云南木加甲水電站PSS試驗(yàn)及勵(lì)磁系統(tǒng)控制

陶 然，姚 雋

（1.西屋月臺(tái)屏蔽門（廣州）有限公司，廣東 廣州 511447；2.中國(guó)電器科學(xué)研究院有限公司，廣東 廣州 510860）

云南木加甲水電站PSS試驗(yàn)及勵(lì)磁系統(tǒng)控制

陶 然1，姚 雋2

（1.西屋月臺(tái)屏蔽門（廣州）有限公司，廣東 廣州 511447；2.中國(guó)電器科學(xué)研究院有限公司，廣東 廣州 510860）

介紹木加甲水電站PSS實(shí)驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容，通過實(shí)驗(yàn)和計(jì)算對(duì)PSS參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，改善了勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能，

電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）；EX C9000勵(lì)磁系統(tǒng)

0 引言

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定性都有顯著的影響。在電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算中采用不同的勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)，其計(jì)算結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大的差異。因此需要能正確反映實(shí)際運(yùn)行設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)，使得計(jì)算結(jié)果真實(shí)可靠。

隨著我國(guó)電力系統(tǒng)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)和西電東送工程的實(shí)施，對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算提出了更高的要求。新的穩(wěn)定導(dǎo)則要求發(fā)電機(jī)采用精確模型，也要求在計(jì)算中采用實(shí)際的勵(lì)磁系統(tǒng)模型和參數(shù)。

對(duì)電網(wǎng)典型主力機(jī)組的發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁和調(diào)速系統(tǒng)模型和參數(shù)進(jìn)行調(diào)查和測(cè)試，為系統(tǒng)穩(wěn)定分析及電網(wǎng)日常生產(chǎn)調(diào)度提供準(zhǔn)確的計(jì)算數(shù)據(jù)，是保證電網(wǎng)安全運(yùn)行和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的有效措施，具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)效益。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

某水電廠發(fā)電機(jī)為東風(fēng)電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的30 MW水輪發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用廣州擎天實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的EXC9000數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，該勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，是雙通道勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，包括兩個(gè)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)通道，一個(gè)恒磁場(chǎng)電流和定控制角調(diào)節(jié)方式，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)電壓控制方式采用的是PID+PSS2A控制。根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)的組成、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器制造廠家提供的控制原理和邏輯，可以形成其數(shù)學(xué)模型框圖如圖1所示。

圖1 勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型框圖

在勵(lì)磁系統(tǒng)中采用△P、△ω、△f等一個(gè)或兩個(gè)信號(hào)作為附加反饋控制，增加正阻尼，它不降低勵(lì)磁系統(tǒng)電壓環(huán)的增益，不影響勵(lì)磁控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能。

2 PSS2A數(shù)學(xué)模型

（1）PSS2A簡(jiǎn)要說明

進(jìn)行模型測(cè)試時(shí)PSS_0、PSS_1、PSS_2、PSS_3、PSS_4、PSS_5、PSS_UK信號(hào)可通過D／A輸出。

具有開關(guān)特性的參數(shù)：

1）TW2=0時(shí)，該隔直環(huán)節(jié)不使用；

2）TW4=0時(shí)，該隔直環(huán)節(jié)不使用；

3）TW1＝TW2=0時(shí)，兩級(jí)隔直環(huán)節(jié)總輸電恒等于零；

4）TW3＝TW4=0時(shí)，兩級(jí)隔直環(huán)節(jié)總輸電恒等于零；

5）T7=0時(shí)，該環(huán)節(jié)不使用；

6）T9=0時(shí)，陷波器環(huán)節(jié)輸電恒等于零；

（2）參數(shù)設(shè)置（表1）

表1

（3）機(jī)組參數(shù)

