竺士章 陳新琪 陳皓 方思立
摘要 總結(jié)了8年來浙江電網(wǎng)PSS試驗(yàn)情況，敘述了試驗(yàn)方法，提供了各個(gè)環(huán)節(jié)試驗(yàn)結(jié)果和分析說明，并對(duì)PSS工作提出了看法。
關(guān)鍵詞 PSS 試驗(yàn) 浙江
Summary of Tests of PSS in Zhejiang Electric Power System
Abstract The recent tests of PSS in Zhejiang electric power system are summarized in this paper. The testing methods, testing results and analysis are provided. Also the viewpoints and Suggestions for the work of PSS ar epu tforward.
Key Words PSS test Zhejiang
電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(簡(jiǎn)稱PSS)是勵(lì)磁系統(tǒng)的一個(gè)附加功能，用于提高電力系統(tǒng)阻尼，解決低頻振蕩問題，是提高電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一。它抽取與此振蕩有關(guān)的信號(hào)，如發(fā)電機(jī)有功功率、轉(zhuǎn)速或頻率，加以處理，產(chǎn)生的附加信號(hào)加到勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生阻尼低頻振蕩的附加力矩。本文總結(jié)了8年來浙江電網(wǎng)大型機(jī)組PSS的試驗(yàn)情況，敘述了試驗(yàn)方法，提供了各個(gè)環(huán)節(jié)試驗(yàn)結(jié)果和分析說明。從中得到的一些認(rèn)識(shí)、規(guī)律和提出對(duì)進(jìn)一步開展PSS工作的看法，有助于PSS的推廣和應(yīng)用。
1 浙江電網(wǎng)PSS試驗(yàn)情況
1.1 PSS控制結(jié)構(gòu)圖（見圖1）
圖1 PSS控制結(jié)構(gòu)圖
1.2 被試勵(lì)磁系統(tǒng)概況（見表1）
表1 被試勵(lì)磁系統(tǒng)概況
|
機(jī)組 |
額定有功功率 |
勵(lì)磁系統(tǒng)型式 |
生產(chǎn)廠 |
PSS信號(hào) |
|
臺(tái)州電廠7、8號(hào)機(jī) |
330MW |
機(jī)端變無刷勵(lì)磁 |
ALSTHOM |
有功功率 |
|
臺(tái)州電廠5號(hào)機(jī) |
125MW |
三機(jī)勵(lì)磁KKL－2 |
南自廠 |
有功功率 |
|
溫州電廠1、2號(hào)機(jī) |
125MW |
三機(jī)勵(lì)磁KKL－2 |
南自廠 |
有功功率 |
|
鎮(zhèn)海電廠1、2號(hào)機(jī) |
125MW |
自并勵(lì) |
洪山 |
有功功率 |
|
北侖電廠1號(hào)機(jī) |
600MW |
自并勵(lì) |
東芝 |
有功功率 |
|
北侖電廠2號(hào)機(jī) |
600MW |
機(jī)端變無刷勵(lì)磁 |
ALSTHOM |
有功功率 |
1.3 勵(lì)磁控制系統(tǒng)滯后特性的測(cè)量勵(lì)磁控制系統(tǒng)滯后特性即無補(bǔ)償頻率特性。因勵(lì)磁控制系統(tǒng)滯后特性的存在，加到勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的附加信號(hào)經(jīng)滯后才能產(chǎn)生附加力矩。測(cè)量勵(lì)磁控制系統(tǒng)滯后特性應(yīng)測(cè)量附加力矩對(duì)PSS迭加點(diǎn)的滯后角度。因?yàn)樵诎l(fā)電機(jī)高功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)，機(jī)端電壓對(duì)PSS迭加點(diǎn)的滯后角度近似等于附加力矩對(duì)PSS迭加點(diǎn)的滯后角度。
勵(lì)磁控制系統(tǒng)滯后特性的測(cè)量可見：
(1)勵(lì)磁控制系統(tǒng)滯后特性基本分為兩種：自并勵(lì)系統(tǒng)(約為－40°～－90°)，勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)(約為－40°～－150°)。
