（电力系统及其自动化专业论文）山东电网小干扰稳定分析及pss参数设计的研究.pdf

山东大学硕士学位论文 数的有效方法。这种方法易于在生产中实现，同时又能保证计算结果与实际 的一致性。频率法设计p s s 参数，可使p s s 具有较好的频率适应性，在系统 运行方式改变的情况下，仍能起到提高阻尼的作用。 关键词：低频振荡电力系统稳定器参数设计现场试验 山东大学硕士学位论文 s t u d i e so nt h es m a l ls i g n a ls t a b i l i t yo fs h a n d o n g p o w e rs y s t e ma n dp s sp a r a m e t e rd e s i g n a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s eo ft h es c a l eo fe l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n de m e r g e n c eo f l o n g d i s t a n c e a n dh e a v yl o a d t r a n s m i s s i o n ，t h ep r o b l e m o f l o w f r e q u e n c y o s c i l l a t i o ni sh i g hr e c o g n i z e d p u t t i n gt h ep s so ns o m ep r o p e rg e n e r a t o r si n t o o p e r a t i o ni s a ne c o n o m i c a la n de f f e c t i v e w a yt o i n c r e a s et h ed a m p i n ga n d r e s t r a i nl o w f r e q u e n c yo s c i l l a t i o n d u et ot h el a c ko fn o r m a t i v ea n da p p l i c a b l e p a r a m e t e rd e s i g na n d t e s tm e t h o do f p s s ，t h ea p p l i c a t i o no fp s si no u rc o u n t r y i sl i m i t e d t h em a i nw o r ko ft h i st h e s i si st os e e kas i m p l ee f f e c t i v em e t h o dt o a c h i e v et h ep a r a m e t e rd e s i g na n dt e s to fp s s ， t h i st h e s i s p r o v i d e s as i m p l ea n de f f e c t i v em e t h o df o rp s sp a r a m e t e r d e s i g na n di t s s i t et e s t f i r s t l y ，t h e e i g e n v a l u ea n a l y s i si s c a r r i e do u t o nt h e b a s i so fl o a d f l o wd a t a ，c o m p u t a t i o no fl o a df l o wa n ds m a l ld i s t u r b a n c es t a b i l i t y i sm a d ew i t ht h ep s a s ps o f t w a r ep a c k a g et of i n dt h em a i nw e a kd a m p i n g l o w f r e q u e n c y o s c i l l a t i o nm o d ea n di t sr e l a t i v eu n i t st oi n s t r u c tt h e c o n f i g u r a t i o na n dp a r a m e t e rd e s i g no fp s s f r e q u e n c ym e t h o d i su s e dt od e s i g n p s sp a r a m e t e r s t h ef r e q u e n c yc h a r a c t e r i s t i co fe x c i t i n gs y s t e mi sc a l c u l a t e d a c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c a lm o d e lo fg e n e r a t o ra n de x c i t e rs y s t e m 。