式中：GD2為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為kN·m2；

n為機(jī)組轉(zhuǎn)速，單位為r/min；

S為機(jī)組的額定視在容量，單位為kVA。

3 PSS試驗(yàn)流程

3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

在試驗(yàn)過程中，需要記錄機(jī)組的機(jī)端電壓、有功功率、無(wú)功功率的變化情況，在有條件的情況下，還要記錄調(diào)節(jié)器PSS輸出值的變化情況。為此，應(yīng)準(zhǔn)備好相應(yīng)的錄波設(shè)備。

3.2 PSS切除，進(jìn)行階躍試驗(yàn)

（1）發(fā)電機(jī)帶有功為額定，無(wú)功接近0，進(jìn)行階躍試驗(yàn)，階躍量從1%到5%逐漸增大，直至機(jī)組出現(xiàn)較明顯的有功低頻振蕩。

（2）選定合適的階躍量后，在PSS處于切除狀態(tài)下，重復(fù)階躍試驗(yàn)3次。

（3）根據(jù)錄波圖，計(jì)算有功振蕩頻率，對(duì)PSS參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證和計(jì)算。

3.3 靜態(tài)穩(wěn)定性試驗(yàn)

發(fā)電機(jī)帶有功為額定，無(wú)功接近0。分別投入和切除PSS，觀察機(jī)組有功功率波動(dòng)情況。

3.4 PSS投入，進(jìn)行階躍試驗(yàn)

（1）發(fā)電機(jī)帶有功為額定，無(wú)功接近0。PSS投入，進(jìn)行階躍試驗(yàn)并錄波。

（2）將錄波圖與PSS切除時(shí)的錄波圖比較，如果無(wú)阻尼作用，修改PSS參數(shù)再重做試驗(yàn)。

3.5 PSS自動(dòng)投退試驗(yàn)

PSS處于投入狀態(tài)，機(jī)組有功功率從額定值逐漸減小到零，觀察PSS自動(dòng)退出時(shí)機(jī)組有功功率的大小。

3.6 防反調(diào)試驗(yàn)

PSS處于投入狀態(tài)，機(jī)組有功功率從零增大到額定值，觀察PSS自動(dòng)投入時(shí)機(jī)組有功功率的大小，以及機(jī)組有功功率在人工調(diào)節(jié)過程中，無(wú)功功率和機(jī)端電壓的變化情況。

3.7 PSS效果分析

一般情況下，應(yīng)選擇兩組或三組參數(shù)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，綜合比較不同參數(shù)的靜態(tài)穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性、相頻特性、阻尼效果等，從中擇優(yōu)選取PSS參數(shù)。

表2 勵(lì)磁系統(tǒng)有無(wú)補(bǔ)償頻率特性測(cè)試

4 勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)補(bǔ)償特性測(cè)試及PSS參數(shù)

AVR及PSS使用如下參數(shù)，AVR：TA1＝TA2＝0、TA3=1、TA4＝4、KP=22，其他：Xq＝0.700、Xe＝0、KV1＝1。

Φe為勵(lì)磁系統(tǒng)滯后特性，Фpss為PSS環(huán)節(jié)的計(jì)算補(bǔ)償頻率特性，Φe+Φpss為勵(lì)磁系統(tǒng)有補(bǔ)償?shù)念l率特性；工程上要求，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩且頻率范圍在0.1～2 Hz時(shí)，要求補(bǔ)償后的勵(lì)磁系統(tǒng)頻率特性的滯后角在-90°±30°；由表2中數(shù)據(jù)可見基本滿足要求。

5 結(jié)論

通過試驗(yàn)和計(jì)算，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)和PSS參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，改善了勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能，具備了PSS功

能投入的條件。

[1]李基成.現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2002.

[2]竺士章.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)試驗(yàn)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

TV734

B

1672-5387（2017）01-0029-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.01.009

2016-10-16

陶 然（1980-），男，工程師，從事電氣系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)，制造工作。

為抑制電力系統(tǒng)低頻振動(dòng)、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性奠定了基礎(chǔ)。