(2)同一頻率角度范圍表示同一發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)在不同的系統(tǒng)工況和發(fā)電機(jī)工況下有不同的滯后角度，從幾度到十幾度。其中也包含了測(cè)量誤差。
(3)溫州電廠與臺(tái)州電廠雖采用同一勵(lì)磁控制系統(tǒng)，因轉(zhuǎn)子電壓反饋和調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)不同，勵(lì)磁系統(tǒng)滯后特性發(fā)生明顯變化。
(4)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的PSS迭加點(diǎn)位置不同，勵(lì)磁控制系統(tǒng)滯后特性也不同。
1.4 有補(bǔ)償頻率特性的測(cè)量
有補(bǔ)償頻率特性由無補(bǔ)償頻率特性與PSS單元相頻特性相加得到，用來反映經(jīng)PSS相位補(bǔ)償后的附加力矩相位。DL/T650－1998《大型汽輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件》提出有補(bǔ)償頻率特性在該電力系統(tǒng)低頻振蕩區(qū)內(nèi)滿足－80°～－135°要求，此角度以機(jī)械功率方向?yàn)榱愣�。根�?jù)試驗(yàn)的方便情況可采用兩種方法：(1)斷開PSS信號(hào)輸入端，在PSS輸入端加噪聲信號(hào)，測(cè)量機(jī)端電壓相對(duì)PSS輸入信號(hào)的相角；(2)PSS環(huán)節(jié)的相角加上勵(lì)磁控制系統(tǒng)滯后相角。
試驗(yàn)結(jié)果見表2。由試驗(yàn)可見：(1)通過調(diào)整PSS參數(shù)可以使有補(bǔ)償頻率特性在較寬的頻率范圍內(nèi)滿足要求。
表2 有補(bǔ)償頻率特性
|
機(jī)組 |
0.2Hz |
0.5Hz |
1.0Hz |
1.6Hz |
2.0Hz |
|
臺(tái)州電廠7、8號(hào)機(jī) |
11° |
－40° |
－74° |
－144° |
－148° |
|
臺(tái)州電廠5號(hào)機(jī) |
－55° |
－67° |
－94° |
－130° |
－158° |
|
溫州電廠1、2號(hào)機(jī) |
－67° |
－87° |
－86° |
－107° |
－133° |
|
鎮(zhèn)海電廠1、2號(hào)機(jī) |
|
－60.9° |
－87.3° |
|
－132° |
|
北侖電廠1號(hào)機(jī) |
－92° |
－95° |
－100° |
－112° |
－120° |
|
北侖電廠2號(hào)機(jī) |
－14° |
－55° |
－113° |
－133° |
－142° |
(2)ALSTHOM機(jī)組PSS低頻段相位補(bǔ)償特性未能滿足要求。
(3)北侖電廠1號(hào)機(jī)PSS在小于0.4Hz范圍增大隔直環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)，使之低頻段有良好的相位補(bǔ)償特性，而且提升放大倍數(shù)(0.2Hz處提高1.76倍)。
1.5 PSS放大倍數(shù)和輸出限幅PSS放大倍數(shù)都以標(biāo)幺值表示。輸入值按PSS信號(hào)是哪一路，取機(jī)組額定有功功率、額定轉(zhuǎn)速或額定頻率為基值。輸出值以PSS迭加點(diǎn)額定機(jī)端電壓值為基值。當(dāng)PSS迭加點(diǎn)與電壓迭加點(diǎn)不一致時(shí)，要按低頻振蕩頻率下的環(huán)節(jié)放大倍數(shù)折算額定機(jī)端電壓值。因PSS中的超前滯后環(huán)節(jié)影響放大倍數(shù)，本文以1Hz下的放大倍數(shù)進(jìn)行比較，見表3。
表3 放大倍數(shù)、穩(wěn)定裕量和限幅值
|
機(jī)組 |
1Hz下PSS
放大倍數(shù) |
增益裕量
dB |
相角裕量
° |
1Hz下PSS迭加點(diǎn)
到勵(lì)磁電壓的
放大倍數(shù) |
1Hz下PSS信號(hào)輸
入點(diǎn)到勵(lì)磁電壓
的放大倍數(shù) |
限幅值％ |
|
臺(tái)州電廠7、8號(hào)機(jī) |
0.27,0.48 |
3.4,5.9 |
26,27 |
16.99 |
4.6,8.2 |
2.72 |
|
臺(tái)州電廠5號(hào)機(jī) |
0.65 |
12.7 |
101 |
3.00 |
2.0 |
5.5 |
|
溫州電廠1、2號(hào)機(jī) |
0.56 |
8 |
49 |