a c c o r d i n gt o t h e l a g s i t u a t i o no fe x c i t e r s y s t e m ，c h o o s et h ec o m p e n s a t i o n c h a r a c t e r i s t i c a d j u s tt h ep a r a m e t e r so fp s so nt h e s i m u l a t i o nm o d e li no r d e rt om a k ei t a p p r o a c hr e q u i r e dc o m p e n s a t i o nf r e q u e n c yc h a r a c t e r i s t i c t h e ns i m u l a t i o n i s m a d ea c c o r d i n gt od i f f e r e n to p e r a t i n gm o d ea n do p t i m i z a t i o ni sm a d ef o rt h e p s s p a r a m e t e r s f i n a l l y t h e p r a c t i c a l e f f e c t i sc h e c k e d t h r o u g h t h e s t e p - r e s p o n s et e s ta n dl a r g e - d i s t u r b a n c e t e s t t h i sr e s e a r c hd r a w st h e f o l l o w i n g c o n c l u s i o n ：t h eu l t i m a t ec a u s eo f l o w - f r e q u e n c y o s c i l l a t i o ni ns h a n d o n ge l e c t r i cp o w e rs y s t e mi st h ee x i s t e n c eo f t h r e ew e a kd a m p i n gl o w - f r e q u e n c yo s c i l l a t i o nm o d e s a c c o r d i n gt o a n a l y s i s r e s u l t s ，p s si si n s t a l l e do nt h es t r o n g l yr e l a t i v eu n i tt oi n c r e a s et h ed a m p i n g a n d i i i 山东大学硕士学位论文 r e s t r a i nl o w f r e q u e n c yo s c i l l a t i o n t h em a t h e m a t i cm o d e l sa n dt h e i rp a r a m e t e r s u s e di nt h i sp a p e rh a v eh i g hr e l i a b i l i t ya n dt h e yc a nt r u l yd e s c r i b et h ed y n a m i c b e h a v i o ro fg e n e r a t o ru n i ta n di t se x c i t e rs y s t e m p h a s ec o m p e n s a t i o nm e t h o d c a nb eu s e dt oc a l c u l a t et h ep a r a m e t e r so fp s s t h em a g n i f i e dm u l t i p l eo fp s s c a nb eo b t a i n e dt h r o u g hs i t et e s t i ti sa ne f f e c t i v ew a yt oe n s u r et h ep a r a m e t e r o fe x c i t i n gs y s t e ma n dp s s t h i sm e t h o dc a nb er e a l i z e de a s i l ya n dc a r la s s u r e t h ec o n s i s t e n c yb e t w e e nc o m p u t a t i o nr e s u l ta n dp r a c t i c a lr e s u l t d e s i g n i n gt h e p a r a m e t e ro fp s sw i t hf r e q u e n c ym e t h