梁 浩，謝 歡，王 聰，秦 川，張廣韜，訾 鵬

（1. 國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司電力科學(xué)研究院，北京市 100045；2. 國(guó)家電網(wǎng)有限公司華北分部，北京市 100010）

0 引言

電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）屬于自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器（AVR）的一種附加勵(lì)磁控制，通過(guò)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)提供附加阻尼轉(zhuǎn)矩，達(dá)到提高系統(tǒng)阻尼的作用［1-3］。PSS 原理明晰、技術(shù)成熟，已成為目前提高系統(tǒng)穩(wěn)定、抑制低頻振蕩最為經(jīng)濟(jì)、有效的技術(shù)手段［4-7］。

目前，并網(wǎng)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的是加速功率型PSS，如PSS2A、PSS2B，采用發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和電功率作為輸入信號(hào)，既能有效抑制系統(tǒng)低頻振蕩，又明顯改善了PSS1A 模型在有功快速變化時(shí)的“反調(diào)”現(xiàn)象［8］。關(guān)于加速功率型PSS 已有大量理論研究和實(shí)踐應(yīng)用［8-11］。文獻(xiàn)［8］闡述了加速功率合成環(huán)節(jié)作用的原理，具有良好的工程實(shí)用效果。文獻(xiàn)［10］以實(shí)際機(jī)組為例，詳細(xì)介紹了加速功率型PSS現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及參數(shù)整定方法。文獻(xiàn)［11］提出了一種僅需1 階超前和1 階滯后即可滿足全頻段相位補(bǔ)償要求的新型PSS 設(shè)計(jì)方法，從原理上解決了PSS 的低頻段增益受限問(wèn)題。

對(duì)于加速功率型PSS，研究的難點(diǎn)是轉(zhuǎn)速輸入信號(hào)的獲取和處理，現(xiàn)場(chǎng)因轉(zhuǎn)速信號(hào)通道問(wèn)題導(dǎo)致PSS 輸出異常并引發(fā)機(jī)組功率振蕩的事件時(shí)有報(bào)道［12-15］。國(guó)內(nèi)外主流勵(lì)磁廠家裝置雖然在實(shí)現(xiàn)算法、濾波處理等細(xì)節(jié)上各不相同，但原理上均是采用電氣量計(jì)算方法，采集機(jī)組電壓、機(jī)端電流以及電抗參數(shù)計(jì)算發(fā)電機(jī)q軸內(nèi)電勢(shì)E?q，進(jìn)而求取E?q的角頻率作為機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)［16-20］。該方法相比采集機(jī)械轉(zhuǎn)速無(wú)須額外配置轉(zhuǎn)速測(cè)量硬件、不受傳輸延時(shí)以及電磁干擾影響，實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單有效，目前幾乎應(yīng)用于所有在運(yùn)機(jī)組加速功率型PSS。但針對(duì)電抗參數(shù)的取值，不同勵(lì)磁廠家裝置出廠默認(rèn)值各不相同，一般在發(fā)電機(jī)q軸次暫態(tài)電抗Xq''和同步電抗Xq之間［16-17］。由于PSS 經(jīng)過(guò)增益整定和相位補(bǔ)償后在絕大多數(shù)情況下抑制功率振蕩效果明顯，現(xiàn)場(chǎng)PSS 試驗(yàn)時(shí)一般不對(duì)該電抗參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)于該參數(shù)整定優(yōu)化也一直未引起足夠的重視。雖然文獻(xiàn)［16］通過(guò)仿真對(duì)比指出電抗參數(shù)采用Xq''比采用Xq效果更好，但未開(kāi)展更深入的理論研究。

