電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)及其在三峽機(jī)組的應(yīng)用

電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)及其在三峽機(jī)組的應(yīng)用彭煒東，薛福文題，最終確定了一種適合的三峽機(jī)組的作者簡(jiǎn)介：彭煒東(1968－)，碩士，男，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事勵(lì)磁系統(tǒng)的檢修和維護(hù)工作，現(xiàn)從事水電廠二次設(shè)備的管理工作。作者照片：彭煒東(左三)、邵顯鈞(左一)、王思南(左二)、陳小明(右三)、曾濤(右二)、王波(右一)在中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)大電機(jī)專(zhuān)委會(huì)勵(lì)磁分專(zhuān)業(yè)委員會(huì)(海南三亞會(huì)議)上合影。1.前言不斷擴(kuò)大，大電網(wǎng)存在的問(wèn)題也逐步顯現(xiàn)出來(lái)，美國(guó)、英國(guó)、意大利等國(guó)都相繼發(fā)生過(guò)大規(guī)模的停電事故，各國(guó)專(zhuān)家對(duì)大電網(wǎng)存在的問(wèn)題也越來(lái)越關(guān)注，其中大電網(wǎng)的穩(wěn)定性問(wèn)題一直是專(zhuān)家們關(guān)注的焦點(diǎn)。低頻振蕩是影響電網(wǎng)穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素，對(duì)低頻振蕩PSS電力系統(tǒng)產(chǎn)生低頻振蕩的原因很多，其中主要原因是電網(wǎng)構(gòu)架薄弱，各區(qū)域電網(wǎng)之間的阻尼較身的阻尼來(lái)平息振蕩，從而使得送功率、調(diào)整勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)等，但最為有效且經(jīng)濟(jì)的方法是采用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)。發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制系統(tǒng)是一個(gè)由多個(gè)慣性環(huán)節(jié)組成的反饋控制系統(tǒng)。從勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的信號(hào)測(cè)量勵(lì)磁系統(tǒng)是一個(gè)滯后環(huán)節(jié)。正是由于這種滯后性，使得在系統(tǒng)低頻振蕩時(shí)，勵(lì)磁電流的變化滯后于轉(zhuǎn)－ω平面上，和轉(zhuǎn)子速度變化同相的力矩是正阻尼力矩，反相的是負(fù)阻尼力矩，和角度變化同相的力矩是正同步力矩，反相的為負(fù)同步力矩。在電力系統(tǒng)中并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)，它穩(wěn)定運(yùn)行的必要條而最終失去穩(wěn)定，而當(dāng)同步力矩系數(shù)為負(fù)時(shí)，發(fā)電機(jī)將出現(xiàn)爬行失步。Pe是反向的，即ΔU與ΔP反向。由此可以確定各變量在δ－ω平面的方向如圖一所示。當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生功率擾動(dòng)時(shí)，機(jī)組的轉(zhuǎn)子角Δδ要發(fā)生變化，但是由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是采用按電壓偏差信號(hào)-ΔU進(jìn)T負(fù)值，即其提供負(fù)的阻尼。為了消除這種負(fù)阻尼，需要提供一個(gè)附∑T∑從本質(zhì)上講，引入PSS是為了補(bǔ)償勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)機(jī)電振蕩產(chǎn)生的負(fù)阻尼，以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)下假定機(jī)械功率不變而得到的，在使用上效果也不錯(cuò)，只是在原動(dòng)機(jī)功率變化時(shí)會(huì)出現(xiàn)反調(diào)現(xiàn)象，一3234超前滯后環(huán)節(jié)K56567信號(hào)采集環(huán)節(jié)高頻濾波環(huán)節(jié)42放大及自動(dòng)復(fù)位環(huán)節(jié)限幅環(huán)節(jié)信號(hào)采集環(huán)節(jié)對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行變換處理，是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，會(huì)產(chǎn)生一定的時(shí)延。