熊鴻韜，陸海清，汪宗恒，謝 勇

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州 310014；3.華能國際電力股份有限公司玉環(huán)電廠，浙江 臺州 317604）

輸配電技術(shù)

加速功率型PSS轉(zhuǎn)速測量誘發(fā)機組功率振蕩分析

熊鴻韜1，陸海清1，汪宗恒2，謝 勇3

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.杭州意能電力技術(shù)有限公司，杭州 310014；3.華能國際電力股份有限公司玉環(huán)電廠，浙江 臺州 317604）

闡述了因加速功率型PSS轉(zhuǎn)速測量產(chǎn)生低頻干擾而引起機組功率振蕩的原理，并依據(jù)產(chǎn)生機理提出了2種抑制措施。以某660 MW機組的功率振蕩事件為研究對象，通過判斷勵磁電壓與有功功率相位關(guān)系、調(diào)整PSS定值、對比不同機組的PSS中間變量等方法確定了功率振蕩的原因。最后，將所提出的2種抑制措施應(yīng)用于該機組，分析比較了2種抑制措施的優(yōu)缺點及適用范圍。分析表明，消除轉(zhuǎn)速測量模塊缺陷是解決功率振蕩問題的根本方法。

加速功率；電力系統(tǒng)穩(wěn)定器；測量模塊；功率振蕩

0 引言

PSS（電力系統(tǒng)穩(wěn)定器）不僅可以消除低頻振蕩，還可以將受穩(wěn)定性限制的最大輸送功率提高到線路極限[1]。在國內(nèi)，幾乎所有的機組均已配置了PSS功能。PSS1A模型因無法區(qū)分機組升降負荷與功率振蕩，易發(fā)生反調(diào)現(xiàn)象，已被加速功率型PSS取代。加速功率型PSS在原電功率單一輸入的基礎(chǔ)上，增加了轉(zhuǎn)速（或頻率）信號，從而有效消除反調(diào)現(xiàn)象。但轉(zhuǎn)速（或頻率）信號通常由定子電壓、電流以及發(fā)電機參數(shù)計算間接獲得，在測量或者計算過程中可能出現(xiàn)干擾信號，引發(fā)機組功率振蕩。

近些年，國內(nèi)外學(xué)者對加速功率型PSS進行了大量研究，如文獻[2]研究了轉(zhuǎn)速計算引起的PSS2A反調(diào)現(xiàn)象；文獻[3-5]研究了PSS超前滯后環(huán)節(jié)參數(shù)的整定與優(yōu)化；文獻[6]研究了加速功率型PSS功率匹配系數(shù)的整定，主要對軸系扭振濾波函數(shù)參數(shù)進行了研究；文獻[7]分析了PSS頻率采樣異常引發(fā)機組功率振蕩的故障機理和診斷結(jié)論，但對轉(zhuǎn)速測量引起機組功率振蕩問題的研究很少。

以下基于加速功率型PSS轉(zhuǎn)速測量引起機組功率振蕩的原理，結(jié)合某660 MW機組功率振蕩事件，對比2種抑制措施的優(yōu)缺點及適用范圍。

1 事件回顧

圖1 PSS投入前后功率及電壓波動情況

從圖1可以看出，有功功率波動最大幅度為25 MW，約3.8%Pn，勵磁電壓最大幅度為67 V（額定428 V）。有功振蕩波形呈現(xiàn)周期性，幅度時大時小，振蕩頻率為1.4 Hz，屬于機組本機振蕩頻率范圍。

2 加速功率型PSS的工作原理

2.1 工作原理

加速功率型PSS采用轉(zhuǎn)速（或頻率）、電功率2個信號輸入，能夠消除單信號（電功率）輸入可能引起的反調(diào)現(xiàn)象。若采用頻率信號，當(dāng)系統(tǒng)運行方式發(fā)生變化時，可能引起系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性或勵磁系統(tǒng)工作穩(wěn)定性下降，因此一般采用轉(zhuǎn)速信號作為信號輸入[8]。典型的加速功率型PSS原理如圖2所示。

在不考慮機械阻尼時，同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子運動方程可以表示為：

圖2 加速功率型PSS模型

式中：Tj為機組的轉(zhuǎn)動慣量（包括原動機）；Tm為原動機轉(zhuǎn)矩；Te為發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩。

