柔性勵磁系統無功阻尼控制器參數整定方法及現場應用

張建承 張甜甜 熊鴻韜 韓 兵 蘇成豐

柔性勵磁系統無功阻尼控制器參數整定方法及現場應用

張建承1張甜甜2熊鴻韜1韓 兵3蘇成豐4

（1. 國網浙江省電力有限公司電力科學研究院 杭州 310014 2. 強電磁工程與新技術國家重點實驗室（華中科技大學） 武漢 430074 3. 南京南瑞繼保電氣有限公司 南京 211102 4. 溫州百丈漈水力發電廠 溫州 325300）

該文提出基于模型實測校核的柔性勵磁系統無功阻尼控制器參數整定方法。通過線性化方法構建包含柔性勵磁系統的Philips-Heffron模型，得到發電機電力系統穩定器（PSS）控制通道和無功阻尼控制通道的復轉矩數學模型，開展影響控制器參數整定因素的量化分析。通過實測PSS控制通道的無補償相頻特性對復轉矩模型進行校核，在校核模型的基礎上，依據阻尼轉矩相位校正要求對無功阻尼控制器的超前滯后等控制參數進行整定?，F場應用結果表明，整定后的無功阻尼控制器顯著提升了發電機對有功振蕩的阻尼抑制效果，驗證了柔性勵磁系統無功阻尼控制技術的有效性，為進一步發揮柔性勵磁系統雙通道控制優勢應對新型電力系統寬頻振蕩問題奠定良好的基礎。

柔性勵磁系統 無功阻尼控制器 復轉矩模型 參數整定方法 現場應用

0 引言

勵磁系統是一種向同步發電機提供勵磁電流的裝置，它能通過控制相對較小的轉子勵磁能量實現對發電機及其所在大系統的穩定控制，包括電壓穩定控制和低頻振蕩抑制，被譽為“電力系統穩定運行的靈魂”[1]。目前，主要通過電力系統穩定器（Power System Stability, PSS）——一種在轉子勵磁系統中施加的附加控制功能實現對低頻振蕩的抑制。PSS能大幅提升電力系統的小干擾穩定性，對電力系統的安全穩定運行至關重要。但隨著現代電力系統的發展，系統振蕩向多源化、多頻段耦合方向發展[2-3]，對振蕩抑制技術提出了更高的要求。

在大受端電網中，由于開機規模減小等原因，區域電網阻尼削弱，在此背景下系統擾動易激發調速器負阻尼，進而在區域電網引發持續低頻振蕩[2]。在水電富集地區，水輪機調速系統在一定條件下呈現明顯的超低頻段負阻尼特性，引發電網超低頻振蕩問題[4-7]。電力系統電力電子化的發展，使得因電力電子裝置控制參數與電網參數不匹配引發的低頻振蕩問題日益突出，如高鐵牽引供電網中多次發生的車網耦合低頻振蕩等[8]。隨著大規模新能源并網運行，同步電源占比不斷減小，電網強度下降，進一步增加了新型電力系統發生低頻振蕩的風險[9-10]。此外，新能源場站、柔性直流輸電和靜止無功發生器等電力電子設備應用的增加還帶來了次同步/超同步諧振等寬頻振蕩問題[11-15]。

面對低頻振蕩多源化、寬頻化的挑戰，目前已提出的應對措施包括多頻段電力系統穩定器（Power System Stabilizer, PSS4B）、改進型電力系統穩定器（PSS-NEW-B）和基于柔性勵磁系統的雙通道阻尼控制器[16-19]。PSS4B提供了低、中、高三個頻段的阻尼輸出通道，解決了PSS2B低頻段抑制能力不足的問題，但工程應用中存在控制器參數現場整定難，經典參數不具備普遍適用性等問題[16]。PSS-NEW-B在PSS2B雙信號單通道的基礎上，通過優化信號處理環節，增加低頻段的阻尼增益，有效提升對低頻段的抑制效果[17-18]。但無論是PSS4B還是PSS-NEW-B均為通過轉子勵磁的單通道來抑制振蕩，受限于單控制通道阻尼守恒原理，難以較好地兼顧對超低頻振蕩和高頻段振蕩的抑制效果。

