发电机深调进相工况下加速功率型电力系统稳定器特性分析

摘要：加速功率型电力系统稳定器（PowerSystemStabilizer，PSS）在发动机深度调峰进相中，由于计算误差大，有可能导致功率低频、振荡这些问题的产生。为解决这些问题，阐述如何进行系统的稳定性分析，并且借助仿真测试验证系统分析的合理性，具体是通过励磁装置采用电气量计算转速的方法，通过求解，获得有功、无功状态下转速灵敏度分析。通过这一分析验证现场理论分析的精准度，对系统稳定研究有一定的参考价值。

关键词：深度调峰进相工况加速功率电力系统稳定器低频电抗参数

中图分类号：TM712

CharacteristicAnalysisofPowerSystemStabilizerwithAcceleratedPowerUnderDeepPhaseModulationofGenerator

YANGLiu1WANGHaihai2LANXin3

NanchangKechenElectricPowerTestResearchCo.，Ltd.，NanchangCity，JiangxiProvince，330000China

Abstract：PowerSystemStabilizer（PSS）withacceleratedpowermaycauseproblemssuchaslowfrequencyandoscillationofpowerduetolargecalculationerrorsduringdeeppeakmodulation&n_{50bh91z4gcL/aHJfAZ7IOovOWz+aCdB/5GytT9PdrXE=}bsp;oftheengine.Inordertosolvetheseproblems，thispaperdescribeshowtoanalyzethestabilityofthesystem，andverifiestherationalityofthesystemanalysiswiththehelpofsimulationtests.Specifically，themethodofcalculatingtherotationratebyelectricgasthroughtheexcitationdeviceisadopted.Throughsolving，thesensitivityanalysisoftherotationrateunderactiveandreactivestateisobtained，andtheaccuracyoftheon-sitetheoreticalanalysisisverifiedthroughthisanalysis.Ithasacertainreferencevalueforthestudyofsystemstability.

KeyWords：Deeppeakmodulation;Phasecondition;Acceleratedpower;Powersystemstabilizer;Lowfrequency;Reactanceparameters

电力系统稳定器是自动电压调节器所具备的附加励磁控制装置，可提供附加阻尼转矩来提高系统阻尼，对稳定系统和抑制低频振荡有重要的作用。在该技术的使用过程中，还可以改善模型在有功状态下的“反调”现象，关于这个方面现阶段的研究论文非常多。我国目前朝着新型电力系统的方向发展，在这个背景下新型电力系统强调电力安全，传统运行中机组低负荷运行状态下电力系统稳定器仍旧具备极好的性能，但是不少火电机组深度调峰过程中，进相工况发生功率振荡，导致电网运行不稳定，引发振荡事件，这提示人们仍旧需要加强对电力系统稳定器的研究，只有不断研发新技术才可以适应新时期的高质量的要求。

1技术背景

在我国全国联网背景下，区域电网之间会存在0.1～0.3Hz的低频震荡，以单一的电功率作为输出信号的电力系统稳定器，该设备会导致0.1～2.0Hz频率之间的低频震荡“反调”现象越发严重，不利于系统的稳定可靠。最开始用单一电功率输入简单信号后，“反调”会变得更严重，新时期自动发电控制（AutomaticGenerationControl，AGC）广泛使用，整体的调节速度加快，电网不允许用闭锁的方式来解决“反调”，这种情况下需要使用扭振频率来解决，这个过程中使用简单的电功率加轴速度双输入信号并不能解决“反调”的问题，唯一有效的措施是加速功率。这是因为电功率作为输入信号的稳定器在具体的工作中，其原理是设定的机械功率恒定，在调整功率的时候电功率就会代替加速功率。

现代电力不断发展，弱联系的电网和长距离输电线路、电网快速励磁系统的使用成为当前电网的主要特征，这些特征导致电力系统阻尼降低，低频振荡的可能性大大增加影响到系统的稳定与可靠。电力系统稳定器有物理概念清楚和电路简单等优势，成为抑制低频的主要措施，为确保系统的稳定与可靠，在投运之前，需要进行参数的整定，如此才可以达到理想的阻尼效果。目前可使用试凑法或者是频谱分析仪把白噪声信号输入调节器之内，测量未投入电力系统稳定器时候的电压相频，逐一对比电力系统稳定器的参数，在其中找到合理的参数值。这种方法只能找到一组可接受参数，要想优化参数方案，需要投入大量时间去对比，这个过程实际很难实现，而且参数设定依赖实验人员的现场经验，一般人很难完成[1]。