在標(biāo)幺系統(tǒng)（額定轉(zhuǎn)速下）中，可以認為轉(zhuǎn)矩和功率是等值的，因此得到式（2）：

式中：Pm為機組機械功率；Pe為機組電功率。

2006年 “國家非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄推薦項目名單”公布，國酒茅臺釀制技藝名列其中，成為醬香型白酒工藝的唯一代表。第八屆中國國際食品和飲料展覽會（SIAL China 2007）在上海舉行，這是亞洲地區(qū)規(guī)模最大展會之一。

將式（2）寫成偏差形式，并進行拉普拉斯變換，可得：

使用計算到的合成機械功率偏差減去電功率的偏差得到加速度功率變化量ΔPa，即：

式中：G（s）為陷波器函數(shù)，也稱軸系扭振濾波函數(shù)，其表達式見式（5）：

陷波器主要作用是過濾發(fā)電機合成機械功率偏差信號中頻率較高的各種噪聲信號及機組軸系扭振信號，并保證低頻信號通過。一般要求在反調(diào)頻率范圍，最好在小于2 Hz范圍內(nèi)，陷波器增益接近1。

當(dāng)機組機械功率保持不變時，合成機械功率變化量基本為零，加速功率變化量可表示為：

加速功率型PSS等效為PSS1A模型。當(dāng)電功率變化量為0時，加速功率變化量也為0。

當(dāng)機組升降負荷時，轉(zhuǎn)速基本不變，因此，合成機械功率變化量與電功率變化量相等，加速功率變化量可表示為：

因陷波器在反調(diào)頻率范圍內(nèi)，增益接近1，因此加速功率變化量 ΔPa接近0，加速功率型PSS輸出為0，不會引起反調(diào)現(xiàn)象。

2.2 角速度信號獲取

發(fā)電機角速度獲取方法一般有2種：第一種是在發(fā)電機大軸上加裝測速裝置直接獲??；第二二是通過測量定子電壓、電流等信號推導(dǎo)獲得。

第二種方法獲取角速度信號不需要增加其他設(shè)備，方法簡單，信號穩(wěn)定，目前基本所有加速功率型PSS均采用該方法。但該方法獲得的并不是實際角速度轉(zhuǎn)速信號，容易出現(xiàn)測量、計算等干擾信號。若干擾信號ωn疊加到轉(zhuǎn)速信號ω時，加速功率變化量ΔPa輸出將變?yōu)椋?/p>

當(dāng)機組機械功率、電功率均保持不變時，加速功率變化量仍會有輸出，其輸出與轉(zhuǎn)速干擾變化量及陷波器函數(shù)有關(guān)，即：

干擾信號中頻率較低部分，能夠通過陷波器，將可能作為強迫振蕩源誘發(fā)機組功率振蕩。

由式（9）可以看出，抑制功率振蕩主要有2種方法：修改陷波器參數(shù)；消除轉(zhuǎn)速測量模塊缺陷。

3 原因分析

通過分析試驗波形發(fā)現(xiàn)：勵磁電壓Uf、無功功率∑Q3L和∑P3L存在很大的相關(guān)性，勵磁電壓波動超前無功功率約0.1 s，無功功率波動超前有功功率約0.09 s，如圖3所示。

圖3 勵磁電壓與功率相位關(guān)系

發(fā)電機的機端電壓、勵磁電壓、機組有功和機組無功之間存在極大的關(guān)聯(lián)性。若勵磁電壓波動滯后機組無功和機組有功波動，說明外部原因引起勵磁電壓的波動，即振蕩由外部引起；若勵磁電壓超前機組無功和有功，則說明勵磁電壓先出現(xiàn)擾動，即擾動由勵磁系統(tǒng)引起。如圖3所示勵磁電壓超前，則說明勵磁系統(tǒng)內(nèi)部的原因引起功率振蕩。

結(jié)合PSS投入/退出波形，現(xiàn)場判斷未勵磁系統(tǒng)中的PSS功能異常，現(xiàn)場采取重新整定PSS補償參數(shù)、調(diào)整PSS放大倍數(shù)等多種措施后，功率振蕩依然存在，因此判定功率振蕩非PSS參數(shù)定值引起，而是由測量模塊引起。

UNITROL5000勵磁系統(tǒng)所采用的PSS模型如圖4所示。

圖4 UNITROL5000所用PSS模型

采用調(diào)試工具分別獲取PSS輸入、輸出以及內(nèi)部變量，同時獲取了采用相同勵磁系統(tǒng)的2號機組數(shù)據(jù)進行對比，詳見表1。

