2021 电力系统稳定器整定试验导则

犌犅／犜４０５９１—２０２１

目次

前言…………………………Ⅲ

１范围………………………１

２规范性引用文件…………………………１

３术语和定义………………１

４试验条件…………………２

５试验项目及要求…………………………３

６参数整定…………………５

７参数重新整定的条件……………………５

附录Ａ（资料性）ＰＳＳ模型………………６

附录Ｂ（规范性）振荡频率和阻尼比计算方法…………７

附录Ｃ（规范性）动态功角稳定计算……………………８

参考文献………………………９

Ⅰ

书

犌犅／犜４０５９１—２０２１

前言

本文件按照ＧＢ／Ｔ１．１—２０２０《标准化工作导则第１部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由中国电力企业联合会提出。

本文件由全国电网运行与控制标准化技术委员会（ＳＡＣ／ＴＣ４４６）归口。

本文件起草单位：国家电网公司国家电力调度控制中心、中国电力科学研究院有限公司、中国南方

电网有限责任公司、国网浙江省电力有限公司电力科学研究院、浙江浙能技术研究院有限公司、广东电

网有限责任公司电力科学研究院、国家电网有限公司华东分部、国家电网有限公司西南分部、国网陕西

省电力公司电力科学研究院、华北电力科学研究院有限责任公司、国网甘肃省电力公司电力科学研究

院、国网新疆电力有限公司电力科学研究院、国网江西省电力有限公司电力科学研究院、国网青海省电

力公司电力科学研究院、国家电网有限公司华中分部。

本文件主要起草人：王超、吴剑超、高磊、霍承祥、何飞、于钊、贺静波、邱威、梅勇、李照庭、陈国平、

吴跨宇、陈新琪、张剑云、曹路、冷喜武、张俊峰、刘明松、吴子豪、汤凡、赵焱、艾东平、张彦凯、焦春雷、

余侃胜、熊鸿韬、史扬、李文锋、夏潮、吕晨、武朝强、朱艳卿、肖明、胡志祥、余锐、陈向宜、赖民昊、党杰、

汪、张三洪。

Ⅲ

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电力系统稳定器整定试验导则

１范围

本文件规定了电力系统稳定器整定试验条件、试验项目及要求和参数整定。

本文件适用于单机容量１００ＭＷ及以上汽（燃气）轮发电机、核电机组，４０ＭＷ及以上水轮发电

机、抽水蓄能发电／电动机和光热机组，接入电压等级２２０ｋＶ及以上的同步发电机组。其他机组可参

照执行。

２规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文

件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于

本文件。

ＧＢ／Ｔ７４０９．３同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求

ＧＢ３８７５５电力系统安全稳定导则

ＤＬ／Ｔ５８３大中型水轮发电机静止整流励磁系统技术条件

ＤＬ／Ｔ８４３同步发电机励磁系统技术条件

３术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

３．１

电力系统稳定器狆狅狑犲狉狊狔狊狋犲犿狊狋犪犫犻犾犻狕犲狉；犘犛犛

借助自动电压调节器控制同步电机励磁，抑制电力系统功率振荡附加控制装置或功能。

注：ＰＳＳ的输入变量可采用转速、频率、功率等单变量，也可采用上述单变量的综合。