o dc a nm a k e p s sh a v eb e t t e rf r e q u e n c y a d a p t a b i l i t y e v e nw h e nt h eo p e r a t i n gm o d ei sc h a n g e d ，i tc a ni m p r o v et h e d a m p i n g k e y w o r d s ：p o w e rs y s t e md y n a m i cs t a b i l i t y ；p s s ( p o w e rs y s t e ms t a b i l i z e r ) p a r a m e t e rd e s i g n ；s i t et e s 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：量妻查：日期：皇! ! ! 芏扭翌? 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定1 论文作者签名：鲎薹盔。导师签名：垒：l 生：翌日期：三! ! 丝捆! ! 堡 1 引言 山东大学硕士学位论文 1 1 问题的提出 随着电力系统容量、输送距离的不断增长，电力系统的稳定性问题越 来越突出。为了提高发电和输电的经济性和可靠性，大型电力系统的互联要 求十分迫切，但是系统之间的互联会引发许多动态稳定问题，其中最可能发 生的就是低频振荡问题。发电机容量的增加，加大了标幺电抗值。电抗值增 加使静态电压调节精度和动态电压调节品质的矛盾更加突出，同时将导致稳 定极限的降低。新型高增益快速励磁系统的应用，也会削弱系统的阻尼。电 力系统中发电机经过输电线并列运行，在扰动下会发生发电机转子间的相对 摇摆，并在缺乏阻尼时引起持续振荡，此时，输电线路也发生相应功率振荡， 其振荡频率较低，一般在o 2 2 5 h z ，故称为低频振荡( 又称为功率振荡， 机电振荡) 。这种低频振荡或功率振荡常出现在长距离、重负荷输电线路上。 低频振荡产生的原因很多，譬如：系统在负阻尼时产生的自发功率振荡；系 统在受到扰动时，由于阻尼弱其功率振荡长久不能平息；系统振荡模与系统 中某种功率波动的频率相同，且由于弱阻尼，使联络线上的功率波动得到了 放大产生了强烈的功率振荡；由发电机转速变化引起的电磁力矩变化和电气 回路耦合产生的机电振荡 1 。 理论分析及国内外的一些事故实例表明，低频振荡对电网的安全运行 具有极大的危害性。为了防止和抑制低频振荡，需要改变阻尼的特性。加强 电力系统的网架结构对防止低频振荡是非常重要的，但系统是在不断发展、 不断变化的，随时可能发生新的弱联系。因此单纯依靠加强系统结构来防止 弱阻尼，不仅不经济而且在工程实际上几乎是不可能的。最简单的方法是制 造一种辅助装置，它能够产生正的阻尼力矩，这种辅助信号装置即电力系统 稳定器( p s s ) 。电力系统稳定器( p s s ) 的合理配置及参数的科学选择，可 以提高电网对低频振荡模式的阻尼，有效地阻尼低频振荡的发生。在发电机 组上投入电力系统稳定器( p s s ) 是改善电网动态稳定的有效、经济而又容 易实现的办法 2 。 第1 页 山东大学硕士学位论文 随着山东电网规模的扩大、发电机单机容量的不断增加、高增益快速 励磁系统的广泛应用、远距离重负荷输电的出现，山东电网的低频振荡问题 越来越突出，解决低频振荡的要求越来越迫切。从1 9 9 0 年至今，山东电网 已经至少发生5 次低频振荡，如不采取有效措施加以预防，它将对电网的安 全稳定运行造成很大的危害。国家电力调度中心也多次要求各大区网、省网 尽快将本系统内的电力系统稳定器投入运行。因此，非常有必要对山东电网 的动态稳定问题进行综合分析，找出与低频振荡强相关的机组，并有计划有 步骤地把电力系统稳定器投入运行。 1 2p s s 的类型及效果 根据输入信号的不同，电力系统稳定器( p s s ) 分为以p a ( 或p e ) 为 输入信号的电力系统稳定器( p s s ) 3 、 4 ，以a 。为输入信号的电力系 统稳定器( p s s ) ，以p e 和ad 为输入信号的电力系统稳定器( p s s ) 5 ， 以f 为输入信号的电力系统稳定器( p s s ) 6 、 7 ，以ap 为输入信号的 电力系统稳定器( p s s ) 等多种形式。实践证明，以p e 为输入信号的电力 系统稳定器( p s s ) 用于常规励磁系统和快速励磁系统都可使静态稳定极限 接近线路极限( 9 8 线路功率极限) ；以f 为输入信号的电力系统稳定器 ( p s s ) 用于远距离送电的发电机可以使静态稳定极限达到线路极限；以 p e 为输入信号的电力系统稳定器( p s s ) 和以f 为输入信号的电力系统稳 定器( p s s ) 用于常规励磁系统和快速励磁系统都能明显地增加电力系统的 阻尼，对抑制电力系统低频振荡，改善动态稳定起到良好的效果；以p e 为输入信号的电力系统稳定器( p s s ) 用于快速励磁系统可提高暂态稳定极 限地2 0 一3 0 ，用于常规励磁系统若适当地整定参数，对暂态稳定也有一定 的效果；以p 为输入信号的电力系统稳定器( p s s ) 在多机系统中可提高 电力系统联络线静态稳定输送功率的2 0 左右，对抑制故障和线路阻抗突变 引起的低频振荡有显著的效果。