电力系统低频振荡的产生原因及危害性

电力系统低频振荡的产生原因及危害性(文字)http:/www.ri SMW.com 2010-10-2310335352535252525314网络浏览：发表1111评论(0)介绍了电力系统低频振荡产生的原因和危害性、PSS的基本原理、参数、作用和现场试验过程，并探讨了实验结果。关键词：低频振荡励磁调节器电力系统稳定器(PSS )一开始天津大唐盘山发电有限责任公司是一座容量为2600MW的新型大型火力发电厂，与传统天津国华盘山发电有限责任公司的2500MW俄罗斯汽车机组构成电源点，通过三条500KV线路向系统输电，位于京津唐负荷中心，对电网的稳定起着重要支撑作用。 作为京津唐电网最大的发电机组，其发电机励磁系统性能的优劣对华北电网的稳定运行具有重要影响。按照国家十五规划实现全国网络的要求，华北电网规定新建大型发电机组励磁系统只有系统稳定措施和调整才能并行运行，因此我厂完成了3#、4#机组电力系统稳定器(PSS )值的调整和试验，实验效果明显应国家电力规划中心要求，2003年6月18日，华北电力规划局方式组织正式启动PSS。2低频振荡产生原因分析及危害性电力系统的低频振荡发生在国内外，通常出现在远距离、重载输电线路或互联系统的弱联络线上，在采用快速响应高放大率励磁系统的条件下更容易出现。 随着电力电子技术的快速发展，快速励磁调节器的时间常数大幅减少，这改善了电压调节特性，提高了系统的暂态稳定水平。 然而，由于自动励磁调节器产生的额外衰减为负值，所以抵消了系统本身固有的正衰减并且减小了系统的总衰减或者将系统设置为负值，使得系统在干扰作用之后不能长时间抑制功率振荡，从而导致自发的低频振荡，并且通常具有0.2-2Hz的低频振荡频率(风险管理世界-www.RiskMW.com)低频振荡会引起联络线过电流跳闸和系统与系统或单元与系统之间的失步，严重威胁电力系统的稳定性。 解决低频振荡问题是电网安全稳定运行的重要课题之一。3 PSS原理及其作用为了利用高倍率励磁调节器避免负阻尼效应，对传统励磁系统进行了改进。 向可能导致负阻尼的励磁调节器提供正阻尼并且注入若干控制信号以减轻振荡是PSS的最基本原理。 PSS在励磁电压调整器中导入了附加的信号，由此产生正的衰减转矩，作为克服由励磁调整器进行的负的衰减的附加的励磁控制的一环，能够采用控制量或功率偏差(P )、机端电压频率偏差(f )、过剩功率(Pm )、发电机轴速度偏差(w )及其组合等。 除了补偿激励调整器的负衰减以外，还可增加正衰减量，以有效地提高发电机抑制系统的低频振荡的能力。PSS是尽管已经成熟的普遍技术，但消除互连网格的负阻尼低频振荡的最经济的方法。 在系统规模小、互联程度低的情况下，系统的振动不明显，PSS的整定不受关注。 但是在当前大电网互联快速发展的情况下，PSS的作用已经引起人们的高度重视。 1994年我国南方联营电网发生的系统振动事故是典型的一例，事后分析表明，在该系统的主力单元中增设PSS可以有效地衰减振动，防止有严重后果的动态稳定破坏事故的发生。4 PSS的配置和传递函数初期的PSS由个别部件构成，微机式励磁调节器，PSS由软件构成，我厂的3#，4#单元为哈尔滨电机厂生产的三机无刷励磁发电机组，型号为QFSN-600-2YH，励磁调节器为英国的ROLLS-ROYCE (简称R-R ) 所述采用本公司的数字励磁调整器，PSS完全由软件组成，PSS输入信号采用p作为发电功率，其结构如图1所示图1电力系统稳定器(PSS )的框图ROLLS-ROYCE公司的电力系统稳定器(PSS )输入信号是发电机的负功率信号，由此生成相位补偿和增益控制的调整信号，对有效的功率振荡施加衰减作用。现场运行参数包括： PSS自动接通值： 0.3PU电力、返回值0.14PU电力、Kp=2、Te=10、T1=2、T2=0.35、T3=4、T4=0.2、T5=0.05、T6=0.08、T7=0.05、PSS输出片：5%5 PSS实验过程5.1励磁系统在线无补偿频率特性的测量励磁控制系统没有补偿频率特性，即励磁系统磁滞特性。 由于励磁控制系统的滞后特性的存在，施加给励磁调整器的附加信号经由滞后而产生附加转矩。 为了测量励磁控制系统的磁滞特性，需要测量附加转矩相对于PSS堆栈点的磁滞角度。 这是因为在发电机高功率因数运转时，机械端子电压对PSS的重叠点施加的延迟角度与附加转矩对PSS的重叠点施加的延迟角度大致相等。