电力系统稳定器(PSS)参数离线整定与校核研究.pdf

《电力系统稳定器(PSS)参数离线整定与校核研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统稳定器(PSS)参数离线整定与校核研究.pdf（4页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、2 0 0 8 年第 1 期 浙 江 电 力 Z HE J I ANG EL EC T RI C P OWER 电力系统稳定器(P S S)参数离线整定与校核研究 S t u d y o n S e t t i n g a n d Ve r i f y i n g o ff-l i n e Pa r a me t e r o f Po we r S y s t e m S t a b i l i z e r 陆春 良，倪秋龙(浙 江电力调度通信 中心，浙江杭 州 3 1 0 0 0 7)摘 要：根据调度部 门需求，以励磁实 测建模为基 础，以 P S S E软 件为计算 平 台，采用 测试信

2、号法计 算励磁 系统相位滞后 特性，按 照 P S S相位 补偿原 理及 临界 放大倍 数法，实 现 了 P S S参数 的离线 整定 与校核，经浙江 电网实际应用证 明具 有较好 的适应性 和可信性。关键词：P S S参数；离 线；整定；校核 Abs t r a c t：Th e p a p e r f o c u s o n t h e me t h o d h o w t o s e t a n d v e r y t h e p a r a me t e r o f p o we r s y s t e m s t a b i l i z e r (P S S)a s f o r th

3、e p o w e r d d i s p a t c h e r S r e q u i r e m e n t T h e m e t h od c a l c u l a t e s the p h a s e l a g c h a r a c t e r i s t i c o f e x c i t e r c o n t r o l s y s t e m b y t e s t i n g s i g n a l b a s e d o n t h e P S SE s o f t wa r eT h e me t ho d s e t s a n d v e r i fie

4、s the PS S p ara me t e r s b y p h a s e c o mp e n s a t i o n p r i n c i p l e an d c rit i c a l am p l i fic a t i o n f a c t o r Th e a p p l i c a t i o n i n Zh e-j i a n g p o w e r g i r d p r o v e s t h a t t h e me tho d i s a p p l i c abl e a n d c r e d i b l e Ke y wor d s：PS S；o

5、ff-l i n e；p aram e t e r s e t t i n g；v e rif y 中图分类号：T M7 1 2 文 献标 识码：A 文章 编号：1 0 0 71 8 8 1(2 0 0 8)0 1 0 0 0 1 0 4 随 着 全 国 电 网互 联 规 模 的不 断 扩 大，大 容 量 机 组 不 断 增 多，特 别 是 大 容 量 发 电 机 组 快 速 励 磁 的采 用，国 内 电力 系 统 低 频 振 荡 出 现 频度呈 上升趋 势。电力 系统 稳定 器(P S S：P o w e r S y s t e m S t a b i l i z e r)是提高 电力系统

6、阻尼、抑制低频振荡的最有效方法之一，也是 国际 大电网会议推荐 的首选措施。为 了建 立 浙 江 电 网 5 0 0 k V并 网直 调 发 电 厂、省 调 管 辖 统 调 电厂 发 电 机 P S S参 数 整 定、校核工作流程，为调度部 门下 达或审定 并 网电厂发 电机 P S S参数整定 单提供依据，浙江省电力调度中心对 P S S参 数整定与校 核 系统技术进行研究，与浙 江大学合作开发成 功一套基 于 P S S E软件的 P S S参 数整定与校 核程序，并对并 网发 电机组 的 P S S参数进行 离线 整定与校 核计算，经 实际应用表 明符合 工程 实用 要求。与上海交通 大

7、学合作开发成 功基于电网全频域稳定 的多机 P S S参数优化及 校核程序，该程序是多机 P S S 参数协调优化与 校核 的实用化工具。1 P S S参数 离线整定 的必 要性 目前，P S S的参数整定通常是 由现场试验 决 定 的，现 场 试 验 整 定 能 够 对 发 电 机本 机 振 荡模式进行有效抑制，但对 P S S 投运管理存在 以下 问题：(1)现场整定试验受 网络接线、机组运行 工况、自动电压调节器(A V R)型号及其他试验 条件等多 方面 的制 约，因此 现场整定试验是 择机而不是 随时进 行 的，完 成系统 内所有机 量 一 与 甄 维普资讯 http:/ 2 浙 江

