电力系统电压调节器参数整定.doc

电力系统电压调节器参数整定陈新琪， 陈 皓，竺士章（浙江省电力试验研究院，浙江 杭州 310014）摘要：本文从工程应用角度出发，提出了一种电力系统电压调节器（PSVR）参数整定方法，以浙江电力系统为例进行了仿真计算验证其正确性。在切机扰动方式下，校核了HSVC、PSVR和AVR控制方式对系统无功电压的影响，计算结果表明采用HSVC和PSVR均有利于维持系统电压，暂态电压恢复更快。关键词：电力系统电压调节器（PSVR）；参数；整定 0 引 言近年来，采用发电机主变高压侧电压控制（HSVC）的励磁控制方式得到了重视16，与常规的机端母线电压控制方式（AVR）不同，它以控制发电机机端外某一点（如高压母线或升压变压器某一内点）的电压为目标，以达到提高电力系统电压稳定性的目的。采用发电机主变高压侧电压作为反馈信号的电力系统电压调节器（PSVR）已经进入实际应用1，2。PSVR与各种新的电压控制手段，如二级电压控制等协同，在法国、西班牙、意大利等电网得到了广泛的应用。国外一些励磁系统的制造商，已将高压侧电压控制作为一个可供选择的功能，集成在励磁系统中3。本文试图通过仿真计算分析来研究PSVR参数整定问题，并以实际系统为背景，着重分析PSVR对系统无功电压的影响。rh+Kh(1+T1S) (1+T2S) (1+T3S)KtAVRrg+Vg -Vh -+1 PSVR参数整定 图1 PSVR控制系统框图PSVR控制系统框图如图1所示, 当图1中引入的机端母线电压比例Kt为零时，图1所示的就是HSVC控制系统。从控制来讲必须保持发电机运行点在发电机和励磁设备安全域内；保持励磁调节器处于电压调节方式；维持机端电压（厂用电）在一定的范围；从机组并列点看，每台机组均要有正调差。为此，在进行PSVR参数整定时要解决好以下问题。11 限幅值的确定考虑系统电压和厂用电电压的安全，引入机组高压侧系统电压Vh和机端电压Vg限制控制环节。根据电力系统电压和无功电力技术导则规定：500 kV母线最高运行电压不超过系统额定电压的+10%；最低运行电压不应影响电力系统稳定运行及下一级电压的调节。设置北仑港发电厂机组高压侧母线电压Vh的电压范围为：1.01.1pu；设置发电机机端电压Vg的电压范围为：0.971.05 pu。12 放大倍数及相位补偿时间常数整定励磁控制系统要有适当的稳定裕度，但不应过分强调稳定性而牺牲快速性。所以在设计PSVR参数时，要注意：若引入的高压母线电压比例Kh太大, 则会产生稳定性问题；若PSVR中附加的高压母线电压控制输出限制太小或Kh太小或相位补偿时间常数整定不当, 则会在暂态大扰动事故情况下，励磁系统的暂态增益将降低，或在小扰动情况下，励磁系统的阻尼将降低，起不了应有的作用。因应针对系统的各个运行状态进行校验。121 放大倍数Kh的整定采用负载电压阶跃响应法确定Kh的临界放大倍数，在小扰动情况下，逐渐增大Kh，当Kh接近临界放大倍数时，PSVR偏差信号电压将发生持续振荡，见图2；当放大倍数Kh过大时，PSVR偏差信号电压将发生振荡发散，产生不稳定现象，见图3。参照PSS放大倍数的确定方法，可取临界放大倍数的1/31/8作为Kh的整定值，PSVR偏差信号电压响应见图4。 图2 Kh接近临界放大倍数时PSVR的偏差信号响应 图3 Kh过大时PSVR的偏差信号响应 图4 Kh=2、Kt=1时PSVR的偏差信号响应 图5 +3%阶跃时，北仑港3号机有功动态响应122 相位补偿时间常数的整定文献6论证了HSVC对阻尼转矩的改善作用，本文通过时域法来验证若PSVR相位补偿时间常数整定恰当时能改善励磁系统对系统的阻尼特性，参见表1、图5。参照PSS超前滞后时间常数的确定方法，也可用相位补偿法整定PSVR相位补偿时间常数。 表1 相位补偿校核性结果条件阻尼比振荡次数无相位补偿+3%阶跃响应0.12034.5有相位补偿+3%阶跃响应0.16484.0有PSS+相位补偿+3%阶跃响应0.30.5注：阻尼比 为，其中 、分别为有功功率动态响应第一、二峰峰值。