電力系統穩定器（PSS）定值對機組的影響

摘要：電力系統穩定器（PSS）是發電機勵磁系統改善低頻振蕩的附加措施，它將有功功率、頻率、電流等與低頻振蕩相關的信號輸入模型內加以運算和處理。產生的控制信號送到調節器中，從而改變低頻振蕩的附加轉矩，即產生一個正阻尼轉矩去克服勵磁電壓調節器中的負阻尼轉矩，用于提高電力系統的阻尼。電力系統通過采用PSS后，能改善系統的穩定性，確保機組和系統的安全。文章探討了電力系統穩定器定值對機組的影響。

關鍵詞：電力系統；穩定器（PSS）；振蕩；定值；電力機組 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM761 文章編號：1009-2374（2016）27-0123-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.058

隨著電網容量越來越大且往往采用高電壓、遠距離傳輸，最終導致系統的安全穩定性不斷減弱，系統低頻振蕩的影響日益嚴重。近年來，南網發生過幾起低頻振蕩事件，動態穩定問題一直受到關注。電力系統穩定器（PSS）是國際首推的低頻振蕩抑制措施，正確投入電力系統穩定器（PSS）是中國電監會和南方電網并網安全性評價的要求。為保證電力系統穩定器（PSS）充分發揮其作用，投運前必須核對有關定值正確性，對定值不合理的地方應及時分析各種異常原因。設計電力系統穩定器（PSS），使之滿足在整個低頻振蕩頻率段上均能提供良好的正阻尼，從而保證電網的安全運行。本文將針對使用的NES6100勵磁系統在電力系統穩定器（PSS）投入時出現的功率振蕩情況進行簡單的分析，以供參考。

1 現場情況分析

某電廠4號機在投入PSS電力系統穩定器運行后，發電機有功功率呈現等幅波動現象，振蕩幅度約200MW，頻率1.3Hz，時間約30s。同時，發電機機端電壓、電流，勵磁電壓、電流均出現不同程度振蕩。在勵磁調節器中頻繁出現“PSS運行開出”投退信號，當將機組的PSS功能退出后，功率振蕩現象便消失。

現場勵磁調節器主通道錄波圖如圖1和圖2所示：

1.1 現場檢查及分析錄波結果

第一，勵磁調節器開入變位報告顯示：裝置于16∶52∶25投入PSS控制把手，PSS裝置激活后，期間發生多次PSS激活由1變0、由0變1的反復現象，間隔時間約為740ms，直到運行人員于16∶52∶53手動退出PSS控制把手為止。

第二，PSS裝置的輸出在至-5%～+5%的限幅范圍內波動。在PSS投入運行約27秒時間內，發電機有功功率呈現等幅波動現象，最大值=338.517MW，最小值=85.882，振蕩周期=0.757s，機組振動頻率f≈1.33Hz。

第三，在發生機組有功功率振蕩時，機組輸出功率反復小于勵磁裝置內“PSS投入最小功率”值96MW，是導致頻繁出現“PSS運行開出”投退信號的主要原因。

第四，勵磁系統投入PSS后，有功功率的波動相位與PSS輸出基本保持一致；退出PSS后機組故障消失。此情況下PSS的輸出提供負阻尼的效果，最終導致電壓和功率的持續波動。

第五，勵磁系統的PSS投入運行后，出現PSS2B模型雙輸入型電力系統穩定器其中的P通道輸出為0，而w通道信號正常的現象。

1.2 分析與機組投運和PSS試驗的存檔參數對比

查閱《NES-6100微機勵磁系統投運報告——定值單》，發現現場設置值與存檔定值單兩處定值設置不一致：“PSS2B投入最小功率”和“P通道隔直時間Tw4”，即表格中數據如表1所示：

在PSS整定試驗時，按照標準的PSS2B模型，電科院試驗人員要求設置Tw4S/（1+Tw4S）環節為直通（即為1）。在ABB的UNITROL5000，南瑞5100系列均是設置Tw4=0，而使得Tw4S/（1+Tw4S）環節為直通，南瑞NES6100新的軟件中也是可以設置Tw4=0實現直通。現場試驗時，廠家人員根據運行軟件的要求設置Tw4=55[即通過設置Tw4為一大于50的數值使得Tw4S/（1+Tw4S）環節近似為1]。由于設備說明書中未有提及相關參數含義及整定方法，電科院試驗人員并未特別注意到這一點，而是認為根據南瑞的勵磁調節器的慣例，Tw4=0能夠實現直通。

電廠技術人員在核查#4機PSS定值過程中，發現勵磁調節裝置中PSS試驗整定的參數“P通道隔直時間常數Tw4”和“PSS投退功率門檻”與下發的定值不一致，未意識到Tw4更改后將有異常，因此未將該情況匯報調度，直接按定值單將裝置中的整定值Tw4由原來的55更改為0，PSS投退功率門檻值由原來的100MW更改為96MW。

