电力系统稳定器设计及其应用.doc
《电力系统稳定器设计及其应用.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电力系统稳定器设计及其应用.doc(17页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、标准型电力系统稳定器的设计及应用【摘要】介绍标准型电力系统稳定器的设计要点、应用范围和使用效果。【关键词】电力系统稳定器,设计,应用Design and Application of Standard PSSAbstract: Discusses design and application of standard power system stabilizer(PSS).Key words: power system stabilizer, design, application0前言电力系统稳定器(PSS)是同步发电机励磁系统中的一组部件,如图1所示。其输入变量可以是功率P,转速n或频率f
2、,或者是它们的综合。它的输出信号被输送到电压调节器,用来改变励磁机的输出电压,以阻尼发电机出现的有关振荡,达到稳定运行。图1PSS结构示意图由图1可知,PSS实质上是关于P、n或f的反馈环节,使发电机励磁系统构成了双闭环系统,其内环是关于电压的控制环;外环是关于P、n或f的控制环。1标准型方框图先后被IEEE及IEC推荐的PSS标准型传递函数方框图如图2所示。它比我国20世纪80年代从美国西屋公司引进的机组多配带一个高频滤波器环节。图2标准型传递函数方框图1.1传感器传感器是一种关于P、n或f的信号变换器。由于这种变换是一个惯性环节,会有时延,为使变换来得及时、准确,应该把时间常数T6设计得越
3、小越好,整定传感器时间常数T6的原则是使传感器输出信号中的脉动及白噪声被抑制在10%的范围内,为此需使其大于一定值。惯性时间常数T6的设计值范围为00.04s。1996年对广西岩滩水力发电厂机组(简称岩滩机组)以及1998年对哈三电厂机组(简称哈三机组)进行国产PSS现场试验,在试验中该时间常数都被选定为0.03s。IEEE及IEC对该时间常数的整定值推荐范围为00.04s,从理论上讲,该值越小越好。1.2高频滤波器高频滤波器是用于抑制发电机有关振荡的,经过传感器变换的主信号的频率都不大于3Hz。所以如图1所示,在由PSS所构成的闭环回路中,称频率大于3Hz的信号为高频信号。这种高频信号会有传
4、感器输出主信号中所夹杂的脉动、白噪声以及频率不小于4Hz的机组轴系扭振信号。高频滤波器的低通截止频率设计值通常为3.53.8Hz。 高频滤波器对具有PSS机组的安全运行,尤其是对抑制扭振信号的破坏作用至关重要。首先必须把该信号及传感器输出的脉动及白噪声的幅值抑制到3dB, 同时必须保证幅值为3Hz的信号输出0.0457dB,这就得把其幅频曲线在带宽频率(即低通截止频率)附近的斜率调试得越小(即曲线越陡)越好。为了上述调试方便,在设计中采用了两级滤波方式,即(1)前述带宽频率不是绝对的,也可将带宽频率调试为大于设计值。如哈三电厂机组的扭振频率定为13Hz。为便于调试,可将带宽频率调试为410Hz
5、取值范围,但必须保证对脉动及白噪声具有足够的抑制效果。1.3补偿器在图2中设置了两级超前滞后补偿器。这种补偿器的实质是一种比例系数为1的带有惯性的比例微分(PDT)环节,可改写为(2)式中1比例系数;T2惯性时间;T1-T2微分时间。每一级补偿器的最大补偿角通常设计为70左右,T1和T3的可调范围为0.12.0s;T2和T4的可调范围为0.010.2s。由于后者约为前者的1/10,所以T1-T2或T3-T4可近似为T1及T3,故称T1(或T3)为超前时间常数,T2(或T4)为滞后时间常数。视现场需要,补偿器可为一级,也可为三级。IEC推荐的T1及T3调试整定值范围为0.010.20s,T2及T
6、4的取值主要根据前述滤波器带宽频率附近的幅频曲线陡度而定,若曲线越陡,取值应越大。T1及T3的整定值决定于励磁控制系统(含前述传感器及滤波器)所造成的振荡反馈信号的滞后程度,即要求出超前补偿的角度,最大超前补偿角为(以T1为例):(3)IEC推荐上式中的a约为10,则m为55;哈三机组T2=0.025s,a=64,m=47。1.4放大器图2中的放大器是指调节器中的KS,其实质是一个比例放大环节。KS的大小主要取决于上述传感器、滤波器及补偿器对主信号的衰减程度;该值的大小还表征着由PSS所构成闭环回路的开环增益,它与根轨迹增益仅差一个由传感器、滤波器及补偿器增益构成的比例系数,因此直接影响着该回