3.00 |
1.7 |
4.5 |
|
鎮(zhèn)海電廠1、2號(hào)機(jī) |
0.17 |
>11.7 |
|
3.75 |
0.64 |
5.6 |
|
北侖電廠1號(hào)機(jī) |
0.63 |
>6 |
>60 |
1.20 |
0.76 |
4.8 |
|
北侖電廠2號(hào)機(jī) |
2.4 |
7.2 |
24.5 |
3.16 |
7.5 |
4.3 |
1.6 PSS開環(huán)頻率特性開環(huán)頻率特性用于測(cè)量增益裕量及相角裕量，判斷閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，判斷PSS放大倍數(shù)是否適當(dāng)�？稍赑SS輸入端或PSS輸出端解開閉環(huán)進(jìn)行測(cè)量。由表3可見，開環(huán)頻率特性的增益裕量及相角裕量除臺(tái)州電廠7、8號(hào)機(jī)和北侖電廠2號(hào)機(jī)外均符合DL/T650－1998標(biāo)準(zhǔn)要求，增益裕量大于6dB、相角裕量大于40°。
1.7 負(fù)載電壓給定階躍響應(yīng)負(fù)載電壓給定階躍響應(yīng)作為驗(yàn)證試驗(yàn)項(xiàng)目可以直接觀察PSS投入引起地區(qū)內(nèi)與本機(jī)有關(guān)振蕩模式阻尼比的提高，從表4中可見振蕩頻率均在1.18Hz以上。階躍響應(yīng)不能檢驗(yàn)區(qū)域間與本機(jī)有關(guān)振蕩模式阻尼比的提高。試驗(yàn)結(jié)果表明以上機(jī)組PSS的作用均有效。有的機(jī)組對(duì)負(fù)載電壓階躍反映遲鈍，以至難以測(cè)量，這可能是調(diào)節(jié)器的一些環(huán)節(jié)濾去了階躍信號(hào)中的高頻分量，也可能是在試驗(yàn)工況下系統(tǒng)阻尼比較大。
表4 負(fù)載電壓給定階躍響應(yīng)
|
機(jī)組 |
無PSS |
有PSS |
有無PSS的第
二峰值比 |
|
阻尼比 |
振動(dòng)頻率 Hz |
振次 |
阻尼比 |
振動(dòng)頻率 Hz |
振次 |
|
臺(tái)州電廠7、8號(hào)機(jī) |
0.104 |
1.56 |
4 |
0.18 |
2.7 |
3 |
0.346 |
|
臺(tái)州電廠5號(hào)機(jī) |
0.065 |
1.67 |
3.5 |
0.12 |
1.8 |
2 |
0.74 |
|
溫州電廠1、2號(hào)機(jī) |
0.061 |
1.54 |
1.5 |
／ |
／ |
<1 |
／ |
|
鎮(zhèn)海電廠1、2號(hào)機(jī) |
0.15 |
1.68 |
1.5 |
0.22 |
2.0 |
1 |
0.87 |
|
北侖電廠1號(hào)機(jī) |
0.095 |
1.50 |
>4 |
0.32 |
1.30 |
1 |
0.50 |
|
北侖電廠2號(hào)機(jī) |
0.072 |
1.18 |
3 |
0.11 |
2.5 |
<2 |
0.56 |
2 對(duì)PSS工作的幾點(diǎn)看法
2.1 關(guān)于相位補(bǔ)償?shù)念l率范圍
DL/T650－1998《大型汽輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件》提出了PSS應(yīng)滿足該機(jī)各振蕩模式下相位補(bǔ)償要求，其振蕩頻率一般在0.2～2.0Hz范圍內(nèi)。相位補(bǔ)償可按分析計(jì)算得出該系統(tǒng)振蕩模的實(shí)際頻率范圍設(shè)計(jì)，也可按0.2～2.0Hz頻率范圍設(shè)計(jì)。后者因頻帶寬，不易在全范圍滿足要求，如果有一定的經(jīng)驗(yàn)，也可以經(jīng)初步分析后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)整定。以上所列浙江電網(wǎng)PSS整定工作均為不依靠系統(tǒng)計(jì)算分析，僅由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)整定。除ALSTHOM機(jī)組PSS因沒有可調(diào)整點(diǎn)無法擴(kuò)大相位補(bǔ)償?shù)念l率范圍之外，其他機(jī)組在0.5～1.6Hz內(nèi)滿足－60°～－135°)有補(bǔ)償頻率特性的要求。這里要指出，在DL/T650－1998發(fā)布之前采用有補(bǔ)償頻率特性－60°～－135°的要求。DL/T650－1998提出有補(bǔ)償頻率特性－80°～－135°的要求。
