原 瑋

（哈爾濱電機(jī)廠(chǎng)有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

簡(jiǎn)述首鋼京唐自備電廠(chǎng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的構(gòu)成、作用及投入試驗(yàn)

原 瑋

（哈爾濱電機(jī)廠(chǎng)有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

本文簡(jiǎn)述了首鋼京唐自備電廠(chǎng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的投入試驗(yàn)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)的構(gòu)成以及在電網(wǎng)中的作用。

電力系統(tǒng)；穩(wěn)定器；試驗(yàn)

1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的構(gòu)成

電力系統(tǒng)穩(wěn)定器簡(jiǎn)稱(chēng)PSS。該裝置電路是由信號(hào)變換器、陷波器、隔直單元、超前遲后單元、限幅單元、保護(hù)單元組成。PSS作為一種附加勵(lì)磁控制環(huán)節(jié)，即在勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中，通過(guò)引入附加信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)正阻尼轉(zhuǎn)矩，去克服勵(lì)磁調(diào)節(jié)器引起的負(fù)阻尼，控制量可以采取電功率偏差（ΔP）、機(jī)端電壓頻率偏差（Δf）、 過(guò)剩功率（ΔPm）、 發(fā)電機(jī)軸轉(zhuǎn)速偏差（Δω）以及它們的組合等。

2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的作用

PSS的作用主要是用來(lái)克服（或補(bǔ)償）電壓調(diào)節(jié)器AVR所產(chǎn)生的負(fù)阻尼作用，將電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)水平提高到所希望的水平，因此它只是一種附加勵(lì)磁控制。它的引入既不改變電壓調(diào)節(jié)器主控制作用的地位，又不影響電壓調(diào)節(jié)器的參數(shù)選擇。它能使發(fā)電機(jī)在各種運(yùn)行工況下，勵(lì)磁系統(tǒng)的各種約束條件得到保證。

2.1 PSS可以限制小干擾

現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，大型發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）在發(fā)電機(jī)負(fù)荷長(zhǎng)距離輸電時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生負(fù)阻尼作用。這種負(fù)阻尼不論是快速勵(lì)磁系統(tǒng)，還是常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)。由AVR產(chǎn)生的負(fù)阻尼作用使電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定水平下降，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于線(xiàn)路極限，所謂線(xiàn)路極限在這里是指保持發(fā)電機(jī)端電壓恒定時(shí)的極限。采用 PSS以后，可以提供足夠的正阻尼，有效地克服了AVR的負(fù)阻尼作用，把小干擾送電功率的極限提高到線(xiàn)路極限。

2.2 PSS可以限制大干擾

電力系統(tǒng)低頻振蕩可以在小擾動(dòng)后發(fā)生，也可以在大擾動(dòng)后發(fā)生。PSS對(duì)大的干擾激發(fā)的振蕩也有很好的阻尼作用。

2.3 PSS穩(wěn)定器的適應(yīng)范圍

AVR+PSS控制方式可用于快速勵(lì)磁系統(tǒng)，也可以適用于常規(guī)勵(lì)磁系統(tǒng)；既可以用于簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)（如兩機(jī)系統(tǒng)），也可以應(yīng)用于多級(jí)復(fù)雜的電力系統(tǒng)。

3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的投入試驗(yàn)

3.1 勵(lì)磁系統(tǒng)特點(diǎn)

首鋼京唐自備電廠(chǎng)兩臺(tái) 300MW 汽輪發(fā)電機(jī)組為哈爾濱電機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)的產(chǎn)品，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式為靜態(tài)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，由勵(lì)磁變壓器、三組可控硅全控橋換流器、兩套 ABB數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(UNITROL 5000系列)和滅磁裝置組成。每一套調(diào)節(jié)器又分為AVR自動(dòng)和FCR手動(dòng)兩種運(yùn)行方式。自動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)機(jī)端電壓的閉環(huán)控制，為正常運(yùn)行方式；手動(dòng)方式則為勵(lì)磁電流的閉環(huán)控制，以便按照運(yùn)行人員的設(shè)定提供連續(xù)勵(lì)磁。另外，每一套調(diào)節(jié)器還配置了一套備用磁場(chǎng)電流調(diào)節(jié)器(EGC)，作為AVR故障后的一種備用運(yùn)行方式。

