简述首钢京唐自备电厂电力系统稳定器的构成、作用及投入试验

原 玮

（哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040）

简述首钢京唐自备电厂电力系统稳定器的构成、作用及投入试验

原 玮

（哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040）

本文简述了首钢京唐自备电厂电力系统稳定器的投入试验、电力系统稳定器(PSS)的构成以及在电网中的作用。

电力系统；稳定器；试验

1 电力系统稳定器的构成

电力系统稳定器简称PSS。该装置电路是由信号变换器、陷波器、隔直单元、超前迟后单元、限幅单元、保护单元组成。PSS作为一种附加励磁控制环节，即在励磁电压调节器中，通过引入附加信号，产生一个正阻尼转矩，去克服励磁调节器引起的负阻尼，控制量可以采取电功率偏差（ΔP）、机端电压频率偏差（Δf）、 过剩功率（ΔPm）、 发电机轴转速偏差（Δω）以及它们的组合等。

2 电力系统稳定器的作用

PSS的作用主要是用来克服（或补偿）电压调节器AVR所产生的负阻尼作用，将电力系统动态水平提高到所希望的水平，因此它只是一种附加励磁控制。它的引入既不改变电压调节器主控制作用的地位，又不影响电压调节器的参数选择。它能使发电机在各种运行工况下，励磁系统的各种约束条件得到保证。

2.1 PSS可以限制小干扰

现代电力系统中，大型发电机自动电压调节器（AVR）在发电机负荷长距离输电时，往往会产生负阻尼作用。这种负阻尼不论是快速励磁系统，还是常规励磁系统。由AVR产生的负阻尼作用使电力系统的小干扰稳定水平下降，远远低于线路极限，所谓线路极限在这里是指保持发电机端电压恒定时的极限。采用 PSS以后，可以提供足够的正阻尼，有效地克服了AVR的负阻尼作用，把小干扰送电功率的极限提高到线路极限。

2.2 PSS可以限制大干扰

电力系统低频振荡可以在小扰动后发生，也可以在大扰动后发生。PSS对大的干扰激发的振荡也有很好的阻尼作用。

2.3 PSS稳定器的适应范围

AVR+PSS控制方式可用于快速励磁系统，也可以适用于常规励磁系统；既可以用于简单电力系统（如两机系统），也可以应用于多级复杂的电力系统。

3 电力系统稳定器的投入试验

3.1 励磁系统特点

首钢京唐自备电厂两台 300MW 汽轮发电机组为哈尔滨电机厂生产的产品，发电机的励磁方式为静态自并励励磁系统，由励磁变压器、三组可控硅全控桥换流器、两套 ABB数字式励磁调节器(UNITROL 5000系列)和灭磁装置组成。每一套调节器又分为AVR自动和FCR手动两种运行方式。自动方式实现机端电压的闭环控制，为正常运行方式；手动方式则为励磁电流的闭环控制，以便按照运行人员的设定提供连续励磁。另外，每一套调节器还配置了一套备用磁场电流调节器(EGC)，作为AVR故障后的一种备用运行方式。

发电机励磁系统简化原理框图如图1所示。图中，G: 同步发电机；AVR: 自动电压调节器；PT: 发电机定子电压互感器；LB: 励磁电压变压器；CT: 发电机定子电流互感器；SCR: 可控硅整流器。

图1 自并励静止励磁系统

3.2 各参数和数据

3.2.1 发电机参数和数据（见表1）

3.2.2 计算出1号发电机调节器参数和数据

（1）根据发电机空载特性曲线计算出饱和系数标幺值为：SG1.0=0.121(p.u.) SG1.2=0.479(p.u.)