柔性勵磁系統是一種基于IGBT的新型勵磁系統，能拓展現有的勵磁控制通道，在轉子勵磁控制的基礎上新增定子側無功控制通道，可實現定轉子雙通道阻尼控制，豐富同步機組抑制低頻振蕩的手段[19]。文獻[20]和文獻[21]分別通過在無功阻尼控制通道應用帶通濾波器和采用PSS-NEW-B信號處理環節，利用雙通道差異化協調配置雙阻尼控制器參數，實現了對低頻振蕩全頻段阻尼的整體提升。但上述針對柔性勵磁系統雙通道阻尼控制的研究尚處于實驗室研究階段，特別是無功阻尼控制通道的有效性及其控制特性尚未得到實際工程的驗證。因此，本文基于柔性勵磁系統百丈漈電廠示范工程開展了柔性勵磁系統無功阻尼控制器（Reactive Power Damping Controller, RPDC）的參數整定方法及現場試驗研究，提出基于模型實測校核的參數整定方法，首次在實際機組中實現無功阻尼控制的功率振蕩抑制效果，驗證了無功阻尼控制策略及參數整定方法的有效性。

1 柔性勵磁系統控制原理

柔性勵磁系統功率部分由采用IGBT全控器件的前級電壓源型換流器和后級直流斬波器構成，前后級之間通過中間直流電容連接，電壓源型換流器的交流側通過勵磁變連接至發電機機端出口，直流斬波器輸出通過發電機碳刷集電環與轉子繞組相連，整體形成了自并勵勵磁結構，其拓撲如圖1所示。

圖1 柔性勵磁系統拓撲

柔性勵磁系統的前級電壓源換流器采用交直軸解耦控制實現對有功功率和無功功率的解耦控制[21]。其中，為了穩定控制柔性勵磁系統的中間直流電壓，建立了基于有功電流控制分量構成的中間直流電壓控制外環，如圖2a所示。在中間直流電壓穩定控制的基礎上，后級直流斬波器通過斬波控制實現對勵磁電壓的快速控制，并通過自動電壓調節器（Automatic Voltage Regulator, AVR）實現對發電機機端電壓的閉環控制，如圖2b所示。此外，在前級有功電流控制回路中還引入了以直流斬波器控制占空比為前饋信號的前饋控制回路，以提高系統的響應特性。

圖2 柔性勵磁系統控制框圖

無功阻尼控制器則由基于電壓源型換流器的無功電流控制回路構建，如圖2a所示，通過控制柔性勵磁系統的無功功率，向發電機定子側注入無功來抑制功率振蕩。工程應用中，無功阻尼控制模型采用勵磁領域廣泛成熟應用的PSS2B模型，如圖3所示。該模型將有功變化量和轉速變化量的雙信號處理合成為加速功率信號，經陷波器過濾軸系扭振和噪聲信號后與電磁功率通道合成為能抑制反調和原動機功率波動的發電機功率信號，最后經超前滯后環節對相位進行校正后，輸出為控制信號。不同之處在于，常規PSS的控制目標是發電機轉子側的勵磁電壓，而無功阻尼控制的目標是勵磁系統向發電

圖3 無功阻尼控制器模型框圖

機定子側注入的無功功率。由于針對不同的控制目標和控制通道，因此需要建立柔性勵磁系統各阻尼控制通道的數學模型，分析無功阻尼控制器的作用機理及影響阻尼特性的關鍵因素，為無功阻尼控制器的參數整定奠定基礎。

2 無功阻尼控制通道數學模型

以安裝有柔性勵磁系統的單機無窮大系統為研究對象，包含柔性勵磁系統交流側無功功率注入的發電機系統線性化數學模型如式（1）所示，模型推導及參數定義參見文獻[20-21]。

基于柔性勵磁系統線性化數學模型，可得其電磁轉矩方程為

式中，Δe1為AVR和機組本身提供的電磁轉矩；ΔPSS為通過PSS控制提供的電磁轉矩；ΔQ為通過無功阻尼控制器控制提供的電磁轉矩。

式（2）中，各部分轉矩的表達式為

式中，A為勵磁系統動態增益；56和Q3為系統模型在初始穩定運行點處的線性化系數，具體表達式為

其中

基于上述柔性勵磁系統數學模型分析，得到包含柔性勵磁系統交流側無功功率注入的改進型Philips-Heffron模型如圖4所示。圖4中，Δm、Δe和Δe分別為機械轉矩偏差、電磁轉矩偏差和有功功率偏差。由圖4可知，柔性勵磁系統無功阻尼控制器通過三個作用通道調節系統電磁轉矩，從而經