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)簡(jiǎn)化原理框圖如圖1所示。圖中，G: 同步發(fā)電機(jī)；AVR: 自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器；PT: 發(fā)電機(jī)定子電壓互感器；LB: 勵(lì)磁電壓變壓器；CT: 發(fā)電機(jī)定子電流互感器；SCR: 可控硅整流器。

圖1 自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)

3.2 各參數(shù)和數(shù)據(jù)

3.2.1 發(fā)電機(jī)參數(shù)和數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1）

3.2.2 計(jì)算出1號(hào)發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器參數(shù)和數(shù)據(jù)

（1）根據(jù)發(fā)電機(jī)空載特性曲線(xiàn)計(jì)算出飽和系數(shù)標(biāo)幺值為：SG1.0=0.121(p.u.) SG1.2=0.479(p.u.)

（2）根據(jù)在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)帶負(fù)荷300MW時(shí)轉(zhuǎn)子電阻Rf=0.1228?時(shí)，計(jì)算出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓、轉(zhuǎn)子電流的計(jì)算基準(zhǔn)值為：Ufb=109.4V Ifb=890A

（3）求出換向系數(shù)為：KC=0.0999

（4）計(jì)算出 AVR調(diào)節(jié)器最大限制系數(shù)和最小限制系數(shù)為：Vrmax=8.54 Vrmin=-7.00

3.2.3 發(fā)電機(jī)時(shí)間常數(shù)

空載額定時(shí)測(cè)發(fā)電機(jī)時(shí)間常數(shù)Td0′=9.66s。

表1

4 勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)

4.1 電壓調(diào)節(jié)器AVR模型框圖（見(jiàn)圖2）

圖2 電壓調(diào)節(jié)器（AVR）模型框圖

4.2 AVR參數(shù)設(shè)置和計(jì)算參數(shù)表（見(jiàn)表2）

表2

4.3 PSS參數(shù)（見(jiàn)表3）

表3

5 發(fā)電機(jī)空載擾動(dòng)試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)空載階躍試驗(yàn)是數(shù)字仿真校核的重要依據(jù)，采用下列方法進(jìn)行仿真計(jì)算校核：5%階躍試驗(yàn)檢查AVR動(dòng)態(tài)特性是否滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)；3%、10%階躍試驗(yàn)檢查AVR的控制是否為線(xiàn)性關(guān)系。

5.1 +3%階躍響應(yīng)試驗(yàn)（見(jiàn)圖3）

電壓上升時(shí)間T1=0.38 s

電壓到達(dá)頂值的時(shí)間：Tp=0.68 s

電壓超調(diào)量：Mp= 7.6 % 調(diào)整時(shí)間約Ts=1.58s

圖3

5.2 +5%階躍響應(yīng)試驗(yàn)（見(jiàn)圖4）

電壓上升時(shí)間T1=0.38s

電壓到達(dá)頂值的時(shí)間：Tp=0.69s

電壓超調(diào)量：Mp=7.6% 調(diào)整時(shí)間約Ts=1.58s

電壓超調(diào)量：Mp=8% 調(diào)整時(shí)間約Ts=1.8s

圖4

5.3 +10%階躍響應(yīng)試驗(yàn)（見(jiàn)圖5）

電壓上升時(shí)間T1=0.33s

電壓到達(dá)頂值的時(shí)間：Tp=0.73s

圖5

電壓超調(diào)量：Mp=8.5% 調(diào)整時(shí)間約Ts=1.90s

由 3%、5%和 10%階躍試驗(yàn)表明，勵(lì)磁系統(tǒng)暫態(tài)增益平均值Kt=50.6與AVR設(shè)置的參數(shù)51.4基本一致。