隨著中國(guó)電力系統(tǒng)向著新型電力系統(tǒng)方向發(fā)展，常規(guī)火電機(jī)組功能定位正從“重載運(yùn)行、電力保障”轉(zhuǎn)變?yōu)椤鞍踩档?、調(diào)節(jié)支撐”，深度調(diào)峰運(yùn)行將常態(tài)化?，F(xiàn)有研究表明，機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行下PSS 原整定參數(shù)仍具備較好的涉網(wǎng)性能［8，21］，但近期中國(guó)內(nèi)蒙古某660 MW 火電機(jī)組在深度調(diào)峰的進(jìn)相工況發(fā)生了功率振蕩，振蕩頻率為1.8 Hz，最終確定是由于PSS 內(nèi)部轉(zhuǎn)速測(cè)量誤差過(guò)大引起PSS 提供負(fù)阻尼作用。通過(guò)開(kāi)展深度調(diào)峰工況下PSS 阻尼特性分析及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，可有效驗(yàn)證和優(yōu)化其涉網(wǎng)性能，保障機(jī)組和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。

本文結(jié)合上述振蕩事件分析PSS 在深調(diào)進(jìn)相工況下提供負(fù)阻尼的原因，并開(kāi)展加速功率型PSS轉(zhuǎn)速計(jì)算電抗參數(shù)適應(yīng)性機(jī)理分析，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室勵(lì)磁裝置數(shù)字物理混合仿真測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)PSS 轉(zhuǎn)速計(jì)算用電抗參數(shù)的取值提出了整定建議。

1 加速型PSS 原理

1.1 不同工況下加速型PSS 作用機(jī)理

典型加速功率型PSS 的傳遞函數(shù)如圖1 所示。圖中，Δω和ΔPe分別為轉(zhuǎn)速變化量和電功率變化量；TW1至TW4為隔直環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)；T1至T4、T10、T11為超前滯后環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)；T7為電功率計(jì)算時(shí)間常數(shù)；T8和T9為陷波器函數(shù)G（s）的時(shí)間常數(shù)，主要用于過(guò)濾軸系扭振和噪聲信號(hào)；M、N為陷波器函數(shù)系數(shù)；KS1至KS3分別為PSS 增益、電功率計(jì)算補(bǔ)償因子和功率匹配系數(shù)；ΔPa為加速度功率變化量；ΔPm為合成機(jī)械功率的偏差；USmax和USmin分別為PSS 的輸出上限、下限值；ΔUPSS為PSS 的輸出值；TP1 至TP7 為某勵(lì)磁廠家裝置程序中PSS 內(nèi)部觀測(cè)位置，對(duì)應(yīng)的輸出內(nèi)部變量分別為T(mén)P1至TP7。由圖1 可見(jiàn)，ΔPa由合成機(jī)械功率的偏差乘以陷波器函數(shù)后，再減去電功率的變化量得到［7，14］：

圖1 加速功率型PSS 傳遞函數(shù)圖Fig.1 Transfer function diagram of power-type PSS with improved rotational speed

式中：TJ為機(jī)組總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

若發(fā)電機(jī)有功功率變化由系統(tǒng)側(cè)振蕩引起，Δω和ΔPe經(jīng)隔直和積分環(huán)節(jié)后的數(shù)值相等、極性相反，二者合成后輸出信號(hào)ΔPm為零，此時(shí)加速度功率變化量ΔPa為負(fù)電功率偏差信號(hào)的積分，經(jīng)增益、超前滯后等環(huán)節(jié)后可有效抑制電網(wǎng)有功功率的波動(dòng)，提供正阻尼作用，有

若發(fā)電機(jī)有功功率變化由調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)機(jī)械功率改變引起，ΔPe會(huì)發(fā)生較大變化，但Δω變化較小，二者合成后輸出信號(hào)ΔPm將不為零，此信號(hào)將通過(guò)陷波器并與電功率偏差量信號(hào)相減。由于陷波器在反調(diào)頻率范圍內(nèi)的增益近似等于1，因此二者相減后形成加速功率變化量信號(hào)ΔPa很小，PSS 輸出近似為零。有

