标准型电力系统稳定器参数设计的数学方法

标准型电力系统稳定器参数设计的数学方法　Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｉｎ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｔａｂｌｉｚｅｒ　哈尔滨大电机研究所（１５００４０）黄顺礼　内容提要　在ＴＥＬＬ３４—１６—３（ｔ９９６）　．排荐ｒ标准型电力系统稳定器（Ｐ鼙）参数的没　‘范　。根据频率持性，得到参数　汁的数学公式，从而使琏　ｉｌ变稃简单可靠　关键词：电力幕统稳定器参数设计　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ陀一　ａ　ｒ　时　Ｒａｎｇｅｉｎ［ＥＣ　３４—１６—３１：１９９６１　Ｊ１　ｄｅｒｉ…ｎｕｍｅ６ｅａｌ　粕　ｂ　ｏｆ　Ｐ￣ｚｅｔｅｒ　Ｄ既‘　ｆｌｏｒａｆｖｅｑｕｅｌ￣ｙ出ａｒ　．　ｔｅｆ￣ｉｅｓ　ｌｏ　ｎ１ａｋｅ　ｔｈｅ　ｄｅ￣ｉｌｏａ…㈣ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｅ　ＫｅＶｗ目＿出：ＰＳＳ　Ｐｍ＂ａｍｅｌｅｒ　ＩＭｓｉ￣　一、引　言　表１频率特性　测量对象　梗ｆ量频率　输出幅值　相位　在《华通技术￣２ｏｏｏ年第２期的一文ｌ】１中，介　ｄＢ　绍了由ＩＥＣ３４—１６—３ｌ２　推荐的标准型电力系统稳　Ｐｓｓ　０　ｌ一３．０≥４　０～５　０。～　≤０　０１　≤一２６　定器（ＰＳＳ）在运行中特定的频率特性，以及在频域　传感器　４３　≥一０．４４　中的性能检测指标。该ＰＳＳ的传递函数方框图如　≥４　《一０．９２　高频滤波器　４３　≥一Ｏ　９２　图ｌ所示。在运行中，它只允许１３．１～３．０Ｈｚ的主　≥４　≤一２６　信号通过，不允许不大于Ｏ．０１Ｈｚ的超低频（“直　相位补偿器　（每级）　０．】一３．０　≥３５。　流”）信号以及不小于４Ｈｚ高频信号通过，所表现出　冲洗器　≤０．０】　≥一２６　的性能指标应该如表１所述。　０】～３　０　≤一０．９２　ｌ　丰；ｊ位朴偿　相泣扑偿器　放大器和冲洗器　图ｌ标准型ＰＳＳ　为了获得表１中的性能指标，在ＩＥＣ３４—１６—３　表２　ＰＳＳ参数的取值范围　中，还介绍了图１中各参数在设计（或调试）中的取　参数名称　图】中的符号　典型值　值范围，如表２所述　本文在介绍表１的特性与表　传感器时间常数ｓ　０—０．０４　２中参数之间所存在的数学关系的基础上，介绍后　者的设计方法。　冲撬器时间常数ｓ　０　５一∞　超前时间常数ｓ　Ｔｌ，　０　１—２　二、传感器　滞后时间常数ｓ　，　０　０ｌ一０　２　图１中的传感器是市场中的一种定型产品．是　放大器增益ｐＩ】　０．Ｉ【）一∞　上悔电器技术２ｉｆＯ￣ＮＯ．１　１９　维普资讯 http://www.cqvip.com

