印尼某3×350MW燃煤电站电力系统稳定器现场试验及分析

张学佳

上海电气电站集团工程公司 上海 201612

印尼某3×350MW燃煤电站电力系统稳定器现场试验及分析

张学佳

上海电气电站集团工程公司 上海 201612

印尼国家电网具有弱联系电网的基本特征。为消除印尼电网系统偶发性低频振荡的影响，以某3×350MW电站项目电力系统稳定器(PSS)现场试验为基础，介绍了PSS的基本原理，通过试验分析，得出PSS对偶发性系统低频振荡有较好的抑制作用，为印尼电站项目PSS试验研究提供了参考。

电站与发电； 电力系统稳定器； 试验； 分析

印尼作为东南亚最大的电力开发市场，近几年有大量我国电建企业承包的电站项目投入运行。印尼国家电网具有弱联系电网的基本特征，如系统阻尼小，电站多使用快速励磁调节器或自并激晶闸管快速励磁系统等。这些新建电站的投运，使得印尼电网系统阻尼进一步降低，甚至产生负阻尼。在励磁控制系统中附加阻尼控制，利用电力系统稳定器(PSS)增大正阻尼转矩，可以较好地抑制低频振荡，提高系统稳定性。

1 PSS原理

发电机电磁力矩可分为同步力矩和阻尼力矩，阻尼力矩与电角速度偏差Δω同相位，阻尼力矩不足，将发生低频振荡失步。低频振荡[1-2]是发生在弱联系互联电网之间，或发电机群与电网之间，抑或发电机群与发电机群之间的一种有功振荡，振荡频率在0.1～2Hz 之间。

PSS[3]是励磁系统中一个相对独立的功能模块或单元，基本原理是采用Δω、电功率偏差ΔPe中的一种或两种信号作为附加反馈控制,产生一个正的阻尼力矩分量以补偿自动电压调节器(AVR)所产生的负阻尼转矩,从而增强系统阻尼,提高系统的动态稳定性。

图1 同步发电机数学模型

发电机励磁系统原理[5-6]如图2所示，图中Ut为发电机出口电压，It为定子电流，Uc为补偿及调差环节输出电压，Efd为励磁电压，Ur为调节器输出电压，Us为PSS输入电压，Up为PSS输出电压，Uf为励磁稳定器输出电压，Ifd为励磁电流，Uref为参考电压，Ue为电压偏差。

IEEE标准[7]中对PSS模型种类进行了说明，分别为PSS1A(单输入)、PSS2B(双输入)、PSS3B(双输入)、PSS4B(多输入)四种模型。此处采用的是PSS2B模型，如图3所示。图中ω为角速度，Pe为电功率，ΔPm为机械功率偏差，ΔPa为加速功率偏差。

图2 发电机励磁系统原理图

该模型[6，8]基本作用原理为：输入信号为发电机转速和电功率，通过两个限幅器来稳定PSS的工作范围，然后将输入信号通过电功率与机械功率的变化差值得到加速功率变化值，并通过3个超前滞后环节调整输出相位。这种PSS能够有效地避免有功功率变换时引起的无功功率波动，较好地消除反调。当机组负荷单方向增大或减小时，加速功率没有变化，此时PSS不起作用。当机组负荷振荡变化时，PSS才起作用，输出正阻尼，抑制系统的低频振荡。此种PSS已得到了广泛应用。

图3 电力系统稳定器PSS2B模型

2 PSS试验分析

2.1 印尼某电站主要设备参数

(1) 发电机。型号为QSFN-350-2，额定容量为 350MW，额定电压为 20kV，额定电流为11887A，功率因数为0.85(滞后)，暂态电抗百分数为18.5%。

(2) 发电机变压器。型号为SFPZ-420000/157.5，额定容量为420MVA，额定电压为157.5±8× 1.25%/20kV，短路阻抗百分数为14%，绕组连接方式为YNd11。

(3) 励磁调节器。型号为LCT系列。

2.2 励磁系统补偿相频特性测试[9]

通过HP35670A动态信号分析仪产生伪随机信号，接入调节器信号相加点，将机端电压信号经交直流变换后接入HP35670A分析通道，缓慢改变伪随机信号，进行参数测试。无补偿情况下，励磁系统相频特性测试结果见表1。

表1 励磁系统无补偿相频特性测试结果

表1中Φe为励磁系统的无补偿相频特性。励磁系统在PSS作用下，在低频范围[0.1,2] Hz变化时，其有补偿特性(Φe+ΦPSS)应在[-1.047,-2.094] rad之间变化，ΦPSS为PSS的相位。PSS参数整定值为：Tw1=Tw2=Tw3=6s，Tw4=9.99s，T1=0.18s，T2=0.02s，T3=0.2s，T4=0.02s，T6=T12=0s，T7=10s，T8=0.6s，T9=0.12s，T10=T11=0.1s，Ks1=20，Ks2=0.66，Ks3=1，M=5，N=1。