加速功率型PSS 正是利用加速功率信號(hào)來(lái)平衡機(jī)械功率改變引起發(fā)電機(jī)有功功率變化時(shí)的輸出，使PSS 僅在系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時(shí)才起作用。

1.2 轉(zhuǎn)速計(jì)算方法

實(shí)際勵(lì)磁裝置通過(guò)采集到的機(jī)端電壓、電流以及電抗參數(shù)計(jì)算發(fā)電機(jī)q軸內(nèi)電勢(shì)E?q，進(jìn)而求取E?q的角頻率作為機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)輸入至圖1 中Δω。發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)、電壓等相量關(guān)系如圖2 所示，其中，odq為dq坐 標(biāo) 系，oxy為 同 步 坐 標(biāo) 系，V?t為 發(fā) 電 機(jī) 相 電壓，I?t為發(fā)電機(jī)的相電流，Xq為交軸電抗。

圖2 發(fā)電機(jī)功角相量關(guān)系圖Fig.2 Relation diagram of generator power angle and phasor

由圖2 可以得出E?q與x軸的夾角θq=δ+θv，通過(guò)對(duì)θq求導(dǎo)即可得到E?q的角頻率。其中，電壓V?t與x軸的夾角θv易通過(guò)對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)得到，各勵(lì)磁廠家裝置相關(guān)處理基本一致，而如何在擾動(dòng)過(guò)程中計(jì)算得到準(zhǔn)確的發(fā)電機(jī)功角δ是PSS 轉(zhuǎn)速獲取的技術(shù)難點(diǎn)，也是影響PSS 阻尼特性的關(guān)鍵。發(fā)電機(jī)功角δ的計(jì)算方法如式（4）所示，通過(guò)對(duì)δ求導(dǎo)可獲取δ的角速度ωδ，如式（5）所示。本文主要基于式（5）進(jìn)行電抗參數(shù)、機(jī)組運(yùn)行工況對(duì)轉(zhuǎn)速計(jì)算影響的機(jī)理分析。

式中：P為有功功率；Q為無(wú)功功率；Ut為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓；XPSS為勵(lì)磁廠家整定的電抗參數(shù)，一般在Xq''與Xq之間，所有變量單位均為p.u.。

2 深調(diào)進(jìn)相工況PSS 引發(fā)振蕩事故分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)PSS 引發(fā)功率振蕩事件概述

現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的自并勵(lì)發(fā)電機(jī)的額定功率為660 MW，振蕩前初始運(yùn)行工況：有功功率為99 MW（15%額定功率），無(wú)功功率為10 Mvar，準(zhǔn)備進(jìn)行深調(diào)工況下進(jìn)相試驗(yàn)。當(dāng)時(shí)PSS 為投入狀態(tài)，已在75%額定功率下完成了PSS 相關(guān)試驗(yàn)，涉網(wǎng)性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

進(jìn)相試驗(yàn)過(guò)程中電廠運(yùn)行人員進(jìn)行減磁操作，在無(wú)功功率Q降至-170 Mvar 的過(guò)程中，機(jī)端電壓Uab、有功功率P、勵(lì)磁電壓Uf等電氣量逐漸發(fā)生振蕩，有功功率波動(dòng)約5 MW，勵(lì)磁電壓波動(dòng)約25 V，振蕩頻率1.70 Hz，退出PSS 后振蕩平息，錄波圖見(jiàn)附錄A 圖A1。