2 PSS2B模型及參數說明

PSS2A/B型采用加速功率作為輸入。w通道為轉速輸入，P通道為電功率輸入，w通道經過Tw1和Tw2兩階輸入隔直環節得到錄波中的w輸入信號，P通道經過Tw3和Tw4兩階隔直環節，再經Ks2環節后得到錄波中的P輸入信號；w和P雙通道輸入經過Ks3系數疊加，再經T8、T9陷波器環節后，得到計算的機械功率。隨后，機械功率減去電功率，得到加速功率輸入信號；最后經過T1～T6超前滯后環節，得到PSS輸出信號，輸出到機端電壓控制環節。

從物理意義上知當T趨于正無窮時，相當于直通；若T=0，該環節相當于乘以0，阻斷了信號。考慮到該環節的物理意義，南瑞勵磁系統做法是將T設為一個大于50的數值。

從波形中可以看到，由于在系統擾動引起的功率振蕩中機械功率變化較小，即加速功率積分信號基本反映的是電磁功率積分信號。加速功率信號經過超前滯后和輸出增益調節后，得到的PSS輸出值與有功功率的變化趨勢基本相反。也就是說，在試驗整定的參數下，PSS輸出能夠較好地抑制系統有功功率振蕩。

3 原因分析及結論

對PSS2B原理分析可知，參數“PSS投入最小功率”作為其投運條件，定值由100MW改為96MW其輸出特性不影響。而時間常數Tw4被設定為0，則最終使功率輸入信號為0，只有轉速通道W的輸入，改變了PSS環節的控制特性。

W信號轉換如圖5所示：

當Tw1=Tw2=5時，兩階隔直環節引起的相位滯后在1.37度左右，可以忽略。

當T8=0.2、T9=0.1時，陷波器的相頻特性為：在1.33Hz振蕩頻率下，輸出相位滯后約140度。

當T1=0.11、T2=0.02、T3=0.1、T4=0.02、T5=0、T6=0時，在振蕩頻率1.33Hz處，加速功率經過超前滯后環節調節后，相位超前63.5度。

即PSS輸出滯后w通道輸入75.4度。考慮到1.33Hz時，機組無補償相頻特性為滯后85度左右，則PSS輸出的力矩向量對應?ω軸滯后160度，提供了負的阻尼力矩，加劇了振蕩。

現場錄波中，PSS_w通道和PSS輸出之間的相角，由滯后時間0.156s，周期0.75s計算：為75度，與分析吻合。

4 整改措施

針對上述現象，在今后的運行操作中，建議重點注意以下六點：

第一，PSS投入運行的條件有三個：（1）勵磁調節器中軟壓板“PSS功能”應投入置“1”位置；（2）在勵磁調節器就地控制面板上把“PSS投入”轉換開關置“投入”位置；（3）機組功率大于等于“PSS投入最小功率”定值。三個條件同時滿足，PSS才算投入。

第二，在現場對勵磁系統進行試驗后，需要試驗的技術人員形成正確的定值單和試驗報告，并對保護定值和相關數據進行存檔。在對機組投運前的動態試驗完成后，必須由廠家技術人員確認勵磁系統的參數正確，并將保護定值設置到勵磁系統內。在機組的運行過程中，設備維護技術人員如需要改動勵磁系統參數前，必須得到技術管理部門認可后方可實施。

第三，對于隔直環節參數Tw4的設置，通常將NES6100勵磁系統中Tw4的定值設置默認大于50為本環節直通。同時參數設置的上下限需廠家停機期間予以更新配置文件，參數輸入需有防誤策略。

第四，試驗方編制試驗方案及報告時應附上與實際設備參數完全一致的定值表供審核使用。該定值表應由設備廠商提供，并對各參數的整定方法及取值范圍做明確說明。試驗完畢后保留現場整定的電子文檔（從勵磁軟件中導出的參數電子文檔，或勵磁監控畫面的參數設定圖像文檔）。

第五，要求設備廠商隨機所附設備說明書中應對所有參數整定方法及取值范圍做出對應的說明；當設備有重要升級時，設備廠商需提前對升級內容做出說明，以便調度管理部門和試驗部門及時掌握。

第六，電廠方應對照設備說明書按要求核對定值，若發現下發定值與試驗后整定的定值不一致或與設備說明書內容有沖突時，應按要求將異常情況匯報調度確認后再更改定值。

5 結語

隨著國民經濟的增長，系統的網絡結構越來越復雜、容量越來越大，穩定性問題對機組和系統的影響也日益突出，設備的任何隱患和缺陷都有可能造成系統的異常運行，所以電力各層次技術人員均需要高度重視相關問題。機組必須投入經過合適整定的PSS，減小有關線路的功率振蕩幅值、提高機組的抗擾動能力、改善電網的動態穩定性，對機組具有重要的現實意義。

參考文獻

[1] 電力系統穩定器整定試驗導則（Q/GDW1432006） [S].北京：中國電力出版社，2006.

[2] 王展，周彤，楊峰.國產600MW發電機勵磁系統PSS 投入運行[J].大電機技術，1999，（2）.

[3] 方思立，朱方.電力系統穩定器的原理及其應用 [M].北京：中國電力出版社，1996.

作者簡介：黃燕冰（1984-），女，廣東云浮人，廣東粵電博賀煤電有限公司電氣助理工程師，研究方向：發變組、勵磁系統保護計算和故障分析。

（責任編輯：秦遜玉）