为检测并变送≤３．０Ｈｚ主信号　ｎ或ｆ而设置的，　是一个典型的惯性环节．其对数幅频渐近曲线应该　如图２所示　。　ｒ１、　Ｊ＋　ｓ＋Ａ６ｓ２　（１＋ＡＩ　ｓ＋Ａ２ｓ２）（１＋Ａ３ｓ＋山ｓ２）　其实质是一个双“ｒ滤波器：　Ｇ１（ｓ）＝Ｉ＋　１　及双二扶滤波器：　（５）　１＋　６　图１中的传感器时间常数　与图２中的交接　频率　之问所存的函数关系式是：　（２）　）＝麓图３所示，其中的交接频率丘必须是：　ｆ２：３．０Ｈｚ　（６）　的串联组合，后者专用于滤净≥４．（　电的轴系扭振信号。　Ｊ．双“ｒ’’滤波器　根据表１，双“ｒ．’滤波器（５）的特性曲线应该如　（７）　图２　｝感器的对数幅频渐近曲线　并由于还有专门用于阻断轴系扭振信号通过的双　二次滤渡器式（６），所以图中虚线所对应的另一个　根据表ｌ，图２中的交接频率应该取为　４Ｈｚ　（３）　＝交接频率可以不用考虑，这样使设计更为简单。例　如，对于如图４所示的图ｌ系统的一种简单工程实　现　，图中的ＩＲ。　Ｃｌ、Ｒ２及　所组成的无源四端的　网络就是这种双“ｒ”滤波器，可以取Ｒｌ＝Ｒ２及ｃｌ　：由式（２），得：　＝０．０４ｓ　（４）　符合表２对于该值的推荐范围。　由图２中的曲线可知，若把　的取值为大于　０，其传递函数可以在实域中分解为：　４Ｉｔｚ，则对于大于４Ｉｔｚ高频信号的滤波效果大差；若　小于４Ｈｚ，对主信号的衰减作用又会太强，因此，式　（４）是一种关于Ｔ６的最佳值　三、高频滤波器　图２中的￡满足式（３）时，由该图的曲线（或袁　１）可知，传感器已把≥４．０Ｈｚ的高频信号幅值衰减　大于９Ｏ％。为彻底阻断这种信号，在图１中还特　设了一个高频滤波器。　图３双　ｒ”滤波器特件　Ｇ　（ｓ）＝＿＋瓦　１，＿ｒ＾＝２　６２＿ｒ２　（８）　｜ｒｈ：０．３８Ｔ２】，　Ｉ＝Ｒ１ｃｌ＝Ｂ２ｃ２　显然式中的＿ｒ２便对应着图３中的ｆ２，并有关系式　图４图１系统的一种茼单工程实现　２０上海电器技术　∞２　．Ｉ　维普资讯 http://www.cqvip.com

赤　（９）　例如，哈尔滨第三发电厂６００Ｍｗ机组的轴系　扭振频率为　＝１３Ｈｚ　，计算偏差为△　＝２Ｈｚ，若　而．ｒｈ所对应的图３中虚线所指的交接频率就不必　采用图４线路，根据式（１０）至（１４），求得　。＝０．　去考虑了，因为还有专门用于阻断轴系扭振信号的　０１４５ｓ及‘Ｉ＂３２＝０　０１０６ｓ，在选定ｃ４＝Ｉ　后，得Ｒ４＝　式（６）　１０６．Ｑ．　＝Ｉ６５ｇ及Ｃ３＝０．０８８￣ＬＦ；并得Ａ３＝０．２５Ｉ　ｓ、　根据式（７）至式（９），若取ＣＩ＝　＝１０，，ｄ，则两　Ａ４＝　＝０．１５４×１０—３Ｓ２及Ａ５＝０．０２５Ｉ　ｓ。　个电阻的设计参数为Ｒ１＝　＝２ｋ，（１，这样式（５）中　的丽个系数为Ａ１：３　１：０．０６０８ｓ；Ａ２：　【＝０　４１　四、相位补偿器　×１０。ｓ　，尽管在表２中对这两个参数没有具体推　荐，但上述过程却表明了它们与表１性能之间的数　图１中的两级超前相位补偿器　１＋ＳＴ学关系。　ｌｄ￣１＋ｓＴｌ＋ｓｌ，１＋ｓｌｄ　３　（１５）Ｊ＋ｓｌ，１＋ｓｌ　…　　２．双二次滤波器　如果设现场机组的轴系扭振频率为　，式（６）　是为补偿前述传感器及高频滤波器对于主信号所　造成的相位滞后，以及ＰＳＳ所在系统的运行需要而　所述的滤波器特性应该如图５所示，并且其中的交　接频率ｔ３及￡是：　设置的，可以为单级，也可以为三级，每一级的频率　特性应该如图６所示，若以第一级为例，图中的交　ｆ【　‘Ｊｏ）　接频率与式中（１５）中时间常数的数学关系式是：　＝‘＋　～　（式中的△　为　的现场计算工程偏差。　Ｔ　１　：赤，，　：　２　　１　（¨　１６）　＾　最大补偿角‰为：　七　。ｆ一划Ｂ／ｄ　＼！