［来源：ＧＢ／Ｔ７４０９．１—２００８，５．９，有修改］

３．２

反调狉犲狏犲狉狊犲犪犮狋犻狅狀

当原动机输出功率增加或减少时，因ＰＳＳ调节作用引起励磁电压、同步电机电压和无功功率同时

反向调整的现象。

３．３

励磁控制系统无补偿频率响应特性狌狀犮狅犿狆犲狀狊犪狋犲犱犳狉犲狇狌犲狀犮狔狉犲狊狆狅狀狊犲狅犳犪狀犲狓犮犻狋犪狋犻狅狀犮狅狀狋狉狅犾狊狔狊狋犲犿

ＰＳＳ退出时，由励磁调节产生的电磁转矩分量犜ｅ２对于ＰＳＳ输出嵌入点信号犝Ｓ的频率响应特性

（Δ犜ｅ２／Δ犝Ｓ）。

注：工程上常用机端电压Δ犝ｔ代替转矩分量Δ犜ｅ２，用Δ犝ｔ／Δ犝Ｓ来表述。Δ犝Ｓ为在ＰＳＳ输出嵌入点加入的激励

信号。

３．４

励磁控制系统有补偿频率响应特性犮狅犿狆犲狀狊犪狋犲犱犳狉犲狇狌犲狀犮狔狉犲狊狆狅狀狊犲狅犳犪狀犲狓犮犻狋犪狋犻狅狀犮狅狀狋狉狅犾狊狔狊狋犲犿

ＰＳＳ投入时，由励磁调节产生的电磁转矩分量犜ｅ２对于ＰＳＳ输入信号犝ＳＩ的频率响应特性（Δ犜ｅ２／

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Δ犝ＳＩ）。

注：工程上常用机端电压Δ犝ｔ代替转矩分量Δ犜ｅ２，用Δ犝ｔ／Δ犝ＳＩ来表述，Δ犝ＳＩ为在ＰＳＳ输入端加入的激励信号。

３．５

区域振荡模式犻狀狋犲狉犪狉犲犪狅狊犮犻犾犾犪狋犻狅狀犿狅犱犲

电力系统内的一个区域同步电机机群相对于另一区域同步电机机群的振荡模式。

注：频率范围一般在０．７Ｈｚ以下。

３．６

犘犛犛直流增益犇犆犵犪犻狀狅犳犘犛犛

不包括隔直环节，振荡频率为零时的ＰＳＳ增益。

３．７

犘犛犛交流增益犃犆犵犪犻狀狅犳犘犛犛

包括隔直环节，对应不同振荡频率的ＰＳＳ增益。

３．８

犘犛犛临界增益犮狉犻狋犻犮犪犾犵犪犻狀狅犳犘犛犛

不引起励磁控制系统自激振荡的ＰＳＳ的最大增益。

３．９

自动电压调节器犪狌狋狅犿犪狋犻犮狏狅犾狋犪犵犲狉犲犵狌犾犪狋狅狉；犃犞犚

将同步发电机的实际电压与给定值进行比较，并按其偏差以适当的控制规律调节励磁输出的装置。

［来源：ＧＢ／Ｔ７４０９．１—２００８，５．１］

４试验条件

４．１励磁系统

４．１．１ＡＶＲ及ＰＳＳ模型应经过有资质检测机构实测确认。

４．１．２ＰＳＳ宜采用ＧＢ／Ｔ７４０９．２规定的数学模型，至少应包括１个～２个隔直环节、２个及以上超前滞

后环节、直流增益环节、输出限幅环节。

４．１．３ＰＳＳ信号测量环节的时间常数应不大于２０ｍｓ。

４．１．４抽水蓄能机组的ＰＳＳ在发电机模式和电动机模式下，均应具备投入条件。

４．１．５ＰＳＳ调节应无死区，ＰＳＳ应能定义内部变量输出，供外部监测和录波。

４．１．６ＰＳＳ输出信号加入到ＡＶＲ电压相加点上，ＰＳＳ输出信号的基准值应与发电机电压的基准值相

同；ＰＳＳ输出信号加入到ＡＶＲ电压相加点后的某环节的输出点，ＰＳＳ输出信号的基准值与该输出点信

号的基准值相同。

４．１．７励磁调节器应提供励磁控制系统无补偿频率响应特性测试端口。

４．１．８对于多输入的ＰＳＳ，宜提供测试各输入信号之间相位、幅值关系的端口。

４．１．９发电机空载电压给定阶跃响应特性应同时符合ＧＢ／Ｔ７４０９．３、ＤＬ／Ｔ５８３、ＤＬ／Ｔ８４３的规定。

４．１．１０无功电流补偿系数应整定完成，并投入运行。

４．２犘犛犛模型

４．２．１水电机组和燃气机组应选用无反调作用的ＰＳＳ模型，如以加速功率信号或转速／频率为输入信