励磁系统有补偿特性的测试结果见表2。

表2 励磁系统有补偿特性测试结果

有、无补偿相频特性的对比分析如图4所示。由图4可以看出，在相应参数设定下，PSS相频补偿特性可以满足设计要求。

2.3 PSS临界增益测试

增加PSS增益值可以增加振荡阻尼，但是增益过大反而会引起振荡的负阻尼，使系统失稳，通过现场试验的方法确定PSS临界增益至关重要。如图5所示，增益数值KPSS=21时，励磁电压和定子电压开始出现振荡，因此可以将21作为PSS的临界增益。PSS运行增益取临界增益的20%～30%，即可取KPSS=4作为运行增益。

2.4 PSS阻尼效果检验试验

在投入±3%阶跃响应的情况下，分别分析PSS投运及退出情况下功率振荡的情况，以检验PSS的投运效果。图6所示为PSS退出时的试验结果曲线，图7所示为PSS投入时的试验结果曲线。

图5 PSS临界增益试验曲线(KPSS=21)

图6 PSS退出时试验曲线

图7 PSS投入时试验曲线(KPSS=4)

对曲线进行分析，可以看出在投入±3%阶跃响应的情况下，PSS退出时，有功功率振荡6～8次后仍未完全稳定；PSS投入时，有功功率振荡2次后即进入相对稳定的状态。可以确定PSS的投入使机组抑制低频振荡的能力得到了明显的提高。

2.5 无功功率反调运行试验

无功功率反调[10]是指在增加机械功率输入时，发电机发出的无功功率会减小，反之则增大。PSS通过励磁系统的作用来抑制有功功率的波动，可以说PSS是通过无功功率的波动来抑制有功功率的波动，因此校验无功反调的影响非常重要。通过试验(图8)可知，机组负荷从 284MW 下降至约 260MW，然后又回到 284MW，其间历时约 230s。在试验过程中，未发现无功功率与有功功率调整方向相反的变化，机端电压及无功功率基本保持了稳定，由此可以看出，PSS投入并未给励磁控制系统带来反调的问题，可以投入实际运行。

3 结论

经过上述试验分析，在整定的PSS参数作用下，PSS的投入对电网系统偶发性低频振荡有较好的抑制作用。印尼电力系统随着近几年的快速发展建设，整个系统规模及互联程度已经越来越高，研究PSS稳定现场试验对印尼同等级电站项目的PSS调试试验工作具有重要的参考意义。

[1] 王青,闵勇,张毅威.电力系统低频振荡的机理研究和主要分析方法[J].电气应用,2006,25(7)：1-2，4，6.

[2] 王铁强,贺仁睦，王卫国，等.电力系统低频振荡机理的研究[J].中国电机工程学报,2002,22(2)：21-25.

[3] 张学佳，马立新，袁理，等.复合智能控制型电力系统稳定器的研究[J].上海理工大学学报,2007,29(3)：294- 298.

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[5] 刘取.电力系统稳定性及发电机励磁控制[M].北京：中国电力出版社,2007.

[6] 韩慧云.发电机励磁控制系统及PSS参数整定研究[D].北京：北京交通大学,2006.

图8 机组无功功率反调校验曲线

[7] 动力系统稳定性研究用励磁系统模型推荐规程：IEEE 421.5—2005[S].

[8] 侯玉强,马覃峰，李威，等.PSS2型电力系统稳定器参数的数字仿真整定[J].南方电网技术,2012,6(2)：89- 93.

[9] 电力系统稳定器整定试验导则：Q/GDW 143—2012[S].

[10] 沈利平,付廷勤,王茂元.PSS模型比较及反调试验的应用[J].水电站机电技术,2008,31(6)：89-92.

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Indonesian National Grid has a basic feature of weak damping power grid. To eliminate the influence of sporadic low frequency oscillation to Indonesia grid systems, introduced the basic principles of power system stabilizer on the basis of the field test for a power system stabilizer in a 3×350MW power plant project. And by experimental analysis, it reveals that the power system stabilizer has a better inhibiting effect to the sporadic low frequency oscillation and it may provide a reference for the experimental study of the power system stabilizer in Indonesia power plant project.

Power Station and Power Generation； Power System Stabilizer； Test； Analyses

2016年7月

张学佳(1981— )，男，硕士研究生，工程师，主要从事海外电站项目工程技术管理及项目投标技术管理工作, E-mail: zhangxj3@shanghai-electric.com

TM44

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