圖4 包含無功阻尼控制器的Philips-Heffron模型

過控制作用提升電力系統的阻尼轉矩：①注入無功影響系統運行狀態，產生與系數Q1相關的作用通道，其直接向電力系統提供電磁轉矩；②系統運行工況變化影響定子磁鏈，進一步影響勵磁繞組，產生與Q2相關的作用通道；③系統電氣量變化作為勵磁調節器的輸入信號控制勵磁繞組，產生與Q3相關的作用通道。

進一步量化分析影響無功阻尼通道和PSS通道的無補償特性的因素，取三類參數變量，包括機組運行工況、發電機系統參數和勵磁控制參數。

（1）運行工況的影響分析

機組出力水平、功率因數和機端電壓對無功阻尼和PSS通道的影響對比如附圖1～附圖3所示。從相頻特性來看，機組運行工況對PSS通道的影響較小，但對無功阻尼通道影響較大，且頻率越高相位差別越大，最大可達30°左右。

（2）發電機系統參數的影響分析

系統等值阻抗、直軸同步電抗、交軸同步電抗、直軸暫態電抗和勵磁繞組時間常數對無功阻尼和PSS通道的影響對比如附圖4～附圖8所示。其中，直軸同步電抗、勵磁繞組時間常數對無功阻尼和PSS通道的無補償特性影響較小，交軸同步電抗和直軸暫態電抗僅對無功阻尼通道的相頻特性有較大影響，而系統等值阻抗對無功阻尼和PSS通道的相頻特性均有明顯的影響?？紤]交軸同步電抗和直軸暫態電抗的取值存在20%誤差，對無功阻尼通道的相頻特性的影響最大也達到30°左右。

（3）勵磁控制參數的影響分析

勵磁系統動態增益對無功阻尼和PSS通道的相頻特性均有一定的影響，勵磁動態增益對阻尼通道特性的影響分析如附圖9所示。其中對PSS通道主要影響低頻段的相位，對無功阻尼通道則主要影響中高頻段的相位，最大影響均在10°左右。

3 基于模型實測校核的參數整定方法

基于前文的柔性勵磁系統數學模型及影響無功阻尼通道無補償相頻特性的量化分析，在現場應用中，無功阻尼控制器的參數整定試驗分為三個步驟，無功阻尼通道校核建模、無功阻尼控制器參數整定以及阻尼控制能力驗證試驗，如圖5所示。

3.1 校核建模

由第2節對不同阻尼通道無補償相頻特性的量化分析可知，無功阻尼通道的轉矩特性相較PSS通道更易受到機組運行工況、發電機系統參數及勵磁控制參數的影響。因此在開展無功阻尼控制器參數整時，應通過合理選取機組運行工況、準確辨識發電機并網系統關鍵參數，以提高參數整定的有效性。其中，在機組運行工況方面，有功出力建議取80%，無功出力取0，機端電壓取實際均值，以獲取相對平均的相頻特性保證參數整定后的魯棒性。在發電機系統參數方面，系統等值阻抗、交軸同步電抗、直軸暫態電抗以及勵磁系統動態增益應通過實測模型校核，以盡量減小參數誤差造成的無補償相頻特性偏移。最后通過實測PSS無補償相頻特性對模型的電氣參變量進行總的校核。

圖5 參數整定試驗流程

經辨識校核的柔性勵磁系統示范工程試驗機組參數見表1。根據式（3）建立PSS無補償相頻特性模型，得到理論PSS無補償相頻特性曲線，并與通過實測獲得的實際PSS無補償相頻特性曲線進行比較，如圖6所示，實測與理論相頻特性基本一致，僅在本機振蕩點附近有差異，造成上述差異的原因是實測采用機端電壓作為反饋量，測量相位相對理論模型在本機振蕩點更滯后[22-23]。因此判定模型校核通過，基于式（3）即可建立無功阻尼通道無補償特性模型。

