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1、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,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,NR-PSS原理及应用,一、电力系统励磁控制发展过程, PID 控制 PSS 控制线性最优控制（Linear Optimal Control） LOPSS非线性最优控制（Nonlinear Optimal Control） NOPSS非线性鲁棒控制（Nonlinear Robust Control） NRPSS,NR-PSS原理及应用,PID,VG,控制信号,5%, GE 40年前推出的PSS,NR-PSS原理
2、及应用,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,非线性最优控制NO-PSS,NR-PSS原理及应用,线性控制局限性的几何简释, 非线性鲁棒控制问题,NR-PSS原理及应用,模型：,NR-PSS,外部干扰,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
3、,内部未建模动态,二、NR-PSS设计原理,反馈线性化线性H控制,算 法,线性H,v*,NR-PSS原理及应用,张弛系数矩阵,多机系统模型考虑瞬态凸极效应,NR-PSS原理及应用,NR-PSS原理及应用, 非线性鲁棒控制设计得出的NRPSS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与AVR的配合,并联接入方式,NR-PSS原理及应用,NR-PSS原理及应用,最终的励磁控制规律其中：,NR-PSS工业装置,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
4、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）,NR-PSS的原理及应用,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 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
5、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.,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,NR-PSS的原理及应用,五、NR-PSS的RTDS大扰动实验,2. 实验内容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
6、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,NR-PSS的原理及应用,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: 370MWNR-PSS: 500MWNR-PSS
7、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,NR-PSS的原理及应用,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,理论创新电力系统非线性鲁棒
8、控制理论体系方法创新 NR-PSS控制策略的工程实用化算法 NR-PSS参数的频域整定法 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,NR-PSS的原理及应用,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。,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,获奖情况,谢谢!,