蘇翠紅

（青海大唐國(guó)際直崗拉卡水電開(kāi)發(fā)有限公司，青海 尖扎 811999）

直崗拉卡電廠3號(hào)機(jī)組PSS試驗(yàn)分析

蘇翠紅

（青海大唐國(guó)際直崗拉卡水電開(kāi)發(fā)有限公司，青海 尖扎 811999）

摘要：通過(guò)對(duì)青海大唐國(guó)際直崗拉卡水電開(kāi)發(fā)有限公司3號(hào)機(jī)組PSS試驗(yàn)?zāi)康?、過(guò)程和結(jié)論的描述，詳細(xì)介紹了PSS試驗(yàn)方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：勵(lì)磁系統(tǒng)；PSS；試驗(yàn)

1概述

全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的要求和聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定計(jì)算表明，聯(lián)網(wǎng)后，系統(tǒng)中存在0.2Hz左右的低頻振蕩，因此，為保證電網(wǎng)的安全，西北電網(wǎng)主要發(fā)電廠的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)投入電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）。這些電力系統(tǒng)穩(wěn)定器除能抑制本機(jī)型低頻振蕩外，還應(yīng)能有效地抑制區(qū)域型低頻振蕩，即PSS對(duì)于在0.l～2.0Hz之內(nèi)的振蕩都有抑制作用。

直崗拉卡水電站3號(hào)機(jī)為天津阿爾斯通水電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的38MW燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，勵(lì)磁方式采用自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用廣東電器科學(xué)研究院生產(chǎn)的EXC9000型微機(jī)雙通道勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。

按照青海省電網(wǎng)調(diào)度中心和電廠的安排，于2013年4月對(duì)直崗拉卡水電站3號(hào)機(jī)進(jìn)行了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）試驗(yàn)。試驗(yàn)由中國(guó)電力科學(xué)研究院、青海電研科技有限責(zé)任公司、直崗拉卡水電站和中國(guó)電器科學(xué)研究院共同完成。

本次試驗(yàn)的目的是：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定3號(hào)發(fā)電機(jī)PSS參數(shù)，檢驗(yàn)PSS的性能，使直崗拉卡水電站3號(hào)發(fā)電機(jī)PSS具備正常投運(yùn)條件。

2PID和PSS模型

直崗拉卡水電站3號(hào)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為中國(guó)電器科學(xué)研究院生產(chǎn)的EXC9000型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。

根據(jù)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器廠家提供的控制原理和邏輯:該勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為雙通道勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制方式采用的是并聯(lián)型PID+PSS控制，采用余弦移相原理。PSS采用PSS—2A模型，具有加速功率輸入信號(hào)。其數(shù)學(xué)模型框圖如圖1、2。

圖2青海大唐直崗拉卡水電站3號(hào)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)PSS模型框圖

3發(fā)電機(jī)基本參數(shù)

生產(chǎn)廠家：天津阿爾斯通水電設(shè)備有限公司

型號(hào)：SFWG38-60/6630

額定視在功率：40MVA

額定有功功率:38MW

額定定子電壓：10.5kV

額定定子電流：2199.4A

額定功率因數(shù)：0.95

額定勵(lì)磁電流：970A

額定勵(lì)磁電壓：275V

額定空載勵(lì)磁電流：542A

額定空載勵(lì)磁電壓：136V

額定轉(zhuǎn)速：100r/min

發(fā)電機(jī)軸系（發(fā)電機(jī)+汽輪機(jī)）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD2（飛輪轉(zhuǎn)矩WR2）：3200t·m2（或kg·m2）

4PSS試驗(yàn)

4.13號(hào)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)補(bǔ)償相頻特性測(cè)量

所有運(yùn)行機(jī)組PSS退出，全廠AGC退出。

（2）試驗(yàn)方法

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，有功功率接近于額定值（80%以上）。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)運(yùn)行，PSS退出，無(wú)功調(diào)差單元退出，用HP35670A產(chǎn)生一個(gè)偽隨機(jī)信號(hào)（初始電平為0mV），接入調(diào)節(jié)器PSS信號(hào)輸出點(diǎn)，并將此信號(hào)接入HP35670A的分析通道1。將發(fā)電機(jī)機(jī)端PT二次側(cè)三相電壓接入FLC變換器中，調(diào)整變換器的調(diào)零旋鈕，使變換后的直流信號(hào)輸出接近于0，然后將變換后的直流信號(hào)接入HP35670A的分析通道2，緩慢的增加偽隨機(jī)信號(hào)的電平，使發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓波動(dòng)不大于1%，用頻譜儀測(cè)量輸出的偽隨機(jī)信號(hào)與發(fā)電機(jī)電壓信號(hào)之間的相頻特性即為勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)補(bǔ)償相頻特性。測(cè)試結(jié)果參見(jiàn)表l和圖3。