2加速型电力系统稳定器的原理

2.1不同工况下作用机理

典型的加速功率型电力系统稳定器传递函数如图1所示。在该图中，分别用△表示转速变化量与电功率变化量；T表示时间常数；时间常数主要用于过滤轴系扭振与噪声信号；M与N表示陷波器函数；K表示电力系统稳定器增益、电功率的计算补偿、功率匹配系数等。

图中可知，表示课程机械功率的偏差和陷波器函数相乘，再与电功率的变化量相减，具体为：

在式（1）中，表示机组总转动惯量。在机组运转中，系统侧振荡，导致发电机有功功率的变化，在引起变化后，与之间的经过隔直、积分之后，数值相等且极性相反，在输出后，得到=0，加速度功率变化量为负电功率偏差的积分，在增益、超前等环节，具备抑制震荡的功能，具体功能实现是：

在式（2）中，若发电机有功功率产生变化，且变化是由原动机的机械功率产生变化所引发，此时的变化会很明显，变化不明显，二者合成之后，得到0，此号在通过陷波器之后，和电功率的偏差量相减。陷波器在反调的范围之内，增益数值无限接近1，在两者相减之后，加速功率的变化信号很小，此时电力系统稳定器输出的近似值为零。加速功率型电力系统稳定器是利用加速功率信号平衡机械功率改变，让电力系统稳定器仅仅在发生低频振荡的时候起作用。

2.2转速计算

在励磁装置中，采集到机端电压和电流之后，计算发电机轴内的电势，求取角频×率为机组转速信号，再输入给。发电机电动势与电压之间的相互如图2所示。

按照图2坐标显示，结合上图关系来看，与轴之间的夹角表示为：，在句式中，对进行求导，能够得到角频率。电压与轴之间的夹角，可通过电压信号来过零点检测。市场上厂家励磁处理方式基本上一致，但在扰动过程中，如何计算精准的发电机的是电力系统稳定器转速获取的难点。计算的公式为：

通过对进行计算，获得角速度，计算公式如下：

在式（4）中：表示有功；表示无功；表示发动机的电压；X表示励磁厂家的整定电抗参数。

3振荡事故分析

3.1振荡概述

现场稳定运行的发电机，其额定功率为660MW。振荡前的初始运行过程中，该发电机的额定功有功功率为99MW，其中包含15%的额定功率。测定在该运行状态下的无功为10Mvar，本文是在这个状态下进行电力系统稳定器的试验，该工况下涉网的性能满足要求。在进相试验中，电厂运行人员进行减磁操作，让无功在运行中降低到-170Mvar之后，此时的机端电压和有功功率等产生振荡，在该工况下，有功的功率波动为5MW，励磁波动为25V，在推出电力系统稳定器之后，振荡现象消失。

3.2负阻尼的原因

进行工况的过程中，影响电力系统稳定器作用的原因包含信号测量、隔直、相位补偿和电力系统稳定器的增益等不同环节。在工作现场，大负荷工况状态下，深调进相工况下的扫描测试、励磁的参数定值，在诸多的测试中记录下对应参数，结合振荡过程的励磁调节器PSS内部变量输出，进而分析出现负阻尼的原因以便于后续的分析和调整[2]。结合具体分析可知，电网在运行过程中，电网功率振荡发生的时候，电力系统稳定器正确的运动逻辑让其在合成后接近零，在高频滤波后，只有一组参数进入电力系统稳定器中，为滞后的系统提供正阻尼。但是结合本项目工况来看，振荡数值为变量的五倍，造成输出=参数的浮动，在同相位的影响下，振荡幅值是输出参数的2倍，本应该进入电力系统稳定器的超前之后输入变量从“-”变成“+”，“反调”形成，导致电力系统稳定性出现反向作用。技术人员与电厂联系确认，了解到本次的振动并非电动机异常调节所导致的，因为在工控中有功功率的测定正常，但是部分无用参数不能对消。在工控中，引发电力系统稳定器产生负阻尼的原因就是输出不正常，在电力系统稳定器转速的计算下，造成这种变化成倍放大，这是由于深调进相状态下导致的负阻尼，进而产生功率振荡的原因。