ALSTHOM機(jī)組PSS的相位補(bǔ)償僅滿足0.75Hz以上低頻振蕩范圍的要求。其原因是PSS僅設(shè)計(jì)一個(gè)隔直環(huán)節(jié)，沒有超前滯后環(huán)節(jié)。建議：(1)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行小干擾穩(wěn)定性分析后判斷ALSTHOM機(jī)組PSS是否需要重新設(shè)計(jì)。(2)應(yīng)在供貨前提供勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型參數(shù)，得到確認(rèn)后再發(fā)貨。
現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)整定的條件為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可以進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)滯后特性的測(cè)量，即可以在PSS迭加點(diǎn)加入測(cè)量用的噪聲信號(hào)。但有些微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器做不到。對(duì)此，DL/T650－1998標(biāo)準(zhǔn)中明確要求勵(lì)磁調(diào)節(jié)器具備測(cè)量勵(lì)磁控制系統(tǒng)滯后特性功能。
將PSS計(jì)算分析得到不同運(yùn)行方式和事故狀況下的勵(lì)磁系統(tǒng)滯后特性，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)勵(lì)磁系統(tǒng)滯后特性，從而合理而準(zhǔn)確地整定PSS參數(shù)。
2.2 關(guān)于振蕩模式的分析通過振蕩模式的分析了解各振蕩模的振頻和阻尼比。PSS首先應(yīng)保證在大小運(yùn)行方式下阻尼比均滿足要求，于是要分析無PSS時(shí)大小運(yùn)行方式下阻尼比，確定必須投入PSS的電廠和機(jī)組。電力系統(tǒng)故障以后阻尼往往被削弱，所以要進(jìn)行故障預(yù)測(cè)和故障后動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析，以判斷在故障情況下PSS是否仍可為系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定提供足夠的正阻尼。如存在問題，需進(jìn)行進(jìn)一步研究。
各振蕩模的振頻應(yīng)包括在PSS頻帶范圍內(nèi)。由于振蕩模式分析需要電力系統(tǒng)和勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)，需要運(yùn)行狀態(tài)和分析經(jīng)驗(yàn)的積累，建議在開展分析工作的同時(shí)，不失時(shí)機(jī)地通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)將大型汽輪發(fā)電機(jī)組PSS投入運(yùn)行。通過投入試驗(yàn)來驗(yàn)證和改進(jìn)分析工作，用計(jì)算分析來指導(dǎo)和簡(jiǎn)化PSS投入試驗(yàn)。
2.3 關(guān)于PSS放大倍數(shù)PSS放大倍數(shù)可按臨界放大倍數(shù)的1/3～1/5整定。浙江電網(wǎng)PSS試驗(yàn)均采用測(cè)量開環(huán)頻率特性穩(wěn)定裕量的方法測(cè)量調(diào)整PSS放大倍數(shù)，原因有3個(gè)：一是測(cè)量開環(huán)頻率特性穩(wěn)定裕量采用加白噪聲到勵(lì)磁系統(tǒng)的方法，試驗(yàn)簡(jiǎn)單，且對(duì)發(fā)電機(jī)擾動(dòng)較小，試驗(yàn)安全。二是有的裝置PSS放大倍數(shù)調(diào)整困難，臨界放大倍數(shù)不易達(dá)到。三是有的裝置PSS放大倍數(shù)沒法調(diào)整。已進(jìn)行9處PSS試驗(yàn)只有臺(tái)州電廠7、8號(hào)機(jī)ALSTHOM機(jī)組的增益裕量和相角裕量都小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。說明采用測(cè)開環(huán)頻率特性穩(wěn)定裕量的方法測(cè)量調(diào)整PSS放大倍數(shù)是可行的。