2.2 PSS 引發(fā)負(fù)阻尼原因分析

影響PSS 作用效果的主要因素包括信號(hào)測(cè)量環(huán)節(jié)、隔直環(huán)節(jié)、相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)、PSS 增益KS1、電功率計(jì)算補(bǔ)償因子KS2等。通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)大負(fù)荷工況和深調(diào)進(jìn)相工況下掃頻試驗(yàn)以及勵(lì)磁裝置參數(shù)定值確認(rèn)，排除了圖1 中相關(guān)參數(shù)整定不合理的問(wèn)題。結(jié)合振蕩過(guò)程中勵(lì)磁調(diào)節(jié)器PSS 內(nèi)部變量輸出，分析PSS 引起功率振蕩的原因。圖3 為振蕩過(guò)程中PSS內(nèi)部變量輸出錄波圖，其中，縱坐標(biāo)為PSS 內(nèi)部各輸出變量的幅值，單位為p.u.。

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生功率振蕩時(shí)，PSS 正確的動(dòng)作邏輯是圖3 中TP1和TP4大小相同、符號(hào)相反，使得TP3接近為0，經(jīng)過(guò)高頻濾波后變?yōu)門(mén)P5，只有-TP4進(jìn)入PSS 超前滯后環(huán)節(jié)為系統(tǒng)提供正阻尼作用。但從圖3 可知，TP1的振蕩幅值約是TP4的5 倍，造成了TP3有輸出，經(jīng)過(guò)T8、T9環(huán)節(jié)后TP5滯后TP3近180°（T8=0.6 p.u.，T9=0.12 p.u.），這 就 導(dǎo) 致 了TP5與TP4幾 乎同相位，且振蕩幅值約是TP4的2 倍，使得進(jìn)入PSS超前滯后環(huán)節(jié)的輸入變量由正確的-TP4變成了TP4，最終導(dǎo)致PSS 產(chǎn)生反向作用。

圖3 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器PSS 內(nèi)部變量輸出錄波圖Fig.3 Output oscillogram of internal variables of excitation regulator PSS

通過(guò)與電廠確認(rèn)，本次振蕩不是由原動(dòng)機(jī)異常調(diào)節(jié)造成，有功功率測(cè)量正常且TP4通道參數(shù)整定正確，但TP1與TP4無(wú)法對(duì)消。因此，引起PSS 產(chǎn)生負(fù)阻尼的原因是TP1輸出異常，即PSS 轉(zhuǎn)速計(jì)算環(huán)節(jié)，造成轉(zhuǎn)速變化量成倍放大。該勵(lì)磁調(diào)節(jié)器PSS 內(nèi)部計(jì)算轉(zhuǎn)速電抗參數(shù)XPSS為1.5 p.u.，與其他現(xiàn)場(chǎng)相比該定值偏大，初步認(rèn)為是該定值在深調(diào)進(jìn)相工況下適應(yīng)性不足造成了本次PSS 負(fù)阻尼作用，從而引發(fā)了功率振蕩。

3 實(shí)驗(yàn)室仿真測(cè)試

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，利用實(shí)時(shí)數(shù)字仿真（RTDS）仿真系統(tǒng)搭建包含353 MV·A 自并勵(lì)發(fā)電機(jī)、主變壓器、輸電線路等設(shè)備的一次仿真系統(tǒng)，針對(duì)兩套型號(hào)不同的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器裝置進(jìn)行了數(shù)字物理混合仿真測(cè)試，均發(fā)現(xiàn)PSS 采用偏大的電抗參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)速電氣計(jì)算，在深度調(diào)峰、進(jìn)相工況下阻尼特性變差，甚至出現(xiàn)負(fù)阻尼情況。

在發(fā)電機(jī)有功功率為281 MW（0.94 p.u.）、無(wú)功功率為45 Mvar（0.13 p.u.）的工況下，勵(lì)磁裝置分別退出、投入PSS 后進(jìn)行機(jī)端電壓5%階躍試驗(yàn)，有功功率錄波圖見(jiàn)附錄A 圖A2，其中黑色曲線對(duì)應(yīng)PSS退出情況，紅色曲線對(duì)應(yīng)PSS 投入情況，PSS 在大負(fù)荷工況下有效抑制功率振蕩，有功功率從振蕩5次變?yōu)? 次。

