电力系统稳定器(Pss)

电源系统稳定器(PSS)电源系统稳定器(PSS)南京申瑞电力电子有限公司江苏南京江宁开发区双龙街1706号一、概述随着电力系统规模的不断扩大和自我激励等快速微机励磁系统的广泛使用，动态稳定性问题(低频振荡问题)成为影响电网系统安全稳定和经济运行的最重要因素之一。研究表明，在互联电力系统中，通常有两种振动模式：区域振动模式(local model，通常为0.5至2.0Hz)和区域间振动模式(interarea model，tieline model，通常为0.1至0.5Hz)。要解决属于局部振动模式的弱阻尼或负阻尼低频振荡问题，可以在一个或多个发电站配置电力系统稳定器。要解决属于区域间振动模式的弱衰减或负衰减低频振荡问题，仅在一个或多个发电站配置PSS是不够的，必须在与该振动模式相关的很多发电机上配置PSS(电源系统稳定器)，才能有效解决区域间振动模式的弱衰减或负衰减低频振荡问题，确保网络系统的安全、稳定和经济运行。励磁调节器的附加功能电力系统稳定器(PSS)有效地加强了系统阻尼，抑制了系统低频振荡的发生，提高了电力系统的稳定性，目前在大多数发电机的励磁系统中得到了广泛应用，成为现代励磁调节器的必要功能之一。二、PSS基本原理如图1所示，单个无限总线系统图的小信号模型如图2所示。图1，独立无穷大系统图图ii，单无限系统小信号模型忽略线路电阻可以将k1至K6简化为以下公式：其中Xd、Xq、Xd分别是发电机垂直轴电抗、水平轴电抗和垂直轴瞬态电抗。Xe线路电抗；Ut0，UC是发电机端子电压和无限总线电压发电机在负载较重的情况下工作时受到干扰，转子角度将产生增加变化 ，但由于励磁系统提供的励磁电位增加 eq延迟，将有进一步变化的趋势，从而促进负阻尼。以下是：ut=K5K6e q K5，发电机在重载下工作时，如果K5 0， ut与相反。如果励磁系统是简单的比例调节器，增益是Ke，时间常数是Te如图3所示，在-平面中，与转子速度变化相等的力矩为正阻尼力矩，负阻尼力矩为反，与角度变化相同的力矩为正同步力矩，负同步力矩为反。在电力系统中并行运行的同步发电机必须以正常制动力矩系数和正同步力矩系数稳定运行。如果阻尼力矩系数为负，则自发增量振动最终会失去稳定性；如果同步力矩系数为负，则发电机会发生爬行跳动。PSS的功能是通过提供补偿AVR产生的负阻尼的正阻尼力矩分量来提高系统的动态稳定性。实现PSS功能的基本原理是生成与转子速度相同的信号。由于功率的增加会产生转子加速度，因此与功率相关联的所有量(包括 、Pe、 p、 f等)都可以用作PSS的输入信号。女子系统具有滞后特性，因此用超前的、滞后的补偿环补偿角度。从PSS模型方块图来看，PSS由信号输入、信号测量、直线、前导延迟、比例放大、输出限制多个链路单元组成。图a在为AVR创建负阻尼时，每个相位之间的关系图和图b在添加PSS后，为PSS创建正阻尼和每个相位之间的关系图，如下图所示。图3，AVR和PSS生成的阻尼转矩三、AVR和PSS模型方框图GER3000励磁调节器的PSS型号方块图使用PSS2A型号形式，通过适当地调整参数以满足现场需要，可以不修改程序，或者简单地将PSS2A型号用作PSS1A型号。PSS2A型号输入信号是速度和功率。PSS2A模型将转速作为输入，生成等效的机械功率信号，使整个信号对机械功率的变化不敏感。在系统振动的频率范围内，PSS充当电力输入镇流器。在设置每个参数以使其补偿后特性满足要求之前，必须测量AVR、功率部分、转子和发电机整个链路的相位频率特性。然后必须获得需要补偿的角度，并相应地设置TS1、TS2、TS3、TS4、TS5和TS6。测量这部分AVR、功率部分、转子和发电机的整体连接相位频率特性的实验称为无补偿特性测量测试。进行此实验时，在a点添加噪声信号，然后测量a点和b点之间的相位频率特性。四、PSS现场测试下面以山东发电厂使用GER3000励磁调节器PSS1A模型的现场测试为例，介绍了PSS现场测试项目和方法。1、测量励磁系统滞后特性(无补偿特性)1.1测试方法发电机有效功率尽可能接近额定(需要80%以上的有效功率)，无功功率尽可能接近0(需要发电机停滞运行，无功功率低于额定功率的20%)。励磁调节器单机柜自动运行，PSS关闭，微机励磁调节器对HP 355670 a频谱分析器输出的白噪声信号进行采样，并将采样信号加到AVR的给定参考电压。慢慢地增加白噪声信号的级别，以使发电机电压波动约2%。使用HP35670A频谱分析器测量的白噪声信号和发电机电压之间的频率特性是励磁系统本身的滞后特性，也称为无补偿特性，表示为109e。1.2励磁系统迟滞特性测量试验1、调整PSS参数PSS参数调谐要求PSS考虑大约0.2Hz的系统振荡频率和大约1.4Hz的区域振荡频率。因此，通过PSS参数调谐，PSS产生的电磁转矩(在有效功率和无功功率较小的情况下，基本上被认为与 vt相同)应滞后于频率范围0.1Hz到2.0Hz的- PE信号30到120 ( 轴的30个范围)。如果此处系统的拓扑用e表示，PSS的拓扑用PSS表示，则PSS的参数调谐必须在0.1Hz到2.0Hz的频率范围内， e PSS在-60到-120之间。此处系统的频率响应特性根据上述PSS参数的设置原则，通过逐步近似方法确定PSS的参数如下，其中PSS的增益通过临界增益测试确定(参见第7.3节)。