号的ＰＳＳ，或选用反调作用较弱的ＰＳＳ模型，如以有功功率和转速／频率双信号为输入的ＰＳＳ。

４．２．２具有快速调节机械功率作用的大型汽轮发电机应选用无反调或反调作用较弱的ＰＳＳ模型，其他

汽轮发电机可选用单有功功率信号的ＰＳＳ模型，模型见附录Ａ。

４．２．３采用多输入信号的ＰＳＳ在机组转动惯量随运行方式变化时，应具备多组ＰＳＳ参数整定功能，并

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能够根据转动惯量的变化切换参数。

４．３机组状态

４．３．１机组继电保护、热工保护及自动控制装置均应正常投入运行，并无限制、异常和故障信号。

４．３．２发电机有功功率应大于６０％有功额定值，无功功率应小于２０％无功额定值。

４．３．３励磁调节器应投入自动电压控制方式，试验期间机组自动发电控制（ＡＧＣ）、自动无功电压控制

（ＡＶＣ）功能应退出。

４．４技术资料

发电企业应在试验前向试验人员提供发电机及励磁系统技术资料，并包括下列内容：

ａ）发电机本体设计参数，包括发电机和原动机的机组转动惯量；

ｂ）励磁系统主回路图、励磁调节器及ＰＳＳ技术说明书，包括励磁调节器控制模型、传递函数框

图等；

ｃ）励磁调节器及ＰＳＳ涉网性能检测报告。

５试验项目及要求

５．１试验项目

５．１．１ＰＳＳ参数整定试验应包括励磁控制系统无补偿频率响应特性测量、励磁控制系统有补偿频率响

应特性确定、ＰＳＳ增益确定、ＰＳＳ阻尼效果校核、反调试验。

５．１．２抽水蓄能机组的ＰＳＳ参数整定试验还应在电动机模式下对阻尼效果进行校核。

５．１．３采用多输入信号的ＰＳＳ在机组转动惯量随运行方式变化时，ＰＳＳ参数整定试验应分别在不同的

转动惯量方式下进行。

５．２励磁控制系统无补偿频率响应特性测量

５．２．１励磁控制系统无补偿频率响应特性应通过现场实测获得。

５．２．２励磁控制系统无补偿频率响应特性实测宜采用动态信号分析仪测量，测量频率范围不应小于

０．１Ｈｚ～２Ｈｚ，动态信号分析仪输出的试验信号（Δ犝Ｓ）宜选随机噪声信号，输入信号（Δ犝ｔ）为机端电压

变化量。

５．２．３采用动态信号分析仪测试无补偿频率响应特性应符合以下要求：

ａ）试验信号Δ犝Ｓ应接到ＰＳＳ输出点并替代ＰＳＳ输出信号，ＰＳＳ退出；

ｂ）试验信号Δ犝Ｓ应增大至发电机电压Δ犝ｔ产生微小波动，波动幅度宜小于２％额定电压；

ｃ）测量所得曲线应符合规律，凝聚函数在关注频段内只允许个别数值小于０．８。

５．３励磁控制系统有补偿频率响应特性确定

５．３．１励磁系统有补偿频率响应特性为ＰＳＳ频率响应特性与励磁控制系统无补偿频率响应特性之和，

宜通过计算获得。

５．３．２单信号输入的ＰＳＳ应按其传递函数计算频率响应特性，多信号输入的ＰＳＳ应按信号之间关系转

换为单信号ＰＳＳ后进行计算。

５．３．３励磁控制系统有补偿频率响应特性应符合以下要求：

ａ）当实测无补偿频率响应特性在本机振荡频率附近存在较大突变时，应将频率响应特性进行平

滑处理后再整定ＰＳＳ参数；

ｂ）有补偿附加转矩在０．１Ｈｚ～０．３Ｈｚ（不含０．３Ｈｚ）频段超前Δω轴应不大于３０°，在０．３Ｈｚ～

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２．０Ｈｚ频段应在超前Δω轴２０°至滞后Δω轴４５°之间，其中本地振荡频率至２．０Ｈｚ频段应滞

