張學(xué)佳

上海電氣電站集團工程公司 上海 201612

印尼某3×350MW燃煤電站電力系統(tǒng)穩(wěn)定器現(xiàn)場試驗及分析

張學(xué)佳

上海電氣電站集團工程公司 上海 201612

印尼國家電網(wǎng)具有弱聯(lián)系電網(wǎng)的基本特征。為消除印尼電網(wǎng)系統(tǒng)偶發(fā)性低頻振蕩的影響，以某3×350MW電站項目電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)現(xiàn)場試驗為基礎(chǔ)，介紹了PSS的基本原理，通過試驗分析，得出PSS對偶發(fā)性系統(tǒng)低頻振蕩有較好的抑制作用，為印尼電站項目PSS試驗研究提供了參考。

電站與發(fā)電； 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器； 試驗； 分析

印尼作為東南亞最大的電力開發(fā)市場，近幾年有大量我國電建企業(yè)承包的電站項目投入運行。印尼國家電網(wǎng)具有弱聯(lián)系電網(wǎng)的基本特征，如系統(tǒng)阻尼小，電站多使用快速勵磁調(diào)節(jié)器或自并激晶閘管快速勵磁系統(tǒng)等。這些新建電站的投運，使得印尼電網(wǎng)系統(tǒng)阻尼進一步降低，甚至產(chǎn)生負阻尼。在勵磁控制系統(tǒng)中附加阻尼控制，利用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)增大正阻尼轉(zhuǎn)矩，可以較好地抑制低頻振蕩，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1 PSS原理

發(fā)電機電磁力矩可分為同步力矩和阻尼力矩，阻尼力矩與電角速度偏差Δω同相位，阻尼力矩不足，將發(fā)生低頻振蕩失步。低頻振蕩[1-2]是發(fā)生在弱聯(lián)系互聯(lián)電網(wǎng)之間，或發(fā)電機群與電網(wǎng)之間，抑或發(fā)電機群與發(fā)電機群之間的一種有功振蕩，振蕩頻率在0.1～2Hz 之間。

PSS[3]是勵磁系統(tǒng)中一個相對獨立的功能模塊或單元，基本原理是采用Δω、電功率偏差ΔPe中的一種或兩種信號作為附加反饋控制,產(chǎn)生一個正的阻尼力矩分量以補償自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)所產(chǎn)生的負阻尼轉(zhuǎn)矩,從而增強系統(tǒng)阻尼,提高系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。

圖1 同步發(fā)電機數(shù)學(xué)模型

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)原理[5-6]如圖2所示，圖中Ut為發(fā)電機出口電壓，It為定子電流，Uc為補償及調(diào)差環(huán)節(jié)輸出電壓，Efd為勵磁電壓，Ur為調(diào)節(jié)器輸出電壓，Us為PSS輸入電壓，Up為PSS輸出電壓，Uf為勵磁穩(wěn)定器輸出電壓，Ifd為勵磁電流，Uref為參考電壓，Ue為電壓偏差。

IEEE標準[7]中對PSS模型種類進行了說明，分別為PSS1A(單輸入)、PSS2B(雙輸入)、PSS3B(雙輸入)、PSS4B(多輸入)四種模型。此處采用的是PSS2B模型，如圖3所示。圖中ω為角速度，Pe為電功率，ΔPm為機械功率偏差，ΔPa為加速功率偏差。

圖2 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)原理圖

該模型[6，8]基本作用原理為：輸入信號為發(fā)電機轉(zhuǎn)速和電功率，通過兩個限幅器來穩(wěn)定PSS的工作范圍，然后將輸入信號通過電功率與機械功率的變化差值得到加速功率變化值，并通過3個超前滯后環(huán)節(jié)調(diào)整輸出相位。這種PSS能夠有效地避免有功功率變換時引起的無功功率波動，較好地消除反調(diào)。當(dāng)機組負荷單方向增大或減小時，加速功率沒有變化，此時PSS不起作用。當(dāng)機組負荷振蕩變化時，PSS才起作用，輸出正阻尼，抑制系統(tǒng)的低頻振蕩。此種PSS已得到了廣泛應(yīng)用。

圖3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS2B模型

2 PSS試驗分析

2.1 印尼某電站主要設(shè)備參數(shù)

(1) 發(fā)電機。型號為QSFN-350-2，額定容量為 350MW，額定電壓為 20kV，額定電流為11887A，功率因數(shù)為0.85(滯后)，暫態(tài)電抗百分數(shù)為18.5%。

(2) 發(fā)電機變壓器。型號為SFPZ-420000/157.5，額定容量為420MVA，額定電壓為157.5±8× 1.25%/20kV，短路阻抗百分數(shù)為14%，繞組連接方式為YNd11。

(3) 勵磁調(diào)節(jié)器。型號為LCT系列。

2.2 勵磁系統(tǒng)補償相頻特性測試[9]