8、 电 力 2 0 0 8年第 1 期 组的整定需要较长时间。(2)P S S现场试验整定一般委托有 资质 的 电力试验研究单 位完成，但 下发 P S S整定通 知 单 与下 令 投 入 P S S的责 任单 位 是 调 度 部 门。由于缺乏对 P S S现场试验定值 的校核，调度部 门下发 P S S整定 通知单或进行 审定缺 乏足够 的依据，对 P S S投入运行是否 安全信 心不 足，因此造成 P S S投运 率不高。出现 问 题时也存在安全责任不容易界定的情况。因此，迫切需要 P S S参数 整定、校 核实 用工具，满足调度部 门以下需求：(1)离线仿真：不受实际系统运行方式制 约，只

9、要 给 出必 要 的 已知 条 件，即可 对 发 电 机励磁系统滞后特性进行离线仿真。(2)离线整定：具备 P S S参数离线整定技 术。(3)离线校核：能对现场整定 的 P S S参数 进行适应性检验。(4)P S S参数优化：统筹考虑运行方式 的 变化，通过 区域机组 P S S参数优化 整定，达 到协调、抑制区域 间振荡模式 和本地振荡模 式 的 目标。2 P S S参数 离线整定基本算 法 P S S 参数整定的实质是相位补偿，基础就 是 发 电 机励 磁 系 统 相 频 滞 后 特 性。在 P S S参 数现场整定 时，利用频谱分析仪，通过实测 可 以得 到 励 磁 系 统 滞 后

10、特 性，因此，如 何 通 过 P S S E软件离线计算获得准确 的励 磁系统 滞后特性是 P s S参数离线整定的关键。基于 P S S E软件开发 P S S参数整 定与校 核程序 的指导思想是充分利用 P S S E软件强 大仿 真 功 能、励 磁 模 型库 及 模 型 自定 义 功 能。浙江 电网已经完成统调发 电厂大部分机 组的实测建模工作，建立 了适合 P S S E、B P A 软件 的模型参数库。在这样 的前提条件 下，借助 以下方法可 以解决离线计算励磁 系统滞 后特性这一关键问题。下 面分别对 P S S参数 离线 整定和校 核 中 的 4个关 键 环 节进行 介绍。2 1

11、 离线计算励磁系统滞后特性 用基 于 P S S E平 台的测试 信号法计算 发 电机励磁系统滞后特性，主要步骤如下：(1)在 A V R的参考 电压 环节施加很小 的正弦扰动 f=&c o s(。t+仇)，如图 =l 1 所示，图中 E x(S)为调节 的传递函数。图 l A V R示意图(2)对系统仿真至稳态，在发 电机端 电压 上得 到 相应 的输 出响应 。(3)对公共 周期 内的 和 进行傅 立叶分解，得到不同频率下 和 的相 量。(4)计算 到 的频率特性。2 2 P S S相位 补偿 原 理 采用相位补偿法设计 P S S 参数。相位补偿 目标 是：使励磁 系统 的相位滞后在 以

12、区域 间 振荡频率为 中心 的尽 量宽 的频率 区间 内得 到 补偿，补偿结果 以欠 补偿 1 0 o 为宜，并使 P S S 输 出 的力矩 向量 在 整个 低 频 振荡 区 内对 应 一 (功角 一角速度)向量平面 轴 的超 前 1 0。滞 后 4 5。范 围 内，相 位 补 偿 如 图 2所 示，图 中 AMe u为 A VR产生 的 电磁 矩 向量。1 0。、一 P 图 2 P S S相位补偿示意 图 P S S 相位补偿按 以下步骤进行：(1)假设需要利用超前 一滞后相位 补偿 环 节(1+s )(I+s )在频率 厂处提供 角度 为 的相 位补偿，那么其 超前、滞后 时间常数、可

13、以用下式计算，一般来 说，每个超 前滞后环节最多补偿 6 0。维普资讯 http:/ 2 0 0 8年第 1 期 陆春 良，等：电力 系统稳 定器(P s s)参数 离线整 定 与校核研 究 3 a=T b T o=(1 一s i n o)(1+s i n o)=2 =1 c o r =a T (2)确定高频 段整定频 率 、整定 目标。(超前 1 0。滞后 4 5。范 围选取)、待补偿相 位；若。一 6 0。，投入 2个 超前滞后 环节，按 厂=，=(。一 )2进行计算；若。一仇 6 0 o，投 入 1 个 超 前滞 后 环 节，按 f=，=。一 进行计算。(3)确定低频段整定频率 、整定

