調整PSS及GPSS改善電力系統穩定度研究

王寶海

(中國能源建設集團東北電力第三工程公司,遼寧錦州 121001)

調整PSS及GPSS改善電力系統穩定度研究

王寶海

(中國能源建設集團東北電力第三工程公司,遼寧錦州 121001)

為了使 PSS 及 GPSS 能如期達到抑制低頻振蕩的效果,需經過一連串繁瑣的參數調整程序,本文調整 PSS 和 GPSS 參數的流程簡述如下,首先必頇建立系統的電力潮流及機械參數數據文件,然后在不同的系統操作條件下,使用 SSSP 分析其振蕩頻率及阻尼比,找出其中阻尼比最差的振蕩模式,并在此振蕩模式下尋找參與因子最大的機組,此即為 PSS 或 GPSS 最佳的裝設地點,決定裝置地點后,即可做相位補償及增益調整。

調整 PSS GPSS 改善 電力 系統 穩定

1 PSS與GPSS調整的流程

在做相位補償時，在PSS方面必需找出欲補償機組的勵磁機輸入端至氣隙轉矩輸出端，在不同頻率下的相位落后曲線，調速器方面必頇找出欲裝設機組的調速器輸入端至調速器輸出端，在不同頻率下的相位落后曲線。然后利用PSS或GPSS的領先-落后補償器，在欲補償的頻率處，適當的調整其T1～T4參數值，以補償其相位落后，繼續再利用根軌跡法決定PSS或GPSS的增益大小，初略完成PSS與GPSS的參數調整。再來為驗證所調整參數是否適當，當系統加入PSS或GPSS后，需使用SSSP對整個系統做頻域分析，之后再對T1～T4參數做微調。當系統內加入PSS或GPSS的頻域分析完成后，再使用PSSTME做此系統的時域仿真，觀察其振蕩趨勢是否與頻域分析互相吻合。如果其結果不如預期，可再繼續調整K與T1～T4參數，以達到抑制低頻振蕩的效果。

2 利用參與因子決定PSS或GPSS的裝置地點

PSS或GPSS裝置地點，根據使用SSSP去分析Case0-Case3后，觀察系統在4種不同的運轉條件下，最差振蕩模式的參與因子，藉由參與因子的大小，決定出PSS或GPSS的裝置地點，在4種不同的運轉條件下，其最差的阻尼比及最主要參與機組如表1所示:

由上表可知在4種運轉條件下，其阻尼比最差的振蕩模式為Case3的0.3809Hz，且G16為此振蕩頻率下參與因子最大者，故優先選擇G16機組加裝PSS或GPSS，當位于G16的PSS或GPSS的參數調整完畢，此最差的振蕩模式將獲得改善或消失，接者觀察其他運轉模式是否還存在者負阻尼比，如果有則從中選取最差的振蕩模式，把PSS或GPSS加裝至參與因數最大者的機組，在經過參數調整及觀察其他運轉模式，依此方式另外分別選出了G9及G13這兩部機組來加裝PSS或GPSS，當此三部機組都加上PSS或GPSS并完成參數調整后，系統在任何運轉模式下，皆不再出現任何負阻尼比，故在此系統內只需加入三臺PSS即可維持此系統的穩定度。

表1 各Case最差的振蕩頻率下最大參與因子機組

圖1 G9的相位調整

3 相位補償

3.1 PSS的相位補償

圖2 G13的相位調整

當決定PSS裝置地點后，接下來必需決定PSS的相位補償角度，以補償勵磁機輸入端至氣隙轉矩輸出端之間的相位落后，調整其相位達到欠補償才行，藉由觀察圖中的曲線防止過補償的情形發生，因為實務與理論都已證實當相位補償出現過補償的情形，只會造成系統內的阻尼不增反降的情況，所以必頇避免過補償的情形，在調整T1～T4時，先根據MatLab49畫出欲補償機組頻率在0～2HZ的頻率響應，再分別輸入T1～T4的值，觀察補償曲線是否有達到欠補償，如果沒有則繼續調整T1～T4的值，反之達到欠補償則完成T1～T4值的調整，由圖1，2，3分別表示G9、G13及G16機組的相位落后(實線)及補償(虛線)情況(如圖1，2，3):