综上所述，无论是常规励磁系统还是快速励 磁系统，若附加电力系统稳定器，都可以改善电力系统的稳定性 8 。 第2 页 山东大学硕士学位论文 1 3 国内外p s s 应用情况 由于电力系统稳定器具有强大的功能，七十年代以来，美国、澳大利 距、加拿大、法国、日本等国家都陆续将电力系统稳定器( p s s ) 投入运行。 目前，电力系统稳定器( p s s ) 的应用在国外已十分普遍，其技术也十分成 熟，并取得了良好的效果。从八十年代开始，我国从事发电机励磁技术研究 的科技工作者在电力系统稳定器( p s s ) 的理论研究方面做了大量的工作， 在装置研制及现场试验方面也做了许多有益的尝试 9 。结合当时电网的情 况，由于电网和单机容量不大，低频振荡问题不十分突出，没能引起足够的 重视，致使我国在电力系统稳定器的投运及现场试验方面的进展比较缓慢。 到目前为止，国家没有制定有关电力系统稳定器( p s s ) 技术规范和现场试 验方法，国内很少系统全面地开展过电力系统稳定器( p s s ) 的应用工作， 只有少数机组在投产时将电力系统稳定器( p s s ) 投入做试验性的运行。 1 4 山东电网p s s 现状及投运需求 在山东电网，i o o m w 及以上容量机组，3 0 的没有配置电力系统稳定器 ( p s s ) ；在配置电力系统稳定器( p s s ) 的机组上也仅有邹县电厂# 5 、# 6 号 机组和黄岛电厂# 3 、# 4 号机组的电力系统稳定器( p s s ) 投入了运行，投入 率6 4 ，其他机组的电力系统稳定器( p s s ) 均未经过调试，更谈不上投运 了，且对该部分的插件板大多数未采取有效的维护和保养措施，其元器件老 化、损坏严重。 随着山东电网容量的不断增加和单机容量的不断增大，在山东电网联 系薄弱的环节低频振荡出现的机率会大大增加。近几年，山东电网这个独立 的省网将同华北、华东电网互联，这又会增加低频振荡出现的概率。故此山 东电力集团公司决定在今后几年里将相关机组的电力系统稳定器投入运行， 以防止低频振荡的发生，提高运行电网的稳定性。 第3 页 山东大学硕士学位论文 2 低频振荡分析方法及其数学模型 2 1 特征值分析与时域模拟相结合分析方法的基本思想 目前电力系统的小干扰稳定分析广泛采用频域和时域相结合的分析方 法。这种方法是建立在分析系统的线性化状态空间方程式的特征根( 振荡模 式) 及特征向量( 模态) 的基础上的。它的主要功能是：( 1 ) 计算系统的全 部特征根及其阻尼比，从而了解系统低频振荡的频率和小干扰稳定的储备情 况。( 2 ) 通过对应于各特征根的特征向量的计算分析，考察系统在各振荡模 式下，机组间相互摆动的相位。( 3 ) 通过根轨迹及特征根灵敏度的计算，定 量分析控制系统的参数对小干扰稳定性的影响。( 4 ) 对p s s 在电力系统中的 配置及参数选择进行综合。( 5 ) 通过求解线性微分方程组，了解系统遭受小 干扰后的时域响应。 小干扰稳定计算时，首先建立全系统的线性化方程组，它包括同步发 电机、励磁系统、调速系统方程式及网络方程式，消去其中的代数方程，然 后将其在某个运行点线性化，便可得到整个系统的状态方程： x=aax(2-1、 式中a 为系统的系数矩阵，x 为系统的状态相量 则系统相应的特征方程式为： i 九i a i = o( 2 _ 2 ) 对于定常线性微分方程组( 2 1 ) ，每个特征根对应一个时域的自由分 量。若对应所有的特征根均有负实部，则此系统在相应的稳态工作点上受到 小扰动时是稳定的；反之若有一个或多个根有正实部，则系统是不稳定的； 若存在零根或纯虚根，则系统处于临界状态。 正实特征根x = a i ) 0 ，对应于按指数规律eo t 增长的分量；负实特征 根九= o i ( 0 ，对应于按指数规律eo t 衰减的分量：其中一对共轭复数特 征根k = c r i - - + j c o i 常被称为一个振荡模式， 。对应一个等效二节环节，其标 准化的特征方程式为： 第4 页 山东大学硕士学位论文 s2 + 2 号i 0 ) i s + = 0( 2 3 ) 其中 i 为二阶系统的阻尼比，q 为该系统的自然振荡频率 ( 2 4 ) 很明显，阻尼比必须为正值，才可保证系统稳定。从物理意义上看， 阻尼比表示了振荡次数和振荡幅值之间的关系，阻尼比大，则此模式的振幅 会衰减得快，阻尼比小，则该模式会衰减得比较慢。例如，如果阻尼比为 0 0 3 ，意味着在5 个振荡周期内，对应模式的振荡幅值就会衰减到原来的 3 9 ，对应阻尼比为0 0 5 ，则会衰减到2 1 。一般系统中希望低频振荡模式 的阻尼比不小于0 0 5 。 