表1 柔性勵磁系統試驗機組參數

Tab.1 The parameters of testing generator

圖6 無補償相頻特性模型校核

3.2 參數整定

基于3.1節獲得的無補償相頻特性，整定無功阻尼控制器超前滯后環節參數。由圖6可知經過180°相位校正的無功阻尼通道無補償相頻特性與PSS無補償特性相似，因此通過將無功阻尼控制器的增益環節QS1增加負號（如圖3所示），實現180°相位校正，便于簡化超前滯后環節的參數整定。

在已知無補償相頻特性的情況下，無功阻尼控制器與常規PSS參數整定方法相同，可參照標準DL/T 1231《電力系統穩定器整定試驗導則》對各個部分參數進行整定，其中超前滯后環節整定的主要目標為：將無功阻尼控制通道的阻尼轉矩相位補償至90°附近，即小干擾轉矩相量落在Δ軸附近，以向系統提供盡可能大的阻尼轉矩。由圖4可知，無功阻尼控制器的傳遞函數可表示為

結合式（3）可知，當以Δ軸為參考相量時，柔性勵磁系統無功阻尼控制器參數整定的目標函數為

式中，f為需要分析的頻率；為分析的頻率點數。

具體約束要求為：在0.1～3Hz范圍內，將阻尼轉矩相位補償至70°～135°之間，因此可得約束條件為

綜合整定得到的無功阻尼控制器參數見表2?？傮w相位校正效果如圖7所示，以本次現場試驗重點校核的本機振蕩頻率點2.1Hz為例，該頻率點無補償相位為73.5°，校正后相位調整至90°附近，因此無功阻尼控制器能提供更大的阻尼轉矩以及更好的魯棒性，如圖8所示。圖8中，ΔR0和ΔRc分別為無功通道經無功阻尼控制器補償前后的轉矩。

表2 無功阻尼控制器整定后參數

Tab.2 The setting parameters of RPDC

圖7 無功阻尼通道相位補償

圖8 本機振蕩頻率點復轉矩相位校正

4 現場測試及仿真驗證

4.1 現場測試驗證

在現場試驗中，開展不投入和投入無功阻尼控制器試驗，通過負載階躍試驗驗證無功阻尼控制的阻尼控制效果。圖9a為不投入無功阻尼控制器時的試驗結果，反映了機組的自然阻尼性能。由圖可知，發電機系統的本機振蕩頻率為2.14Hz，振蕩次數為4次左右，有功振蕩衰減阻尼比為0.12。圖9b為投入無功阻尼控制器時的試驗結果，圖示結果表明有功振蕩次數減少至1.5次左右，阻尼比提升效果明顯，達到0.22，且振蕩頻率基本保持不變，表明無功阻尼控制器提供的轉矩相量在Δ軸附近，未對同步轉矩產生明顯影響，佐證了參數整定的正確性。

圖9 無功阻尼控制器現場試驗錄波

現場通過對比單獨投入PSS和同時投入PSS、RPDC，進一步驗證RPDC和PSS的共同作用，如圖10所示。由圖10結果可知，僅投入PSS時有功衰減阻尼比為0.19，同時投入RPDC和PSS時，阻尼比提升至0.25，證明RPDC和PSS能同時發揮作用，提供更強的功率振蕩抑制能力。不同工況阻尼比測試結果見表3。

圖10 無功阻尼控制與PSS配合現場試驗錄波

表3 不同工況阻尼比測試結果

Tab.3 Testing results of damping ratios in different conditions

4.2 仿真驗證

由于現場僅能校驗本機振蕩頻率點附近的阻尼效果，因此，本文通過在Simulink中建立如圖11所示的包含柔性勵磁系統的單機無窮大模型校驗柔性勵磁系統在其他低頻振蕩頻段的阻尼提升能力。仿真中，通過改變發電機轉動慣量激發不同大小的系統振蕩頻率，等效校驗不同振蕩頻率下柔性勵磁系統的阻尼控制能力。在0.6～2.5Hz下有功振蕩抑制效果的仿真計算結果見表4。仿真結果表明所整定的控制器能有效提升系統低頻振蕩全頻段的阻尼水平。此外，通過進一步應用帶通濾波器或采用PSS-NEW-B信號處理方式還可針對性提升超低頻段的阻尼水平[20-21]，限于篇幅本文不再重復驗證。

