PSS2A模型在水泥余熱機組勵磁中的實現(xiàn)與應用

鄧國平（中國中材國際工程股份有限公司，江蘇 南京 211100）

1 PSS2A模型

PSS（Power System Stability），也就是通常所說的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。典型的PSS2A數(shù)學模型在IEEE STD421.5中有詳細的傳遞函數(shù)描述見圖1。

圖1 典型的PSS2A數(shù)學模型在IEEE STD421.5中詳細的傳遞函數(shù)描述

通常勵磁調節(jié)器通過電壓閉環(huán)的PID方式進行控制，由于轉子磁場的慣性時間常數(shù)的滯后，產生了不利于機組穩(wěn)定運行的負阻尼。PSS2A輔助功能的作用就是通過以頻率（轉速）與功率為輸入信號，它們分別經過傳遞函數(shù)中所規(guī)定的超前、滯后環(huán)節(jié)，最后產生一個疊加（輔助）的控制信號到PID的閉環(huán)中給定值，使勵磁系統(tǒng)為機組的穩(wěn)定運行提供正阻尼。

2 PSS2A模型在控制程序中的處理

連續(xù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)常用拉普拉斯變換來描述，而實現(xiàn)該傳遞函數(shù)的微機化（數(shù)字控制系統(tǒng)），那就必須使用到離散處理（Z變換）。從圖1中PSS2A所描述的傳遞函數(shù)，主要有幾個典型的子環(huán)節(jié)：慣性環(huán)節(jié)、超前滯后環(huán)節(jié)、隔直環(huán)節(jié)、高頻濾波環(huán)節(jié)、線性放大環(huán)節(jié)、限幅環(huán)節(jié)。由于線性放大環(huán)節(jié)和限幅環(huán)節(jié)相對比較簡單易懂，本文不再描述處理過程。本文著重介紹隔直環(huán)節(jié)與慣性環(huán)節(jié)的離散化處理，其余的幾個環(huán)節(jié)，也都是按類似描述的過程進行相應的處理。

（1）隔直環(huán)節(jié)。

傳遞函數(shù)為：

輸入輸出的為：

傳遞函數(shù)變?yōu)?

時域離散為:

可得到：

其中：y(n)—傳遞函數(shù)的本次輸出，y(n-1)—傳遞函數(shù)的上次輸出;x(n)—傳遞函數(shù)的本次輸入，x(n-1)—傳遞函數(shù)的上次輸入，T—采樣周期，tw1—時間常數(shù)。

隔直環(huán)節(jié)程序處理：

（2）慣性環(huán)節(jié)。

傳遞函數(shù)：

輸入輸出的為：

傳遞函數(shù)變?yōu)椋?/p>

時域離散為：

由上式可得到：

其中：y(n)為傳遞函數(shù)的本次輸出，y(n-1)為傳遞函數(shù)的上次輸出;x(n)為傳遞函數(shù)的本次輸入;T為采樣周期，t6為時間常數(shù)。

慣性環(huán)節(jié)程序處理：

（3）超前滯后環(huán)節(jié)。

傳遞函數(shù)：

輸入輸出的為：

傳遞函數(shù)變?yōu)椋?/p>

時域離散為：

其中：y(n)—傳遞函數(shù)的本次輸出，y(n-1)—傳遞函數(shù)的上次輸出；x(n)—傳遞函數(shù)的本次輸入，x(n-1)—傳遞函數(shù)的上次輸入;T—采樣周期，ts1、ts2—時間常數(shù)。

超前滯后環(huán)節(jié)程序處理：

可得到：

（4）高通濾波環(huán)節(jié)。高通濾波環(huán)節(jié)的參數(shù)，IEEE推薦M=5，N=1。實際上也就是在一階超前滯后環(huán)節(jié)滯后，再加四個慣性環(huán)節(jié)處理，達到同樣的結果。其離散化過程也是與上面介紹的一致，此處不再贅述了。

程序是循環(huán)執(zhí)行的，一個變量在賦新值前，就是上次計算的歷史值，當然，為了程序的可讀性與易讀性，我們在程序中也用new和old來定義與區(qū)分歷史值與當前新的數(shù)值。

3 云南鳳慶習謙水泥機組并網(wǎng)后的試驗

關于PSS定值和效果驗證，我們在云南鳳慶習謙水泥余熱機組進行了試驗。PSS試驗首先在100%、90%額定有功的兩個工況下分別測試了機組勵磁系統(tǒng)相頻特性，據(jù)此計算了PSS有關參數(shù)，之后在上述工況下驗證PSS在本文提供的整定值下對有功振蕩的阻尼效果。在習謙水泥廠余熱發(fā)電機組中，分別測試參數(shù)、設置參數(shù)、并網(wǎng)狀態(tài)下做電壓4%的階躍實驗，分析錄波曲線并做結論評判，見表1，圖1，圖2。

表1 機組相頻特性 Hz

圖1 P=Pe，PSS退出，4%階躍

圖2 P=Pe，PSS投入，4%階躍

機組PSS整定的定值為：

PSS出口限幅為±10%；PSS投退有功水平為30%Sn；PSS臨界增益為KS1=8。

3 結論

以PSS2A模型實現(xiàn)的功能在水泥余熱機組中的使用，對抑制系統(tǒng)低頻振蕩（0.2～2Hz）有明顯的效果，振蕩周期由2～3個減少到0.5～1個，提高系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。