实际应用中，特征根分析不仅可以判别系统是否稳定，还可以得到在 小扰动下，系统过渡过程的特征：如振荡频率，相应振荡在系统中的分布、 振荡和哪些机组密切相关等等，以便确定抑制振荡的措施。这些信息都为选 择电力系统稳定器的安装地点以及参数的整定提供了重要的信息。 2 2 计算用数学模型 元件模型包括发电机、励磁系统、p s s 装置以及负荷和线性网络元件等。 下面结合计算分析中使用的软件，简述计算中所采用的元件数学模型。 对同步机采用5 阶模型，状态变量取为岛、自、e q 、卯、d 。并有 以下规定：( 1 ) 励磁模型取标准模型( 2 ) 定子绕组和网络的暂态过程以及定 子电阻略去不计。发电机公式表示如下 1 0 ： 第5 页 t a 。挚= e 埘一【e j + ( x a x 。) ia + ( k 。一1 ) e j 】 嗡孚= q 一( x h x 执圳。誓 t i 。挚= 伽+ ( x a x ；la t ，等= 孚一( p d i q 一( gq ld ) 一。o 一矾) 2 盟：一l ) 2 。f d + 、 式中： 一一发电机d 轴同步电抗， 五“一发电机d 轴暂态电抗， 爿j 一发电机d 轴次暂态电抗， 。一发电机q 轴同步电抗， “u 一一发电机q 轴次暂态电抗 一发电机d 轴励磁绕组定子开路时间常数， 碥一发电机d 轴阻尼绕组d 定子开路时间常数， 一发电机q 轴阻尼绕组q 定子开路时间常数， 吼一一定子绕组d 轴q 轴磁链。 励磁调节系统采用三阶模型。其传递函数为： 峨= 雨丽k 面a ( 1 + 丽t f s ) ) ( 2 6 ) 式中： v f 一发电机端电压增量 坠l 一量测放大环节，k a = 2 0 2 0 0 ，t a = o 0 2 ”0 2 ” t + i s 第6 页 山东大学硕士学位论文 i 羔一软反馈环节，k f = 0 , 0 3 - 0 , 0 8 , t f = 0 。2 ”加。6 ” - 1 _ 一励磁机环节( 忽略饱和) ，t e ：0 0 1 1 叫0n s 对负荷以及网络采用经典模型。即：负荷为静态负荷，网络参数方面 不考虑分布参数的影响，线路用n 型等值电路表示。 第7 页 山东大学硕士学位论文 3 山东电网小干扰稳定分析 9 0 年代以来，山东电网多次发生低频振荡，黄台厂、辛店厂、潍坊厂、 黄岛厂、龙l j 厂、莱芜。均向省局汇报发生过低频振荡。事故现象基本如下： 当系统出现重负荷或电网主要输电线路因故断开时，发电机经输电线送出功 率无法固定，且以较大振幅振荡。若将发电机输送功率下降到一定值，则振 荡消失。上述现象表明低频振荡现象严重影响山东电网的安全经济运行，很 有必要对山东电网进行小干扰稳定计算，找出弱阻尼振荡模式及其强相关机 组，以便安装电力系统稳定器解决低频振荡的问题。 首先收集山东电网运行的网络参数、相应机组调节系统的详细资料， 然后建立相应的调节系统详细数学模型，对山东电网进行特征值分析。以 2 0 0 2 年山东潮流为基础，采用电科院p s a s p 软件包进行了潮流和小干扰稳 定计算。 3 1 计算研究用网络和潮流方式 研究中计算网络是以2 0 0 2 年网络数据和资料为基础，采用最大负荷水 平( 1 4 5 0 0 m w ) 下的基本潮流方式，体现山东电网南电北送、西电东送的基 本送电格局。 3 2 小干扰稳定计算研究用励磁系统数学模型和参数 计算用励磁系统模型及参数如表3 - 1 。发电机的阻尼系数为0 1 5 。不考 虑机组的调速器作用，所有机组p s s 装置未投入。 第8 页 山东大学硕士学位论文 表3 - 1计算用励磁系统模型及参数 a v r 及综合程 编号励磁系统参数机组 序模型、参数 直流励磁 k r = 1 ，t r = o 1 ( 5 0 m w 机组) 0 0 2 ， 沾化# 1 、2 ；莱芜# 3 ； 1 ( k f d ) 相复励k a = 2 0 ，t a = 0 0 5 ，o v 5 ， o e f d 5 十里泉# 3 、5 机组 11 2 t e = o 8 ，t f - - o 0 2 ，k f - - o 0 0 1 k r = 1 t r = 0 0 2 ( w j ) o 0 5 交流 k a = 2 0 0 ，t a = o 0 2 ，- 3 v 6 ，聊城# 3 、4 ( w j ) 2 12 4o e f d 6胜利# 1 、2 ( 集成) t e = 0 0 5 k f = o 0 5 t f = o 0 2 交流( j l t ) t r = o 0 5 k a = 1 2 0 3烟台# 3 、4 辛店# 1 、2 15 其余同( 2 ) 交流 4同( 3 )龙口# 3 15 自并励 均为微机型，x c = o ，t r = o 0 2 ， 同南白院 t b = t e = o 0 2黄岛# 1 、# 2 莱芜# 1 、 5 k v 2 1 ，t i = 1 1 6 ( 1 1 6 ) ，k j = 3 7 9 2 0 0 2 两机励磁 ( 龙口)龙口# 1 、2 ( wj ) 1 1 21 t d = 1 1 6 ( 0 1 1 6 1 - 3 v r 6 