印尼某3×350MW燃煤電站電力系統穩定器現場試驗及分析

張學佳

上海電氣電站集團工程公司 上海 201612

印尼某3×350MW燃煤電站電力系統穩定器現場試驗及分析

張學佳

上海電氣電站集團工程公司 上海 201612

印尼國家電網具有弱聯系電網的基本特征。為消除印尼電網系統偶發性低頻振蕩的影響，以某3×350MW電站項目電力系統穩定器(PSS)現場試驗為基礎，介紹了PSS的基本原理，通過試驗分析，得出PSS對偶發性系統低頻振蕩有較好的抑制作用，為印尼電站項目PSS試驗研究提供了參考。

電站與發電； 電力系統穩定器； 試驗； 分析

印尼作為東南亞最大的電力開發市場，近幾年有大量我國電建企業承包的電站項目投入運行。印尼國家電網具有弱聯系電網的基本特征，如系統阻尼小，電站多使用快速勵磁調節器或自并激晶閘管快速勵磁系統等。這些新建電站的投運，使得印尼電網系統阻尼進一步降低，甚至產生負阻尼。在勵磁控制系統中附加阻尼控制，利用電力系統穩定器(PSS)增大正阻尼轉矩，可以較好地抑制低頻振蕩，提高系統穩定性。

1 PSS原理

發電機電磁力矩可分為同步力矩和阻尼力矩，阻尼力矩與電角速度偏差Δω同相位，阻尼力矩不足，將發生低頻振蕩失步。低頻振蕩[1-2]是發生在弱聯系互聯電網之間，或發電機群與電網之間，抑或發電機群與發電機群之間的一種有功振蕩，振蕩頻率在0.1～2Hz 之間。

PSS[3]是勵磁系統中一個相對獨立的功能模塊或單元，基本原理是采用Δω、電功率偏差ΔPe中的一種或兩種信號作為附加反饋控制,產生一個正的阻尼力矩分量以補償自動電壓調節器(AVR)所產生的負阻尼轉矩,從而增強系統阻尼,提高系統的動態穩定性。

圖1 同步發電機數學模型

發電機勵磁系統原理[5-6]如圖2所示，圖中Ut為發電機出口電壓，It為定子電流，Uc為補償及調差環節輸出電壓，Efd為勵磁電壓，Ur為調節器輸出電壓，Us為PSS輸入電壓，Up為PSS輸出電壓，Uf為勵磁穩定器輸出電壓，Ifd為勵磁電流，Uref為參考電壓，Ue為電壓偏差。

IEEE標準[7]中對PSS模型種類進行了說明，分別為PSS1A(單輸入)、PSS2B(雙輸入)、PSS3B(雙輸入)、PSS4B(多輸入)四種模型。此處采用的是PSS2B模型，如圖3所示。圖中ω為角速度，Pe為電功率，ΔPm為機械功率偏差，ΔPa為加速功率偏差。

圖2 發電機勵磁系統原理圖

該模型[6，8]基本作用原理為：輸入信號為發電機轉速和電功率，通過兩個限幅器來穩定PSS的工作范圍，然后將輸入信號通過電功率與機械功率的變化差值得到加速功率變化值，并通過3個超前滯后環節調整輸出相位。這種PSS能夠有效地避免有功功率變換時引起的無功功率波動，較好地消除反調。當機組負荷單方向增大或減小時，加速功率沒有變化，此時PSS不起作用。當機組負荷振蕩變化時，PSS才起作用，輸出正阻尼，抑制系統的低頻振蕩。此種PSS已得到了廣泛應用。

圖3 電力系統穩定器PSS2B模型

2 PSS試驗分析

2.1 印尼某電站主要設備參數

(1) 發電機。型號為QSFN-350-2，額定容量為 350MW，額定電壓為 20kV，額定電流為11887A，功率因數為0.85(滯后)，暫態電抗百分數為18.5%。

