直崗拉卡電廠3號機組PSS試驗分析

蘇翠紅

（青海大唐國際直崗拉卡水電開發(fā)有限公司，青海 尖扎 811999）

直崗拉卡電廠3號機組PSS試驗分析

蘇翠紅

（青海大唐國際直崗拉卡水電開發(fā)有限公司，青海 尖扎 811999）

摘要：通過對青海大唐國際直崗拉卡水電開發(fā)有限公司3號機組PSS試驗?zāi)康?、過程和結(jié)論的描述，詳細(xì)介紹了PSS試驗方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：勵磁系統(tǒng)；PSS；試驗

1概述

全國聯(lián)網(wǎng)的要求和聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定計算表明，聯(lián)網(wǎng)后，系統(tǒng)中存在0.2Hz左右的低頻振蕩，因此，為保證電網(wǎng)的安全，西北電網(wǎng)主要發(fā)電廠的勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)投入電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）。這些電力系統(tǒng)穩(wěn)定器除能抑制本機型低頻振蕩外，還應(yīng)能有效地抑制區(qū)域型低頻振蕩，即PSS對于在0.l～2.0Hz之內(nèi)的振蕩都有抑制作用。

直崗拉卡水電站3號機為天津阿爾斯通水電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的38MW燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，勵磁方式采用自并勵勵磁系統(tǒng)。勵磁調(diào)節(jié)器采用廣東電器科學(xué)研究院生產(chǎn)的EXC9000型微機雙通道勵磁調(diào)節(jié)器。

按照青海省電網(wǎng)調(diào)度中心和電廠的安排，于2013年4月對直崗拉卡水電站3號機進(jìn)行了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）試驗。試驗由中國電力科學(xué)研究院、青海電研科技有限責(zé)任公司、直崗拉卡水電站和中國電器科學(xué)研究院共同完成。

本次試驗的目的是：通過現(xiàn)場試驗，確定3號發(fā)電機PSS參數(shù)，檢驗PSS的性能，使直崗拉卡水電站3號發(fā)電機PSS具備正常投運條件。

2PID和PSS模型

直崗拉卡水電站3號機勵磁調(diào)節(jié)器為中國電器科學(xué)研究院生產(chǎn)的EXC9000型微機勵磁調(diào)節(jié)器。

根據(jù)勵磁調(diào)節(jié)器廠家提供的控制原理和邏輯:該勵磁調(diào)節(jié)器為雙通道勵磁調(diào)節(jié)器，勵磁調(diào)節(jié)器控制方式采用的是并聯(lián)型PID+PSS控制，采用余弦移相原理。PSS采用PSS—2A模型，具有加速功率輸入信號。其數(shù)學(xué)模型框圖如圖1、2。

圖2青海大唐直崗拉卡水電站3號機勵磁系統(tǒng)PSS模型框圖

3發(fā)電機基本參數(shù)