14、目标。(超前 1 0 o 滞 后 4 5 o 范 围选取)、待 补偿相位；重复(2)所述步骤。(4)完成步骤(2)、(3)后再做修正。2 3 P S S放 大倍 数确 定 首先采用 临界放大倍 数法求取 临 界，然 后将 P S S放大倍数设定为 临 界 的 1 3 1 5，保 证 P S S产 生足 够 的 阻尼转 矩。P S S 临界放大倍数 临 界 的计算步骤如下：(1)从 0 0 1 开始，放大 K，每 次放大 1 O 倍，到第 n次励磁系统的输 出信号产 生持续 振 荡，此 时 K=0 0 11 0 ，则 临界 放 大倍 数 在 K=0 0 1 1 0 一。到 K=0 0 1 1 0

15、 之 间。(2)从 K=0 0 11 0 一 开 始，放 大，每次放大 1 6 倍，到第 m次励磁 系统 的输 出 信号产生持续振荡，此时 K=0 0 1 1 0 一 1 6 ，则 临 界 放 大倍 数 在 K=0 0 1 1 0 一 1 6 到=0 0 1 1 0 一 1 6 之 间。(3)取 放 大倍 数 K=0 0 11 0 一 1 6 5，这样 就可 以保证 落在 临界放 大倍数 的 1 31 5区 间 内。2 4 负载 阶跃 仿真 校验 采用发 电机负载 阶跃 仿真 以校验 P S S参 数 整定 的实 际效 果。以 P S S E为 计 算 平 台，发 电机并 网运行，采用励 磁实

16、测详 细模 型，负载阶跃仿真按 以下两个步骤进行：(1)在 无 P S S情况 下，在 V AR电压 相加 点 施加 3 或 5 扰动，6 s 后 恢复 原值，仿 真 输 出发电机有功 曲线。(2)在有 P S S 情况下，在 V A R电压相加点 施加 3 或 5 扰动，6 s 后 恢复原 值，仿 真 输 出发 电机 有功 曲线。3 实 际应 用算例 以长兴发 电厂 及温 州发 电厂三期 的 3 0 0 M W 机组为例，利用“基 于 P S S E的 P S S参数 整定 与校 核程序”对机组励 磁系统滞后特性 进行离线仿真、P S S参数离线整定，并与机组 实测滞后特性进行 比较，验证了

17、 P S S 参数离线 整定 的正确 性。3 1 滞后 特 性 仿真 与 实测 对 比 由于实测试验无 法直接测 量静态 电势 向 量 ，而是采用测量 替代，为方便与 实测结果进行 比较，数值仿真也采用 的 滞后特性，实测与仿真结果见 图 3。0 2 0 -40 一 6 0 提 一80 1 f 1()一1 20 一l 40 l 二 二蹇 堂 重 复 、一l 一 =一 葬 复 。、(一r。0 36 o 61 0 8 1 1 l 1 2 9 1 61 2 频 率，Hz 图 3长 兴 发 电厂 1号 机 滞 后 特 性 曲线 仿 真 与 实 测 由 图 3可 见，由 于 现 场 噪 声 干 扰、测

18、量 仪 器 精度 和人 工 操 作 误 差 等 各 种 因 素 的影 响，实测滞后 特性 曲线 在整个测 量频带 内存 在连续性波折，而仿真 滞后特性 曲线则较为 平 滑。为 此，对 实测 特性 进行 了趋 势线 分 析，由趋 势 线 可 见 在 低 频 段(O 4 H z以 下)及 较 高频段(1 5 H z以上)，仿真 曲线 与实测趋 势线非 常接近，相差 均在 5 o 范 围内；中频段(0 5 H z 1 5 H z)范围内偏差相对较大，但基 本在 1 0。范围内，满足工程应用 的精度要求。图 4为温州 电厂 5 号机滞后特性仿真与实 测曲线。由图可见，5号机励磁系统实测滞后 特性 与仿