(2) 發電機變壓器。型號為SFPZ-420000/157.5，額定容量為420MVA，額定電壓為157.5±8× 1.25%/20kV，短路阻抗百分數為14%，繞組連接方式為YNd11。

(3) 勵磁調節器。型號為LCT系列。

2.2 勵磁系統補償相頻特性測試[9]

通過HP35670A動態信號分析儀產生偽隨機信號，接入調節器信號相加點，將機端電壓信號經交直流變換后接入HP35670A分析通道，緩慢改變偽隨機信號，進行參數測試。無補償情況下，勵磁系統相頻特性測試結果見表1。

表1 勵磁系統無補償相頻特性測試結果

表1中Φe為勵磁系統的無補償相頻特性。勵磁系統在PSS作用下，在低頻范圍[0.1,2] Hz變化時，其有補償特性(Φe+ΦPSS)應在[-1.047,-2.094] rad之間變化，ΦPSS為PSS的相位。PSS參數整定值為：Tw1=Tw2=Tw3=6s，Tw4=9.99s，T1=0.18s，T2=0.02s，T3=0.2s，T4=0.02s，T6=T12=0s，T7=10s，T8=0.6s，T9=0.12s，T10=T11=0.1s，Ks1=20，Ks2=0.66，Ks3=1，M=5，N=1。

勵磁系統有補償特性的測試結果見表2。

表2 勵磁系統有補償特性測試結果

有、無補償相頻特性的對比分析如圖4所示。由圖4可以看出，在相應參數設定下，PSS相頻補償特性可以滿足設計要求。

2.3 PSS臨界增益測試

增加PSS增益值可以增加振蕩阻尼，但是增益過大反而會引起振蕩的負阻尼，使系統失穩，通過現場試驗的方法確定PSS臨界增益至關重要。如圖5所示，增益數值KPSS=21時，勵磁電壓和定子電壓開始出現振蕩，因此可以將21作為PSS的臨界增益。PSS運行增益取臨界增益的20%～30%，即可取KPSS=4作為運行增益。

2.4 PSS阻尼效果檢驗試驗

在投入±3%階躍響應的情況下，分別分析PSS投運及退出情況下功率振蕩的情況，以檢驗PSS的投運效果。圖6所示為PSS退出時的試驗結果曲線，圖7所示為PSS投入時的試驗結果曲線。

圖5 PSS臨界增益試驗曲線(KPSS=21)

圖6 PSS退出時試驗曲線

圖7 PSS投入時試驗曲線(KPSS=4)

對曲線進行分析，可以看出在投入±3%階躍響應的情況下，PSS退出時，有功功率振蕩6～8次后仍未完全穩定；PSS投入時，有功功率振蕩2次后即進入相對穩定的狀態。可以確定PSS的投入使機組抑制低頻振蕩的能力得到了明顯的提高。

2.5 無功功率反調運行試驗

無功功率反調[10]是指在增加機械功率輸入時，發電機發出的無功功率會減小，反之則增大。PSS通過勵磁系統的作用來抑制有功功率的波動，可以說PSS是通過無功功率的波動來抑制有功功率的波動，因此校驗無功反調的影響非常重要。通過試驗(圖8)可知，機組負荷從 284MW 下降至約 260MW，然后又回到 284MW，其間歷時約 230s。在試驗過程中，未發現無功功率與有功功率調整方向相反的變化，機端電壓及無功功率基本保持了穩定，由此可以看出，PSS投入并未給勵磁控制系統帶來反調的問題，可以投入實際運行。

3 結論

經過上述試驗分析，在整定的PSS參數作用下，PSS的投入對電網系統偶發性低頻振蕩有較好的抑制作用。印尼電力系統隨著近幾年的快速發展建設，整個系統規模及互聯程度已經越來越高，研究PSS穩定現場試驗對印尼同等級電站項目的PSS調試試驗工作具有重要的參考意義。

[1] 王青,閔勇,張毅威.電力系統低頻振蕩的機理研究和主要分析方法[J].電氣應用,2006,25(7)：1-2，4，6.