由表1數(shù)據(jù)可知，正常運行時4號機組PSS輸出為0.58%，遠大于2號機組的輸出（0.04%），主要原因是4號機轉(zhuǎn)速測量結(jié)果經(jīng)濾波后的數(shù)值仍較大（0.22%），2號機該參數(shù)為0。該參數(shù)說明機組轉(zhuǎn)速變化量較大，按照4號機PSS轉(zhuǎn)速輸入為0.33%，反推算可知機組轉(zhuǎn)速變化為9.9 r/min（額定轉(zhuǎn)速為3000 r/min），而實際機組轉(zhuǎn)速變化遠小于該數(shù)值，因此，可以確定PSS轉(zhuǎn)速測量存在問題，也正是由于這個原因才引發(fā)了機組的功率振蕩。

表1 PSS各環(huán)節(jié)輸出對比

4 事件處理

4.1 修改陷波器參數(shù)

陷波器G（s）典型參數(shù)為：T8=0.5，T9=0.1，M= 5，N=1。在BPA模型中M和N為固定值，由于建模需要，只修改 T8和T9，調(diào)整 T8=0，T9=0.3，調(diào)整前后諧波器的頻譜特性如圖5所示。

圖5 不同陷波器參數(shù)幅頻特性

從幅頻特性上看，調(diào)整后的陷波器，在0.5 Hz以下的頻段，幅值大于0.3；到1 Hz時幅值接近于0?？梢?，對于0.5 Hz以下的低頻噪聲濾除效果不是很明顯，對于1 Hz以上的噪聲消除十分明顯。

現(xiàn)場實測表明，調(diào)整后PSS輸出干擾明顯減小，濾波效果較為明顯，但無法完全消除轉(zhuǎn)速測量干擾引發(fā)的機組功率振蕩，同時也削弱了加速功率型PSS抑制反調(diào)的能力。此種方法只需修改定值即可實現(xiàn)，無需機組停機，簡單方便，但不能從根本上解決問題，只可作為臨時措施，不建議長期運行。

4.2 消除轉(zhuǎn)速測量模塊缺陷

造成機組功率振蕩的原因是轉(zhuǎn)速測量模塊的輸出存在較大干擾信號，可通過消除轉(zhuǎn)速測量模塊缺陷，消除轉(zhuǎn)速測量引起的Δωn。根據(jù)式（9）可知，當(dāng)機組機械功率、電功率均保持不變時，加速功率變化量輸出為0?，F(xiàn)場采用更換測量板件的方法來完善轉(zhuǎn)速計算方法，更換測量板件后，重新投入PSS的波形如圖6所示。

圖6 更換PSS測量模塊后電量波形

由圖6可以看出，PSS投入后功率波動小于3 MW，與投入前功率波動相近。

5 結(jié)語

闡述了因加速功率型PSS轉(zhuǎn)速測量產(chǎn)生低頻干擾而引發(fā)機組功率振蕩的原理，提出了抑制機組功率振蕩的2種措施。

結(jié)合某660 MW機組的功率振蕩，詳細分析了事故過程及發(fā)生原因，并將2種抑制措施應(yīng)用于該機組，對比分析了他們的效果、優(yōu)缺點以及適用范圍。

考慮到勵磁電壓、機組有功功率和無功功率之間存在電氣控制關(guān)系，根據(jù)試驗曲線勵磁電壓與有功功率的相位關(guān)系，確定了低頻振蕩的原因，為后續(xù)低頻振蕩事故調(diào)查提供了參考。

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（本文編輯：方明霞）

Analysis on Power Oscillation of Units Caused by Speed Measurement of PSS Based on PSS2A

XIONG Hongtao1，LU Haiqing1，WANG Zongheng2，XIE Yong3
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.Hangzhou Yineng Electric Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310014，China；3.Yuhuan Power Plant，Huaneng Power International Inc.，Taizhou Zhejiang 317604，China）

The paper expounds the principle of power oscillation of units caused by low-frequency interference from speed measurement of PSS based on PSS2A.According to its generation mechanism，the paper also proposes two suppression methods.Taking power oscillation of a 660 MW unit as research object，the paper determines the cause of power oscillation by analyzing the phase relationship between excitation voltage and active power，adjusting the values of PSS and comparing PSS intermediate variables of different units.At last，the paper analyzes and compares the advantages，disadvantages and the applicable scope of the two suppression method by applying them to the unit.The analysis shows that the power oscillation can be fundamentally eliminated by erasing defects of rotation speed measurement module.

accelerating power；power system stabilizer（PSS）；speed measurement module；power oscillation

TM712

：B

：1007-1881（2017）03-0009-04

2016-12-14

熊鴻韜（1984），男，工程師，從事發(fā)電機勵磁控制和電力系統(tǒng)穩(wěn)定研究工作。