臨河發(fā)電廠勵磁系統(tǒng)PSS參數(shù)整定試驗研究

(中電投寧夏能源鋁業(yè)臨河發(fā)電有限公司，寧夏 銀川 750411)

1 引言

作為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要課題之一的低頻振蕩，會引起聯(lián)絡(luò)線過流跳閘或系統(tǒng)與系統(tǒng)或機(jī)組與系統(tǒng)之間的失步解列，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

電力系統(tǒng)低頻振蕩在國內(nèi)外均有發(fā)生，通常出現(xiàn)在遠(yuǎn)距離、重負(fù)荷輸電線路上，或者互聯(lián)系統(tǒng)的弱聯(lián)絡(luò)線上，在采用響應(yīng)快速、高放大倍數(shù)勵磁系統(tǒng)條件下更容易出現(xiàn)。

隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，快速勵磁調(diào)節(jié)器的時間常數(shù)大為減少，這有效地改善了電壓調(diào)節(jié)特性，提高了系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平。但由于自動勵磁調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的附加阻尼為負(fù)值，抵消了系統(tǒng)本身所固有的正阻尼，使系統(tǒng)的總阻尼減少或成為負(fù)值，一致系統(tǒng)在擾動作用后的功率振蕩長久不能平息，甚至導(dǎo)致自發(fā)的低頻振蕩(其振蕩頻率為0.2～2Hz)。

發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)對電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性都有顯著影響，尤其配置PSS后對電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性將產(chǎn)生明顯的作用[1]。

2 PSS原理及其作用簡析

為了既能利用高放大倍數(shù)的勵磁調(diào)節(jié)器又能避免其負(fù)阻尼效應(yīng)，人們對傳統(tǒng)勵磁系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。對一個可能引起負(fù)阻尼的勵磁調(diào)節(jié)器，向其中注入某些附加控制信號，使之可以提供正的阻尼，平息振蕩。PSS作為一種附加勵磁控制環(huán)節(jié)，即在勵磁電壓調(diào)節(jié)器中，通過引入附加信號，產(chǎn)生一個正阻尼轉(zhuǎn)矩，去克服勵磁調(diào)節(jié)器引起的負(fù)阻尼，控制量可以采用電功率偏差Δp、機(jī)端電壓頻率偏差Δf、過剩功率Δpm、和發(fā)電機(jī)軸速度偏差Δω以及它們的組合等。它不僅可以補(bǔ)償勵磁調(diào)節(jié)器的負(fù)阻尼，而且可以增加正阻尼，使發(fā)電機(jī)有效提高遏制系統(tǒng)低頻振蕩能力。

盡管PSS已是成熟的普遍技術(shù)，但它仍是消除互聯(lián)電網(wǎng)負(fù)阻尼低頻振蕩最經(jīng)濟(jì)有效的方法。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較小、互聯(lián)程度較低時，系統(tǒng)振蕩不明顯，PSS整定不為人們所關(guān)注。但在當(dāng)今大電網(wǎng)互聯(lián)迅速發(fā)展的情況下，PSS的作用已經(jīng)引起人們的高度重視。1994年我國南方聯(lián)營電網(wǎng)發(fā)生的系統(tǒng)振蕩事故是典型的一例，事后分析表明，若在此系統(tǒng)的主力機(jī)組上加裝PSS，可以有效地阻尼振蕩，防止有嚴(yán)重后果的動態(tài)穩(wěn)定破壞事故的發(fā)生。

早期的PSS由分立元件構(gòu)成，在微機(jī)式勵磁調(diào)節(jié)器中PSS由軟件構(gòu)成[2]，我廠1#和2#機(jī)組(350MW)機(jī)組勵磁調(diào)節(jié)器均采用南京南瑞集團(tuán)公司提供的數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器， PSS完全由軟件構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)見圖1所示。

圖1 PSS2A模型

2 PSS參數(shù)整定試驗研究

2.1 勵磁系統(tǒng)在線無補(bǔ)償頻率特性的測量

勵磁系統(tǒng)無補(bǔ)償頻率特性是指PSS輸出信號產(chǎn)生的發(fā)電機(jī)附加轉(zhuǎn)矩對于PSS輸出信號的相頻特性，也稱勵磁系統(tǒng)滯后特性。因勵磁控制系統(tǒng)滯后特性的存在，加到勵磁調(diào)節(jié)器的附加信號經(jīng)勵磁系統(tǒng)滯后才能產(chǎn)生附加力矩，因此，測量勵磁系統(tǒng)滯后特性實際上是測量附加力矩對PSS迭加點的滯后角度[3]。

實驗時，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運行,記錄有功、無功、機(jī)端電壓值，PSS不投入，用頻譜儀或動態(tài)信號分析儀，將噪音信號加入到調(diào)節(jié)器的相加點上，測量勵磁系統(tǒng)的相頻特性，所測得的勵磁系統(tǒng)在線無補(bǔ)償相頻特性以及整定參數(shù)，分別見表1、表2所示。

表1 勵磁系統(tǒng)相頻特性

表2 pss模型參數(shù)設(shè)置

2.2 階躍響應(yīng)

先進(jìn)行PSS不投入時2%額定電壓上階躍響應(yīng)試驗，通過調(diào)節(jié)勵磁調(diào)節(jié)器的輸出，在發(fā)電機(jī)機(jī)端產(chǎn)生2%的上階躍量，錄取發(fā)電機(jī)機(jī)端有功功率、機(jī)端電壓、無功功率、勵磁電壓波形，見圖2所示。