南自院 x c = o ，t r = o 0 2 ，t b = t c = 0 0 2 6 两机励磁 k v 2 1 ，t i 2 1 8 7 ，k j 2 5 3 0黄岛# 3 、4 1 1 23t d = o18 7 - 3 v r 6 南自院 x c = 0 ，t r = 0 0 2 ，t b = o 314 ， 7 三级励磁 t c = 0 3 1 5 辛店# 3 、4 ；黄台# 5 、6 、 1 1 22 k v 2 1 ，t i 2 3 1 4 ，k j = 8 1 4 47 、8 ；青# 1 t d = o 31 4 - 3 v r 6 x c = 0 ，t r = 0 0 2 ，k j = 3 0 ，k v = 1 潍坊：t i t l 、2 ；德州# 1 、2 、 南白厂t d = o 9 4 ，t i = 9 4t c = o 3 ，t b = o 0 5 83 、4 ；邹县# l 、2 】0 91 k a 2 5 0 ，t a 2 0 0 0 2 ，t e = 0 6 5 ，k g = 0 1 南自厂4 v 1 0石横# 2 、4 ；莱城# 1 、2 ； 9 1 0 92 k g = o 1 5 ，k a = 7 5 0 其余同( 8 )菏泽# 3 、4 济宁# 3 、4 ；临沂# 3 、4 ； 南自厂运河；十里泉# 4 、5 1 0同( 8 ) 1 0 9l 菏泽# 1 、2威海# 1 、 2 k r = 1 ，t r = 0 ，0 2 ，t 1 = 0 5 5 ， a b b t 2 = 0 0 5 5 十里泉# 1 、2 ；邹县# 5 、 1 1 t 3 = 1 7 9 ，t 4 = 3 0 ，k a = 4 0 0 ， 2l6 t a = 0 6 5 - 4 e f d 6 第9 页 山东大学硕士学位论文 a b b 1 2t a 待定，其余同( 10 )邹县# 3 、4 ：里彦# 3 、4 21 s w t a k r = l ，t r = 0 0 2 ，k a = 2 0 0 ，t a = 0 0 2青岛# 2 ；威海# 3 、4 ； 1 3 t e = 0 0 3 2 ，k f = 0 0 6 ，t f - 1 5石横# 1 、3 ；十里泉# 6 、 16 7 1 f 线性 1 4 暂同【2 ) 龙口# 4 、5 、6 ll x c 2 0 ，1 1 f o 0 3 ，k i 2 2 0 ，t c 2 1 5 ， 交流 t b = 1 5 1 5 k a = 6 6 ，t a 2 0 0 0 1 ，k g = 1 ，k f = 0 ， 日照# l 、2 1 0 81 t e = 0 6 5 0 v e 6 ，0 o 2 5 山东大学硕士学位论文 a b a b t l i t s i h 一 = 一。一一一 一 b 。一一： 0 1 234567 r9t s a b 图6 - 3机组无p s s 的负载阶甄试验 一 -一_ t _ - - 1 - 1 o t u t s i h 二一一一一 一 v 、一 f 一一 j o 一l j- 一 ni 2 1 4 6 7 rqt x 幽6 - 4 机组投第一组p s s 的负载阶跃试验 l t u t s l h 二一 一 一 ， 一， 一 0234s67盒日 倒6 5 机组投第二组p s s 的负载阶跃试验 托 第36 页 山东大学硕士学位论文 图6 - 6 机组投第三缎p s s 的负载阶跃试验 i - _ i_ l- 一 t u _ r s i h 一 一一 一 v r 一 _ _- 图6 7 机组投第四组p s s 的负载阶跃试验 图6 - 3 至图6 7 中曲线a 为发电机定子电压，坐标轴的刻度范围 0 ，8 p u 1 1 p u ( 发电机空载额定电压取为1 p u ) ；曲线b 为发电机的有功 功率变化量，坐标轴的刻度范围0 1 p u o i p u ( 发电机的视在功率取为 1 p u ) ；曲线c 为发电机的励磁电压，坐标轴的刻度范围2 p u - - 1 2 p u ( 发 电枧空载额定励磁电压取为l p u ) 。 第37 页 山东大学硕士学位论文 6 2 5 励磁系统及p s s 的现场调整试验 发电机空载阶跃响应试验 振荡次数0 5 ，超调量1 0 ，上升时间o 6 秒。满足有关规定。 发电机负载工况下的p s s 试验 a 试验条件 发电机p ：2 3 5 m wq ：5 0 m v a r 励磁调节器a 柜自动方式运行，b 柜退出运行( 励磁调节器a 、b 两柜是结构、功能及参数一致且又相互独立的两个调节通道，所以试验时 柜运行另一柜退出) 一次设备运行方式： i 母线带以下设备运行# 1 主变压器、坊高线、坊贾线、启动备用 变压器 i i 母线带以下设备运行# 2 主变、坊万线( p ：一1 1 m wq ：2 1m v a r ) 、 坊泉线( p ：1 3 9 m wq ：4 1 9 v a r ) 、坊潍线( p - 1 0 2 m wq ：一4 5 m v a r ) 母联开关在断开位置 b 不投p s s ，测量发电机及励磁系统的频率特性。 