S t r e s z c z e n i e
Przedstawiono zagadnie wyznaczania optymalnego umiejscowienia (lokalizacji) stabilizatorów systemowych w wielomaszynowych systemach elektroenergetycznych i sposób określania parametrów tych stabilizatorów.
Założono, że optymalne umiejscowienie stabilizatorów systemowych w systemie elektroenergetycznym wyznacza się dla warunków występowania małych zakłóceń, dla których można posłużyć się linearyzacją równań stanu wokół ustalonego punktu pracy. Przy określonej lokalizacji wyznacza się parametry stabilizatorów systemowych wstępnie przy założeniu występowania małych zakłóceń w systemie (jak w odniesieniu do badania optymalnego umiejscowienia). Istotny tu współczynnik wzmocnienia stabilizatora systemowego jest na tym etapie obliczony z najmniejszą dokładnością Następny etap obliczeń dotyczy wyznaczenia współczynników wzmocnienia poprzez minimalizację odchyłek wybranych zmiennych stanu i wynikających z nich wielkości przy założeniu różnych dużych zakłóceń występujących w różnych stanach obciążenia i różnych miejscach systemu elektroenergetycznego, opisywanego w tym przypadku przez układ nieliniowych równań stanu.
W szczególności opracowano następujące zagadnienia:
1. Przedstawiono modele matematyczne elementów składowych zespołów wytwórczych: generatorów synchronicznych, układów wzbudzenia z regulatorami napięcia, stabilizatorów systemowych, turbin wraz z ich układami regulacji. Model matematyczny zespołu wytwórczego wynika z połączenia wymienionych wyżej modeli elementów składowych, a następnie model całego systemu elektroenergetycznego utworzono poprzez połączenie modeli zespołów wytwórczych z modelem zredukowanej sieci elektroenergetycznej. W podobny sposób otrzymano zlinearyzowany model systemu elektroenergetycznego poprzez połączenie wszystkich modeli składowych zlinearyzowanych wokół ustalonego punktu pracy.
2. W m eto d zie znajdow ania optym alnego rozm ieszenia stabilizatorów system ow ych p o słu żo n o się efek ty w n ą m eto d ą analizy m odalnej i te o rią w rażliw ości adaptow aną dla rozbudow anych u kładów regulacji. Przy określeniu optym alnego rozm ieszenia stabilizatorów posłu żo n o się badaniem w rażliw ości elektrom echanicznych w artości w łasnych m acierzy stanu system u n a oddziaływ anie idealnych stabilizatorów system ow ych zastosow anych w kolejnych zespołach w ytw órczych przy w ykorzystaniu ich czynników udziału.
3. W ykorzystano iteracy jn ą m etodę A E SO PS do w yznaczenia elektrom echanicznych w artości w łasnych m acierzy stanu system u i odpow iadających im w ektorów w łasn y ch m acierzy stanu układ u o dużym rozm iarze.
4. W artości stałych czasow ych członów korekcyjnych stabilizatorów system ow ych w yznacza się dla zlinearyzow anego m odelu system u elektroenergetycznego zaw ierającego zespoły w ytw órcze o nieskończenie dużych m om entach bezw ładności m e to d ą o p a rtą na w yodrębnieniu składow ych m om entu elektrom agnetycznego generatora synchronicznego, w śród nich składow ej m o m en tu zw iązanej z działaniem stab ilizato ra system ow ego.
5. W spółczynniki w zm ocnienia, które o k reślają skuteczność działania stabilizatorów system ow ych, w yznacza się p o p rzez m inim alizację odchyłek prędkości kątow ej, m ocy czynnej i napięcia tw o m ik a w ystępujących p rzy dużych krytycznych zakłóceniach, przy w ybranych stanach obciążenia i w w ybranych p unktach system u elektroenergetycznego. P osłużono się w tym celu m in im alizacją w prow adzonego u o gólnionego syntetycznego w ażonego w skaźnika ja k o śc i przebiegów regulacyjnych p rzy dużych zakłóceniach krytycznych w system ie elektroenergetycznym .
6. O b liczen ia p rzeprow adzono dla system u odw zorow ującego K rajow y System E lektroenergetyczny w spółpracujący z system em elektroenergetycznym E uropy Z achodniej U C P T E w szczycie zim ow ym 1995 roku.
O P T IM IS A T IO N O F T H E P O W E R SY ST E M S T A B IL IZ E R S IN A PO W ER SY ST E M
A b s t r a c t
T he m onograph deals w ith the determ ination o f optim al site selection (localization) o f p o w er system stabilizers (PSSs) in a m ultim achine pow er system and w ith m ethods o f PSS p aram eter evaluation.
T here has been assum ed, that the optim al PSS site selection in the p ow er system results from th e analysis perform ed for the case o f sm all disturbances, w hich allow s the linearization o f th e nonlinear state equation set about the steady state operation point. The param eters o f P S S s are determ ined at the given localization assum ing (as in th e optim al site selection task ) sm all disturbances in the system , the PSS gain being hereby evaluated w ith the least accuracy. T he follow ing optim isation concerns the final evaluation o f the P S S gains by an effective m an n er o f m inim ising the state variable deviations and dependent quantities at assum ed vario u s large disturbances in th e p ow er system , in this cases the system being described by n o n lin ear state equation set.
The follow ing them es have been particularly elaborated:
1. P resen tatio n o f th e m athem atical m odels o f the generating unit com ponents:
synchronous generators, excitation system s w ith voltage regulators, PSS, steam or w ater tu rb in e w ith th eir governor system s. The m athem atical m odel o f th e generating un it results from interconnecting o f the m entioned com ponent m odels. Further the m odel o f the w hole pow er system has been created by interconnecting th e m odels o f th e generating units w ith the m odel o f the reduced netw ork. The linearized m odel o f th e p o w er system has been determ ined in a sim ilar w ay by an interconnection o f all th e com ponent m odels linearized about the steady state operating point.
2. F o r optim al site selection o f PSSs in the pow er system there have been applied the effective m odal analysis and the sensitivity theory adapted for extended regulation system . T he sensitivity analysis o f the electrom echanical eigenvalues o f the state m atrix due to th e influence o f ideal PSS introduced in successive generating units has
b een chosen as th e m o st effective m ethod to determ ine th e o ptim al PSS site selection w hen tak in g into account their correspondent participation coefficients.
3. T he iterative A E S O P S m ethod has been applied to evaluate the electrom echanical eigenvalues and corresponding eigenvectors o f the system m atrix (usual o f high d im en sio n ), due to ro to r sw ings effects in the p o w er system .
4. T he tim e constants o f P S S s have been determ ined fo r th e linearized system m odel (w ith infinitive m echanical inertia constants o f th e generating u n its) b y th e m ethod basin g o n the distinguished electrom agnetic torque com ponents o f th e synchronous m ach in e influenced by th e voltage regulator.
5. T he gain s, w h ich determ ine th e effectiveness o f PSS action have b een evaluated by m in im isin g vario u s state variable an d non-state variable deviations ( o f an g u lar speed, active p o w er an d arm ature voltage) o ccuring a t chosen large critical disturbances at th e chosen load rates and in the chosen points o f th e p o w er system . A generalised synthetic w eighted quality factor resulting from th e regulating courses o f deviations at strong critical disturbances in the p o w er system has b een introduced for that reason.
6. T he ex em p lary calculations have been p erform ed fo r th e system representing N atio n al P o w er S ystem in parallel operation w ith th e p o w er system U C P T E o f
W estern E u ro p e at w in ter season p eak load 1995.