電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）定值對機組的影響

摘要：電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）是發(fā)電機勵磁系統(tǒng)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(guān)的信號輸入模型內(nèi)加以運算和處理。產(chǎn)生的控制信號送到調(diào)節(jié)器中，從而改變低頻振蕩的附加轉(zhuǎn)矩，即產(chǎn)生一個正阻尼轉(zhuǎn)矩去克服勵磁電壓調(diào)節(jié)器中的負阻尼轉(zhuǎn)矩，用于提高電力系統(tǒng)的阻尼。電力系統(tǒng)通過采用PSS后，能改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確保機組和系統(tǒng)的安全。文章探討了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器定值對機組的影響。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；穩(wěn)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(wǎng)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(tǒng)的安全穩(wěn)定性不斷減弱，系統(tǒng)低頻振蕩的影響日益嚴重。近年來，南網(wǎng)發(fā)生過幾起低頻振蕩事件，動態(tài)穩(wěn)定問題一直受到關(guān)注。電力系統(tǒng)穩(wěn)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(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）是中國電監(jiān)會和南方電網(wǎng)并網(wǎng)安全性評價的要求。為保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）充分發(fā)揮其作用，投運前必須核對有關(guān)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(tǒng)穩(wěn)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(wǎng)的安全運行。本文將針對使用的NES6100勵磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）投入時出現(xiàn)的功率振蕩情況進行簡單的分析，以供參考。

1 現(xiàn)場情況分析

某電廠4號機在投入PSS電力系統(tǒng)穩(wěn)定器運行后，發(fā)電機有功功率呈現(xiàn)等幅波動現(xiàn)象，振蕩幅度約200MW，頻率1.3Hz，時間約30s。同時，發(fā)電機機端電壓、電流，勵磁電壓、電流均出現(xiàn)不同程度振蕩。在勵磁調(diào)節(jié)器中頻繁出現(xiàn)“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(xiàn)象便消失。

現(xiàn)場勵磁調(diào)節(jié)器主通道錄波圖如圖1和圖2所示：

1.1 現(xiàn)場檢查及分析錄波結(jié)果

第一，勵磁調(diào)節(jié)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(fā)生多次PSS激活由1變0、由0變1的反復現(xiàn)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(nèi)波動。在PSS投入運行約27秒時間內(nèi)，發(fā)電機有功功率呈現(xiàn)等幅波動現(xiàn)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(fā)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(nèi)“PSS投入最小功率”值96MW，是導致頻繁出現(xiàn)“PSS運行開出”投退信號的主要原因。

第四，勵磁系統(tǒng)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(xù)波動。

第五，勵磁系統(tǒng)的PSS投入運行后，出現(xiàn)PSS2B模型雙輸入型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器其中的P通道輸出為0，而w通道信號正常的現(xiàn)象。

1.2 分析與機組投運和PSS試驗的存檔參數(shù)對比

查閱《NES-6100微機勵磁系統(tǒng)投運報告——定值單》，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)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(shù)據(jù)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(huán)節(jié)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(huán)節(jié)為直通，南瑞NES6100新的軟件中也是可以設置Tw4=0實現(xiàn)直通?，F(xiàn)場試驗時，廠家人員根據(jù)運行軟件的要求設置Tw4=55[即通過設置Tw4為一大于50的數(shù)值使得Tw4S/（1+Tw4S）環(huán)節(jié)近似為1]。由于設備說明書中未有提及相關(guān)參數(shù)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(jù)南瑞的勵磁調(diào)節(jié)器的慣例，Tw4=0能夠?qū)崿F(xiàn)直通。

電廠技術(shù)人員在核查#4機PSS定值過程中，發(fā)現(xiàn)勵磁調(diào)節(jié)裝置中PSS試驗整定的參數(shù)“P通道隔直時間常數(shù)Tw4”和“PSS投退功率門檻”與下發(fā)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(diào)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(shù)說明

