PSS在阿魯河電站勵(lì)磁技術(shù)改造中的應(yīng)用

劉寶松，林志煥，徐國隆

（杭州西湖電力電子技術(shù)有限公司，浙江杭州310030）

PSS在阿魯河電站勵(lì)磁技術(shù)改造中的應(yīng)用

劉寶松，林志煥，徐國隆

（杭州西湖電力電子技術(shù)有限公司，浙江杭州310030）

對阿魯河電站1、2號水輪發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁柜進(jìn)行了技術(shù)改造，增加了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，確定了PSS運(yùn)行參數(shù)，測試了PSS性能，提高了該期電站機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。圖4幅，表2個(gè)。

水電站；電力系統(tǒng)穩(wěn)定器；技術(shù)改造；PSS—1X

1 概 述

目前發(fā)電機(jī)組大部分采用自并激勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)，自并激勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)是一個(gè)由多個(gè)慣性環(huán)節(jié)組成的反饋控制系統(tǒng)，屬于高起始響應(yīng)勵(lì)磁系統(tǒng)。從勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的信號測量到發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組，每一個(gè)環(huán)節(jié)都具有慣性，其中主要的慣性是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組。從總體來看，勵(lì)磁系統(tǒng)是一個(gè)滯后環(huán)節(jié)。正是由于這些因素，使得在系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)產(chǎn)生了負(fù)阻尼作用，降低了電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。為了克服這一缺點(diǎn)，國內(nèi)外通常是采用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（以下簡稱PSS）引入附加勵(lì)磁系統(tǒng)，使其在系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時(shí)提供正的阻尼，從而提高電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。

阿魯河電站位于云南省，處于電網(wǎng)系統(tǒng)末端，應(yīng)南方電網(wǎng)要求，需加裝PSS。該電站采用的勵(lì)磁設(shè)備是杭州西湖電力電子技術(shù)有限公司生產(chǎn)的FKL—2W—33型可控硅微機(jī)勵(lì)磁設(shè)備，該設(shè)備采用PLC為控制核心，在當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)沒有包含PSS功能。因此，在這次技術(shù)改造中，需要在該勵(lì)磁設(shè)備中增加1套可獨(dú)立安裝的PSS裝置（PSS—1X），該裝置適用于微機(jī)、模擬勵(lì)磁調(diào)節(jié)器添加PSS功能，應(yīng)用精簡的算法原理，軟、硬件采用抗干擾設(shè)計(jì)，設(shè)置和試驗(yàn)均簡單、方便。

2 PSS—1X裝置特點(diǎn)及功能

該裝置采用國外先進(jìn)技術(shù)和可靠元件，選用高性能的單片機(jī)作為主控單元，并通過外圍電路配合組成具有獨(dú)立結(jié)構(gòu)的裝置，適用于沒有設(shè)計(jì)PSS功能的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，以增加勵(lì)磁控制對系統(tǒng)低頻振蕩的阻尼作用。

2.1 主要特點(diǎn)

（1）全中文漢化液晶顯示，人機(jī)界面友善、操作方便。所有定值和參數(shù)均可在面板上直接操作、在線修改，適應(yīng)不同發(fā)電機(jī)及配置參數(shù)設(shè)置。

（2）采用多層印制板、表面貼裝技術(shù)及強(qiáng)弱電嚴(yán)格分離，達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容性能，抗干擾能力強(qiáng)。

（3）采用全交流采樣，軟件數(shù)字濾波，徹底消除了硬件電路零漂的影響，測量精確，測量通道誤差小于0.2%。

（4）裝置不僅適用于直流工作電源還適用于交流工作電源，操作回路為交直流兩用回路。

（5）具有完善的錄波功能。

（6）具有RS485、CAN等網(wǎng)絡(luò)通訊接口，方便與其他智能設(shè)備連接通訊。（7）具有完善自檢功能，能準(zhǔn)確定位至芯片故障。（8）體積小、重量輕，可直接安裝在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器柜上。

2.2 基本功能

PSS穩(wěn)定裝置的輸入是發(fā)電機(jī)的有功信號，經(jīng)過隔直環(huán)節(jié)和補(bǔ)償環(huán)節(jié)，最后輸出到勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。作為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器綜合環(huán)節(jié)的一個(gè)負(fù)的輸入，其傳遞函數(shù)如下所示（見圖1）。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，由于隔直環(huán)節(jié)的作用，輸出信號為零。當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的低頻振蕩分量將使PSS產(chǎn)生輸出信號，若PSS相位補(bǔ)償適當(dāng)，將產(chǎn)生阻尼低頻振蕩的轉(zhuǎn)矩，整個(gè)PSS裝置的增益和相位決定了它對系統(tǒng)的阻尼效果。

