大型同步发电机组 NR-PSS研究综述 清华大学 2009年4月22日

主要内容 NR-PSS原理及应用 1.电力系统励磁控制发展过程 2.NR-PSS设计原理 3. 动模实验 4.现场投运试验 5. RTDS大扰动实验

一、电力系统励磁控制发展过程 NR-PSS原理及应用  PID 控制  PSS 控制 线性最优控制（Linear Optimal Control） LO－PSS 非线性最优控制（Nonlinear Optimal Control） NO－PSS 非线性鲁棒控制（Nonlinear Robust Control） NR－PSS

NR-PSS原理及应用  GE 40年前推出的PSS ΔVG PID 控制信号 ±5% F. P. deMello and C. Concordia. “Concepts of Synchronous Machine Stability as Affected by Excitation Control”. IEEE trans. on Power Apparatus and System, Vol 88, No. 4, 1969

NR-PSS原理及应用 非线性最优控制NO-PSS 线性控制局限性的几何简释

二、NR-PSS设计原理 NR-PSS原理及应用  非线性鲁棒控制问题 外部干扰 内部未建模动态 NR-PSS 模型： 目标：构造鲁棒控制器，满足下述指标 Nyquist判据和Bode图是 其在线性系统中的特例

NR-PSS原理及应用 反馈线性化 线性H∞控制 算 法 张弛系数矩阵 线性H∞ v*

NR-PSS原理及应用 多机系统模型 考虑瞬态凸极效应

NR-PSS原理及应用  非线性鲁棒控制设计得出的NR－PSS控制律 隐含网络参数，对参数变化具有强鲁棒性 分散控制

NR-PSS原理及应用 NR-PSS与AVR的配合 并联接入方式

NR-PSS原理及应用 最终的励磁控制规律 其中：

NR-PSS工业装置  脉冲放大 主 同步信号 机 脉冲板 显示器 系 T 统 A套 A/D 板 PT,CT,滤波 键 盘 I/O 板 通 讯 脉冲板 I/O 板 A/D 板 显示器 主 机 系 统 A套  T 脉冲放大 同步信号 隔离、驱动 PT,CT,滤波 B套 键 盘 NR-PSS工业装置

基于频域测试的NR-PSS参数整定方法 避免了求解Riccati不等式的困难，易为现场技术人员调试和掌握 解决基于状态空间设计的非线性控制器参数不易整定问题，便于推广

三、NR-PSS装置动模试验 电压阶跃试验 投切线路试验 三相短路试验 干扰信号抑制试验 无功反调试验

四、NR-PSS白山电厂现场试验 白山实验系统 4号300MW机组（NR-PSS或古典PSS） 7号150MW抽水蓄能机组（PID 控制）

四、NR-PSS白山电厂现场试验 1、2%电压给定值阶跃试验 2、单机静稳极限试验 3、双机静稳极限试验 4、切机试验 5、无功反调试验

四、NR-PSS白山电厂现场试验 单机静态稳定极限试验 常规PSS （6.5s） NR-PSS（4s） —— 减无功至-12MVar系统发生振荡 常规PSS （6.5s） NR-PSS（4s）

四、NR-PSS白山电厂现场试验 单机静态稳定极限试验 常规PSS——等幅振荡，幅值为5MW NR-PSS——稳定 ——振荡抑制后继续减无功至-40MVar 常规PSS——等幅振荡，幅值为5MW NR-PSS——稳定

NR-PSS白山电厂现场试验 现场试验结论： 小扰动工况下，相比于常规PSS， NR-PSS能够更为迅速地抑制振荡，改善系统阻尼特性，提高系统稳定极限。 NR-PSS装置投运29个月，运行稳定可靠.

NR-PSS的原理及应用 五、NR-PSS的RTDS大扰动实验 1.RTDS 实验系统 双机无穷大系统 白山电厂#4、#7机系统参数

五、NR-PSS的RTDS大扰动实验 2. 实验内容 NR-PSS的原理及应用 1.负载2%电压给定值阶跃实验 √ 2.双机单线切一台发电机实验 3.负载15%电压给定值阶跃实验 4.单机单线三相接地短路实验 5.双机单线静稳极限传输功率测试 6.双机双线线路1/3处三相短路暂稳极限传输功率测试 7. 0.1Hz低频振荡抑制实验 8. NR-PSS鲁棒性能测试实验 9.单机单线220kV母线三相短路极限切除时间测试 10.单机单线线路1/3处三相短路极限切除时间测试 11.双机双线切一条线路实验 12.单机单线220kV母线单相短路实验 13.单机单线切负荷实验 √ 验证RTDS模型的准确性

五、NR-PSS的RTDS大扰动实验 双机单线静稳极限传输功率测试实验 保持G1功率为300MW不变，增加G2功率 PID控制: 242MW;常规PSS: 370MW NR-PSS: 500MW NR-PSS分别比PID和常规PSS提高了47.6%和19.4%

五、NR-PSS的RTDS大扰动实验 双机双线暂稳极限传输功率测试实验 线路2靠近发电机1/3处发生三相短路，0.2s继电保护切除线路。 PID控制: 248MW时，振荡失稳。 常规PSS: 255MW时，振荡失稳，提高暂稳极限的能力有限。 NR-PSS: 298MW时5s后迅速恢复稳定 NR-PSS暂稳极限提高了16.7%

五、NR-PSS的RTDS大扰动实验 实验结论 显著改善系统阻尼特性 提高暂态稳定性 提高系统静稳极限和暂稳极限传输功率 对系统参数变化具有强鲁棒性

大型同步发电机组NR-PSS NR-PSS的原理及应用 理论创新→电力系统非线性鲁棒控制理论体系 方法创新 → NR-PSS的RTDS大扰动闭环系统测试方法 技术创新→ NR-PSS工业装置 已申请发明 专利并受理

大型同步发电机组NR-PSS鉴定意见 2007年底，中国电机工程学会鉴定专家委员会认为：“大型同步发电机组NR-PSS（非线性鲁棒电力系统稳定器）”项目成果具有开拓性和原创性，体现了“产、学、研”相结合的优势，达到国际领先水平。NR-PSS在我国电力系统中具有广泛的应用前景，对提高我国交流远距离输电系统的传输能力有重要作用。

获奖情况 2007年获东北电网公司科技进步特等奖 2008年获国家电网公司科技进步一等奖 2008年国家自然科学二等奖“电力大系统非线性控制学”项目的重要工程实践内容

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