表1直崗拉卡水電站3號(hào)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)補(bǔ)償相頻特性

圖3直崗拉卡水電站3號(hào)機(jī)PSS-2A有補(bǔ)償、無(wú)補(bǔ)償相頻特性

4.23號(hào)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)有補(bǔ)償相頻特性仿真試驗(yàn)

將上述一次諧波和二次諧波的同相和正交信號(hào)分別求平方和并開(kāi)根號(hào)處理后,即可得到一次諧波和二次諧波的幅度信息。

PSS參數(shù)整定要使PSS的作用兼顧聯(lián)網(wǎng)后出現(xiàn)的0.2Hz左右的系統(tǒng)振蕩和1.6Hz左右的地區(qū)振蕩。因此，應(yīng)該使勵(lì)磁系統(tǒng)引入PSS后產(chǎn)生的合成電磁轉(zhuǎn)距(基本與△t同相)在0.1～2.0Hz的范圍內(nèi)滯后-△(加速轉(zhuǎn)矩)約60°～135°。若用e表示勵(lì)磁系統(tǒng)的滯后相位，用pss表示PSS的超前相位，則應(yīng)該使c=（e+pss）在（-60°，-135°）之間。

根據(jù)上述原則用逐步逼近的方法確定3號(hào)機(jī)組PSS的參數(shù)如下：

表2直崗拉卡水電站3號(hào)機(jī)PSS-2A模型相頻特性和有

由表2可以看出:在0.1～2.0Hz的頻率范圍內(nèi)，有補(bǔ)償相頻特性在-67.33°～-111.94°之間，由PSS產(chǎn)生的電磁力矩的阻尼分量為正。PSS相位補(bǔ)償滿足要求。

4.3PSS增益調(diào)整

理論上講，在正確的相位補(bǔ)償下，PSS的增益越大，其提供的正阻尼越強(qiáng)，但實(shí)際上，電力系統(tǒng)是一個(gè)高階的復(fù)雜系統(tǒng)，增加PSS的增益雖然可以增加某些機(jī)電振蕩的阻尼，但如果PSS增益過(guò)大，也可能引起PSS調(diào)節(jié)環(huán)振蕩，使系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，因此，PSS實(shí)際存在一個(gè)最大增益，即臨界增益。

PSS臨界增益是由很多因素決定的，如發(fā)電機(jī)的負(fù)荷水平、PSS在電廠和系統(tǒng)中的配置和投退情況、機(jī)組的功率和電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式等，所以一般用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法來(lái)確定。在選定的相位補(bǔ)償下，緩慢增大PSS的增益，同時(shí)觀察勵(lì)磁系統(tǒng)的變化，直到出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象為止（主要標(biāo)志是調(diào)節(jié)器輸出電壓、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓出現(xiàn)頻率較高（1～4Hz）的劇烈振蕩），這時(shí)的PSS增益可以認(rèn)為是臨界增益。

PSS運(yùn)行使用的增益一般取臨界增益的1/3～1/5，以留有足夠的增益裕度。

圖4直崗拉卡水電站3號(hào)機(jī)S1=4.5時(shí)臨界增益錄波圖

圖5直崗拉卡水電站3號(hào)機(jī)S1=25時(shí)臨界增益錄波圖

圖6A套無(wú)PSS2%階躍

圖7A套有PSSS1=4.5時(shí)2%階躍

5PSS阻尼效果校核試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，將發(fā)電機(jī)PT及CT二次側(cè)三相電壓和兩相電流接入WFLC電量分析儀中準(zhǔn)備錄波。先將PSS切除，進(jìn)行小于4%的電壓階躍試驗(yàn)，同時(shí)啟動(dòng)WFLC錄波，記錄有功功率的擺動(dòng)幅值和次數(shù)。將PSS投入，同樣工況下重復(fù)以上試驗(yàn)，錄波觀察，PSS有阻尼作用時(shí)，有功功率的擺動(dòng)幅值和次數(shù)應(yīng)減少。

圖6～圖11為直崗拉卡水電站3號(hào)機(jī)PSS退出和投入兩種情況下的負(fù)載階躍試驗(yàn)錄波圖。

通過(guò)觀察有功的波動(dòng)幅值和觀察勵(lì)磁電壓的波形，可以看出，投入PSS后較投入前有功功率的峰谷差減小，有功功率波動(dòng)的次數(shù)減少，說(shuō)明PSS對(duì)1.6Hz左右的本機(jī)振蕩模式能提供有效的正阻尼。