圖1 單輸入信號電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型

2.3 裝置自檢功能

通過比較3個(gè)線電壓的大小來判斷是否有PT斷線，監(jiān)測判據(jù)如下：

式中，Umax、Umin分別為3個(gè)線電壓的最大值及最小值。

當(dāng)監(jiān)測到有PT斷線時(shí)裝置故障指示燈點(diǎn)亮，退出PSS，同時(shí)裝置故障報(bào)警出口動(dòng)作。

除對PT、CT進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測外，還對EEPROM、RAM、ROM、電源、AD等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)上述監(jiān)測項(xiàng)有異常時(shí)裝置統(tǒng)一做如下處理：

切除PSS，裝置故障指示燈點(diǎn)亮，同時(shí)裝置故障報(bào)警出口動(dòng)作。

2.4 測量計(jì)量功能

測量計(jì)量功能如下所示（見表1）。

表1 測量計(jì)量功能

3 改造過程

3.1 改造方案

直接在原勵(lì)磁柜上開孔安裝PSS—1X裝置。

改造設(shè)計(jì)圖紙包括：原勵(lì)磁設(shè)備原理接線圖，增加設(shè)備材料明細(xì)表，PSS—1X裝置對外端子接線圖。

3.2 施工與調(diào)試

按照施工圖紙完成裝置安裝和接線，檢查確認(rèn)無誤后通電測試。

PSS定值和效果驗(yàn)證按圖2所示（見圖2），在勵(lì)磁系統(tǒng)中引入白噪聲信號，在5000kW和4000kW工況下分別測試了1、2號機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)相頻特性。

圖2 勵(lì)磁系統(tǒng)模型

根據(jù)下表中測量的數(shù)據(jù)計(jì)算出PSS相關(guān)運(yùn)行參數(shù)并輸入裝置（見表2）。

表2 1、2號機(jī)組相頻特性

號機(jī)組頻率／Hz 1號機(jī)組2補(bǔ)償后相頻／° 0.2－55.5－82.890.2－53.8－81.19 0.3－65－87.450.3－59.2－81.65 0.4－82.7－98.380.4－68.1－83.78 0.5－83.1－92.070.5－86.9－95.87 0.6－94.5－98.230.6－95－98.73 0.7－91.3－90.210.7－88－86.91 0.8－100.7－95.830.8－103.9－99.03 0.9－103.9－96.330.9－92.4－84.83 1－107.8－97.471－94.5－84.17 1.1－114.5－101.941.1－108.48－95.92 1.2－143.9－129.641.2－114.8－100.54 1.3－132.8－117.391.3－109.5－94.09 1.4－114.9－98.301.4－120.5－103.90 1.5－107.8－89.981.5－125.3－107.48 1.6－124－104.921.6－134.4－115.32 1.7－135.1－115.301.7－123.1－103.30 1.8－147.5－126.951.8－105.1－84.55 1.9－134－112.091.9－127.7－105.79 2－142.1－119.362－121.8－99.06測量相頻／°補(bǔ)償后相頻／°頻率／Hz測量相頻／°

T1＝0.22s，T2＝2.1s，T3＝0.12s，T4＝0.37s，T5＝T6＝0.1s，TW＝6，KS1＝2；PSS出口限幅為±10%；PSS投退有功水平為30%Pr；PSS臨界增益為KS1＝5；AVR參數(shù)：Kp＝3.55，Ki＝2，Kd＝0

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，有功功率調(diào)節(jié)接近額定，將發(fā)電機(jī)定子電壓、有功功率、無功功率引入電量分析儀錄波，在PSS退出和投入兩種工況下，做發(fā)電機(jī)電壓4%階跌試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：1、2號機(jī)組4%階躍，PSS未投入振蕩周期為2個(gè)；PSS投入后振蕩周期為0.5個(gè)，PSS正阻尼效果很明顯，PSS滿足系統(tǒng)要求（見圖3、圖4）。

圖3 1號機(jī)組，PSS退出，4%階躍

圖4 1號機(jī)組，PSS投入，4%階躍

4 結(jié) 語

阿魯河電站經(jīng)過勵(lì)磁技術(shù)改造安裝PSS—1X裝置以來，勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定；PSS對抑制電網(wǎng)系統(tǒng)的低頻震蕩有明顯效果，極大地提高了電站運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)也帶來了更大的經(jīng)濟(jì)效益。

責(zé)任編輯 吳 昊

2014－11－06

劉寶松（1981－），男，工程師，主要從事電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器研發(fā)工作。

E_mail：baosongliu＠163.com