PSS在阿鲁河电站励磁技术改造中的应用

2015-05-17刘宝松林志焕徐国隆

小水电 2015年3期

关键词：调节器励磁电站

刘宝松，林志焕，徐国隆

（杭州西湖电力电子技术有限公司，浙江杭州310030）

PSS在阿鲁河电站励磁技术改造中的应用

刘宝松，林志焕，徐国隆

（杭州西湖电力电子技术有限公司，浙江杭州310030）

对阿鲁河电站1、2号水轮发电机组励磁柜进行了技术改造，增加了电力系统稳定器（PSS）。通过现场试验，确定了PSS运行参数，测试了PSS性能，提高了该期电站机组运行的稳定性。图4幅，表2个。

水电站；电力系统稳定器；技术改造；PSS—1X

1 概述

目前发电机组大部分采用自并激励静止励磁系统，自并激励静止励磁系统是一个由多个惯性环节组成的反馈控制系统，属于高起始响应励磁系统。从励磁调节器的信号测量到发电机励磁绕组，每一个环节都具有惯性，其中主要的惯性是发电机转子绕组。从总体来看，励磁系统是一个滞后环节。正是由于这些因素，使得在系统发生低频振荡时，励磁系统产生了负阻尼作用，降低了电力系统的动态稳定性。为了克服这一缺点，国内外通常是采用电力系统稳定器（以下简称PSS）引入附加励磁系统，使其在系统发生低频振荡时提供正的阻尼，从而提高电力系统的动态稳定性。

阿鲁河电站位于云南省，处于电网系统末端，应南方电网要求，需加装PSS。该电站采用的励磁设备是杭州西湖电力电子技术有限公司生产的FKL—2W—33型可控硅微机励磁设备，该设备采用PLC为控制核心，在当初设计时没有包含PSS功能。因此，在这次技术改造中，需要在该励磁设备中增加1套可独立安装的PSS装置（PSS—1X），该装置适用于微机、模拟励磁调节器添加PSS功能，应用精简的算法原理，软、硬件采用抗干扰设计，设置和试验均简单、方便。

2 PSS—1X装置特点及功能

该装置采用国外先进技术和可靠元件，选用高性能的单片机作为主控单元，并通过外围电路配合组成具有独立结构的装置，适用于没有设计PSS功能的励磁调节器中，以增加励磁控制对系统低频振荡的阻尼作用。

2.1 主要特点

（1）全中文汉化液晶显示，人机界面友善、操作方便。所有定值和参数均可在面板上直接操作、在线修改，适应不同发电机及配置参数设置。

（2）采用多层印制板、表面贴装技术及强弱电严格分离，达到高标准电磁兼容性能，抗干扰能力强。

（3）采用全交流采样，软件数字滤波，彻底消除了硬件电路零漂的影响，测量精确，测量通道误差小于0.2%。

（4）装置不仅适用于直流工作电源还适用于交流工作电源，操作回路为交直流两用回路。

（5）具有完善的录波功能。

（6）具有RS485、CAN等网络通讯接口，方便与其他智能设备连接通讯。（7）具有完善自检功能，能准确定位至芯片故障。（8）体积小、重量轻，可直接安装在励磁调节器柜上。

2.2 基本功能

PSS稳定装置的输入是发电机的有功信号，经过隔直环节和补偿环节，最后输出到励磁调节器。作为励磁调节器综合环节的一个负的输入，其传递函数如下所示（见图1）。在稳态运行时，由于隔直环节的作用，输出信号为零。当系统受到扰动时，系统的低频振荡分量将使PSS产生输出信号，若PSS相位补偿适当，将产生阻尼低频振荡的转矩，整个PSS装置的增益和相位决定了它对系统的阻尼效果。

图1 单输入信号电力系统稳定器模型

2.3 装置自检功能

通过比较3个线电压的大小来判断是否有PT断线，监测判据如下：

式中，Umax、Umin分别为3个线电压的最大值及最小值。

当监测到有PT断线时装置故障指示灯点亮，退出PSS，同时装置故障报警出口动作。

除对PT、CT进行实时监测外，还对EEPROM、RAM、ROM、电源、AD等进行实时监测，当发现上述监测项有异常时装置统一做如下处理：

切除PSS，装置故障指示灯点亮，同时装置故障报警出口动作。

2.4 测量计量功能

测量计量功能如下所示（见表1）。

表1 测量计量功能

3 改造过程

3.1 改造方案

直接在原励磁柜上开孔安装PSS—1X装置。

改造设计图纸包括：原励磁设备原理接线图，增加设备材料明细表，PSS—1X装置对外端子接线图。

3.2 施工与调试

按照施工图纸完成装置安装和接线，检查确认无误后通电测试。

PSS定值和效果验证按图2所示（见图2），在励磁系统中引入白噪声信号，在5000kW和4000kW工况下分别测试了1、2号机组励磁系统相频特性。

图2 励磁系统模型

根据下表中测量的数据计算出PSS相关运行参数并输入装置（见表2）。

表2 1、2号机组相频特性

号机组频率／Hz 1号机组2补偿后相频／° 0.2－55.5－82.890.2－53.8－81.19 0.3－65－87.450.3－59.2－81.65 0.4－82.7－98.380.4－68.1－83.78 0.5－83.1－92.070.5－86.9－95.87 0.6－94.5－98.230.6－95－98.73 0.7－91.3－90.210.7－88－86.91 0.8－100.7－95.830.8－103.9－99.03 0.9－103.9－96.330.9－92.4－84.83 1－107.8－97.471－94.5－84.17 1.1－114.5－101.941.1－108.48－95.92 1.2－143.9－129.641.2－114.8－100.54 1.3－132.8－117.391.3－109.5－94.09 1.4－114.9－98.301.4－120.5－103.90 1.5－107.8－89.981.5－125.3－107.48 1.6－124－104.921.6－134.4－115.32 1.7－135.1－115.301.7－123.1－103.30 1.8－147.5－126.951.8－105.1－84.55 1.9－134－112.091.9－127.7－105.79 2－142.1－119.362－121.8－99.06测量相频／°补偿后相频／°频率／Hz测量相频／°

T1＝0.22s，T2＝2.1s，T3＝0.12s，T4＝0.37s，T5＝T6＝0.1s，TW＝6，KS1＝2；PSS出口限幅为±10%；PSS投退有功水平为30%Pr；PSS临界增益为KS1＝5；AVR参数：Kp＝3.55，Ki＝2，Kd＝0

发电机并网运行，有功功率调节接近额定，将发电机定子电压、有功功率、无功功率引入电量分析仪录波，在PSS退出和投入两种工况下，做发电机电压4%阶跌试验，得出以下结论：1、2号机组4%阶跃，PSS未投入振荡周期为2个；PSS投入后振荡周期为0.5个，PSS正阻尼效果很明显，PSS满足系统要求（见图3、图4）。