从励磁调节器的模拟量辅助输入接口注入频谱分析仪输出的伪随机信 号，发电机p t 二次电压经i o o v a c i o v d c 变送器接至频谱分析仪的测量输入 端。实测励磁系统频率特性( 见表6 4 ) 。 表6 4发电机及励磁系统的相频特性 1 7 33 4 55 1 86 9 l8 6 41 0 41 2 11 3 81 5 51 7 3 ( r a d s ) 滞后角 4 05 6 77 08 6 71 0 01 1 31 2 01 3 51 4 31 4 6 ( 度) c 不投p s s ，发电机阶跃响应试验( 见图6 - 8 ) 励磁调节器给定突增1 ，做发电机阶跃响应试验，录取发电机有功p 的波形。振荡频率1 4 h z ，振荡次数3 5 ，阻尼比0 1 2 。( 注：图8 至图1 5 中取发电机的额定有功功率3 0 0 m w 为l p u ) 第38 页 山东大学硕士学位论文 叫p 1 。一，三一j 、 _ _ ：、曼! _ ? h 、 l 图6 - 8不投p s s ，发电机阶跃响应 d 投p s s 后的发电机阶跃响应试验 投第组p s s 参数，励磁调节器给定突增1 ，做发电机阶跃响应试验， 录取发电机有功p 的波形( 见图6 - 9 ) 。振荡频率1 6 h z ，振荡2 次，阻尼 比0 2 。 0 。、o 。一“一 一、， 图6 - 9 投第一组p s s 参数，发电机阶跃响应 投第二组p s s 参数，励磁调节器给定突增1 ，做发电机阶跃响应试验， 录取发电机有功p 的波形( 见图6 1 0 ) 。振荡频率1 + 5 4 h z ，振荡次数1 5 ， 阻尼比o 2 2 。 第39 页 山东大学硕士学位论文 | ， 、i 一，忡 - 、 一 ， 峙： 口。辱5i 口1 52 口8 。53 83 - 3哇ns5 - 口 圄6 - 1 0投第二组p s s 参数，发电机阶跃响应 投第三组p s s 参数，励磁调节器给定突增1 ，做发电机阶跃响应试验， 录取发电有功p 的波形( 见图61 1 ) 。振荡频率1 9 h z ，振荡次数1 ，阻尼 大于0 2 5 。 i 。，一、己j 、，、“7 v 凰6 一”投第三组p s $ 参数，发电机阶跃响应 投第四组p s s 参数，励磁调节器给定突增1 ，做发电机阶跃响应试验， 录取发电机有功p 的波形( 见图6 1 2 ) 。振荡频率2 h z ，振荡次数0 5 ，阻 尼大于0 3 。 第40 页 口 山东大学硕士学位论文 【 i i 。、= ，p up 、一、j , b - c ? v 、v - 、， ”i ? ? i v 图12投第四组p s s 参数，发电机阶跃响应 e 电网扰动试验 为了进步验证p s s 的效果，特别是在大扰动情况下对振荡的阻尼， 需要进行电网扰动试验。 p s s 退出后的电网扰动试验： p s s 退出运行。切坊泉线。对以下量录渡：母线电压、发宅机电压、 发电机有功、发电机无功、励磁机励磁电压( 见图6 - 1 3 ) 。 振荡7 次，振荡频率i 5 8 ，阻尼比o 1 3 ， 田 r i i ， 苹一 j 7 0 。：j ，f ：。k | 。“、一 一一u - 7 一，、 丧 1 一x ，? 。督一 圆 图6 - 1 3p s s 退出运行，切坊泉线 投p s s 后的电网扰动试验： 投第三组p s s 参数，切坊泉线。对以下量录波：母线电压。发电机电 第41 页 山东大学硕士学位论文 压、发电机有功、发电机无功、励磁机励磁电压( 见图6 一i 4 ) 。 振荡2 次，振荡频率3 1h z ，阻尼比0 2 8 。 i f i i i “i 。一铀 一”- w v 图6 1 4 投第三组p s s 参数，切坊泉线 投第四组p s s 参数，切坊泉线，对以下量录波：母线电压、发电机电 压、发电机有功、发电机无功、励磁抚励磁电压( 见图6 一i5 ) 。振荡2 5 次，振荡频率2 8 h z ，阻尼比o 2 5 。 口 v o t ，、二，k 一哥甄f 、铽，t 、，t - “ f ，口量s1 ，口j 52 ，-2 s3 ，3 5 口4 5 5 图6 - 1 5 投第四组p s s 参数，切坊泉线 第42 页 山东大学硕士学位论文 6 2 6 结论 ( 1 ) 通过比较，仿真计算和现场试验结果基本一致。说明采用的励磁系 统数学模型及其参数具有较高的可信度，能较真实地描述本台发电机组及其 励磁系统的动态行为，可以作为计算分析的依据。 ( 2 ) 通过实践，表明仿真计算与现场试验相结合是确定励磁系统及p s s 参数有效方法。这种方法易于在生产中实现，同时又能保证计算结果与实际 的一致性。 ( 3 ) 潍坊电厂与系统间存在频率为1 4 h z 左右的振荡模式。不投p s s 时， 加扰动，振荡3 5 次；切坊泉线，振荡7 次，阻尼比0 ，1 3 。投第四组p s s 参数运行，加扰动，振荡0 5 次，阻尼比大予0 3 ；切坊泉线，振荡2 5 次， 阻尼比大于0 2 5 。