电力系统稳定器参数整定及试验探讨.doc
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电力系统稳定器参数整定及试验探讨
郑兵
中国神华能源股份有限公司国华惠州热电分公司广东惠州516082
摘要：
本文介绍了电力系统稳定器PSS2A模型及其参数整定过程，总结了现场试验流程及方法,对PSS放大倍数及反调现象进行了探讨，并提出了解决措施。
关键词：
低频振荡；电力系统稳定器；PSS2A
0引言
在电力系统持续扩大规模的情况下，快速励磁系统也不断变多，励磁系统收到更大的增益，造成时间常数大幅缩小，系统的阻尼就随之被降低，以至于电气联系不强的电网产生负阻尼。
这一切使得系统出现了在0.1~2.5Hz频率范围内的自发性振荡，一般我们把它叫做低频振荡。
由于在其振荡时，能量通过机电联系进行有效传递，因此该过程被称为机电振荡，发电机电功率的变化是其主要表现。
如图1所示，无励磁调节时电磁转矩ΔMe=ΔMD+ΔMs，此时为正阻尼转矩；当有励磁调节时，励磁调节产生一个负向的阻尼转矩向量ΔMex。
［1］
图1励磁调节产生负向阻尼转矩向量
研究表明，发电机电磁力矩由同步力矩、阻尼力矩两部分组成，它们分别与功角、角速度同相位。
如果出现同步力矩不足的情况，可能致使滑行失步，而没有足够大的阻尼力矩的话，就会出现振荡失步。
励磁控制系统中的自动电压调节以及当今的快速励磁调节是造成阻尼变弱甚至变负的重要原因。
1、PSS2A模型及参数解析
图2PSS2A模型框图
在PSS2A模型框图中我们可以看到，其传递函数模型有以下环节：
输出限幅环节、增益调整环节、三阶超前滞后相位补偿环节、ω和P双输入隔直环节和滤波环节。
该PSS模型采用ω和P双输入，针对不同情况的低频振荡，其阻尼效果均较为卓越。
其中Tw1~Tw3表示时间常数。
在滤除测量信号中的低频噪音信号时，须保证在系统稳态时，PSS无输出，也就是隔除直流信号。
这里提到的低频噪音信号一般是小于0.1Hz的。
PSS的主要输入信号低频振荡信号（0.2~2.5Hz）需要尽量避免受到干扰。
通常在角速度输入时使用两级隔直环节，取Tw1＝Tw2＝4s（与其对应中心频率fo取0.04Hz）。
为了过滤3Hz以上的噪音信号，像次同步振荡信号（25Hz）等，我们往往还需要做好另一项工作，那就是对角速度输入信号进行高频滤波。
PSS2A中通过限波器环节实现。
取Tw8＝0.2s（对应中心频率fo＝0.8Hz），Tw9＝0.1s（对应中心频率fo＝1.6Hz）,N=1，M=5。
电磁功率输入通道通常采用一级隔直环节，为了在其后的超前滞后环节有较大的参数选取空间，该隔直环节应尽可能不对主要输入信号造成影响。
折中取Tw3＝4s（对应中心频率f0＝0.04Hz）。
对电磁功率输入通道需要进行积分运算，即乘上。
但如果通过简单的乘积分环节来实现，会与前面的隔直环节形成分子相约，这样就影响了隔直环节的隔直滤波效果。
因此实际中通过惯性环节来近似。
其中时间常数与隔直环节时间常数Tw3相等。
在频域分析中，令，该环节可以写成。
对低频噪音信号，其频率，该环节近似为比例环节，不影响其前面的滤波环节；对主要输入信号，其频率，该环节近似为积分环节，起到对电磁功率信号进行积分的作用。
所以取值为：
。
由于在系统扰动引起的功率振荡中机械功率变化较小，即加速功率积分信号基本就是电磁功率积分信号，所以进行PSS参数计算时，可以近似按照仅有电磁功率输入的形式进行整定。
即PSS的补偿角满足式：
，式中：
