唐建惠1，孟玉娥2，李彥學(xué)2
（1．河北省電力試驗(yàn)研究所，河北 石家莊 050021；2．邯峰發(fā)電廠，河北 邯鄲 056200）
摘要：邯峰發(fā)電廠2×660 MW機(jī)組的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置由SIEMENS公司設(shè)計(jì)，采用自并勵(lì)方式，同時(shí)具備電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）。本文介紹了PSS環(huán)節(jié)的試驗(yàn)情況，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了初步分析，提出了今后需要進(jìn)一步開(kāi)展的工作。
1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的概念和功能
電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS），一般是作為勵(lì)磁系統(tǒng)的一個(gè)附加功能。由于自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)造成的整個(gè)系統(tǒng)的固有阻尼下降，從而會(huì)造成系統(tǒng)穩(wěn)定性的下降。PSS的作用是在控制環(huán)節(jié)中產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速同相的阻尼轉(zhuǎn)矩，以補(bǔ)償這種不良影響。一般PSS加在自動(dòng)調(diào)壓器的入口。電力系統(tǒng)因功率傳輸發(fā)生低振蕩而需要采用PSS增強(qiáng)穩(wěn)定效果的情況主要有2種：一種是一個(gè)機(jī)組或者一個(gè)廠的機(jī)組距離系統(tǒng)較遠(yuǎn)，聯(lián)系薄弱而傳輸功率相對(duì)較重，即一臺(tái)機(jī)組經(jīng)輸電線后對(duì)無(wú)窮大系統(tǒng)發(fā)生振蕩，屬于“局部振蕩”類型，其振蕩頻率約為0．8～1．8 Hz；另一種是系統(tǒng)中一群機(jī)組經(jīng)聯(lián)絡(luò)線與另外一群機(jī)組間發(fā)生振蕩，屬于“區(qū)間振蕩”，由于振蕩的機(jī)組較多，故振蕩頻率較低，約為0．2～0．5 Hz。PSS環(huán)節(jié)就是在一個(gè)頻率段內(nèi)，能起到一定的超前補(bǔ)償作用，以抑制低頻振蕩。
2 邯峰發(fā)電廠PSS試驗(yàn)
邯峰發(fā)電廠＃2機(jī)采用發(fā)電機(jī)—變壓器組單元接線，出線為500 k V邯藺Ⅲ線，見(jiàn)圖1。勵(lì)磁系統(tǒng)為自并勵(lì)快速勵(lì)磁方式，存在著潛在的欠阻尼問(wèn)題。同時(shí)系統(tǒng)聯(lián)系較為薄弱，有低頻振蕩的隱患。
2．1 試驗(yàn)?zāi)康暮驮囼?yàn)方法
根據(jù)廠家提供的導(dǎo)則，制定了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法。
現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證本套調(diào)節(jié)系統(tǒng)PSS環(huán)節(jié)的功能，找到PSS環(huán)節(jié)的最佳作用頻率。在機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，并且負(fù)荷大于80％額定負(fù)荷，即負(fù)荷大于500MW時(shí)，方可進(jìn)行試驗(yàn)。
使用低頻信號(hào)發(fā)生器在調(diào)節(jié)器參考電壓處輸入擾動(dòng)信號(hào)，信號(hào)為正弦波，頻率分別為0．2 Hz、0．3Hz、0．4 Hz、0．5 Hz、0．6 Hz、0．7 Hz、0．8 Hz、0．9Hz、1．0 Hz、1．1 Hz、1．2 Hz、1．3 Hz、1．4 Hz、1．5Hz、2．5 Hz，幅值從0開(kāi)始增加直至有功或無(wú)功的變化達(dá)到3％額定值。
監(jiān)視的輸出量為有功功率P、無(wú)功功率Q、磁場(chǎng)電壓Uf、磁場(chǎng)電流If、PSS輸出、電壓偏差信號(hào)e。所有的輸出信號(hào)在裝置上都有測(cè)點(diǎn)，將它們直接接入記錄儀，記錄頻率為1 kHz。
試驗(yàn)過(guò)程中，各頻率連續(xù)注入，以便觀察PSS環(huán)節(jié)在各個(gè)頻率的效果，最終找出該機(jī)PSS環(huán)節(jié)作用最明顯的頻率。
2．2 試驗(yàn)過(guò)程
試驗(yàn)時(shí)，注入頻率為1 Hz的正弦波信號(hào)，先不投入PSS，逐漸增加幅值觀察各輸出量的變化；然后將PSS環(huán)節(jié)投入，重復(fù)上述過(guò)程，觀察PSS作用的效果。
2．3 試驗(yàn)結(jié)果
從不同頻率下的輸出結(jié)果來(lái)看，當(dāng)擾動(dòng)量的頻率越接近1 Hz時(shí)，PSS環(huán)節(jié)的作用越來(lái)越明顯，當(dāng)頻率為1 Hz時(shí)，作用最為明顯。當(dāng)頻率為1．0 Hz時(shí)，在相同的擾動(dòng)作用下，投入PSS后，能明顯抑制擾動(dòng)引起的磁場(chǎng)電壓波動(dòng)和功率波動(dòng)，以維持機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。另外，根據(jù)試驗(yàn)曲線繪制了波特圖，見(jiàn)圖2。從波特圖上可以明顯看出，越接近1．0 Hz，PSS環(huán)節(jié)的作用越明顯。
3 試驗(yàn)結(jié)果分析
