辽宁蒲石河抽水蓄能电站PSS系统测试及分析

杨东升，王 昊，代 阳

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.沈阳地铁集团有限公司运营分公司，辽宁 沈阳 110041）

辽宁蒲石河抽水蓄能电站PSS系统测试及分析

杨东升1，王 昊2，代 阳2

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.沈阳地铁集团有限公司运营分公司，辽宁 沈阳 110041）

介绍了辽宁蒲石河水电站的励磁系统PSS参数整定，通过测试和计算对励磁系统PSS参数进行了调整，改善了励磁系统对电网稳定的调节性能，具备了PSS功能投入的条件，为抑制可能出现的电力系统低频振荡、提高电力系统稳定性奠定了基础。

PSS；临界增益；反调

电力系统稳定器（Power System Stabilizer，简称PSS）其主要作用是抑制快速励磁系统负阻尼引起的电力系统低频振荡，早期生产的调节器并无此功能，经这些年研究其技术已日渐成熟，现在的调节器中基本都已具备PSS功能。从全国电网稳定计算的要求来看，并网后系统会存在频率为0.2 Hz左右或者更低频率的振荡［1］，因此，为了保证电网的稳定安全，电网重要电厂的励磁调节系统应投入电力系统稳定器（PSS），这些电力系统稳定器除了可以抑制本机低频振荡之外，还能抑制其区域型的低频振荡，即电力系统稳定器对于在0.1～2.0 Hz的低频振荡都有抑制效果。作为东北地区第一座抽水蓄能电站的辽宁蒲石河抽水蓄能电站有4台300 MW抽水蓄能机组，采用法国ALSTOM公司生产的P320型数字式调节器，励磁调节器中的PSS采用发电机电功率信号和转速信号。通过对辽宁蒲石河抽水蓄能电站的4台机组进行现场实测和参数整定，检验PSS的作用及效果，最终将PSS投入运行。下面以1号机为例介绍PSS试验的整个过程。

1 发电机励磁系统

1.1 发电机参数（见表1）

表1 发电机基本参数

1.2 发电机励磁系统的PSS模型

辽宁蒲石河抽水蓄能电站励磁调节器采用PID＋PSS控制方式，PSS为2A模型。励磁调节器制造厂家提供的PSS传递函数模型如图1所示。

图1 蒲石河抽水蓄能电站机组励磁系统模型框图

2 PSS参数整定试验

2.1 试验条件

a.试验机组和励磁系统处于完好状态，励磁调节器（AVR）满足国标要求并除PSS外所有附加限制和保护功能投入运行。

b.与试验机组有关的继电保护投入运行。

c.励磁调节器制造厂家技术人员到达试验现场配合并确认设备符合试验要求。

d.试验人员熟悉试验原理和试验方法，熟练操作试验仪器，检查试验仪器工作正常。

e.试验时，发电机保持有功功率在额定有功功率的80%以上，无功功率在额定无功功率的20%以下。

f.试验机组AGC、AVC退出运行。

2.2 测量发电机励磁系统滞后频率特性

发电机励磁系统滞后频率特性就是在线无补偿频率特性，在PSS信号迭加点上加入白噪声信号逐步增大噪声输出电平，注意观察发电机的励磁电压和发电机机端电压，发电机电压波动不超过2%，实测励磁系统无补偿频率响应特性，重点记录相频特性和幅频特性中0.1～2.0 Hz时相位滞后角Φe及增益变化［2］，测试结果见表2。

2.3 PSS超前滞后参数整定

计算出的PSS的参数整定应使得在0.1～2.0 Hz频率范围内Фe＋ФPSS（即有补偿特性的相位角）在-60°～-120°之间。励磁系统的频率响应特性通过测量已得到，测量结果见表1“Фe”，PSS的模型已知，根据上述要求，通过仿真计算，相位补偿前后效果见图2，确定PSS的参数如下：T1＝0.19 s，T2＝0.02 s，T3＝0.19 s，T4＝0.02 s，T8＝0.6 s，T9＝0.12 s，T5＝T6＝0 s，KS1＝6，KS2＝0.725，KS3＝1，TW＝TW1＝TW2＝TW3＝T7＝6 s，M＝5，N＝1。