3.3仿真分析

利用实验室，进行实时数据仿真系统的搭建，具体开展对发电机、主变压器和输电线路等进行仿真，对于信号不同的励磁调节器装置，分别进行数字物理的混合仿真测试。通过测试可发现，电力系统稳定器在特殊工况状态下，阻尼特性均会变差，比如深度调峰、进相工况等部分，甚至会出现负阻尼[3]。

3.4电力系统稳定器适应性分析

若设有功率为，相同电气量微小波动状态下，真实的转速信号也可以认为这个很小，同时固定。通过电气量计算方法，能得到转速变化量受电抗参数值、机组运行所产生的影响。为分析这细微的影响，了解微小波动下不同电抗参数、工况下的转速变化，可通过函数式求导来计算。求导结果的物理意义是在设定的条件下，对无功功率微小波动后，对转速变化量所产生的影响：函数值越大，说明微小波动产生的影响越大；求导结果绝对值越小，转速的变化量也会越小。若是相同的功率状态下，真实转速变化量是固定的。函数式为：

首先，分析有功对微小波动转速产生的变化，结合公式进行推导可得到对应的参数。根据计算，可知电抗参数的整定值偏大，这就会导致机组在运行过程中，在深调和进相的环节，因为有功的波动导致转速偏差增大，导致系统会输出比理论转速更大的数字，从而导致稳定器的输出异常[4]。

其次，进行无功功率的分析，结合参数设计与工况分析，深调进相工况下，若无功功率是迟相、无功功率波动相通过，这种状态下对系统的稳定性比较小。但无功进相运行且波动相同工况下，不同的电抗参数就会影响到转速。因此，使用电气量计算机组的转速，在对应的波动下，转速准确性会受到电抗参数、机组运行的影响，即电抗参数整定值越大、机组有功越低、进相越深，计算出的转速值就会越大，和真实之间产生巨大的偏差，部分状态下转速和电功率之间无法对消而出现阻尼特性的偏差。

3.5优化实验

在660MW机组深调工控下，出现电力系统稳定器的振荡影响。为解决这一影响，对电抗参数进行调整：其中分别取1.5p.u.、0.55p.u.，此时投入电力系统稳定器，在有功为99MW、无功为10MVar的基础上进行减磁实验，当=1.5p.u.时，出现振荡；但当调整=0.55p.u.后，减磁到-230Mvar，此时运行平稳，进相实验合理，振荡问题被解决[5]。

为进行深入研究，将取值在0.20p.u.、0.55p.u.、1.10p.u.、2.00p.u.的状态下，投入电力系统稳定器，在这个相状态下调整机端电压，可得到不同情况下的机端电压扰动参数。本次项目中=0.55p.u.后即可得到很好的实验效果。

4结语

综上所述，电力系统稳定器在当前成为电网领域内研究的热点，在系统中，电抗参数整定值偏大是导致机组深调进相工况下出现振荡的主要原因，振荡发生后经过电力系统稳定器，信号幅值被放大，再产生阻尼。文章经过分析之后，阐述负阻尼的出现影响因素和优化调整过程，确认在合适参数状态下有良好的状态。

参考文献

• 韩兵，吴龙，施一峰，等.大型发电机高频轴系扭振下PSS附加阻尼特性仿真研究[J].大电机技术，2024（2）：88-96.

[2]和萍，云磊，赵琛，等.基于MSSA的PSS与UPFC-POD参数和UPFC位置协调优化[J].电力系统保护与控制，2024，52（1）：174-187.

[3]黄柯维，张元栋，任忠芳，等.某巨型水电站电力系统稳定器（PSS2B）的试验及参数整定[J].水电与新能源，2023，37（6）：40-44.

[4]霍承祥，于大海，马晓光，等.励磁系统动态增益对凸极发电机动态阻尼的影响[J].电力系统自动化，2022，46（7）：116-121.

[5]管弘武.基于虚拟功角-励磁双环架构的构网型虚拟PSS控制方法[D].吉林：东北电力大学，2022.