生產(chǎn)廠家：天津阿爾斯通水電設(shè)備有限公司

型號：SFWG38-60/6630

額定視在功率：40MVA

額定有功功率:38MW

額定定子電壓：10.5kV

額定定子電流：2199.4A

額定功率因數(shù)：0.95

額定勵磁電流：970A

額定勵磁電壓：275V

額定空載勵磁電流：542A

額定空載勵磁電壓：136V

額定轉(zhuǎn)速：100r/min

發(fā)電機軸系（發(fā)電機+汽輪機）轉(zhuǎn)動慣量GD2（飛輪轉(zhuǎn)矩WR2）：3200t·m2（或kg·m2）

4PSS試驗

4.13號機勵磁系統(tǒng)無補償相頻特性測量

所有運行機組PSS退出，全廠AGC退出。

（2）試驗方法

發(fā)電機并網(wǎng)運行，有功功率接近于額定值（80%以上）。勵磁調(diào)節(jié)器自動運行，PSS退出，無功調(diào)差單元退出，用HP35670A產(chǎn)生一個偽隨機信號（初始電平為0mV），接入調(diào)節(jié)器PSS信號輸出點，并將此信號接入HP35670A的分析通道1。將發(fā)電機機端PT二次側(cè)三相電壓接入FLC變換器中，調(diào)整變換器的調(diào)零旋鈕，使變換后的直流信號輸出接近于0，然后將變換后的直流信號接入HP35670A的分析通道2，緩慢的增加偽隨機信號的電平，使發(fā)電機的機端電壓波動不大于1%，用頻譜儀測量輸出的偽隨機信號與發(fā)電機電壓信號之間的相頻特性即為勵磁系統(tǒng)無補償相頻特性。測試結(jié)果參見表l和圖3。

表1直崗拉卡水電站3號機勵磁系統(tǒng)無補償相頻特性

圖3直崗拉卡水電站3號機PSS-2A有補償、無補償相頻特性

4.23號機勵磁系統(tǒng)有補償相頻特性仿真試驗

將上述一次諧波和二次諧波的同相和正交信號分別求平方和并開根號處理后,即可得到一次諧波和二次諧波的幅度信息。

PSS參數(shù)整定要使PSS的作用兼顧聯(lián)網(wǎng)后出現(xiàn)的0.2Hz左右的系統(tǒng)振蕩和1.6Hz左右的地區(qū)振蕩。因此，應(yīng)該使勵磁系統(tǒng)引入PSS后產(chǎn)生的合成電磁轉(zhuǎn)距(基本與△t同相)在0.1～2.0Hz的范圍內(nèi)滯后-△(加速轉(zhuǎn)矩)約60°～135°。若用e表示勵磁系統(tǒng)的滯后相位，用pss表示PSS的超前相位，則應(yīng)該使c=（e+pss）在（-60°，-135°）之間。

根據(jù)上述原則用逐步逼近的方法確定3號機組PSS的參數(shù)如下：

表2直崗拉卡水電站3號機PSS-2A模型相頻特性和有

由表2可以看出:在0.1～2.0Hz的頻率范圍內(nèi)，有補償相頻特性在-67.33°～-111.94°之間，由PSS產(chǎn)生的電磁力矩的阻尼分量為正。PSS相位補償滿足要求。

4.3PSS增益調(diào)整

理論上講，在正確的相位補償下，PSS的增益越大，其提供的正阻尼越強，但實際上，電力系統(tǒng)是一個高階的復(fù)雜系統(tǒng)，增加PSS的增益雖然可以增加某些機電振蕩的阻尼，但如果PSS增益過大，也可能引起PSS調(diào)節(jié)環(huán)振蕩，使系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，因此，PSS實際存在一個最大增益，即臨界增益。

PSS臨界增益是由很多因素決定的，如發(fā)電機的負(fù)荷水平、PSS在電廠和系統(tǒng)中的配置和投退情況、機組的功率和電力系統(tǒng)的運行方式等，所以一般用現(xiàn)場試驗的方法來確定。在選定的相位補償下，緩慢增大PSS的增益，同時觀察勵磁系統(tǒng)的變化，直到出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象為止（主要標(biāo)志是調(diào)節(jié)器輸出電壓、發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓出現(xiàn)頻率較高（1～4Hz）的劇烈振蕩），這時的PSS增益可以認(rèn)為是臨界增益。

PSS運行使用的增益一般取臨界增益的1/3～1/5，以留有足夠的增益裕度。

圖4直崗拉卡水電站3號機S1=4.5時臨界增益錄波圖

圖5直崗拉卡水電站3號機S1=25時臨界增益錄波圖

圖6A套無PSS2%階躍

圖7A套有PSSS1=4.5時2%階躍

5PSS阻尼效果校核試驗

發(fā)電機并網(wǎng)運行，將發(fā)電機PT及CT二次側(cè)三相電壓和兩相電流接入WFLC電量分析儀中準(zhǔn)備錄波。先將PSS切除，進(jìn)行小于4%的電壓階躍試驗，同時啟動WFLC錄波，記錄有功功率的擺動幅值和次數(shù)。將PSS投入，同樣工況下重復(fù)以上試驗，錄波觀察，PSS有阻尼作用時，有功功率的擺動幅值和次數(shù)應(yīng)減少。