为PSS补偿角，为发电机及励磁系统滞后角。
此PSS加入3个超前滞后环节，实际应用了2个超前环节，中T1-T4分别为：
0.15、0.04、0.44、0.04。
2、PSS参数整定试验
参数整定试验主要分以下几个步骤：
2.1励磁系统无补偿特性测量：
在PSS输出信号迭加点输入白噪声信号（PSS退出运行，有功80%以上，无功20%以下），然后使用动态信号分析仪，测出励磁系统滞后特性。
这需要测出一个相频特性，一般做法是直接在电压给定上叠加0.1-5Hz的伪随机信号进行“扫频”，噪声不断加大以得到较好的频率特性波形。
2.2PSS超前/滞后整定：
在了解励磁系统无补偿的特性后，建造PSS的传递函数模型，并以此整定PSS参数。
2.3有补偿特性试验：
在PSS运行过程中，通过信号输入端把白噪声信号输入，测试发电机电压对信号输入点的相频特性，同时检验PSS补偿特性的准确性。
2.4PSS临界增益测量：
投入PSS，逐渐增加增益Ks1，直到发电机励磁电压出现持续振荡，此时称之为临界增益。
2.5PSS增益整定：
PSS的实际增益占临界增益的20％~30％。
2.6发电机电压给定阶跃试验：
在PSS投入和退出的情况下，分别进行发电机电压给定阶跃试验。
由发电机的实际波动情况出发，调整阶跃量，其值不能为额定电压的4％以上。
对两种情况下功率的波动情况进行科学的比对，如有必要可调整PSS的参数。
模块
变量
注释
参数
超前滞后环节
T1
超前环节
0.12
T2
0.04
T3
超前环节
0.2
T4
0.04
T5
预留
0
T6
0
惯性环节
T7
近似于纯积分环节
2
高频滤波环节
T8
滤除高频振荡信号（>3Hz）
0
T9
0.1
M
5
N
1
隔直环节
TW1
滤除低频信号（<0.1Hz）,隔除直流信号；对低频振荡信号（0.2～2.5Hz）不造成影响
2
TW2
2
TW3
2
增益
KS1
Kpss
7
KS2
0.25
KS3
一般设1
1
惯性环节
Komeg
（此环节未使用）
1
gxwT
0
同步电抗
Xq
用来计算功角
xd
表1火电机组PSS参数典型设置值
3、注意事项
3.1从理论上来说，如果所选的放大倍数过高，则振荡不可避免，反之放大倍数达不到要求的就无法使阻尼具备抑制低频振荡的能力。
所以在现场试验的过程中，建议采用励磁系统技术。
我们知道一般临界放大倍数法的应用较多，但是如果出现PSS放大倍数已经很大，而转子电压仍旧没有发生过任何大的振荡，究其原因，是因为PSS输出了太大的噪声。
此时，消除噪声、增加噪声抑制环节等手段都是切实可行的。
3.2理论上PSS2A模型是没有反调现象的，然而在实际中，因为许多原因，比如说角速度的测量数据存在一定误差，或者是没有设置合理的滤波器时间常数等，一些PSS2A模型的机组仍出现过反调现象，应区别加以对待，滤波时间常数应试验验证。
4、结语
作为维持电力系统动态稳定的关键手段之一，PSS有着非常高的可靠性，所以对要不断加强对PSS参数现场整定、试验的落实。
笔者从PSS2A模型的各个环节及参数的设定、试验流程及注意事项进行了说明，对PSS的稳定运行有一定借鉴意义。
参考文献：
[1]DL/T843-2010，大型汽轮发电机励磁系统技术条件[S].
[2]DL/T1231-2013, 电力系统稳定器整定试验导则[S].
[3]竺士章.发电机励磁系统试验[M].北京：
中国电力出版社，2004.
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