仿真计算结果表明，增加PSVR相补偿环节后，阻尼比有所提高，振荡次数无明显减少，证明相位补偿时间常数整定恰当；当再投入PSS后，阻尼比明显提高，振荡次数明显减少，证明采用投入PSS来提高系统阻尼效果好。这是因为PSS运用的是有功功率波动信号，能全面反映系统中低频振荡的信息而PSVR相补偿环节运用的仍然是电压信号，因而对系统阻尼的改善是有限的。123 大干扰校验法假设单机通过双回线连接到无穷大系统，某时刻其中一回线发生短路，于是机端电压、电磁功率剧烈下降，同时因原动机功率尚未调节，发电机转子加速。在这个过程中，系统无功严重缺乏，希望励磁系统能够尽可能地进行快速强行励磁来提高发电机电压。相对于机端电压控制，高压侧控制由于高压母线和系统联系更紧密，在故障初电压下降更严重，因而反应能够更灵敏。实际系统计算表明，HSVC、PSVR对限制第一摆的作用有限。这是由于励磁系统有励磁顶值电压限制，HSVC、PSVR通过迅速提高励磁电压，来限制第一摆的作用有限，如表2及图7所示。下面以简单系统和实际系统为背景，分析不同的励磁控制方式HSVC、PSVR、AVR对极限切除时间（CCT）的影响。（1） 单机无穷大系统计算条件：以单机无穷大系统结构作为计算网络，发电机采用Ed、Eq变化模型（五阶），变压器阻抗Xt=0.15 pu，两回线路阻抗分别为X1=X2=0.05 pu。发电机带P=0.8 pu，Q=0.6 pu运行，机端电压正常。考虑线路出口2%处三相对地短路，极限切除时间（CCT）参见下表2。仿真计算表明HSVC和PSVR对CCT的影响很小。表2 不同的励磁控制方式HSVC、PSVR、AVR下，故障极限切除时间（CCT）的影响故障方式极限切除时间CCTAVRPSVRHSVC线路出口2%处三相对地短路0.300.310.31（2） 实际系统计算条件：以2003年浙江电网结构作为计算网络。高峰负荷运行方式下，北仑港发电厂5台机各带600 MW运行，机端电压正常，分析HSVC、PSVR、AVR对极限切除时间（CCT）的影响。考虑北兰5401线路出口2%处三相对地短路，计算求得的极限切除时间CCT均为0.25 s，对第一摆最大功角几乎没有影响（AVR：118.69，PSVR：118.51，HSVC：121.47），参见图6。图7为三相短路0.25s切除故障线路情况下PSVR控制器的输出响应。 图6 HSVC、PSVR和AVR对暂稳的影响 图7 三相短路0.25s切除故障线路时PSVR响应124 空载电压阶跃响应法在单机经单线路连接到电网的系统中，将发电机主变高压侧开关合上，线路开关断开，选取不同的Kh、Kt，对PSVR励磁控制系统进行发电机空载电压阶跃响应仿真计算，结果见图8 9，发现若Kh太大, 则会产生空载稳定性问题。对这一问题，可采取发电机起励或空载试验时闭锁附加的高压母线电压控制功能的办法来解决。 图8 PSVR空载电压5%阶跃响应 图9 AVR和PSVR空载电压5%阶跃响应1 3 并列发电机间无功功率的分配问题考虑同一母线下，解决各并列发电机间无功功率的分配问题，只要取相同的PSVR参数使每台发电机均有相同的正调差。参见图10、11。仿真计算中北仑港发电厂3 5号机均采用HSVC或PSVR或AVR控制方式。采用HSVC或PSVR控制方式的35号机共同均匀地承担了1、2号机组退出运行所造成系统的无功缺额。机组间不会发生抢无功现象，无功分配也合理。1 4 需强调说明的问题采用HSVC、PSVR控制方式只是使发电机潜在的无功容量得到快速应用，而不是使发电机处于超出允许值的无功容量过载状态。所以，加装HSVC或PSVR的励磁控制系统需设置运行安全区域，必须满足有关励磁标准，原采用常规机端电压控制的励磁控制系统的功能（如低励、过励、V/Hz、强励限制、PSS及有关保护）仍必须保证，以保证发电机的安全稳定运行。