根據以上曲線圖可看出，在欲補償的頻率范圍0～2HZ內，T1～T4參數大致調整到欠補償的情形，但由表1在機組需注意的頻率0.2～0.4HZ中，由上圖看出是呈現過補償的情形，因本文使用2階領先落后補償器，導致補償角度無法達到欠補償，但如果使用1階領先落后補償器，補償角度會嚴重不足，且圖中的補償對于系統穩定度影響不大，所以擇中使用2階領先落后補償器，以上為PSS的相位補償調整結果。

3.2 GPSS的相位補償

當決定GPSSs裝置地點后，接下來必需決定GPSSs的相位補償角度。在調整T8～T11時，先藉由MatLab畫出欲補償機組頻率在0～2HZ頻率響應，再分別輸入T8～T11值，觀察補償曲線是否有達到欠補償，如果沒有則繼續調整T8～T11值，反之達到欠補償則完成T8～T11值的調整，且由表1觀察其需注意頻率0.2～0.4HZ中也需達到欠補償的情形，由下圖分別表示G9、G13及G16機組的相位落后(實線)及補償(虛線)情況:通過對機組的相位落后及補償情況的觀察，得出在欲補償的頻率范圍0～2HZ內，為了使系統能穩定運轉，其相位補償皆調整到欠補償。

4 增益調整

4.1 PSS的增益調整

PSS的增益值必頇適當的選擇，才能有效的提高系統的穩定度，故在PSS加到各機組后，再繪出改變增益時，最差振蕩模式的根軌跡，該振蕩模式發生在Case3的模式4頻率為0.3809HZ阻尼比-0.0831，由其振蕩模式的根軌跡來選取最為恰當的PSS增益值，以下為三臺裝置PSS機組藉由改變增益值所得出根軌跡圖。

在由于調整增益值所繪的機組根軌跡圖，在G9部分其增益值分別輸入1～6，由根軌跡可看出最適當增益值為3，在G13部分其增益值分別輸入9～15，由根軌跡可看出最適當增益值為10.7，在G16部分其增益值分別輸入1.9～2.6，由根軌跡可看出最適當增益值為2.2，以上為G9、G13、G16所選的最佳增益值。

4.2 GPSS的增益調整

GPSSs的增益值必頇適當的選擇，才能有效的提高系統的穩定度，故在GPSSs加到各機組后，再繪出改變增益時，最差振蕩模式的根軌跡，該振蕩模式發生在Case3模式4頻率為0.3809HZ阻尼比為-0.0831，由其振蕩模式的根軌跡來選取最為恰當的GPSS增益值，以下為三臺裝置GPSS機組藉由改變增益值所得出根軌跡圖。由下圖可以看出在藉由調整增益值所繪的機組根軌跡圖，在G9部分其增益值分別輸入3～11，由根軌跡可看出最適當增益值為6，在G13部分其增益值分別輸入35～65，由根軌跡可看出最適當增益值為55，在G16部分其增益值分別輸入13～23，由根軌跡可看出最適當增益值為19，以上為G9、G13、G16所選的最佳增益值。

5 結語

研究中比較了在系統內加入PSS、GPSS、PSS&GPSS三種改善穩定度的方法，并將其運用在新英格蘭與紐約互聯16機68總線系統上，在此系統中探討了包含基本運轉條件Case0、最差N-1情況的Case1、最差N-2情況的Case2以及負載及發電量變動情況的Case3的四種運轉條件，以此四種運轉條件來做為穩定器參數調整的依據。為了使所加入的穩定器能達到其最大的功效，在此利用相位補償法補償原系統的相位落后，并利用根軌跡法來調整其增益大小。

在三種改善穩定度的方法中，GPSS是加裝在快速調速器上直接控制實功，因此能在短時間內改善其系統穩定度;在實際的調速器上，由于是機械式組件，其機械響應速度相當的緩慢，無法因應快速作動的場合，所以在調速器的選擇上，必需選用響應速度較快速者，才能因應系統上電力潮流的改變，日后仍可繼續探討如何把快速調速器的改善成果加以變化用于實際調速器的機械響應速度。