圖11 柔性勵磁系統仿真主回路原理

表4 不同頻段阻尼效果仿真計算結果

Tab.4 The simulation results of damping ratio improved in different frequencies

5 結論

柔性勵磁系統采用IGBT解耦拓撲，突破了常規勵磁技術控制維度單一的限制，在快速控制勵磁電壓的基礎上，還能通過勵磁變壓器向發電機注入交流無功，為實現無功阻尼控制提供了硬件基礎。本文通過理論分析揭示了柔性勵磁系統無功阻尼控制的作用機理及其通道特性，相對常規PSS控制其更易受到機組運行工況、發電機系統參數及勵磁控制參數變化的影響，需要準確獲取無功通道模型才能實現阻尼控制參數的魯棒性整定。為此，本文提出了模型實測校核的無功阻尼控制器參數整定方法，通過模型實測校核建立無功阻尼通道的復轉矩模型，獲取相應的無補償相頻特性，在此基礎上開展無功阻尼控制器的參數整定。現場試驗結果驗證了本文所提方法的有效性，同時也是首次通過工程應用實證了無功阻尼控制理論的有效性，實現了理論研究向工程應用的重要突破，為進一步發揮柔性勵磁系統雙通道控制優勢，解決系統振蕩的復雜化、寬頻化問題打下堅實的基礎。

附圖1 有功出力對阻尼通道特性的影響分析

App.Fig.1 Influence analysis of active power output on damping torque characteristics

附圖2 功率因數對阻尼通道特性的影響分析

App.Fig.2 Influence analysis of power factor on damping torque characteristics

附圖3 機端電壓對阻尼通道特性的影響分析

App.Fig.3 Influence analysis of generator voltage on damping torque characteristics

附圖4 等值阻抗對阻尼通道特性的影響分析

App.Fig.4 Influence analysis of system impedance on damping torque characteristics

附圖5 直軸電抗對阻尼通道特性的影響分析

App.Fig.5 Influence analysis of d-axis reactance on damping torque characteristics

附圖6 交軸電抗對阻尼通道特性的影響分析

App.Fig.6 Influence analysis of q-axis reactance on damping torque characteristics

附圖7 直軸暫態電抗對阻尼通道特性的影響分析

App.Fig.7 Influence analysis of d-axis transient reactance on damping torque characteristics

附圖8 轉子時間常數對阻尼通道特性的影響分析

App.Fig.8 Influence analysis of rotor time constant on damping torque characteristics

附圖9 勵磁動態增益對阻尼通道特性的影響分析

App.Fig.9 Influence analysis of excitation dynamic gain on damping torque characteristics

[1] 劉取. 電力系統穩定性及發電機勵磁控制[M]. 北京: 中國電力出版社, 2007.

[2] 張寶, 丁陽俊, 顧正皓, 等. 基于抑制電力系統低頻振蕩的火電機組控制方式優化[J]. 中國電力, 2020, 53(2): 137-141, 149.

Zhang Bao, Ding Yangjun, Gu Zhenghao, et al. Optimization on the control mode of thermal power unit to suppress low frequency oscillation of power system[J]. Electric Power, 2020, 53(2): 137-141, 149.

[3] 杜夏冰, 郭春義, 趙成勇, 等. 水電機組經高壓直流外送系統建模及多頻段振蕩模態分析[J]. 電力系統自動化, 2022, 46(4): 75-83.

Du Xiabing, Guo Chunyi, Zhao Chengyong, et al. Modeling and multi-frequency oscillation mode analysis of hydropower unit integration through HVDC system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2022, 46(4): 75-83.

[4] 劉春曉, 張俊峰, 陳亦平, 等. 異步聯網方式下云南電網超低頻振蕩的機理分析與仿真[J]. 南方電網技術, 2016, 10(7): 29-34.

Liu Chunxiao, Zhang Junfeng, Chen Yiping, et al. Mechanism analysis and simulation on ultra-low frequency oscillation of Yunnan power grid in asynchronous interconnection mode[J]. Southern Power System Technology, 2016, 10(7): 29-34.

[5] 岳雷, 薛安成, 李志強, 等. 水輪發電機調速系統對超低頻振蕩的影響及模型適用性分析[J]. 中國電機工程學報, 2019, 39(1): 227-235.

Yue Lei, Xue Ancheng, Li Zhiqiang, et al. Effects on extra-low frequency oscillation caused by hydro generator governor system and model suitability analysis[J]. Proceedings of the CSEE, 2019, 39(1): 227-235.