2 HSVC、PSVR对系统无功电压的影响暂稳计算时发电机模型采用Ed、Eq变化（五阶模型），励磁系统分别采用常规机端电压控制AVR、PSVR控制、HSVC控制方式，在切机扰动方式下，分析HSVC、HSVC+AVR、AVR对机组无功、系统电压的影响。计算得到的电厂高压母线电压、发电机机端电压、发电机无功功率等电气量的动态响应，分别见图1014。仿真计算表明HSVC和HSVC+AVR均有利于维持系统电压，暂态电压恢复更快。切除1、2号机后，计算发电机在装设HSVC、PSVR和AVR 3种情况下的35号机无功出力和部分500 kV母线电压情况，结果如表3。当切除1、2号机后，采用HSVC、PSVR时发电机稳定运行的机端电压比采用AVR时高，发电机无功出力大幅增加，补偿了系统中无功功率的缺额，有利于维持高压母线电压的稳定。更能使系统电压维持在较高水平。 图10 北仑港3 5号机无功功率 图11 北仑港500kV和3 5号机母线电压 图12 北仑港3 5号机励磁电压 图13 兰亭变500kV母线电压表3 切除北仑港1、2号机后，北仑港机组无功及部分500kV母线电压比较计算参数切机前切机后AVR/PSVR/HSVCAVRPSVRHSVC北仑港3号机无功1.72.10222.23862.3805北仑港4号机无功1.72.10222.23862.3805北仑港5号机无功1.72.10222.23862.3805北仑港3号机电压1.02701.02691.03221.0378北仑港500kV母线电压1.00250.99560.99871.0020兰亭变500kV母线电压0.97220.96940.97090.97203 结 论本文从工程应用角度出发，提出的PSVR参数整定方法，经实际系统大扰动仿真计算的验证，是有效可行的。仿真计算结果还表明采用HSVC和PSVR均有利于维持系统电压，暂态电压恢复更快。参考文献:1 Dmitry KosterevDesign，installation and initial operation experience with line drop compensation at John Day PowerhouseJ . IEEE Trans on Power System，16(2):261-265 2 J B Davies，L E MidfordHigh Side Voltage Control at Manitoba HydroA. Washington ：Proceedings of 2000 IEEE Power Engineering Society Summer MeetingC 20003 Sandro CorsiThe secondary voltage regulation in ItalyA. Washington :Proceedings of 2000 IEEE Power Engineering Society Summer MeetingC 2000. 4 李基成电力系统电压调节器PSVRJ水电厂自动化，2001，10(4)：1-75 王 琦，周双喜先进的高压侧电压控制J电工技术，2001，（ 10）：14-156 周晓渊，邱家驹，陈新琪高压侧电压控制对单机-无穷大系统稳定性的影响J中国电机工程学报，2003，23（1）：60-63简介：陈新琪，浙江义乌人，硕士，高级工程师，荣获浙江省电力公司三级专家称号。1988年6月毕业于浙江大学电力系统自动化专业。1988年进入浙江省电力试验研究院系统所，主要从事发电机励磁控制和电力系统分析工作。Xinqi Chen，received the B.S. and M.S. degrees from Zhejiang University, PR China in 1985 and 1988 respectively, all in electr