19、真结果 非常接近，误差均在 5。范 围 内。与长兴发电厂 1 号机励磁系统实测滞后特 性相比，温州发电厂 5号机组的实测滞后特性 相对较为平滑，但是在 1 1 8 H z 附近有一个 明 显的折线，可能是 由现场测量误差造成。3 2 P S S参数 离 线整 定 根据计 算所得 的励磁 系统滞后特性，依 维普资讯 http:/ 4 浙 江 电 力 2 0 0 8 年第 1 期 0 -20 -40 萎一 一 一l OO -1 20 1 40 I 实测滞后角I l 一 仿真滞后角 f I-一实测趋势线、q 一 0 45 0 66 0 95 1 l 8 1,1 5 1 75 1 95 频率I Hz

20、图 4 温州发 电厂 5号机滞后特 性曲线仿 真与实测 据“D L T 6 5 0大型汽轮发 电机 自并励静止励 磁 系统技术条件”，由程序 自动计算整定温 州 电厂 5号机 P S S参数 如表 1 所示，表 中也 列 出了现场实测整定值。表 1 P S S参数 整定值与 实测值的对 比 采用以上 P S S整定参数并投入 P S s后，励 磁 系统 有补偿 特性 时，能够满 足在 电力 系统低 频振 荡频率范 围内使 P S S输 出力矩 向量 对应 轴在超前 l O o 滞后 4 5。范围内的要求。3 3 P S S投切 时 的发 电机 负载 阶跃 响应 温州 发 电厂 5号机 组在 P

21、 S S投 入、退 出情 况下进行负载阶跃仿真的结果如图 5 所示。图 5 温州发 电厂 5 号机组 P S S投切 时的阶跃 响应仿 真 由图 5 可 见，在按 以上参数整定并投入 P S S后，系统阻尼得到明显加强，P S S参数整 定值合理、有效。实际上，经过上述 3个离线整定步骤之 后，已经 得 到 了 P S S参 数 整 定 值，但 需 指 出，这组整定值 与现场试验 整定值并不 完全 一致，这是 因为相位补偿原理决 定 了超前滞 后环节参数 的不唯一性。P S S现场投入试验表 明，5号机 P S S离线整定参数有较好的低频振 荡阻尼作用和较宽 的频率适应范 围，P S s作用

22、正确，可以投入运行。但是，离线整定的 P S S 放 大倍 数 比现 场 整 定 的偏 大。根 据 实 际经 验，建议离线整定 P S S放大倍数小于 8 为宜。4 结语 通过 P S S 参数离线整定与校核，加深 了对 励磁系统 P S S 模块机理的了解，提高 了电力系 统稳定分析水平，为全面铺开 P S S投运工作奠 定 了坚实的基础。笔者认为在 P S S管理工作 中 以下几 个环 节十 分重 要。(1)重视励磁系统实测建模工作，尤其是 励磁 原始模 型资料 的收集。对于新 机组 的励 磁 资料，应 作为机组并 网的条件 之一，并 由 此建立发电机励磁系统台帐管理。(2)认真做好励磁系

23、统滞后 特性计算。在 离线 计算滞后特性 时，尽量使用励 磁系统原 始模 型和实测参 数，减少模 型转化 环节，确 保滞 后 特性 准确、有 效。(3)不 能 忽略 P S S整 定 参 数 的检 验 环 节，进行有无 P S S的发电机负载阶跃仿真并进行对 比，确保 P S S投 入后 起 到增 加 阻尼 的作 用。(4)建立从小干扰稳定性分析 到 P S S整定 与校核的工作流程，明确发 电机 P S S管理工作 中离线仿 真校核、现场 整定试验两 个环节 同 等重要、缺一不可。参考文献：1 P R AB H A KU ND URP o w e r S y s t e m S t a b i l i t y a n d C o n t r o l J】C o p y r i g h t 1 9 9 4 b y Mc Gr a wHi l l，I n e 收稿 日期：2 0 0 71 0 1 2 作者简 介：陆春 良(1 9 6 6 一)，男，浙 江海盐人，高级 工程 师，硕士，从事 电力 系统安全稳 定工作。倪秋 龙(1 9 7 6 一)，男，福 建龙岩人，工程 师，硕 士，从事 电力 系统安全稳定 工作。(本文编辑：杨 勇)维普资讯 http:/