表2 1号机励磁系统无补偿相性PSS相频特性和有补偿特性

图2 在线有补偿相频特性仿真图

2.4 PSS临界增益整定试验

理论上，测得的相位在电力系统稳定器正确补偿后，电力系统稳定器的增益（KPSS）越大，它所提供的正向阻尼也就越强，实际上，庞大的电力系统是一个复杂高阶的系统，增加电力系统稳定器的KPSS虽然可以增加机电振荡的正阻尼抑制其振荡，但如果KPSS放得过大，可能也会引起系统稳定器的调节环发生振荡，使系统出现不稳定的状态，此时，发电机的励磁电压和无功就可能会出现等幅甚至增幅的振荡。因此，电力系统稳定器有一个可以让系统稳定运行的最大临界KPSS值。电力系统稳定器正常运行时KPSS一般会取临界KPSS的1／3～1／5［3］，以留有充足的KPSS裕度。图3为蒲石河抽水蓄能电站PSS增益为KS1＝18时的录波图，可以看出这时系统是稳定的，可以认为PSS运行增益取KS1＝6是合理的。

图3 机组增益裕度测量试验KS1＝18录波图

2.5 发电机负载阶跃响应试验

想验证已测得的PSS参数是否准确最好的方法就是在PSS投入和退出2种工况下进行2%负载阶跃试验，比较有功功率振荡情况，检验PSS投入后对功率振荡抑制的效果。首先将PSS退出，用调节器做2%机端电压阶跃，同时启动WFLC录波，在录波软件中查看有功振荡的次数和摆动的幅值，再将PSS投入运行，在同样工况下重复用调节器做2%机端电压阶跃试验，录波观察，PSS有作用时，有功振荡的次数和摆动的幅值都应减少和衰弱。

a.发电机正常并网运行，将PSS退出，直接在励磁调节器中设置阶跃量，进行2%发电机负载阶跃试验，试验录波图见图4。

图4 调节器无PSS时±2%阶跃响应试验录波图

b.试验发电机正常并网运行，将PSS投入运行，直接在励磁调节器中设置阶跃量，进行2%发电机负载阶跃试验，试验录波图见图5。

c.同样工况下可以看出PSS退出和投入对机组阶跃的振荡次数、摆动幅值都有着非常明显的抑制作用，说明PSS起到了增加正阻尼的作用。

2.6 PSS反调试验

PSS反调试验是在原动机正常运行操作的最大出力变化速度下进行。在PSS投入的情况下，按照运行可能出现的最快调节速度进行原动机功率调节，观察发电机无功功率的波动，由于此机组PSS采用2B模型，从试验录波图（见图6）看到，原动机功率快速变化时，未见对励磁产生显著影响，说明反调的影响在正常范围内，发电机无功功率没有明显反调现象。

图5 调节器有PSS时±2%阶跃响应试验录波图

图6 反调试验录波图

3 结束语

通过对辽宁蒲石河抽水蓄能电站发电机励磁系统PSS测试和分析，通过在线无补偿频率特性、PSS环节的仿真计算，对于0.1～2.0 Hz的低频振荡，PSS有抑制作用；同时通过实际的负载阶跃试验，证明PSS对于本机振荡抑制作用明显，可以根据电网需要投入运行。

［1］ 竺士章.电力系统稳定（PSS）整定试验［M］.北京：中国电力出版社，2005.

［2］ 竺士章.电力系统稳定器（PSS）原理及试验调整［C］.中国水电发电工程学会大会论文集，2003.

［3］ Q／GDW 143—2006，电力系统稳定器整定试验导则［S］.

［4］ 徐景彪，李 翔.励磁调节器动态性能仿真测试系统［J］.东北电力技术，2010，31（1）：11-13.

［5］ 于同伟，徐海志，周家旭.励磁变由临时电源供电时保护配置及整定［J］.东北电力技术，2010，31（12）：31-32.

［6］ 田 丰，吴 满.GEC-2全数字微机励磁系统安装与调试［J］.东北电力技术，2008，29（3）：35-38.

PSS System Testing and Analysis of Liaoning Pushihe Pumped⁃storage Power Station

YANG Dong⁃sheng1，WANG Hao2，DAI Yang2
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Operation Branch of Shenyang Metro Group Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110041，China）

This paper introduces power system stabilizer（PSS）parameters adjusting of the excitation system for Liaoning Pushihe pumped⁃storage power stations.PSS parameters of the excitation system are adjusted through tests and calculations，which improved regulation performance of the safety and stability of gird，with PSS function of input conditions for preparing.The proposed strategy could effectively damp the low frequency oscillation.It establishes the basis of improving the stability of power system.

PSS；Critical gain；Compensation

TV743

A

1004-7913（2015）06-0004-03

杨东升（1982—），男，学士，工程师，从事发电机励磁系统测试及变电站微机保护工作。

2014-12-11）