圖8A套有PSSS1=8時(shí)2%階躍

圖9A套有PSSS1=3時(shí)2%階躍

圖10B套無(wú)PSS時(shí)2%階躍

圖11B套有PSSS1=4.5時(shí)2%階躍

6反調(diào)試驗(yàn)

PSS的原理是通過(guò)勵(lì)磁系統(tǒng)的作用抑制有功功率的低頻振蕩，可以說(shuō)PSS是通過(guò)無(wú)功功率的波動(dòng)來(lái)抑制有功功率的波動(dòng)。由于發(fā)電機(jī)的有功功率都會(huì)有一點(diǎn)波動(dòng)，因而投入PSS后較不投入PSS時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)的波動(dòng)要大一些，只要無(wú)功功率的波動(dòng)在合適的范圍內(nèi)，就可認(rèn)為正常。采用單一發(fā)電機(jī)電功率為輸入信號(hào)的PSS，在原動(dòng)機(jī)功率以較快速度增加（或減少）時(shí)，發(fā)電機(jī)的無(wú)功會(huì)發(fā)生較大的、有時(shí)甚至是不能容許的減少（或增加），這就是所謂的“反調(diào)”現(xiàn)象。PSS-1A型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器采用電功率信號(hào)作為輸入信號(hào)，在原動(dòng)機(jī)功率發(fā)生變化時(shí)，會(huì)造成無(wú)功功率波動(dòng)。PSS-2A型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器采用電功率信號(hào)和角功率作為輸入信號(hào)，在原動(dòng)機(jī)功率發(fā)生變化時(shí)，發(fā)電機(jī)的無(wú)功不會(huì)發(fā)生較大的變動(dòng)。

在PSS投入的情況下，按照運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最快調(diào)節(jié)速度進(jìn)行原動(dòng)機(jī)功率調(diào)節(jié)13MW，觀察PSS-2A模型對(duì)反調(diào)的抑制作用。直崗拉卡水電站3號(hào)機(jī)反調(diào)試驗(yàn)波形如圖12所示。

圖123號(hào)機(jī)反調(diào)試驗(yàn)

由圖12可見(jiàn)：

（1）PSS投入后未見(jiàn)異常。

（2）以最快操作方式增減有功功率13MW時(shí)無(wú)功反調(diào)現(xiàn)象不明顯。

7PSS運(yùn)行參數(shù)設(shè)置

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，選定PSS的運(yùn)行參數(shù)為：

PSS自動(dòng)投入值：40%額定視在功率

自動(dòng)退出值：35%額定視在功率

PSS輸出限幅值：±10%

8結(jié)論

直崗拉卡水電站3號(hào)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)PSS投運(yùn)試驗(yàn)中，完成了頻率響應(yīng)特性測(cè)試試驗(yàn)及仿真計(jì)算、臨界增益試驗(yàn)、階躍干擾試驗(yàn)和反調(diào)試驗(yàn)。通過(guò)在線無(wú)補(bǔ)償頻率特性、PSS環(huán)節(jié)的仿真計(jì)算和有補(bǔ)償相頻特性測(cè)試試驗(yàn)，證明對(duì)于0.1～2Hz的低頻振蕩，PSS有抑制作用；此次試驗(yàn)，有如下結(jié)論：

（1）根據(jù)PSS環(huán)節(jié)相頻特性計(jì)算結(jié)果和無(wú)補(bǔ)償相頻特性結(jié)果得到有補(bǔ)償相頻特性。在0.1～2.0Hz內(nèi)的頻率范圍內(nèi)，有補(bǔ)償相頻特性在-67.33°～111.94°（由PSS產(chǎn)生的電磁力矩的阻尼分量為正，PSS相位補(bǔ)償滿足要求。）

（2）電壓階躍試驗(yàn)表明，PSS對(duì)本機(jī)振蕩的阻尼作用比較明顯。

（3）機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)增減負(fù)荷，無(wú)功反調(diào)現(xiàn)象不明顯。

（4）PSS具備投運(yùn)條件，接到調(diào)度令后，可投入運(yùn)行。

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中圖分類號(hào)：TM761

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2015）12-0019-05

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.12.008

收稿日期：2014-07-31

作者簡(jiǎn)介：蘇翠紅（1971-），女，助理工程師，從事水電站技術(shù)管理工作。