在發(fā)電機(jī)有功功率為35 MW（0.10 p.u.）、無(wú)功功率為-112 Mvar（-0.32 p.u.）的工況下，勵(lì)磁裝置投入PSS 后的有功功率P和轉(zhuǎn)速變化量的錄波圖如圖4 所示，其中，藍(lán)色曲線對(duì)應(yīng)PSS 轉(zhuǎn)速信號(hào)采用電氣量計(jì)算方法，電抗參數(shù)為廠家默認(rèn)值（Xq=2.19 p.u.），紅色曲線對(duì)應(yīng)PSS 轉(zhuǎn)速信號(hào)采用直采方法，機(jī)組實(shí)際轉(zhuǎn)速變化量經(jīng)外接板卡以±10 V（±10 V 代表轉(zhuǎn)速±10 r/min）信號(hào)從RTDS 送入勵(lì)磁裝置。

圖4 有功功率和轉(zhuǎn)速變化量錄波圖Fig.4 Oscillogram of active power and rotational speed variation

由圖4 可見(jiàn)，采用電氣量計(jì)算轉(zhuǎn)速變化量與真實(shí)轉(zhuǎn)速相位相同，但是幅值要放大數(shù)倍，與圖3 中TP1效果類似，經(jīng)過(guò)PSS 后續(xù)環(huán)節(jié)后造成了負(fù)阻尼作用，引發(fā)了功率的振蕩，退出PSS 后振蕩消失。通過(guò)仿真測(cè)試說(shuō)明，PSS 采用偏大電抗參數(shù)，如Xq值，進(jìn)行轉(zhuǎn)速計(jì)算的準(zhǔn)確性在大負(fù)荷工況下效果良好，但在深調(diào)進(jìn)相工況下適應(yīng)性變差。

4 PSS 轉(zhuǎn)速計(jì)算電抗參數(shù)適應(yīng)性機(jī)理分析

在相同電氣量（如有功功率P）微小波動(dòng)下，真實(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)的變化量可以認(rèn)為很小且固定唯一，而采用電氣量計(jì)算方法得到的轉(zhuǎn)速信號(hào)變化量則受到電抗參數(shù)取值以及機(jī)組運(yùn)行工況的影響。

為了分析電氣量微小波動(dòng)在不同電抗參數(shù)或運(yùn)行工況下對(duì)計(jì)算轉(zhuǎn)速變化量的影響，基于式（5）求解轉(zhuǎn)速對(duì)有功功率P和無(wú)功功率Q的導(dǎo)數(shù)，如式（6）所示。其求導(dǎo)結(jié)果的物理意義可以理解為在某個(gè)特定條件下，有功功率P或無(wú)功功率Q的微小波動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速變化量的影響程度，求導(dǎo)結(jié)果的絕對(duì)值越大，代表轉(zhuǎn)速變化量越大，反之轉(zhuǎn)速變化量越小，但相同的功率波動(dòng)下，真實(shí)轉(zhuǎn)速的變化量是固定不變的。

式中：Δωδ為轉(zhuǎn)速變化量；ΔP為有功功率變化量；ΔQ為無(wú)功功率變化量。單位均為p.u.。

4.1 XPSS 不同取值對(duì)?ωδ/?P 計(jì)算結(jié)果的影響

首先，分析有功功率P的微小波動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速變化量的影響，即式（6）中?ωδ/?P數(shù)值絕對(duì)值的大小。結(jié)合式（5），可以推導(dǎo)得到?ωδ/?P的計(jì)算公式為：

當(dāng)機(jī)組參數(shù)Ut=1.0 p.u.，Q=-0.3 p.u.，XPSS分別為0.2、0.55、1.1、2.0 p.u.時(shí)，?ωδ/?P運(yùn)算結(jié)果如圖5 所示。

圖5 XPSS取值不同時(shí)?ωδ/?P 的計(jì)算結(jié)果Fig.5 Calculation results of ?ωδ/?P with different XPSS