臺(tái)州電廠7、8號(hào)機(jī)ALSTHOM機(jī)組的增益裕量和相角裕量小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，但是其PSS放大倍數(shù)卻只有0.27和0.48，在9臺(tái)機(jī)PSS放大倍數(shù)中偏小。北侖電廠1號(hào)機(jī)PSS放大倍數(shù)為0.63，穩(wěn)定裕量卻滿足要求。因此PSS放大倍數(shù)與穩(wěn)定裕量的關(guān)系不確定。但計(jì)入PSS迭加點(diǎn)到勵(lì)磁電壓的放大倍數(shù)后，從PSS信號(hào)輸入點(diǎn)到勵(lì)磁電壓的總放大倍數(shù)看與穩(wěn)定裕量的關(guān)系是明確的。臺(tái)州電廠7、8號(hào)機(jī)和北侖電廠2號(hào)機(jī)總放大倍數(shù)大于其他機(jī)組1倍以上，穩(wěn)定裕量明顯低于其他機(jī)組。
臺(tái)州電廠5號(hào)機(jī)和溫州電廠1、2號(hào)機(jī)有著相近的總放大倍數(shù)，但他們的穩(wěn)定裕量有差別。這說明放大倍數(shù)與機(jī)組在系統(tǒng)中的位置有關(guān)，放大倍數(shù)需要由試驗(yàn)或計(jì)算的穩(wěn)定裕量來決定。
對(duì)一些原動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性不是很好，平時(shí)有功功率就在波動(dòng)的機(jī)組，如PSS僅采用有功功率信號(hào)，會(huì)增加機(jī)組有功功率的波動(dòng)。因?yàn)閮H采用有功功率信號(hào)的PSS有反調(diào)作用。對(duì)此，首先應(yīng)減小原動(dòng)機(jī)的擾動(dòng)，其次PSS取較小的放大倍數(shù)。
2.4 關(guān)于PSS的輸出限幅放大倍數(shù)大，PSS輸出就容易限幅。比如取有功功率為信號(hào)的PSS放大倍數(shù)為1，輸出限幅為5％，當(dāng)有功功率波動(dòng)大于5％就限幅，即使有功功率波動(dòng)大到無窮，PSS輸出只使基波幅值增加到5％的1.27倍。一般認(rèn)為PSS輸出限幅可以按5％～10％考慮。
不同的振蕩模式和強(qiáng)度對(duì)系統(tǒng)的破壞是不同的。故障發(fā)生可能伴隨幾種振蕩模式，限幅是不加區(qū)別的削弱PSS信號(hào)對(duì)各種振蕩模式的控制。智能式的PSS有可能判別嚴(yán)重后果的振蕩模式并加大對(duì)其的控制力度。
2.5 核實(shí)振蕩模式分析結(jié)果可以通過勵(lì)磁系統(tǒng)加入階躍信號(hào)給系統(tǒng)一個(gè)激勵(lì)，分析該響應(yīng)，得到與本機(jī)有關(guān)的振蕩模式，從而核實(shí)振蕩模式計(jì)算分析結(jié)果。
2.6 制訂PSS整定計(jì)算規(guī)范和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)大綱上述問題涉及PSS計(jì)算分析研究。浙江省電力試驗(yàn)研究所早年進(jìn)行過振蕩模式的分析(小干擾穩(wěn)定性分析)和PSS參數(shù)設(shè)計(jì)，但未與PSS現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)結(jié)合起來。希望滾動(dòng)地進(jìn)行振蕩模式的分析，相應(yīng)制訂協(xié)調(diào)一致的PSS整定計(jì)算規(guī)范和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)大綱。1999年6月全國(guó)電力系統(tǒng)勵(lì)磁研討會(huì)也提出了這個(gè)要求。
作者單位：
竺士章�。ㄕ憬‰娏υ囼�(yàn)研究所 杭州 310014）
陳新 （浙江省電力試驗(yàn)研究所 杭州 310014）
琪陳皓�。ㄕ憬‰娏υ囼�(yàn)研究所 杭州 310014）
方思立�。▏�(guó)家電力公司電力科學(xué)研究院 北京 100085）
參考文獻(xiàn)：
［1］DL/ T650－1998 大型汽輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件
［2］IEEE Std 421.2－1990 IEEE Guide for Identification, Testing ＆ Evaluation of the dynamic Performance of Excitation Control System 勵(lì)磁控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能鑒別、試驗(yàn)和評(píng)定的指南