一般來(lái)說(shuō)，值也不可太小?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整。高頻濾波環(huán)節(jié)是用于抑制發(fā)電機(jī)有關(guān)振蕩的，經(jīng)過(guò)信號(hào)采集環(huán)節(jié)變換后的主信號(hào)的頻率都不大關(guān)重要。其設(shè)計(jì)原則，首先必須把機(jī)組軸系扭振信號(hào)、信號(hào)采集環(huán)節(jié)輸出的脈動(dòng)及白噪聲的幅值抑制到較低的水平,同時(shí)必須保證幅值小(即曲線越陡)越好。高頻濾波環(huán)節(jié)的低通截止頻率設(shè)計(jì)值通常為3.5~3.8Hz。一般為了調(diào)試方便，在設(shè)計(jì)中可采用了兩級(jí)濾波方式。兩級(jí)超前—滯后補(bǔ)償環(huán)節(jié)。這種補(bǔ)償器的實(shí)質(zhì)是一種比例系數(shù)為1的帶有慣性的比例微分環(huán)節(jié)，TTTT間常數(shù)。視現(xiàn)場(chǎng)需要，補(bǔ)償器可為一級(jí)，也可為三級(jí)。T2及T4的取值主要根據(jù)前述濾波器帶寬頻率附號(hào)采集環(huán)節(jié)及濾波器)所造成的振蕩反饋信號(hào)的滯后程度，即要求出超前補(bǔ)償?shù)慕嵌?。路的開(kāi)環(huán)增益，它與根軌跡增益僅差一個(gè)由傳感器、濾波器及補(bǔ)償器增益構(gòu)成的比例系數(shù)，因此直接65信號(hào)通過(guò)的隔“直”電路，只有交流主信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)，才允許通過(guò)，否則便把輸出回路自動(dòng)關(guān)閉，國(guó)內(nèi)習(xí)上述標(biāo)準(zhǔn)型PSS可用于抑制可能發(fā)生的局部電機(jī)與系統(tǒng)間的振蕩、區(qū)域間振蕩及機(jī)組間振蕩。局部電機(jī)與系統(tǒng)間的振蕩是指同一電廠一臺(tái)或多臺(tái)電機(jī)與系統(tǒng)間發(fā)生的擺動(dòng)，頻率一般為0.7~2Hz。對(duì)于具有靜止勵(lì)磁裝置(可控硅整流勵(lì)磁)的勵(lì)磁系統(tǒng)，由于響應(yīng)速度快，引發(fā)這種可能性大，因此必PSS域機(jī)組群所發(fā)生的擺動(dòng)，頻率一般不對(duì)該類(lèi)振蕩的抑制作用可能會(huì)不及對(duì)前兩類(lèi)振蕩的抑制效果來(lái)得明顯。為了避免機(jī)組軸系扭振信號(hào)不3.PSS在三峽機(jī)組的應(yīng)用否以及其對(duì)低頻段振蕩抑制作用的好壞對(duì)川渝、華中電網(wǎng)的潮流及全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的安全性有重要影三峽左岸電站目前有兩種類(lèi)型的發(fā)電機(jī)組，一種由ALSTOM公司提供，另一種由VGS聯(lián)為自并勵(lì)可控硅靜止勵(lì)磁，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用PID附加PSS的調(diào)節(jié)方式，機(jī)組及勵(lì)磁系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)如表一及表二所示。表一：發(fā)電機(jī)組參數(shù)參數(shù)名參數(shù)名稱(chēng)序MMVAMVAKV不飽和/飽和，額定容量時(shí)不飽和/飽和，最大容量時(shí)不飽和/飽和，額定容量時(shí)不飽和/飽和，最大容量時(shí)不飽和/飽和，額定容量時(shí)不飽和/飽和，最大容量時(shí)H號(hào)額定容量最大容量最大容量時(shí)功率因數(shù)額定電壓額定功率因數(shù)額定頻率相數(shù)額定轉(zhuǎn)速定子繞組連接方式勵(lì)磁繞組對(duì)地電容勵(lì)磁繞組自感定子繞組對(duì)地電容轉(zhuǎn)子繞組電阻ABB3Y3Y表二：勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)ABB參數(shù)名稱(chēng)空載勵(lì)磁電壓空載勵(lì)磁電流負(fù)載勵(lì)磁電壓負(fù)載勵(lì)磁電流勵(lì)磁頂值電壓勵(lì)磁頂值電流允許強(qiáng)勵(lì)時(shí)間單橋退出，允許工