通過HP35670A動態(tài)信號分析儀產(chǎn)生偽隨機信號，接入調(diào)節(jié)器信號相加點，將機端電壓信號經(jīng)交直流變換后接入HP35670A分析通道，緩慢改變偽隨機信號，進行參數(shù)測試。無補償情況下，勵磁系統(tǒng)相頻特性測試結(jié)果見表1。

表1 勵磁系統(tǒng)無補償相頻特性測試結(jié)果

表1中Φe為勵磁系統(tǒng)的無補償相頻特性。勵磁系統(tǒng)在PSS作用下，在低頻范圍[0.1,2] Hz變化時，其有補償特性(Φe+ΦPSS)應(yīng)在[-1.047,-2.094] rad之間變化，ΦPSS為PSS的相位。PSS參數(shù)整定值為：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。

勵磁系統(tǒng)有補償特性的測試結(jié)果見表2。

表2 勵磁系統(tǒng)有補償特性測試結(jié)果

有、無補償相頻特性的對比分析如圖4所示。由圖4可以看出，在相應(yīng)參數(shù)設(shè)定下，PSS相頻補償特性可以滿足設(shè)計要求。

2.3 PSS臨界增益測試

增加PSS增益值可以增加振蕩阻尼，但是增益過大反而會引起振蕩的負阻尼，使系統(tǒng)失穩(wěn)，通過現(xiàn)場試驗的方法確定PSS臨界增益至關(guān)重要。如圖5所示，增益數(shù)值KPSS=21時，勵磁電壓和定子電壓開始出現(xiàn)振蕩，因此可以將21作為PSS的臨界增益。PSS運行增益取臨界增益的20%～30%，即可取KPSS=4作為運行增益。

2.4 PSS阻尼效果檢驗試驗

在投入±3%階躍響應(yīng)的情況下，分別分析PSS投運及退出情況下功率振蕩的情況，以檢驗PSS的投運效果。圖6所示為PSS退出時的試驗結(jié)果曲線，圖7所示為PSS投入時的試驗結(jié)果曲線。

圖5 PSS臨界增益試驗曲線(KPSS=21)

圖6 PSS退出時試驗曲線

圖7 PSS投入時試驗曲線(KPSS=4)

對曲線進行分析，可以看出在投入±3%階躍響應(yīng)的情況下，PSS退出時，有功功率振蕩6～8次后仍未完全穩(wěn)定；PSS投入時，有功功率振蕩2次后即進入相對穩(wěn)定的狀態(tài)。可以確定PSS的投入使機組抑制低頻振蕩的能力得到了明顯的提高。

2.5 無功功率反調(diào)運行試驗

無功功率反調(diào)[10]是指在增加機械功率輸入時，發(fā)電機發(fā)出的無功功率會減小，反之則增大。PSS通過勵磁系統(tǒng)的作用來抑制有功功率的波動，可以說PSS是通過無功功率的波動來抑制有功功率的波動，因此校驗無功反調(diào)的影響非常重要。通過試驗(圖8)可知，機組負荷從 284MW 下降至約 260MW，然后又回到 284MW，其間歷時約 230s。在試驗過程中，未發(fā)現(xiàn)無功功率與有功功率調(diào)整方向相反的變化，機端電壓及無功功率基本保持了穩(wěn)定，由此可以看出，PSS投入并未給勵磁控制系統(tǒng)帶來反調(diào)的問題，可以投入實際運行。

3 結(jié)論

經(jīng)過上述試驗分析，在整定的PSS參數(shù)作用下，PSS的投入對電網(wǎng)系統(tǒng)偶發(fā)性低頻振蕩有較好的抑制作用。印尼電力系統(tǒng)隨著近幾年的快速發(fā)展建設(shè)，整個系統(tǒng)規(guī)模及互聯(lián)程度已經(jīng)越來越高，研究PSS穩(wěn)定現(xiàn)場試驗對印尼同等級電站項目的PSS調(diào)試試驗工作具有重要的參考意義。

[1] 王青,閔勇,張毅威.電力系統(tǒng)低頻振蕩的機理研究和主要分析方法[J].電氣應(yīng)用,2006,25(7)：1-2，4，6.

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[3] 張學(xué)佳，馬立新，袁理，等.復(fù)合智能控制型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的研究[J].上海理工大學(xué)學(xué)報,2007,29(3)：294- 298.

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[6] 韓慧云.發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)及PSS參數(shù)整定研究[D].北京：北京交通大學(xué),2006.

圖8 機組無功功率反調(diào)校驗曲線

[7] 動力系統(tǒng)穩(wěn)定性研究用勵磁系統(tǒng)模型推薦規(guī)程：IEEE 421.5—2005[S].

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[9] 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定試驗導(dǎo)則：Q/GDW 143—2012[S].

[10] 沈利平,付廷勤,王茂元.PSS模型比較及反調(diào)試驗的應(yīng)用[J].水電站機電技術(shù),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

張學(xué)佳(1981— )，男，碩士研究生，工程師，主要從事海外電站項目工程技術(shù)管理及項目投標技術(shù)管理工作, E-mail: zhangxj3@shanghai-electric.com

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