簡述首鋼京唐自備電廠電力系統穩定器的構成、作用及投入試驗

原 瑋

（哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040）

簡述首鋼京唐自備電廠電力系統穩定器的構成、作用及投入試驗

原 瑋

（哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040）

本文簡述了首鋼京唐自備電廠電力系統穩定器的投入試驗、電力系統穩定器(PSS)的構成以及在電網中的作用。

電力系統；穩定器；試驗

1 電力系統穩定器的構成

電力系統穩定器簡稱PSS。該裝置電路是由信號變換器、陷波器、隔直單元、超前遲后單元、限幅單元、保護單元組成。PSS作為一種附加勵磁控制環節，即在勵磁電壓調節器中，通過引入附加信號，產生一個正阻尼轉矩，去克服勵磁調節器引起的負阻尼，控制量可以采取電功率偏差（ΔP）、機端電壓頻率偏差（Δf）、 過剩功率（ΔPm）、 發電機軸轉速偏差（Δω）以及它們的組合等。

2 電力系統穩定器的作用

PSS的作用主要是用來克服（或補償）電壓調節器AVR所產生的負阻尼作用，將電力系統動態水平提高到所希望的水平，因此它只是一種附加勵磁控制。它的引入既不改變電壓調節器主控制作用的地位，又不影響電壓調節器的參數選擇。它能使發電機在各種運行工況下，勵磁系統的各種約束條件得到保證。

2.1 PSS可以限制小干擾

現代電力系統中，大型發電機自動電壓調節器（AVR）在發電機負荷長距離輸電時，往往會產生負阻尼作用。這種負阻尼不論是快速勵磁系統，還是常規勵磁系統。由AVR產生的負阻尼作用使電力系統的小干擾穩定水平下降，遠遠低于線路極限，所謂線路極限在這里是指保持發電機端電壓恒定時的極限。采用 PSS以后，可以提供足夠的正阻尼，有效地克服了AVR的負阻尼作用，把小干擾送電功率的極限提高到線路極限。

2.2 PSS可以限制大干擾

電力系統低頻振蕩可以在小擾動后發生，也可以在大擾動后發生。PSS對大的干擾激發的振蕩也有很好的阻尼作用。

2.3 PSS穩定器的適應范圍

AVR+PSS控制方式可用于快速勵磁系統，也可以適用于常規勵磁系統；既可以用于簡單電力系統（如兩機系統），也可以應用于多級復雜的電力系統。

3 電力系統穩定器的投入試驗

3.1 勵磁系統特點

首鋼京唐自備電廠兩臺 300MW 汽輪發電機組為哈爾濱電機廠生產的產品，發電機的勵磁方式為靜態自并勵勵磁系統，由勵磁變壓器、三組可控硅全控橋換流器、兩套 ABB數字式勵磁調節器(UNITROL 5000系列)和滅磁裝置組成。每一套調節器又分為AVR自動和FCR手動兩種運行方式。自動方式實現機端電壓的閉環控制，為正常運行方式；手動方式則為勵磁電流的閉環控制，以便按照運行人員的設定提供連續勵磁。另外，每一套調節器還配置了一套備用磁場電流調節器(EGC)，作為AVR故障后的一種備用運行方式。

發電機勵磁系統簡化原理框圖如圖1所示。圖中，G: 同步發電機；AVR: 自動電壓調節器；PT: 發電機定子電壓互感器；LB: 勵磁電壓變壓器；CT: 發電機定子電流互感器；SCR: 可控硅整流器。

圖1 自并勵靜止勵磁系統

3.2 各參數和數據

3.2.1 發電機參數和數據（見表1）

3.2.2 計算出1號發電機調節器參數和數據

（1）根據發電機空載特性曲線計算出飽和系數標幺值為：SG1.0=0.121(p.u.) SG1.2=0.479(p.u.)