实验时，联网运行发电机，记录有效、无效、机端电压值，不接通PSS，用频率计将噪声信号加到调节器的相加点上，测量励磁系统的相频特性。 测量的励磁系统的在线无补偿相频特性如表1所示。表1励磁系统的相频率特性根据表1可知，在线无补偿频率特性大致正常，相位延迟比通常的交流励磁机励磁系统稍大。 (励磁机励磁系统约为-40-150 )5.2励磁系统在线有补偿频率特性的测量补偿频率特性将无补偿频率特性与PSS单元相位频率特性相加，反映PSS相位补偿后的附加转矩相位。 DL/T650-1998大型汽轮发电机自并联励磁系统技术条件建议补偿频率特性在该电力系统低频振荡区满足-80至-135的要求，该角度以机械功率方向为零度. (1)关断PSS输入端子，向PSS输入端子施加噪声信号，并且测量相对于PSS输入信号的测量端子电压的相位角。 (2)在PSS链接的相位角上加上励磁控制的延迟相位角。在现场测试中，PSS参数的预选可以采用以上方法完成，该测试的目的是找到一组良好的PSS参数，以尽可能在整个低频振荡频率范围内获得良好的相位补偿。R-R公司的励磁调节器没有设置PSS输入端子，也没有对应的软件，因此该试验不能在现场进行。 因此，根据中国电科学院技术人员由厂家提供的PSS传递函数框图，设置了一组PSS参数，并用MATLAB自制程序进行了仿真计算。 PSS参数： KP=2te=10 t1=2t2=0. 35 t3=4t4=0.2t5=0. 05 t6=0. 08 t7=0. 05，如果计算所得到的PSS的增益相位频率特性，则图2、Kp=2.0的时振幅频率特性曲线如图3所示将计算出的各低频振荡频率下的PSS相位角p与现场测量出的在线无补偿频率特性下的同频励磁系统延迟角e相加，得到了在线有补偿频率特性计算值。 计算出的在线补偿频率特性如下表2所示。从表2可知，在低频振荡频率0.2Hz-1.7 Hz的范围内大致满足滞后-80-(-135 )的要求，该组PSS参数是比较适当的。图2 PSS系统相频特性曲线图3 Kp=2.0时振幅特性曲线表2在线有补偿频率特性的计算值其中，=ep5.3阶越响应(以4#单元为例)试验条件：发电机并网运行，P=589.6MW Q=77.4Mvar Vt=19.44KV首先进行了PSS非接通时的2%电压阶跃响应试验。 通过调节励磁调节器的输出，发电机侧越产生2%的步骤，采用发电机侧的有效功率、机端电压、无效功率、励磁电压波形(参照图4 )。由图4可知，在PSS不工作的条件下，将进行大约为机端电压的2%的响应测试，越是上位阶段在有效功率上产生三振荡，振荡频率为1.5Hz。 越下一阶段有效功率振荡三振，振荡频率为1.5Hz。在自动励磁调整器(AVR )控制画面中调整PSS增益Kp=0.5，接通PSS，重新进行2%分层试验。 通过调节励磁调节器的输出，发电机侧越产生2%的步骤，采用发电机侧的有效功率、机端电压、无效功率、励磁电压波形(参照图5 )。图无PSS时的2%电压阶跃响应图PSS(Kp=0.5 )时的2%电压等级响应记录图从视频图5可以看出，PSS起到抑制功率振荡的作用，并且无论在上层还是下层，振荡频率都是1.5Hz。图PSS(Kp=1.0 )时的2%电压等级响应记录图在同样的情况下，在AVR控制画面中，将Kp调整为1、2、3，继续进行2%步过试验，采用发电机的有效功率、机端电压、无效功率、励磁电压波形(参照图6、7、8 )，比较了PSS的增益不同时衰减的能力。 可以找到适当的PSS增益值。图PSS(Kp=2.0 )时的2%电压等级响应记录图根据视频，随着PKP的增大，PSS衰减功率的振动能力逐渐增强，无论是上升时还是下降时，都只产生一个振子振动，振动频率为1.5Hz。5.4 PSS增益整定根据以上的使Kp为不同值时的阶段响应结果，PSS衰减功率振荡能力随着PKP的增大而逐渐增强，但与增益过大同样会产生不稳定的危害，根据图3(Kp=2.0时的振幅特性计算曲线)，PSS在0.5Hz-2Hz下的交流放大率充分为约0.3-0.5 根据图5至图8的视频图表的结果，认为采用Kp=2是适当的。5.5 PSS反调试在使用发电机的电力信号的PSS中，主要的副作用是无效逆调，通过减少原动机的输入电力来减少发电机的输出，调整速度加快时发电机的无效输出急剧大幅增加，几秒后恢复到原来的无效水平。 增加有效性的话，无效性会瞬间大幅度减少，几秒后恢复到原来的水平。 无功逆调现象严重时，会给系统运行带来不良影响。试验时，PSS接通运行，在正常运行下增减负载速度使有效功率发生变化，观察调节器的输出电压和电流，未出现伴随有效功率变化的