本台机组的p s s 参数选择合理，能较大程度地提高机组 对低频振荡的阻尼，取得了较好的效果。 ( 4 ) 频率法设计p s s 参数，可使p s s 具有较好的频率适应性。在系统运 行方式改变的情况下，仍能起到提高阻尼的作用。 第43 页 7 结论 山东大学硕士学位论文 利用中国电力科学研究院的电力系统综合稳定分析程序p s a s p 对山东电 网的小干扰稳定性进行了分析计算，结果表明山东电力系统发生低频振荡的 根本原因是系统存在三个弱阻尼低频振荡模式：( 1 ) 频率1 1 h z ，与黄岛厂 1 4 号机、青岛厂1 号机强相关；( 2 ) 频率0 8 h z ，与龙口厂5 号、4 号机、 华威厂3 号机强相关；( 3 ) 频率0 9 h z ，与济宁厂1 号、2 号机强相关。根据 分析的结果确定在与弱阻尼振荡模式强相关的青岛厂1 号机，黄岛厂1 号、4 号、2 号、3 号机，龙口厂5 号、4 号机，华威厂3 号以及济宁厂l 号、2 号 机装设电力系统稳定器以增强系统的阻尼，抑制低频振荡。 通过几台机组的试验比较，仿真计算和现场试验结果基本一致。说明在 本项目中我们采用的励磁系统数学模型及其参数具有较高的可信度，能较真 实地描述本台发电机组及其励磁系统的动态行为，可以作为计算分析的依据。 仿真计算与现场试验相结合是确定励磁系统及p s s 参数有效方法。这种 方法易于在生产中实现，同时又能保证计算结果与实际的一致性。 频率法设计p s s 参数，可使p s s 具有较好的频率适应性。在系统运行方 式改变的情况下，仍能起到提高阻尼的作用。 发电机负载阶跃响应所引起的功率波动虽与投切线路不完全相同，但 p s s 的效果是一致的，由于发电机负载阶跃响应，试验方便、对系统影晌小， 可以作为p s s 投运的基本试验项目。特别是在投切线路效果不明显时，负载 阶跃响应结果可以检验机组p s s 参数合理性及阻尼效果。 第44 页 山东大学硕士学位论文 致谢 本文的工作是在导师刘玉田教授的悉心指导与关怀下完成的， 老师的谆谆教诲和严格要求将会使我受益终生。在此特向老师表 示衷心的感谢! 在本课题的研究期间得到了山东大学电力系和哈尔滨工业大 学电气工程系各位老师、山东省电力调度中心运行方式科和山东 电力研究院各位领导及有关专家的大力帮助，在此一并表示真诚 的谢意! 第45 页 山东大学硕士学位论文 参考文献 1 电力部电力科学研究院：“大型发电机p i d 调节和p s s 稳定装置对改善电 力系统稳定性的作用”，第3 页，第9 6 页。电力部电力科学研究院技术报告， 1 9 8 0 年1 2 月。 2 方思立：“电力系统稳定器( p s 8 ) 的原理及其应用”，第1 2 页。水利 电力出版社，1 9 9 6 年3 月。 1 3 j j p b a y n e e t a 1 “a p o w e rs y s t e ms t a b i l i z e rf o rt h e r m a lu n i t sb a s e do n d e r i v a t i o no f a c c e l e r a r i n gp o w e r ”，i e e e t r a n s o n p a s ，v 0 1 p a s 一9 6 ， n o 6 p p 1 7 7 7 1 7 8 3 1 9 7 7 4 f p d e m e l l o ，e t a 1 ，“p r a t i c a la p p r o a c h st o s u p p l e m e n ts t a b i l i z i n g f r o m a c c e l e r a t i n g p o w e r ” ， i e e et r a n s o n p a s ，v 0 1 p a s 9 7 n o 5 ，p p 1 5 1 5 - 1 5 2 2 ，1 9 7 8 5 d c c l e e ，r e b e a u l i e u ，j r r s e r v i c e ap o w e rs y s t e ms t a b i l i z e r u s i n g s p e e da n de l e c t r i c a lp o w e ri n p u t - d e s i g na n df i e l de x p e r i e n c e t r a n s a c t i o n s o n p o w e r a p p a r a t u sa n ds y s t e m ，v 0 1 p a s - l0 0n o 9l9 8 1 6 i f ，w k e a y ，w h ，s o u t h ，“d e s i g n o fa p o w e r s y s t e m s t a b i l i z e r s e n s i n g f r e q u e n c y d e r i v a t i o n ” ， i e e et r a n s o n p a s ，v 0 1 p a s 一