[6] 易建波, 張國洲, 張鵬, 等. 超低頻振蕩阻尼控制中的水輪機調速系統參數雙層優化策略[J]. 電工技術學報, 2022, 37(5): 1219-1228.

Yi Jianbo, Zhang Guozhou, Zhang Peng, et al. Two-layer optimization strategy of hydraulic turbine governing system parameters in ultra-low frequency oscillation damping control[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2022, 37(5): 1219-1228.

[7] 薛安成，王嘉偉. 基于非光滑分岔的單機水電系統超低頻頻率振蕩機理分析[J]. 電工技術學報, 2020, 35(7): 1489-1497.

Xue Ancheng, Wang Jiawei. Mechanism analysis of ultra-low frequency oscillation of single hydropower system based on non-smooth bifurcation[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(7): 1489-1497.

[8] 張桂南, 劉志剛, 向川, 等. 高鐵車網耦合系統電壓低頻振蕩現象機理研究[J]. 電網技術, 2015, 39(7): 1956-1962.

Zhang Guinan, Liu Zhigang, Xiang Chuan, et al. Mechanism on voltage low frequency oscillation of high-speed railway traction network and EMU coupling system[J]. Power System Technology, 2015, 39(7): 1956-1962.

[9] 杜文娟, 畢經天, 王相鋒, 等. 電力系統低頻功率振蕩研究回顧[J]. 南方電網技術, 2016, 10(5): 59-67.

Du Wenjuan, Bi Jingtian, Wang Xiangfeng, et al. Review of studies on low frequency power oscillations of power systems[J]. Southern Power System Technology, 2016, 10(5): 59-67.

[10] 張愛軍, 李丹丹, 張清波, 等. 基于矢量裕度法的風電并網對低頻振蕩模式影響分析[J]. 電力系統自動化, 2021, 45(2): 122-129.

Zhang Aijun, Li Dandan, Zhang Qingbo, et al. Analysis of influence of wind power grid connection on low-frequency oscillation mode based on vector margin method[J]. Automation of Electric Power Systems, 2021, 45(2): 122-129.

[11] 李明節, 于釗, 許濤, 等. 新能源并網系統引發的復雜振蕩問題及其對策研究[J]. 電網技術, 2017, 41(4): 1035-1042.

Li Mingjie, Yu Zhao, Xu Tao, et al. Study of complex oscillation caused by renewable energy integration and its solution[J]. Power System Technology, 2017, 41(4): 1035-1042.

[12] 肖湘寧, 羅超, 廖坤玉. 新能源電力系統次同步振蕩問題研究綜述[J]. 電工技術學報, 2017, 32(6): 85-97.

Xiao Xiangning, Luo Chao, Liao Kunyu. Review of the research on subsynchronous oscillation issues in electric power system with renewable energy sources[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2017, 32(6): 85-97.

[13] 王洋, 杜文娟, 王海風. 風電并網系統次同步振蕩頻率漂移問題[J]. 電工技術學報, 2020, 35(1): 146-157.

Wang Yang, Du Wenjuan, Wang Haifeng. Frequency drift of sub-synchronous oscillation in wind turbine generator integrated power system[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(1): 146-157.

[14] 顏湘武, 常文斐, 崔森, 等. 基于線性自抗擾控制的SVC抑制弱交流風電系統次同步振蕩策略[J]. 電工技術學報, 2021, DOI：10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.210537.

Yan Xiangwu, Chang Wenfei, Cui Sen, et al. sub-synchronous oscillation suppression strategy of weak AC wind power system with SVC based on linear active disturbance rejection control[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.210537.

[15] 高本鋒, 王飛躍, 于弘洋, 等. 應用靜止同步串聯補償器抑制風電次同步振蕩的方法[J]. 電工技術學報, 2020, 35(6): 1346-1356.

Gao Benfeng, Wang Feiyue, Yu Hongyang, et al. The suppression method of wind power sub-synchronous oscillation using static synchronous series compensator[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(6): 1346-1356.

[16] 趙曉偉, 謝歡, 呂思昕, 等. 電力系統穩定器PSS4B的參數整定及現場試驗[J]. 電網技術, 2016, 40(2): 508-513.

Zhao Xiaowei, Xie Huan, Lü Sixin, et al. Parameter setting and on-site test of power system stabilizer-PSS4B[J]. Power System Technology, 2016, 40(2): 508-513.