设置的PSS参数包括：Kp=0.8、t1=0.35、T2=4.5、T3=0.25、T4=0.02、t5=T6=0 TP=0.1tw=6。根据上面列出的PSS参数计算获取PSS链接的频率特性(请参阅表2)。表1中，在0.2-2hz频率范围内，#4机器PSS产生的电磁转矩基本上被认为与 vt相同，落后于- p信号81-110 ( 轴的-93354 20范围)，#4机器PSS落后于区域振荡频率约1.4Hz，约0.2表1 PSS中是否有补偿相位频率表序号频率f(Hz)无补偿K()存在补偿1099()PSS报酬计算1099()计算补偿1099()10.1-21.1-60.6-44.6535-65.753520.2-32.6-77.8-48.4348-81.034830.3-42.5-88.6-42.9527-85.452740.4-49.7-84.9-36.0707-85.777750.5-55.0-79.9-29.3532-84.353260.6-59.1-83-23.1889-82.288970.7-64.3-82.7-17.633-81.93380.867.0-76-12.6384-79.638490.9-69.6-76.8-8.13336-77.7334101.0-71.1-73.5-4.04778-75.1478111.1-70.9-65.7-0.3203-71.221121.2-66.5-62.33.-63.4031131.3-67.3-60.86.24651-61.0535141.4-81.8-69.89.-72.6396151.5-92.6-79.811.865-80.735161.6-96.3-81.714.38177-81.9182171.7-100-81.916.72839-83.2716181.8-103-8318.91961-84.0804191.9-106-77.320.96788-85.0321202.0-106-85.322.88384-83.1162自我集成系统PSS是否有报酬表序号频率f(Hz)无补偿K()存在补偿1099()PSS报酬计算1099()计算补偿1099()10.1-9.2-52.4-49.5288-58.728820.2-16.3-67.3-53.609-69.90930.3-29.2-74.4-48.5281-77.728140.4-34.7-78.0-41.5368-76.236850.5-48.8-79.0-34.1925-82.992560.6-62-82.4-27.0168-89.016870.7-68.4-84.3-20.2097-88.609780.8-79.1-86.0-13.8424-92.942490.9-83.7-87.7-7.92854-91.6285101.0-87.4-86.9-2.45527-89.8553111.1-91.7-86.72.-89.0982121.2-92.6-85.67.-85.3291131.3-96.1-81.811.58114-84.5189141.4-97.3-79.415.55999-81.74151.5-93.5-73.519.23235-74.2667161.6-87.3-61.822.62466-64.6754171.7-90.7-64.925.7555-64.9445181.8-103.9-75.628.64576-75.2542191.9-117.6-82.431.313129-86.2867202.0-119-85.133.77449-85.22553机器系统PSS是否有补偿表3、PSS增益调整理论上正确的相位补偿下，PSS的增益越大，正向阻尼越强。但是实际上，电力系统可以增加一些机电振动的阻尼，但是如果PSS的增益太大，电磁振动的负阻尼可能会导致系统不稳定。在这种情况下，设备的有效和速度仍然没有明显的振动，但是励磁电压和无功功率可能会引起相当大的振荡或增加的振动。另一方面，如果其他机电振动模式的PSS增益太大，也可能发生其他机电振动模式的阻尼，因此，PSS实际上具有最大增益。PSS临界增益通常由很多因素决定，如发电机的负载水平、PSS在发电站和系统中的配置和撤退、单位功率系数、电力系统的工作方式等。在选定相位补偿下，PSS的增益会慢慢增加，如果观察此处系统的变化，直到出现不稳定现象(主标志是调节器输出电压，发电机转子电压的发生频率高(1 4hz)的急剧振动)，则PSS增益将是最大增益或不稳定增益。图3发电厂4号机PSS增益为Kpss=1.2时的记录图从图3可以看出，在转子电压下没有明显的电磁环振动趋势。考虑到临界增益测试的风险，以计算和实验相结合的方式，取0.8作为4号机器的PSS操作增益。4、PSS阻尼效果检查测试将发电机PT和CT二次三相电压和两相电流连接到WFLC功率分析器，以准备电流的发电机并网运行。在PSS输入和输出两种条件下，进行发电机负载阶段响应测试，记录和比较有效功率的摆动幅度和次数。根据PSS关闭和输入两种情况下的发电机负载4%电压阶跃响应测试的记录图分析，4%阶跃响应的PSS关闭，上台阶的活动振荡次数约为3.5次，步进的活动振荡次数为4次，PSS输入后上下相位振荡次数为1次。说明PSS提供正阻尼。图4是在#4机器没有PSS的情况下的正负4%阶跃响应测试记录图，图