6 發(fā)電機(jī)負(fù)載試驗(yàn)

6.1 PSS補(bǔ)償特性

6.1.1 采用的計(jì)算模型

PSS2A型的PSS頻率特性計(jì)算模型簡(jiǎn)化如圖6所示。圖中，Tw3：沖洗器時(shí)間常數(shù)（隔直環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)）；T7：慣性時(shí)間常數(shù)（補(bǔ)償時(shí)間常數(shù)）；T1：一級(jí)超前時(shí)間常數(shù)；T2：一級(jí)滯后時(shí)間常數(shù)；T3＝T5：超前時(shí)間常數(shù)；T4＝T6：滯后時(shí)間常數(shù)；T8：高通濾過(guò)器時(shí)間；T9：高通濾過(guò)器時(shí)間常數(shù)；Ks1；Ks2；Ks3：放大倍數(shù)。

圖6

6.1.2 PSS的計(jì)算補(bǔ)償特性（見(jiàn)表4）

表4

將PSS補(bǔ)償特性分別在同頻率下與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)無(wú)補(bǔ)償相頻特性的遲后角相加，可見(jiàn)補(bǔ)償后的勵(lì)磁系統(tǒng)在0.1—2.0Hz范圍內(nèi)均能提供正阻尼，滿(mǎn)足聯(lián)網(wǎng)的要求。

6.2 1號(hào)機(jī)PSS投入后效果檢查

6.2.1 PSS投入前負(fù)載3%階躍試驗(yàn)（見(jiàn)圖7）

6.2.2 PSS投入后負(fù)載3%階躍試驗(yàn)（見(jiàn)圖8）

觀(guān)察PSS投入后階躍擾動(dòng)錄波圖可見(jiàn)，有功僅振蕩2次就基本平息，阻尼比提高到0.246。

圖7

圖8

7 結(jié)束語(yǔ)

首鋼京唐1號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)經(jīng)過(guò)空載、負(fù)載常規(guī)擾動(dòng)試驗(yàn)及PSS優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，證明全部技術(shù)指標(biāo)滿(mǎn)足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求；經(jīng)仿真試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的勵(lì)磁系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性一致，并且證明其主控制環(huán)數(shù)學(xué)模型正確、參數(shù)準(zhǔn)確，PSS環(huán)節(jié)在0.1Hz～2.0Hz頻率范圍內(nèi)均可提供正阻尼，反調(diào)試驗(yàn)在正常范圍內(nèi)，滿(mǎn)足聯(lián)網(wǎng)的要求。

[1] 劉增煌，方思立.電力系統(tǒng)穩(wěn)定器對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的作用及與其他控制方式的比較[J]．電網(wǎng)技術(shù)， 1998（3 期）：75-81．

[2] 竺士章.自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)電機(jī)空載電壓階躍響應(yīng)指標(biāo)對(duì)電力系統(tǒng)擾動(dòng)品質(zhì)的影響[J]．中國(guó)電力，2004（6））：19-22．

[3] 李基成.現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用（第二版）[M]．北京：中國(guó)電力出版社2009.

審稿人：胡 瑜

Brief Description of Structure, Function and Test of Power System Stabilizer for Jingtang Self-Power Plant of Capital Steel Corporation

YUAN Wei
(Harbin Electric Machinery Company Limited,Harbin 150040,China)

This article briefly descript test of the power system stabilizer of Jingtang Self Power Plant of Capital Steel Corporation, structure of the power system stabilizer (PSS) and its function in the electricity grid..

power system；stabilizer；test

TM712

B

1000-3983(2012)02-0049-04

2012-01-12

原 瑋（1961-），1984年畢業(yè)于黑龍江廣播電視大學(xué)工企自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，從事發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)、科研、調(diào)試工作，工程師。