ｉ专　／２０ｄＢ／ｄｅｃ　ａ鸭　（１７）　在图４中，对应于该滤波器的是由Ｒ３、　、Ｒ４　及ｃ４所组成的无源网络，其传递函数是：　）　ｌ＋５１［　＋ｓ（Ｔ３１　＋Ｔ３２）　＋ｓ２Ｔ３１Ｔ３２　车遘｝　驾；二　二二　　ｆ　Ｈ　／“　Ｔ３１＝Ｒ３Ｃ３，Ｔｋ＝ｔｔ４ｃ４　（１１）　式中的　及　２与图５中的　及‘的数学关系式　辟Ｉ　６超前柑值朴馏嚣特性　是：　在图４中，对应于上述补偿器的是由Ｒ５、Ｒ６及　１　赢，　２　彘　（Ｉ２）　相应运算放大器所组成的有源四端网络，对于式　若要求在前述双“ｒ”滤波的基础上，将残留的　（１５）有：　轴系扭振信号幅值再衰减９０％，则有：　』　Ｒ７（１８）　—（Ｉ＋粤　一：Ｉ丧）Ｔ１１　一９０％　（Ｉ３）　【Ｔ２＝Ｒ８ｃ５，Ｒ５＝２Ｒ６　根据表１中的特性要求，图６中的交接频率应　在现场已具有既定的　及其工程计算偏差　该取：　△ｆｎ的条件下，联立求解式（ＩＯ）至（１３），便可以得到　＝０．１Ｉ－ｌｚ，‘５＝３．０Ｈｚ　（１９ｊ　【和１　，以及图４中Ｒ３、　、岛及ｃ４的设计数据，　若选定Ｃ５：０．１　，根据式（Ｉ６）至（Ｉ９），得其他　并对式（６）有：　元件的设计参数是１ｔ５＝６２．６ｋｎ，Ｒ６：１ｔ７＝３１．３ｋｎ，　Ａ３＝（１＋鼍）Ｂ　＋．ｒ］　，Ａ４＝Ａ６＝．ｒ３　Ｔ　，　Ｒ８＝５３０ｆ２；这样最大补偿角的设计值为　＝６９．６ｏ，　并得Ｔ１＝１．５９ｓ，Ｔ２＝０．０５３ｓ，符合表２关于它们的　Ａ５：．ｒ］Ｉ＋．ｒ盐　（１４）　取值范围。　上海电器技术２ｏ１１２　ＮＯ．１　２１　维普资讯 http://www.cqvip.com

五、放大器和冲洗器　图】中的Ｋｓ为放大器，是为补偿各环节对于　主信号幅值的衰减，以及ＰＳＳ所在励磁控制系统的　运行需要而设置的，对应着围４中由　、Ｒ．　及它们　所处在的运算放大器所组成的电路。根据表２的　取值范围，Ｒ１。等于ｌ至５Ｏ倍Ｒ９，以满足表】中对　于ＰＳＳ的幅值要求　图】中的冲洗器：　０．ｒ．　一１十　÷　１５　（２０）　又称为自动复位器，是为阻断　洗掉”）各类“直流”　及时间漂移信号对于ＰＳＳ所在系统正常运行的干　扰而设置的。其频率特性也应该如图７所示，图中　交接频率　与时问常数　的数学关系式为：　ｌ　Ｂ＝奇　（２１）　—　，　！　■一，ｆ。　。Ｊ“　７冲洗器特性　２２上海电器技术２０Ｏ２　ＮＯ　根据表】的特性要求，该ｆｎ的取值应是：　ｆｎ＝０．０１Ｈｚ　（２２）　在围４中对ｒ立于式（２０）冲洗器的是由Ｒ．．的设　计参数为３．２ｋｎ；冲洗时间常数为Ｉ＇５＝１５．９ｓ。在表　２所推荐的取值范围之内。　六、结束语　由于ＰＳｓ及其各环节在运行中具有鲜明的频　率特性，利用该特性与其相应参数所存在的数学关　系式来设计各环节中的元件参效，能够取得事半功　倍的效果。　参考文献　［】］黄顺礼　电力系统稳定器（Ｐｓｓ）性能检测标准。华通技　术．２０００（２）　Ｉ２　［ｔ２．＇３４一】６—３　Ｅｘｅｉｔａｔｉ￣　ｅ腾ｏｆ　Ｓｖｎｅｈｗｎｏａｓ　Ｍ丑ｃ　ｂ３＂　ｎａ【１　ｃ　Ｐｅｆｏｎｒｍｎ￣．】９９６　［３］胡寿松。自动控制原理（上册）。北京：国防工业出版社，　】９８４：２１１～２８６　［４］黄顺礼、黄春阳。大、中型水轮发电机励磁系统标准巾的　几十关键问题　西北水电】９９９（４）　［５］王展　刷鹏、扬峰　产６００。＾ｆｗ发电机励磁系统的ＰＳＳ投　＾运　。大电机技术１９９９（２）