由圖5可知，當(dāng)機(jī)組在大負(fù)荷工況（0.6 p.u.＜P≤0.9 p.u.）且有功功率波動(dòng)相同時(shí)，不同電抗參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)速變化量的影響相差不大，且影響均較小；而當(dāng)機(jī)組在小負(fù)荷工況（0.2 p.u.＜P≤0.6 p.u.）且有功功率波動(dòng)相同時(shí)，不同電抗參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)速變化量的影響相差很大，且電抗參數(shù)XPSS越大，?ωδ/?P的絕對(duì)值越大，即轉(zhuǎn)速變化量的計(jì)算值也越大。

因此，如果電抗參數(shù)整定值偏大，則機(jī)組運(yùn)行于深調(diào)、進(jìn)相工況時(shí)，有功功率的波動(dòng)會(huì)引起計(jì)算轉(zhuǎn)速變化量與真實(shí)轉(zhuǎn)速變化量的偏差增大，進(jìn)而引起圖1 中TP1輸出一個(gè)比理論轉(zhuǎn)速變化量更大的數(shù)值，造成TP3輸出不為0，進(jìn)而引起PSS 輸出異常。

4.2 XPSS 不同取值對(duì)?ωδ/?Q 計(jì)算結(jié)果的影響

然后，分析無(wú)功功率Q的微小波動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速變化量的影響，即式（6）中?ωδ/?Q數(shù)值絕對(duì)值的大小。結(jié)合式（5），可以推導(dǎo)得到?ωδ/?Q的計(jì)算公式為：

當(dāng)機(jī)組參數(shù)Ut=1.0 p.u.，P=0.3 p.u.，XPSS分別為0.2、0.55、1.1、2.0 p.u.時(shí)，?ωδ/?Q運(yùn)算結(jié)果如圖6所示。

圖6 XPSS取值不同時(shí)?ωδ/?Q 的運(yùn)算結(jié)果Fig.6 Calculation results of ?ωδ/?Q with different XPSS

由圖6 可知，機(jī)組深調(diào)工況下，當(dāng)無(wú)功功率為遲相運(yùn)行且無(wú)功功率波動(dòng)相同時(shí)，不同電抗參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)速變化量的影響相差不大且影響較小；而當(dāng)無(wú)功功率為進(jìn)相運(yùn)行且無(wú)功功率波動(dòng)相同時(shí)，不同電抗參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)速變化量的影響相差很大，且電抗參數(shù)XPSS越大、機(jī)組進(jìn)相越深，?ωδ/?Q的絕對(duì)值越大，即轉(zhuǎn)速變化量的計(jì)算值也越大。

綜上，采用電氣量計(jì)算機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)，相同波動(dòng)下，轉(zhuǎn)速變化量的準(zhǔn)確度受電抗參數(shù)以及機(jī)組運(yùn)行影響，即電抗參數(shù)整定值越大、機(jī)組有功功率越低、無(wú)功進(jìn)相越深，轉(zhuǎn)速變化量的計(jì)算值會(huì)越大，與真實(shí)轉(zhuǎn)速變化量的偏差也就越大，甚至導(dǎo)致PSS 轉(zhuǎn)速通道和電功率通道無(wú)法對(duì)消，引起PSS 阻尼特性變差。同時(shí)，當(dāng)電抗參數(shù)XPSS向Xq接近（取值偏大）時(shí)，轉(zhuǎn)速變化量隨著機(jī)組有功降低、無(wú)功進(jìn)相而變大，即相比真實(shí)轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確度變差，而當(dāng)電抗參數(shù)XPSS向Xq''接近（取值偏小）時(shí)，轉(zhuǎn)速計(jì)算準(zhǔn)確度在機(jī)組全運(yùn)行工況下均有良好的適應(yīng)性。