（2）根据在发电机并网带负荷300MW时转子电阻Rf=0.1228Ω时，计算出发电机转子电压、转子电流的计算基准值为：Ufb=109.4V Ifb=890A

（3）求出换向系数为：KC=0.0999

（4）计算出 AVR调节器最大限制系数和最小限制系数为：Vrmax=8.54 Vrmin=-7.00

3.2.3 发电机时间常数

空载额定时测发电机时间常数Td0′=9.66s。

表1

4 励磁系统模型和参数

4.1 电压调节器AVR模型框图（见图2）

图2 电压调节器（AVR）模型框图

4.2 AVR参数设置和计算参数表（见表2）

表2

4.3 PSS参数（见表3）

表3

5 发电机空载扰动试验

发电机空载阶跃试验是数字仿真校核的重要依据，采用下列方法进行仿真计算校核：5%阶跃试验检查AVR动态特性是否满足国标；3%、10%阶跃试验检查AVR的控制是否为线性关系。

5.1 +3%阶跃响应试验（见图3）

电压上升时间T1=0.38 s

电压到达顶值的时间：Tp=0.68 s

电压超调量：Mp= 7.6 % 调整时间约Ts=1.58s

图3

5.2 +5%阶跃响应试验（见图4）

电压上升时间T1=0.38s

电压到达顶值的时间：Tp=0.69s

电压超调量：Mp=7.6% 调整时间约Ts=1.58s

电压超调量：Mp=8% 调整时间约Ts=1.8s

图4

5.3 +10%阶跃响应试验（见图5）

电压上升时间T1=0.33s

电压到达顶值的时间：Tp=0.73s

图5

电压超调量：Mp=8.5% 调整时间约Ts=1.90s

由 3%、5%和 10%阶跃试验表明，励磁系统暂态增益平均值Kt=50.6与AVR设置的参数51.4基本一致。

6 发电机负载试验

6.1 PSS补偿特性

6.1.1 采用的计算模型

PSS2A型的PSS频率特性计算模型简化如图6所示。图中，Tw3：冲洗器时间常数（隔直环节的时间常数）；T7：惯性时间常数（补偿时间常数）；T1：一级超前时间常数；T2：一级滞后时间常数；T3＝T5：超前时间常数；T4＝T6：滞后时间常数；T8：高通滤过器时间；T9：高通滤过器时间常数；Ks1；Ks2；Ks3：放大倍数。

图6

6.1.2 PSS的计算补偿特性（见表4）

表4

将PSS补偿特性分别在同频率下与现场实测无补偿相频特性的迟后角相加，可见补偿后的励磁系统在0.1—2.0Hz范围内均能提供正阻尼，满足联网的要求。

6.2 1号机PSS投入后效果检查

6.2.1 PSS投入前负载3%阶跃试验（见图7）

6.2.2 PSS投入后负载3%阶跃试验（见图8）

观察PSS投入后阶跃扰动录波图可见，有功仅振荡2次就基本平息，阻尼比提高到0.246。

图7

图8

7 结束语

首钢京唐1号发电机励磁系统经过空载、负载常规扰动试验及PSS优化调整试验，证明全部技术指标满足行业标准要求；经仿真试验结果与现场实测的励磁系统动态特性一致，并且证明其主控制环数学模型正确、参数准确，PSS环节在0.1Hz～2.0Hz频率范围内均可提供正阻尼，反调试验在正常范围内，满足联网的要求。

[1] 刘增煌，方思立.电力系统稳定器对电力系统动态稳定的作用及与其他控制方式的比较[J]．电网技术， 1998（3 期）：75-81．

[2] 竺士章.自并励励磁系统发电机空载电压阶跃响应指标对电力系统扰动品质的影响[J]．中国电力，2004（6））：19-22．

[3] 李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用（第二版）[M]．北京：中国电力出版社2009.

审稿人：胡 瑜

Brief Description of Structure, Function and Test of Power System Stabilizer for Jingtang Self-Power Plant of Capital Steel Corporation

YUAN Wei
(Harbin Electric Machinery Company Limited,Harbin 150040,China)

This article briefly descript test of the power system stabilizer of Jingtang Self Power Plant of Capital Steel Corporation, structure of the power system stabilizer (PSS) and its function in the electricity grid..

power system；stabilizer；test

TM712

B

1000-3983(2012)02-0049-04

2012-01-12

原 玮（1961-），1984年毕业于黑龙江广播电视大学工企自动化专业，从事发电机励磁系统设计、科研、调试工作，工程师。