我國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)推薦的PSS數(shù)學(xué)模型見(jiàn)圖3。
這是一個(gè)雙超前滯后環(huán)節(jié)。T5為輸入信號(hào)傳感器的濾波時(shí)間常數(shù)。Ts為隔直時(shí)間常數(shù)，當(dāng)輸入信號(hào)為Δω或Δf時(shí)，取較大值；當(dāng)輸入信號(hào)為ΔPe時(shí)，取較小值。T1～T4為超前滯后環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)，一般要經(jīng)過(guò)計(jì)算來(lái)確定。ΔUT和Pe0為切除PSS環(huán)節(jié)的給定值。當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓偏差絕對(duì)值超過(guò)ΔUT或發(fā)電機(jī)功率偏差小于Pe0時(shí)，PSS輸出為0。
SIEMENS公司沒(méi)有給出PSS環(huán)節(jié)的具體傳遞函數(shù)，只提供了如圖4的一個(gè)計(jì)算框圖。從框圖的原理來(lái)看，與我國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)的推薦傳遞函數(shù)原理大致相同，但算法相對(duì)簡(jiǎn)單。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，各參
4 建議
隨著電力系統(tǒng)的逐步擴(kuò)大，單機(jī)容量的不斷提高，對(duì)穩(wěn)定性提出了更加嚴(yán)格的要求�，F(xiàn)今大多數(shù)勵(lì)磁系統(tǒng)都采用了PID＋PSS的設(shè)計(jì)方法，前者基本目的是改善發(fā)電機(jī)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能，后者主要用于抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩。在不增加一次投資的情況下，投運(yùn)PSS環(huán)節(jié)是改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定的有效方法。PSS現(xiàn)在已經(jīng)是一項(xiàng)成熟的提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定的先進(jìn)技術(shù)，我國(guó)電力系統(tǒng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定大型發(fā)電機(jī)特別是快速勵(lì)磁（比如自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)）應(yīng)配置PSS。因此，PSS的應(yīng)用，是當(dāng)前一項(xiàng)重要的課題。
該套調(diào)節(jié)器是SIEMENS公司在全球投運(yùn)的第一套為660 MW容量機(jī)組配套的自并勵(lì)調(diào)節(jié)器，PSS環(huán)節(jié)也是首次試驗(yàn)。從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果看，該套調(diào)節(jié)器PSS環(huán)節(jié)在一定的頻率范圍內(nèi)（1 Hz附近）達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，對(duì)機(jī)組和系統(tǒng)穩(wěn)定具有一定的作用，但在現(xiàn)有的技術(shù)資料和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下，還不能輕易將PSS環(huán)節(jié)投運(yùn)。主要原因有：一是對(duì)相關(guān)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的計(jì)算尚不完善，由于沒(méi)有取得確切的傳遞函數(shù)，難以全面分析和仿真該套PSS的工作特性；另外，從計(jì)算表達(dá)式來(lái)看，其設(shè)計(jì)本質(zhì)是單機(jī)單參量的相位補(bǔ)償，因此，能夠適應(yīng)的系統(tǒng)振蕩頻帶相當(dāng)狹窄，試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。
對(duì)于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)的確認(rèn)，已經(jīng)有了重大進(jìn)展，最終參數(shù)是可以獲得的。為了取得確切的傳遞函數(shù)，應(yīng)在適當(dāng)?shù)臈l件下進(jìn)行系統(tǒng)及調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試，并配合系統(tǒng)的不同運(yùn)行方式進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)，取得更加詳盡的資料。這項(xiàng)工作可以利用檢修時(shí)間來(lái)進(jìn)行。在取得傳遞函數(shù)后，可以進(jìn)行PSS參數(shù)計(jì)算與仿真試驗(yàn)，對(duì)于明確PSS整定值有重要意義。同時(shí)還應(yīng)與國(guó)內(nèi)其他大容量機(jī)組進(jìn)行比較，最終獲得權(quán)威的數(shù)據(jù)，為PSS環(huán)節(jié)的正式投運(yùn)做好準(zhǔn)備。
參考文獻(xiàn)：
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