（2）根據在發電機并網帶負荷300MW時轉子電阻Rf=0.1228?時，計算出發電機轉子電壓、轉子電流的計算基準值為：Ufb=109.4V Ifb=890A

（3）求出換向系數為：KC=0.0999

（4）計算出 AVR調節器最大限制系數和最小限制系數為：Vrmax=8.54 Vrmin=-7.00

3.2.3 發電機時間常數

空載額定時測發電機時間常數Td0′=9.66s。

表1

4 勵磁系統模型和參數

4.1 電壓調節器AVR模型框圖（見圖2）

圖2 電壓調節器（AVR）模型框圖

4.2 AVR參數設置和計算參數表（見表2）

表2

4.3 PSS參數（見表3）

表3

5 發電機空載擾動試驗

發電機空載階躍試驗是數字仿真校核的重要依據，采用下列方法進行仿真計算校核：5%階躍試驗檢查AVR動態特性是否滿足國標；3%、10%階躍試驗檢查AVR的控制是否為線性關系。

5.1 +3%階躍響應試驗（見圖3）

電壓上升時間T1=0.38 s

電壓到達頂值的時間：Tp=0.68 s

電壓超調量：Mp= 7.6 % 調整時間約Ts=1.58s

圖3

5.2 +5%階躍響應試驗（見圖4）

電壓上升時間T1=0.38s

電壓到達頂值的時間：Tp=0.69s

電壓超調量：Mp=7.6% 調整時間約Ts=1.58s

電壓超調量：Mp=8% 調整時間約Ts=1.8s

圖4

5.3 +10%階躍響應試驗（見圖5）

電壓上升時間T1=0.33s

電壓到達頂值的時間：Tp=0.73s

圖5

電壓超調量：Mp=8.5% 調整時間約Ts=1.90s

由 3%、5%和 10%階躍試驗表明，勵磁系統暫態增益平均值Kt=50.6與AVR設置的參數51.4基本一致。

6 發電機負載試驗

6.1 PSS補償特性

6.1.1 采用的計算模型

PSS2A型的PSS頻率特性計算模型簡化如圖6所示。圖中，Tw3：沖洗器時間常數（隔直環節的時間常數）；T7：慣性時間常數（補償時間常數）；T1：一級超前時間常數；T2：一級滯后時間常數；T3＝T5：超前時間常數；T4＝T6：滯后時間常數；T8：高通濾過器時間；T9：高通濾過器時間常數；Ks1；Ks2；Ks3：放大倍數。

圖6

6.1.2 PSS的計算補償特性（見表4）

表4

將PSS補償特性分別在同頻率下與現場實測無補償相頻特性的遲后角相加，可見補償后的勵磁系統在0.1—2.0Hz范圍內均能提供正阻尼，滿足聯網的要求。

6.2 1號機PSS投入后效果檢查

6.2.1 PSS投入前負載3%階躍試驗（見圖7）

6.2.2 PSS投入后負載3%階躍試驗（見圖8）

觀察PSS投入后階躍擾動錄波圖可見，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 結束語

首鋼京唐1號發電機勵磁系統經過空載、負載常規擾動試驗及PSS優化調整試驗，證明全部技術指標滿足行業標準要求；經仿真試驗結果與現場實測的勵磁系統動態特性一致，并且證明其主控制環數學模型正確、參數準確，PSS環節在0.1Hz～2.0Hz頻率范圍內均可提供正阻尼，反調試驗在正常范圍內，滿足聯網的要求。

[1] 劉增煌，方思立.電力系統穩定器對電力系統動態穩定的作用及與其他控制方式的比較[J]．電網技術， 1998（3 期）：75-81．

[2] 竺士章.自并勵勵磁系統發電機空載電壓階躍響應指標對電力系統擾動品質的影響[J]．中國電力，2004（6））：19-22．

[3] 李基成.現代同步發電機勵磁系統設計及應用（第二版）[M]．北京：中國電力出版社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年畢業于黑龍江廣播電視大學工企自動化專業，從事發電機勵磁系統設計、科研、調試工作，工程師。