临河发电厂励磁系统PSS参数整定试验研究

2014-09-19

电气开关 2014年4期

(中电投宁夏能源铝业临河发电有限公司，宁夏银川 750411)

1 引言

作为电网安全稳定运行的重要课题之一的低频振荡，会引起联络线过流跳闸或系统与系统或机组与系统之间的失步解列，严重威胁电力系统的安全稳定运行。

电力系统低频振荡在国内外均有发生，通常出现在远距离、重负荷输电线路上，或者互联系统的弱联络线上，在采用响应快速、高放大倍数励磁系统条件下更容易出现。

随着电力电子技术的快速发展，快速励磁调节器的时间常数大为减少，这有效地改善了电压调节特性，提高了系统的暂态稳定水平。但由于自动励磁调节器产生的附加阻尼为负值，抵消了系统本身所固有的正阻尼，使系统的总阻尼减少或成为负值，一致系统在扰动作用后的功率振荡长久不能平息，甚至导致自发的低频振荡(其振荡频率为0.2～2Hz)。

发电机励磁系统对电力系统的静态稳定性和暂态稳定性都有显著影响，尤其配置PSS后对电力系统的动态稳定性将产生明显的作用[1]。

2 PSS原理及其作用简析

为了既能利用高放大倍数的励磁调节器又能避免其负阻尼效应，人们对传统励磁系统进行了改进。对一个可能引起负阻尼的励磁调节器，向其中注入某些附加控制信号，使之可以提供正的阻尼，平息振荡。PSS作为一种附加励磁控制环节，即在励磁电压调节器中，通过引入附加信号，产生一个正阻尼转矩，去克服励磁调节器引起的负阻尼，控制量可以采用电功率偏差Δp、机端电压频率偏差Δf、过剩功率Δpm、和发电机轴速度偏差Δω以及它们的组合等。它不仅可以补偿励磁调节器的负阻尼，而且可以增加正阻尼，使发电机有效提高遏制系统低频振荡能力。

尽管PSS已是成熟的普遍技术，但它仍是消除互联电网负阻尼低频振荡最经济有效的方法。当系统规模较小、互联程度较低时，系统振荡不明显，PSS整定不为人们所关注。但在当今大电网互联迅速发展的情况下，PSS的作用已经引起人们的高度重视。1994年我国南方联营电网发生的系统振荡事故是典型的一例，事后分析表明，若在此系统的主力机组上加装PSS，可以有效地阻尼振荡，防止有严重后果的动态稳定破坏事故的发生。

早期的PSS由分立元件构成，在微机式励磁调节器中PSS由软件构成[2]，我厂1#和2#机组(350MW)机组励磁调节器均采用南京南瑞集团公司提供的数字式励磁调节器， PSS完全由软件构成，其结构见图1所示。

图1 PSS2A模型

2 PSS参数整定试验研究

2.1 励磁系统在线无补偿频率特性的测量

励磁系统无补偿频率特性是指PSS输出信号产生的发电机附加转矩对于PSS输出信号的相频特性，也称励磁系统滞后特性。因励磁控制系统滞后特性的存在，加到励磁调节器的附加信号经励磁系统滞后才能产生附加力矩，因此，测量励磁系统滞后特性实际上是测量附加力矩对PSS迭加点的滞后角度[3]。

实验时，发电机并网运行,记录有功、无功、机端电压值，PSS不投入，用频谱仪或动态信号分析仪，将噪音信号加入到调节器的相加点上，测量励磁系统的相频特性，所测得的励磁系统在线无补偿相频特性以及整定参数，分别见表1、表2所示。

表1 励磁系统相频特性

表2 pss模型参数设置

2.2 阶跃响应

先进行PSS不投入时2%额定电压上阶跃响应试验，通过调节励磁调节器的输出，在发电机机端产生2%的上阶跃量，录取发电机机端有功功率、机端电压、无功功率、励磁电压波形，见图2所示。

由图2可见，在PSS未投入运行的条件下，做机端电压±2%阶跃响应试验，在上阶跃时有功功率产生振荡，振荡频率约为1.5Hz。在下阶跃时有功功率也产生振荡，振荡频率为1.5Hz。

通过自动励磁调节器(AVR)控制屏幕，调整PSS增益Ks1=0.5，投入PSS，重做±2%阶跃试验。通过调节励磁调节器的输出，在发电机机端产生2%的阶跃量，录取发电机机端有功功率、机端电压、无功功率、励磁电压波形，见图3所示。

2.3 阶跃响应

图2 PSS功能不投入时2%额定电压上阶跃试验

图3 PSS投入时(Ks1=0.5)时2%额定电压上阶跃试验

由录波图3可见，PSS起到了抑制功率振荡的作用，无论是上阶跃还是下阶跃时，只产生一摆振荡，振荡频率为1.5Hz。

相同工况下，通过AVR控制屏幕调整Ks1分别为1、2和3继续做2%阶跃试验，录取发电机机端有功功率、机端电压、无功功率、励磁电压波形，见图4～6所示，比较PSS的增益不同时阻尼功率振荡的能力，以找出较合理的PSS增益值。

图4 PSS投入时(Ks1=1.0)时2%额定电压上阶跃试验

由录波图2～6可见，PSS阻尼功率振荡能力随Ks1的增大而逐步增强，无论是上阶跃还是下阶跃时，只产生一摆振荡，振荡频率为1.5Hz。

2.3 PSS增益整定

通过以上Ks1取不同值时的阶跃响应结果可知，PSS阻尼功率振荡能力随Ks1的增大而逐步增强，但是增益过大同样会产生不稳定危害，从图4～6结果，认为取Ks1=2.3比较合适。

2.4 PSS反调试验

对于采用发电机电功率信号的PSS，主要的副作用是无功反调，当通过减小原动机的输入功率来减少发电机的出力时，若调整速度较快，发电机的无功输出会突然大幅度增加，几秒后又恢复到原来无功水平。如果增加了有功，则无功会会瞬间大幅度减少，几秒钟后恢复到原来水平，无功反调现象严重时将对系统运行带来不利影响[5]。

试验时，PSS投入运行，按正常运行增减负荷速度改变有功功率，观察调节器输出电压和电流，不出现随有功功率变化而大幅度摆动现象。