后Δω轴。有补偿附加转矩见图１。

标引序号说明：

ΔＰｅ———有功功率变化量；

Δω———转速变化量；

Δδ———功角变化量；

Δ犕ＰＳＳｍｉｎ———允许最小补偿角的转矩；

Δ犕ＰＳＳｍａｘ———允许最大补偿角的转矩。

图１有补偿附加转矩

５．４犘犛犛增益确定

５．４．１犘犛犛增益整定原则

ＰＳＳ增益整定应符合以下原则：

ａ）ＰＳＳ投入时发电机负载阶跃试验的有功功率阻尼比应不小于０．１，或有功功率波动次数比ＰＳＳ

退出时明显减少且少于１次；

ｂ）ＰＳＳ增益整定应确保反调满足５．６．２要求，且投入ＰＳＳ后发电机电压和无功功率应无明显

波动；

ｃ）ＰＳＳ的输入信号为功率时ＰＳＳ增益宜取临界增益的１／５～１／３，ＰＳＳ的输入信号为频率或转速

时宜取临界增益的１／３～１／２。

５．４．２犘犛犛增益确定宜采用临界增益法或负载阶跃试验法

５．４．２．１临界增益法测试应符合以下要求：

ａ）初次投入时ＰＳＳ直流增益宜为预设直流增益的１／１０，ＰＳＳ交流增益不宜大于０．２，ＰＳＳ限幅值

改小，投入ＰＳＳ前应确认ＰＳＳ输出接近零；

ｂ）ＰＳＳ直流增益应逐步增大至励磁调节器的输出电压或发电机转子电压出现等幅或接近等幅振

荡为止，此时的增益即为ＰＳＳ临界增益；

ｃ）按５．４．１要求确定ＰＳＳ增益。

５．４．２．２负载阶跃试验法测试应符合以下要求：

ａ）设置机端电压阶跃量宜为０．０１～０．０４（标幺值），无ＰＳＳ机组有功功率波动明显为宜；

ｂ）调整ＰＳＳ直流增益重复进行同一阶跃量下有ＰＳＳ阶跃试验，直至满足５．４．１的要求；

ｃ）将ｂ）中确定的ＰＳＳ增益扩大３倍进行负载阶跃试验，不应出现持续振荡现象；

ｄ）振荡频率和阻尼比计算方法应符合附录Ｂ的要求。

５．５犘犛犛阻尼效果检验

５．５．１ＰＳＳ整定效果应通过现场发电机负载阶跃试验检验。有特殊要求的机组，可通过系统扰动试验

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或动态功角稳定计算校核。

５．５．２发电机负载阶跃响应检验方法应符合以下要求：

ａ）设置机端电压阶跃量宜为０．０１～０．０４（标幺值）；

ｂ）进行同一阶跃量下有ＰＳＳ和无ＰＳＳ的阶跃试验，比较有ＰＳＳ和无ＰＳＳ时发电机负载阶跃响

应的结果，检验ＰＳＳ相位补偿和增益是否合理阻尼比应大于０．１，并符合５．４．１的要求；

ｃ）多通道运行的调节器，每个自动通道均应进行负载阶跃校核。

５．５．３采用无故障切除发电厂的一条出线或系统的某一条联络线、切机、切负荷等方法进行系统扰动

试验，分别在有ＰＳＳ和无ＰＳＳ下各做一次相同的系统扰动，录取线路和发电机的有功功率等量的波形，

有ＰＳＳ的振荡次数应明显少于无ＰＳＳ的振荡次数。

５．５．４区域振荡模式强相关机组，宜进行ＰＳＳ在此模式下的仿真计算，验证其阻尼作用。

５．５．５动态功角稳定计算内容、计算条件及结果判据符合附录Ｃ，应满足ＧＢ３８７５５的要求。

５．６反调试验

５．６．１应按原动机正常运行操作的有功功率最大变化速率设定，连续变出力应大于３％额定有功功率。

５．６．２无功功率变化量相对于初始值应小于２０％额定无功功率，机端电压变化量相对于初始值应小于

２％额定电压。

６参数整定

６．１ＰＳＳ输出限幅值的范围宜为±０．０５～±０．１０（标幺值）。

６．２ＰＳＳ自动投入的有功功率应不大于发电机正常运行的最小有功功率，自动退出值应低于ＰＳＳ自动