由圖2可見，在PSS未投入運行的條件下，做機(jī)端電壓±2%階躍響應(yīng)試驗，在上階躍時有功功率產(chǎn)生振蕩，振蕩頻率約為1.5Hz。在下階躍時有功功率也產(chǎn)生振蕩，振蕩頻率為1.5Hz。

通過自動勵磁調(diào)節(jié)器(AVR)控制屏幕，調(diào)整PSS增益Ks1=0.5，投入PSS，重做±2%階躍試驗。通過調(diào)節(jié)勵磁調(diào)節(jié)器的輸出，在發(fā)電機(jī)機(jī)端產(chǎn)生2%的階躍量，錄取發(fā)電機(jī)機(jī)端有功功率、機(jī)端電壓、無功功率、勵磁電壓波形，見圖3所示。

2.3 階躍響應(yīng)

先進(jìn)行PSS不投入時2%額定電壓上階躍響應(yīng)試驗，通過調(diào)節(jié)勵磁調(diào)節(jié)器的輸出，在發(fā)電機(jī)機(jī)端產(chǎn)生2%的上階躍量，錄取發(fā)電機(jī)機(jī)端有功功率、機(jī)端電壓、無功功率、勵磁電壓波形，見圖2所示。

圖2 PSS功能不投入時2%額定電壓上階躍試驗

由圖2可見，在PSS未投入運行的條件下，做機(jī)端電壓±2%階躍響應(yīng)試驗，在上階躍時有功功率產(chǎn)生振蕩，振蕩頻率約為1.5Hz。在下階躍時有功功率也產(chǎn)生振蕩，振蕩頻率為1.5Hz。

通過自動勵磁調(diào)節(jié)器(AVR)控制屏幕，調(diào)整PSS增益Ks1=0.5，投入PSS，重做±2%階躍試驗。通過調(diào)節(jié)勵磁調(diào)節(jié)器的輸出，在發(fā)電機(jī)機(jī)端產(chǎn)生2%的階躍量，錄取發(fā)電機(jī)機(jī)端有功功率、機(jī)端電壓、無功功率、勵磁電壓波形，見圖3所示。

圖3 PSS投入時(Ks1=0.5)時2%額定電壓上階躍試驗

由錄波圖3可見，PSS起到了抑制功率振蕩的作用，無論是上階躍還是下階躍時，只產(chǎn)生一擺振蕩，振蕩頻率為1.5Hz。

相同工況下，通過AVR控制屏幕調(diào)整Ks1分別為1、2和3繼續(xù)做2%階躍試驗，錄取發(fā)電機(jī)機(jī)端有功功率、機(jī)端電壓、無功功率、勵磁電壓波形，見圖4～6所示，比較PSS的增益不同時阻尼功率振蕩的能力，以找出較合理的PSS增益值。

圖4 PSS投入時(Ks1=1.0)時2%額定電壓上階躍試驗

由錄波圖2～6可見，PSS阻尼功率振蕩能力隨Ks1的增大而逐步增強(qiáng)，無論是上階躍還是下階躍時，只產(chǎn)生一擺振蕩，振蕩頻率為1.5Hz。

2.3 PSS增益整定

通過以上Ks1取不同值時的階躍響應(yīng)結(jié)果可知，PSS阻尼功率振蕩能力隨Ks1的增大而逐步增強(qiáng)，但是增益過大同樣會產(chǎn)生不穩(wěn)定危害，從圖4～6結(jié)果，認(rèn)為取Ks1=2.3比較合適。

2.4 PSS反調(diào)試驗

對于采用發(fā)電機(jī)電功率信號的PSS，主要的副作用是無功反調(diào)，當(dāng)通過減小原動機(jī)的輸入功率來減少發(fā)電機(jī)的出力時，若調(diào)整速度較快，發(fā)電機(jī)的無功輸出會突然大幅度增加，幾秒后又恢復(fù)到原來無功水平。如果增加了有功，則無功會會瞬間大幅度減少，幾秒鐘后恢復(fù)到原來水平，無功反調(diào)現(xiàn)象嚴(yán)重時將對系統(tǒng)運行帶來不利影響[5]。

試驗時，PSS投入運行，按正常運行增減負(fù)荷速度改變有功功率，觀察調(diào)節(jié)器輸出電壓和電流，不出現(xiàn)隨有功功率變化而大幅度擺動現(xiàn)象。

圖5 PSS投入時(Ks1=2.0)時2%額定電壓上階躍試驗

圖6 有PSS(Ks1=3.0)時的2%電壓階躍響應(yīng)錄波圖

3 結(jié)論

本次實驗出于安全性考慮，并未作大干擾的系統(tǒng)試驗，只做了小干擾的機(jī)組試驗，但是通過實驗結(jié)果和錄波圖可看出，所整定的PSS參數(shù)，在增加系統(tǒng)阻尼、抑制發(fā)電機(jī)有功率振蕩和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性方面有明顯的效果。

[1]余耀南.動態(tài)電力系統(tǒng)[M].水力電力出版社,1985:3.

[2]朱振青.勵磁控制與電力系統(tǒng)穩(wěn)定[M].中國電力出版社，1997:10.

[3]楊勁松，肖友強(qiáng).Pss參數(shù)設(shè)計的兩種新方法[J].云南電力技術(shù)，2006,6:244-247.

[4]雷傳友，馮喆，等.二灘水電站勵磁系統(tǒng)屬性模型參數(shù)測試及pss參數(shù)的整定[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005,29(6):49-51.

[5]倪以信.動態(tài)電力系統(tǒng)的理論和分析[M]，清華大學(xué)出版社，2002:5.