5 現(xiàn)場(chǎng)PSS 驗(yàn)證與優(yōu)化試驗(yàn)

針對(duì)本文所述660 MW 機(jī)組深調(diào)進(jìn)相工況下PSS 引起功率振蕩問(wèn)題，通過(guò)理論分析與實(shí)驗(yàn)室仿真，發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速計(jì)算電抗參數(shù)整定值偏大后適應(yīng)性不足的問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上制訂了現(xiàn)場(chǎng)PSS 驗(yàn)證與性能優(yōu)化方案，并完成了相關(guān)試驗(yàn)。

5.1 不同電抗參數(shù)下的減磁進(jìn)相試驗(yàn)

分別在電抗參數(shù)XPSS取1.5 p.u.、0.55 p.u.時(shí)投入PSS，在機(jī)組有功功率為99 MW、無(wú)功功率為10 Mvar 的初始工況下進(jìn)行減磁試驗(yàn)。

1）XPSS=1.5 p.u.，進(jìn)相深度至-170 Mvar，有功功率發(fā)生5 MW 左右的等幅振蕩。

2）XPSS=0.55 p.u.，進(jìn)相深度至-230 Mvar，有功功率未發(fā)生振蕩。

在XPSS=1.5 p.u.下復(fù)現(xiàn)了本次功率振蕩工況，PSS 內(nèi)部TP1至TP6在振蕩過(guò)程中的幅值、相位關(guān)系與圖3 基本一致。而將XPSS整定為0.55 p.u.后減磁至-230 Mvar，有功功率仍平穩(wěn)運(yùn)行，滿足進(jìn)相試驗(yàn)要求的進(jìn)相深度，解決了本次PSS 引發(fā)振蕩的問(wèn)題。

5.2 不同電抗參數(shù)下PSS 轉(zhuǎn)速測(cè)量試驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證XPSS取值對(duì)PSS 轉(zhuǎn)速計(jì)算環(huán)節(jié)的影響，在發(fā)電機(jī)有功功率為99 MW、無(wú)功功率為-160 Mvar 的工況下將PSS 退出（轉(zhuǎn)速測(cè)量誤差不會(huì)引起功率的振蕩），XPSS取值分別為0.2、0.55、1.1、2.0 p.u.時(shí)，對(duì)PSS 轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出變量TP1進(jìn)行了錄波，不同XPSS取值下TP1的波動(dòng)峰峰值以及PSS 穩(wěn)態(tài)輸出峰峰值如表1 所示。

表1 不同XPSS下PSS 轉(zhuǎn)速信號(hào)TP1測(cè)量波動(dòng)值Table 1 Measured fluctuation value of PSS rotational speed signal TP1 with different XPSS

可以看出，電抗參數(shù)取值越大，機(jī)組深調(diào)進(jìn)相工況下PSS 轉(zhuǎn)速變化量測(cè)量值（與真實(shí)轉(zhuǎn)速變化量誤差）越大，通過(guò)本文分析該波動(dòng)值的相位在本機(jī)振蕩頻率下經(jīng)過(guò)PSS 環(huán)節(jié)后產(chǎn)生負(fù)阻尼作用，會(huì)引起有功功率波動(dòng)增加，進(jìn)而繼續(xù)放大PSS 轉(zhuǎn)速測(cè)量誤差，最終引起功率的振蕩發(fā)散。

5.3 不同電抗參數(shù)下的機(jī)端電壓擾動(dòng)試驗(yàn)

分別在電抗參數(shù)XPSS取0.2、0.55、1.1 p.u.時(shí)投入PSS，在機(jī)組有功功率為130 MW、無(wú)功功率為-80 Mvar 運(yùn)行工況下進(jìn)行機(jī)端電壓+2%階躍試驗(yàn)。附錄A 圖A3 為XPSS=0.55 p.u.時(shí)的試驗(yàn)錄波圖。表2 為不同XPSS下有功功率振蕩阻尼特性。