圖6～圖11為直崗拉卡水電站3號機PSS退出和投入兩種情況下的負(fù)載階躍試驗錄波圖。

通過觀察有功的波動幅值和觀察勵磁電壓的波形，可以看出，投入PSS后較投入前有功功率的峰谷差減小，有功功率波動的次數(shù)減少，說明PSS對1.6Hz左右的本機振蕩模式能提供有效的正阻尼。

圖8A套有PSSS1=8時2%階躍

圖9A套有PSSS1=3時2%階躍

圖10B套無PSS時2%階躍

圖11B套有PSSS1=4.5時2%階躍

6反調(diào)試驗

PSS的原理是通過勵磁系統(tǒng)的作用抑制有功功率的低頻振蕩，可以說PSS是通過無功功率的波動來抑制有功功率的波動。由于發(fā)電機的有功功率都會有一點波動，因而投入PSS后較不投入PSS時勵磁系統(tǒng)的波動要大一些，只要無功功率的波動在合適的范圍內(nèi)，就可認(rèn)為正常。采用單一發(fā)電機電功率為輸入信號的PSS，在原動機功率以較快速度增加（或減少）時，發(fā)電機的無功會發(fā)生較大的、有時甚至是不能容許的減少（或增加），這就是所謂的“反調(diào)”現(xiàn)象。PSS-1A型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器采用電功率信號作為輸入信號，在原動機功率發(fā)生變化時，會造成無功功率波動。PSS-2A型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器采用電功率信號和角功率作為輸入信號，在原動機功率發(fā)生變化時，發(fā)電機的無功不會發(fā)生較大的變動。

在PSS投入的情況下，按照運行時可能出現(xiàn)的最快調(diào)節(jié)速度進(jìn)行原動機功率調(diào)節(jié)13MW，觀察PSS-2A模型對反調(diào)的抑制作用。直崗拉卡水電站3號機反調(diào)試驗波形如圖12所示。

圖123號機反調(diào)試驗

由圖12可見：

（1）PSS投入后未見異常。

（2）以最快操作方式增減有功功率13MW時無功反調(diào)現(xiàn)象不明顯。

7PSS運行參數(shù)設(shè)置

現(xiàn)場試驗結(jié)果，選定PSS的運行參數(shù)為：

PSS自動投入值：40%額定視在功率

自動退出值：35%額定視在功率

PSS輸出限幅值：±10%

8結(jié)論

直崗拉卡水電站3號機勵磁系統(tǒng)PSS投運試驗中，完成了頻率響應(yīng)特性測試試驗及仿真計算、臨界增益試驗、階躍干擾試驗和反調(diào)試驗。通過在線無補償頻率特性、PSS環(huán)節(jié)的仿真計算和有補償相頻特性測試試驗，證明對于0.1～2Hz的低頻振蕩，PSS有抑制作用；此次試驗，有如下結(jié)論：

（1）根據(jù)PSS環(huán)節(jié)相頻特性計算結(jié)果和無補償相頻特性結(jié)果得到有補償相頻特性。在0.1～2.0Hz內(nèi)的頻率范圍內(nèi)，有補償相頻特性在-67.33°～111.94°（由PSS產(chǎn)生的電磁力矩的阻尼分量為正，PSS相位補償滿足要求。）

（2）電壓階躍試驗表明，PSS對本機振蕩的阻尼作用比較明顯。

（3）機組正常運行時增減負(fù)荷，無功反調(diào)現(xiàn)象不明顯。

（4）PSS具備投運條件，接到調(diào)度令后，可投入運行。

參考文獻(xiàn)：

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[4]DL/T1049-2007發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術(shù)監(jiān)督規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2007.

中圖分類號：TM761

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）12-0019-05

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.12.008

收稿日期：2014-07-31

作者簡介：蘇翠紅（1971-），女，助理工程師，從事水電站技術(shù)管理工作。