基于电力系统稳定器试验应用研究

李 诚，张 达，方 旎

（1.国家电投集团江西电力有限公司贵溪发电有限责任公司，江西 贵溪 335400；2.河海大学能源与动力学院，江苏 南京 211100）

0 引言

随着我国电力系统的迅速发展，核电、火电、水电机组、新能源机组的不断并网发电，电力系统内的电源点形式多样，系统日益复杂，电网系统的安全稳定运行显得尤为关键。在这些复杂的安全稳定问题中，电力系统低频振荡是影响电力系统安全、稳定运行的重要因素。

当电力系统内发生低频振荡，相关电气量将做周期性波动，发电机的转子电压、电流、有功、无功负荷产生同频振荡，陷入振荡的机组转子会进行相对摆动。振荡发生后，速率较快，其振荡频率通常在每分钟几个周波至几十个周波的范围内，随之机组过流保护动作跳闸解列。如果没有采取有效措施来抑制系统的低频振荡，将会导致电力系统的严重事故，造成重大的损失。

目前大容量火力机组仍是电网主力军，这些机组基本上采用自并励励磁方式，属快速励磁系统，较其他励磁方式更容易产生负阻尼，虽然快速励磁系统的时间常数已大幅减少，这虽然改善了电压调节性能，提高了系统暂态稳定水平，但由于自动励磁系统产生的附加阻尼为负阻尼，抵消了系统本身所固有的正阻尼，使发电机抑制低频振荡能力下降，不利于电网的动态稳定。电力系统稳定器在抑制低频振荡，提高静态稳定的功率极限，影响暂态稳定等方面发挥着极其重要的作用[1]。

1 课题研究意义

电力系统稳定器在不同的参数配置下能产生不同的效果，如若配置整定不当，将反受其影响。因此，电力系统稳定器装置能否有效抑制低频振荡的关键，如何合理配置或选定电力系统稳定的参数尤为关键。因此，在大容量火电机组中及时完成电力系统稳定器（power system stabilizer，PSS）试验，并加以应用研究，是不可或缺的一个环节。

现以某640 MW火电机组为例，重点阐述PSS试验的步骤和相关研究等，通过现场对机组进行PSS试验的方法，观察电力系统稳定器阻尼功率低频振荡的效果，作为今后的运行参数，以抑制可能出现的电力系统低频振荡，提高电力系统稳定性。上述也是本课题研究的意义，以期对电力系统稳定器（PSS）的使用和现场试验有所帮助。

2 系统参数及模型

机组AVR采用PID+PSS控制方式[2-4]，PID和PSS的数学模型见图1、2。

表1 发电机参数

图1 励磁系统PID模型

图2 励磁系统PSS模型

3 PSS现场试验

3.1 励磁系统无补偿相频特性测量：

1）发电机并网运行，机组有功带600 MW，无功约为30 MVAR，励磁调节器PSS退出。

2）将频谱仪输出的白噪声迭加在AVR的给定电压上，逐步增大白噪声电平，速率不易过快，防止白噪声对励磁系统产生冲击，使发电机电压波动不超过2%。

3）如果在本机振荡频率附近，滞后角度比较大，在补偿的过程中可以不考虑该点的补偿。

4）用动态信号分析仪测量输出的白噪声与发电机电压之间的频率特性即励磁系统无补偿频率响应特性。

5）试验仪器：LDS动态信号分析仪、PMDR2000录波仪。

3.2 PSS相位补偿和参数整定

根据励磁系统无补偿特性试验结果计算PSS参数 。 设 定 Tw1＝Tw2＝Tw3=5；T1＝0.19，T2＝0.02，T3＝0.2，T4＝0.03，T5＝T6＝0，T7＝5，T8＝0.2，T9＝0.12；M＝5，N＝1；KS2=1.028 898，KS3=1

励磁系统无补偿特性以及PSS的有补偿特性结果见表2。

表2 励磁无补偿特性及PSS有补偿特性

3.3 PSS增益调整试验

投入PSS，缓慢增大PSS的增益，同时观察励磁系统的变化，直到出现不稳定现象为止主要标志是调节器输出电压、发电机转子电压出现频率较高（1～4 Hz）的剧烈振荡，随即立即将增益减小，这时的PSS增益KS1=30，即为最大增益或不稳定增益。

将PSS增益KS1设定为8，将PSS投入，同时观察发电机各运行参数，发电机稳定运行。

3.4 PSS限幅值及投入门槛值整定

PSS限幅值整定为输出下限-10%，输出上限+10%；投入门槛值为30%额定功率。

3.5 PSS校核试验

发电机并网运行，P=600 MW，PSS未投，进行A、B通道2%阶跃响应试验并录波；投入PSS，进行A、B通道2%阶跃响应试验并录波，PSS有作用时，有功功率的摆动幅值和次数应减少。机组PSS退出和投入（不同放大倍数）两种情况下两个通道的电压阶跃试验录波见图3-8。可以看出，PSS对于本机振荡有明显的抑制作用。从A、B套阶跃响应结果看，最终整定KS1为8。

图3 A套不投PSS±2%阶跃响应试验录波

图4 A套投PSS（KS1=8）±2%阶跃响应试验录波

图5 B套不投PSS S±2%阶跃响应试验录波

图6 B套投PSS（KS1=6）±2%阶跃响应试验录波

图7 B套投PSS（KS1=7）±2%阶跃响应试验录波

图8 B套投PSS（KS1=8）±2%阶跃响应试验录波

3.6 反调试验

投入PSS，发电机增、减有功功率，观察无功功率的变化。正常增减有功功率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。试验波形见图9

图9 机组反调试试验录波图

3.7 稳定计算用PSS模型参数

根据PSS传递函数（图2）及试验中确定的参数，在PSASP程序中，可以确定采用4型PSS模型，见图10。

图10 PSS4型模型

PSS增益的本机标幺值K r=1，由于发电机功率基值与系统功率基值不同，所以Kp（=1）应转换为K r=1×100/711=0.141添入计算模型。PSS增益K r=0.136已归算到以100 MVA为基值的系统标幺值。PSS模型参数见表3。

3.8 PSS运行参数设置

设 定 Tw1＝Tw2＝Tw3=5；T1＝0.19，T2＝0.02，T3＝0.2，T4＝0.03，T5＝T6＝0，T7＝5，T8＝0.2，T9＝0.12；M＝5，N＝1；

表3 PSS模型参数

PSS限幅值整定为输出下限-10%，输出上限+10%；投入门槛值为30%额定功率。

4 结语

通过试验研究，该套励磁系统PSS环节性能符合标准DL/T 650—1998的规定，满足DL/T 1231—2013电力系统稳定器整定试验导则的要求，按整定参数投入运行后，机组可有效增加阻尼，抑制低频振荡。

随着现代电力技术的不断完善，电网的稳定性逐步提升，正式由于电力系统稳定器的成熟运用，现场合理整定，低频振荡等日益凸显的问题得以解决。电力系统稳定器（PSS）是励磁系统的一种附加功能，它调取与低频振荡有关的信号并对其加以干预。产生的附加信号迭加到励磁调节器中，使发电机产生阻尼低频振荡的附加转矩，用于提高电力系统阻尼，解决低频振荡问题，投运电力系统稳定器（PSS）是提高电网动态稳定性诸多措施中最为直接、也是最为经济的方法。