振蕩活動(dòng)的系統(tǒng)中.我們已經(jīng)對(duì)最終的PSS2B方案的通用性進(jìn)展了重新評(píng)估,其評(píng)估根基是在LG2和ChurchillFalls水電站上的兩個(gè)帶適度頻率扁移的標(biāo)準(zhǔn)故障,normallyclearedwith一條線路停運(yùn).按照?qǐng)D18,所有的PSS包括PSS4B(2)(因?yàn)榕cPSS4B(4)類似沒有列出)對(duì)區(qū)間振蕩都表現(xiàn)良好.然而PSS2B(1)在低頻(0.04HZ-0.06HZ)范圍表現(xiàn)的要差一些和電壓恢復(fù)能力也差一些.特別是ChurchillFalls水電站上的緊急事故.VFalsificationg測(cè)試PSS技術(shù)的有一些本質(zhì)上的缺陷,這在我們所知道的如下兩種情況下有非常不利的影響.有時(shí)候甚至因此而不使用