通過(guò)附錄A 圖A3 和表2 可以看出，將電抗參數(shù)整定優(yōu)化為0.55 p.u.后，PSS 在深調(diào)進(jìn)相工況下阻尼特性良好，有效抑制了功率振蕩。而電抗參數(shù)整定為1.1 p.u.后，擾動(dòng)下不但沒(méi)有抑制有功的波動(dòng)，還產(chǎn)生了弱負(fù)阻尼作用，振蕩次數(shù)和阻尼比指標(biāo)變差。

6 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)加速功率型PSS 轉(zhuǎn)速計(jì)算電抗參數(shù)適應(yīng)性開(kāi)展研究，分析了電抗參數(shù)整定值過(guò)大導(dǎo)致機(jī)組深調(diào)進(jìn)相工況下PSS 引發(fā)負(fù)阻尼的原因。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室勵(lì)磁裝置數(shù)字物理混合仿真測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際機(jī)組PSS 優(yōu)化試驗(yàn)，驗(yàn)證了理論分析的正確性。

1）勵(lì)磁裝置轉(zhuǎn)速計(jì)算電抗參數(shù)整定值偏大是文中660 MW 機(jī)組深調(diào)進(jìn)相工況下PSS 引發(fā)功率振蕩的原因，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速通道輸出信號(hào)幅值放大，經(jīng)PSS各環(huán)節(jié)后產(chǎn)生負(fù)阻尼作用，將該值優(yōu)化為0.55 p.u.后，PSS 在全運(yùn)行工況下適應(yīng)性良好。

2）基于主流勵(lì)磁廠家電氣量計(jì)算轉(zhuǎn)速方法開(kāi)展機(jī)理分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速計(jì)算準(zhǔn)確度受電抗參數(shù)以及機(jī)組運(yùn)行影響，當(dāng)電抗參數(shù)整定值增大時(shí)，轉(zhuǎn)速計(jì)算準(zhǔn)確度隨著機(jī)組有功降低、無(wú)功進(jìn)相而變差，即在深調(diào)進(jìn)相工況時(shí)適應(yīng)性差，易引起PSS 阻尼特性改變，甚至呈負(fù)阻尼。

3）綜合考慮主流勵(lì)磁廠家電抗參數(shù)整定建議以及電網(wǎng)相關(guān)管理要求，結(jié)合本文理論分析以及試驗(yàn)驗(yàn)證，建議加速功率型PSS 轉(zhuǎn)速計(jì)算電抗參數(shù)的經(jīng)驗(yàn) 取 值 范 圍 從 原 來(lái) 的 采 用［Xq''，Xq］改 為［Xq''，0.5Xq］，以提升PSS 在機(jī)組全運(yùn)行工況尤其深度調(diào)峰下的涉網(wǎng)性能。

4）目前，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行PSS 參數(shù)整定試驗(yàn)要求有功功率≥60%額定功率，當(dāng)電抗參數(shù)取值偏大時(shí)，在大負(fù)荷工況下不易暴露相關(guān)問(wèn)題。因此，建議調(diào)試單位和勵(lì)磁廠家在進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注該參數(shù)定值，尤其對(duì)于參與深度調(diào)峰機(jī)組，建議在深調(diào)工況下增加驗(yàn)證性試驗(yàn)，必要時(shí)優(yōu)化調(diào)整電抗參數(shù)，以提升PSS 全運(yùn)行工況下的涉網(wǎng)性能。

除了采用電氣量計(jì)算轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)方法、機(jī)組運(yùn)行工況外，接入系統(tǒng)的位置不同以及本機(jī)振蕩頻率不同等電網(wǎng)側(cè)因素也會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)速計(jì)算的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。因此，如何結(jié)合系統(tǒng)側(cè)特征提出更準(zhǔn)確的電抗參數(shù)取值建議是未來(lái)需要進(jìn)一步研究的方向。

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