[2] 王鐵強,賀仁睦，王衛國，等.電力系統低頻振蕩機理的研究[J].中國電機工程學報,2002,22(2)：21-25.

[3] 張學佳，馬立新，袁理，等.復合智能控制型電力系統穩定器的研究[J].上海理工大學學報,2007,29(3)：294- 298.

[4] HEFFRON W G, PHILLIPS R A. Effect of a Modern Amplidyne Voltage Regulator on Underexcited Operation of Large Turbine Generators [J]. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems，1952，71(1)：692-697.

[5] 劉取.電力系統穩定性及發電機勵磁控制[M].北京：中國電力出版社,2007.

[6] 韓慧云.發電機勵磁控制系統及PSS參數整定研究[D].北京：北京交通大學,2006.

圖8 機組無功功率反調校驗曲線

[7] 動力系統穩定性研究用勵磁系統模型推薦規程：IEEE 421.5—2005[S].

[8] 侯玉強,馬覃峰，李威，等.PSS2型電力系統穩定器參數的數字仿真整定[J].南方電網技術,2012,6(2)：89- 93.

[9] 電力系統穩定器整定試驗導則：Q/GDW 143—2012[S].

[10] 沈利平,付廷勤,王茂元.PSS模型比較及反調試驗的應用[J].水電站機電技術,2008,31(6)：89-92.

工程師的良師益友 采供銷的得力參謀

——《五金手冊——機械五金·建筑五金·五金工具》

上海科學技術出版社出版的《五金手冊——機械五金·建筑五金·五金工具》是一本內容豐富的綜合性五金工具書。全書共分3篇25章，內容包括常見的機械五金、建筑五金、五金工具等。全書結合與五金產品有關的最新標準，全面、科學、系統地總結了目前國內市場上常用的各類五金產品的品種、規格、性能、用途及最新的技術資料。

關于五金類工具圖書，書店里并不少見，但讀者需要的并不僅僅是資料的堆砌，而是經過作者精挑細選、真正實用、性價比高的圖書。上海科學技術出版社的這本《五金手冊》有其自身的特色。

一是重點突出。隨著我國經濟建設的發展、人民生活的改善，以及國際貿易的擴大，各類五金產品、五金工具的需求不斷增大。目前，我國市場上五金產品的品種規格繁多、性能各異，并且在改革、創新的浪潮中，五金新品種大量涌現，質量不斷提高，新標準不斷增多。本書拋棄大而全、一套幾大本數據、動輒幾百元的大部頭編寫方法，精選機械五金、建筑五金、五金工具三大板塊資料，重點向讀者介紹最常用、最實用的五金產品。

二是取材新穎。作者編寫本書時，不僅嚴格采用新國家標準、行業標準，而且多次實地考察大型五金產品展銷會，親自搜集有一定發展前景的五金商品，并設法請相關五金商品生產廠家和科研單位提供新資料，這保證了本書內容的與時俱進。

三是性價比高。本書基本采用表格，寫作時摒棄了不太實用的對產品進行概念描述的文字，而是開門見山、直奔主題。排版時對表格進行精心調整，盡量使每一頁的信息量達到最大化，力爭使讀者以相對便宜的價格買到最為豐富、優質的內容。

Indonesian National Grid has a basic feature of weak damping power grid. To eliminate the influence of sporadic low frequency oscillation to Indonesia grid systems, introduced the basic principles of power system stabilizer on the basis of the field test for a power system stabilizer in a 3×350MW power plant project. And by experimental analysis, it reveals that the power system stabilizer has a better inhibiting effect to the sporadic low frequency oscillation and it may provide a reference for the experimental study of the power system stabilizer in Indonesia power plant project.

Power Station and Power Generation； Power System Stabilizer； Test； Analyses

2016年7月

張學佳(1981— )，男，碩士研究生，工程師，主要從事海外電站項目工程技術管理及項目投標技術管理工作, E-mail: zhangxj3@shanghai-electric.com

TM44

A

1674-540X(2016)04-015-06