[17] 吳跨宇, 盧岑岑, 吳龍, 等. 一種新型雙信號電力系統穩定器及其仿真研究[J]. 電網技術, 2016, 40(5): 1462-1468.

Wu Kuayu, Lu Cencen, Wu Long, et al. A new PSS with double-signal input and its simulation research[J]. Power System Technology, 2016, 40(5): 1462-1468.

[18] 沈軼君, 吳跨宇, 韓兵, 等. 新型電力系統穩定器動模試驗研究[J]. 浙江電力, 2018, 37(10): 31-37.

Shen Yijun, Wu Kuayu, Han Bing, et al. Study on dynamic model test for a new type of power system stabilizer[J]. Zhejiang Electric Power, 2018, 37(10): 31-37.

[19] 吳跨宇, 張建承, 吳龍, 等. 基于多電平拓撲技術的新型柔性勵磁系統[J]. 中國電力, 2019, 52(11): 100-106.

Wu Kuayu, Zhang Jiancheng, Wu Long, et al. Novel flexible excitation system based on multilevel topology technology[J]. Electric Power, 2019, 52(11): 100-106.

[20] 吳跨宇, 張甜甜, 張建承, 等. 柔性勵磁系統提升低頻段阻尼的優化設計方法[J]. 電機與控制學報, 2020, 24(9): 105-114.

Wu Kuayu, Zhang Tiantian, Zhang Jiancheng, et al. Optimum design method of flexible excitation system for improving damping of low frequency oscillation[J]. Electric Machines and Control, 2020, 24(9): 105-114.

[21] Zhang Tiantian, Cheng Liping, He Silin, et al. Optimal design method of flexible excitation system for improving power system stability[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 2021, 57(3): 2120-2128.

[22] 吳跨宇, 陳新琪. 運行工況對電力系統穩定器PSS現場參數整定影響的研究[J]. 浙江電力, 2011, 30(3): 1-5.

Wu Kuayu, Chen Xinqi. Research on influence of working conditions on on-site parameter setting for power system stabilizer[J]. Zhejiang Electric Power, 2011, 30(3): 1-5.

[23] 吳龍, 孫祥祥, 施一峰. 發電機無補償相頻特性測量理論與實踐[J]. 浙江電力, 2020, 39(8): 7-12.

Wu Long, Sun Xiangxiang, Shi Yifeng. Theory and practice of uncompensated phase-frequency characteristics measurement of generator[J]. Zhejiang Electric Power, 2020, 39(8): 7-12.

Parameter Setting Method and Field Application of Reactive Power Damping Controller for Flexible Excitation System

Zhang Jiancheng1Zhang Tiantian2Xiong Hongtao1Han Bing3Su Chengfeng4

（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute Hangzhou 310014 China 2. State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074 China 3. NR Electric Co. Ltd Nanjing 211102 China 4. Wenzhou Baizhangji Hydropower Station Wenzhou 325300 China）

Based on the verified complex torque model, the parameter setting method of reactive power damping controller (RPDC) for flexible excitation system is proposed in this paper. The Philips-Heffron model with flexible excitation system is built by the linearized modeling method, and the small perturbation complex torque models of both PSS control channel and RPDC control channel are deduced. Then, the quantitative analysis of different influencing factors are carried out. The complex torque model is verified by the measured uncompensated phase-frequency characteristic of PSS control channel. Based on the verified complex torque model, the lead-lag parameters of RPDC are adjusted to achieve the maximum damping torque. The field test results show that, using the proposed parameter setting method, the local machine frequency power oscillation can be effectively suppressed by the RPDC, which is also the first time to successfully apply RPDC in practice and lays a good foundation to take the advantage of double damping channels of flexible excitation system for suppressing the wider frequency power oscillation in new power system.

Flexible excitation system, reactive power damping controller, complex torque model, parameter setting method, field application

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.211731

TM712

國網浙江省電力有限公司科技項目資助（5211DS19002L）。

2021-10-29

2021-12-11

張建承 男，1988年生，博士，研究方向為新型電力系統勵磁控制與機網協調技術。E-mail：jianchengzz@163.com（通信作者）

張甜甜 女，1995年生，博士研究生，研究方向為發電機勵磁系統與電力系統分析。E-mail：tiantian_z@hust.edu.cn

（編輯 赫蕾）