PSS2A/B型采用加速功率作為輸入。w通道為轉(zhuǎn)速輸入，P通道為電功率輸入，w通道經(jīng)過Tw1和Tw2兩階輸入隔直環(huán)節(jié)得到錄波中的w輸入信號，P通道經(jīng)過Tw3和Tw4兩階隔直環(huán)節(jié)，再經(jīng)Ks2環(huán)節(jié)后得到錄波中的P輸入信號；w和P雙通道輸入經(jīng)過Ks3系數(shù)疊加，再經(jīng)T8、T9陷波器環(huán)節(jié)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(jīng)過T1～T6超前滯后環(huán)節(jié)，得到PSS輸出信號，輸出到機端電壓控制環(huán)節(jié)。

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(huán)節(jié)相當于乘以0，阻斷了信號?？紤]到該環(huán)節(jié)的物理意義，南瑞勵磁系統(tǒng)做法是將T設為一個大于50的數(shù)值。

從波形中可以看到，由于在系統(tǒng)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(jīng)過超前滯后和輸出增益調(diào)節(jié)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(shù)下，PSS輸出能夠較好地抑制系統(tǒng)有功功率振蕩。

3 原因分析及結(jié)論

對PSS2B原理分析可知，參數(shù)“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(shù)Tw4被設定為0，則最終使功率輸入信號為0，只有轉(zhuǎn)速通道W的輸入，改變了PSS環(huán)節(jié)的控制特性。

W信號轉(zhuǎn)換如圖5所示：

當Tw1=Tw2=5時，兩階隔直環(huán)節(jié)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(jīng)過超前滯后環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)后，相位超前63.5度。

即PSS輸出滯后w通道輸入75.4度?？紤]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(xiàn)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(xiàn)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(diào)節(jié)器中軟壓板“PSS功能”應投入置“1”位置；（2）在勵磁調(diào)節(jié)器就地控制面板上把“PSS投入”轉(zhuǎn)換開關(guān)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(xiàn)場對勵磁系統(tǒng)進行試驗后，需要試驗的技術(shù)人員形成正確的定值單和試驗報告，并對保護定值和相關(guān)數(shù)據(jù)進行存檔。在對機組投運前的動態(tài)試驗完成后，必須由廠家技術(shù)人員確認勵磁系統(tǒng)的參數(shù)正確，并將保護定值設置到勵磁系統(tǒng)內(nèi)。在機組的運行過程中，設備維護技術(shù)人員如需要改動勵磁系統(tǒng)參數(shù)前，必須得到技術(shù)管理部門認可后方可實施。

第三，對于隔直環(huán)節(jié)參數(shù)Tw4的設置，通常將NES6100勵磁系統(tǒng)中Tw4的定值設置默認大于50為本環(huán)節(jié)直通。同時參數(shù)設置的上下限需廠家停機期間予以更新配置文件，參數(shù)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(shù)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(shù)的整定方法及取值范圍做明確說明。試驗完畢后保留現(xiàn)場整定的電子文檔（從勵磁軟件中導出的參數(shù)電子文檔，或勵磁監(jiān)控畫面的參數(shù)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(shù)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(nèi)容做出說明，以便調(diào)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(fā)現(xiàn)下發(fā)定值與試驗后整定的定值不一致或與設備說明書內(nèi)容有沖突時，應按要求將異常情況匯報調(diào)度確認后再更改定值。

5 結(jié)語

隨著國民經(jīng)濟的增長，系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)越來越復雜、容量越來越大，穩(wěn)定性問題對機組和系統(tǒng)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(tǒng)的異常運行，所以電力各層次技術(shù)人員均需要高度重視相關(guān)問題。機組必須投入經(jīng)過合適整定的PSS，減小有關(guān)線路的功率振蕩幅值、提高機組的抗擾動能力、改善電網(wǎng)的動態(tài)穩(wěn)定性，對機組具有重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻

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[3] 方思立，朱方.電力系統(tǒng)穩(wěn)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(fā)變組、勵磁系統(tǒng)保護計算和故障分析。

（責任編輯：秦遜玉）