投入值，抽水蓄能机组ＰＳＳ自动投入的有功功率定值应能够适应电动机模式。

６．３隔直时间常数、超前／滞后时间常数按５．３．３要求确定。

６．４ＰＳＳ增益按５．４．１要求确定。

６．５采用附录Ａ中的合成加速功率型电力系统稳定器模型，参数犓Ｓ２设置应为隔直时间常数除以机组

惯性时间常数。

６．６采用多输入信号的ＰＳＳ在机组转动惯量随运行方式变化时，对应不同的转动惯量，ＰＳＳ参数应分

别设置。

７参数重新整定的条件

７．１励磁系统整体改造或励磁调节器软件升级。

７．２机组接入电网方式发生较大变化，系统阻尼不满足动态稳定要求。

７．３发电机参数改变导致励磁系统无补偿频率响应特性发生变化。

７．４ＡＶＲ主环ＰＩＤ参数发生变化。

７．５无功电流补偿系数变化导致有补偿频率响应特性不满足５．３．２的规定。

７．６ＡＶＲ主程序修改后，应评估确定。

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附录犃

（资料性）

犘犛犛模型

单输入信号电力系统稳定器模型———ＰＳＳ１型见图Ａ．１。

标引序号说明：

犝ＳＩ１———ＰＳＳ输入信号，可以是发电机转速、频率、有功功率；

狊———微分算子；

犜Ｓ１———输入信号测量时间常数；

犜Ｗ１、犜Ｗ２———隔直时间常数；

犃１、犃２———扭振滤波系数；

犜Ｐ１、犜Ｐ２、犜Ｐ３、犜Ｐ４、犜Ｐ５、犜Ｐ６———超前滞后环节时间常数；

犓Ｓ———ＰＳＳ直流增益；

犝ＰＳＳｍａｘ、犝ＰＳＳｍｉｎ———ＰＳＳ输出限幅。

图犃．１单输入信号电力系统稳定器模型———犘犛犛１型

合成加速度功率型电力系统稳定器模型———ＰＳＳ２型见图Ａ．２。

标引序号说明：

犝ＳＩ１、犝ＳＩ２———ＰＳＳ输入信号，犝ＳＩ１是发电机转速或频率，犝ＳＩ２是发电机有功功率；

狊———微分算子；

犕、犖———滤波器阶数，一般犕＝５，犖＝１；

犜Ｗ１、犜Ｗ２、犜Ｗ３、犜Ｗ４———隔直时间常数；

犜Ｐ６、犜Ｐ７———惯性环节时间常数；

犜Ｐ８、犜Ｐ９———扭振滤波时间常数；

犜Ｐ１、犜Ｐ２、犜Ｐ３、犜Ｐ４、犜Ｐ１０、犜Ｐ１１———超前滞后环节时间常数；

犓Ｓ１、犓Ｓ２、犓Ｓ———增益系数；

犝ＰＳＳｍａｘ、犝ＰＳＳｍｉｎ———ＰＳＳ输出限幅。

图犃．２合成加速度功率型电力系统稳定器模型———犘犛犛２型

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附录犅

（规范性）

振荡频率和阻尼比计算方法

负载阶跃试验法录波图见图Ｂ．１，其振荡频率取多个振荡周期按式（Ｂ．１）计算频率的平均值：

犳＝犖／（犜２犖＋１－犜１）…………（Ｂ．１）

式中：

犖———计算周期数；

犜２犖＋１———第２犖＋１个峰值出现的时间，单位为秒（ｓ）；

犜１———第一个峰值出现的时间，单位为秒（ｓ）。

按式（Ｂ．２）计算平均阻尼比ζ：

＝１ｌｎ犘１－犘２…………（Ｂ．２）

ζ２犖π（犘２犖＋１－犘２犖＋２）

式中：

犖———计算周期数；

犘１、犘２———为第一个和第二个功率峰值，单位为兆瓦（ＭＷ）；

犘２犖＋１、犘２犖＋２———为第２犖＋１个和第２犖＋２个功率峰值，单位为兆瓦（ＭＷ）。

标引序号说明：

犜１、犜２———第一个峰值出现的时间，单位为秒（ｓ）；

犘０———功率初始值，单位为兆瓦（ＭＷ）；

狋———时间刻度，单位为秒（ｓ）；

犘１、犘２———为