7、路的调整时间、上升时间及超调量等动态性能。IEC推荐放大器的整定值范围为0.150s;哈三机组为10s;岩滩机组为19s。1.5自动复位器自动复位器是指图2中调节器传递函数中的部分,实质是一个带有惯性的微分(DT)环节,可改写为(4)相当于是一个单位环节和一个负输出惯性环节的并联,是一组阻隔各类漂移信号通过的隔“直”电路,只有交流主信号经过时,才允许通过,否则便把输出回路自动关闭,我国习惯把该电路称为自动复位器,在IEEE及IEC标准文件中称为冲洗器,T5为冲洗时间常数,设计值范围为0.550s。该时间常数整定值越大,此环节对主信号的干扰就越小,但会造成PSS对电压调节回路的影响,时间增长。2
8、应用上述标准型PSS可用于抑制可能发生的局部电机与系统间的振荡、区域间振荡及机组间振荡。局部电机与系统间的振荡是指同一电厂1台或多台电机与系统间发生的摆动,频率一般为0.72Hz。对于具有静止励磁机(可控硅整流供电)的励磁系统,由于响应速度快,引发这种可能性大,因此必须装设PSS。区域间振荡是指系统中一个区域的机组群与另一区域机组群所发生的摆动,频率一般不大于0.5Hz。为抑制该类振荡,对于各类励磁系统应配置PSS。机组间振荡是指同一电厂或相邻电厂两台以上机组间的相互摆动,频率一般为1.53Hz.由于该类振荡的频率较高,受高频滤波器的影响,对该类振荡的抑制作用可能会不及对前两类振荡的抑制效果来
9、得明显。如果高频滤波器的低通截止频率过于接近3Hz,便会发生这种情况。为了避免机组轴系扭振信号不经过PSS而形成闭环回路,使扭振迅速发展到对机组具有破坏性的程度,必须采用励磁系统及发电机的精确模型来分析机组的扭振信号,以便高频滤波器能抑制扭振信号。3现场效果PSS投入与否的某一励磁控制系统的频率响应特性的现场试验曲线应在0.13Hz的有效频率范围内,相位滞后接近于零,增益接近于0dB,说明前述对于PSS中各参数的现场整定取得了理想的效果。4结束语标准型PSS具有设计简单、安装调试方便等优点,由于具有双级高频(频率4Hz)滤波及冲洗器环节,既能抑制机组扭振,又不防碍电压调节的正常运行。针对我国在
10、役机组中PSS投运率极低的现实情况,该类PSS在国内具有广泛的推广使用前景。作者简介:包凤英女,1963年11月生,1988年毕业于内蒙古工学院机械系,获学士学位。现在哈尔滨大电机研究所工作,工程师。作者单位:哈尔滨大电机研究所哈尔滨动力区大庆路邮编:150040浙江电网电力系统稳定器PSS试验综述 (2006-11-28)热竺士章陈新琪陈皓方思立 摘要总结了8年来浙江电网PSS试验情况,叙述了试验方法,提供了各个环节试验结果和分析说明,并对PSS工作提出了看法。 关键词PSS试验浙江Summary of Tests of PSS in Zhejiang Electric Power Syst
11、em AbstractThe recent tests of PSS in Zhejiang electric power system are summarized in this paper. The testing methods, testing results and analysis are provided. Also the viewpoints and Suggestions for the work of PSS ar epu tforward. Key WordsPSStestZhejiang电力系统稳定器(简称PSS)是励磁系统的一个附加功能,用于提高电力系统阻尼,解决
12、低频振荡问题,是提高电力系统动态稳定性的重要措施之一。它抽取与此振荡有关的信号,如发电机有功功率、转速或频率,加以处理,产生的附加信号加到励磁调节器中,使发电机产生阻尼低频振荡的附加力矩。本文总结了8年来浙江电网大型机组PSS的试验情况,叙述了试验方法,提供了各个环节试验结果和分析说明。从中得到的一些认识、规律和提出对进一步开展PSS工作的看法,有助于PSS的推广和应用。1浙江电网PSS试验情况1.1PSS控制结构图(见图1)图1PSS控制结构图1.2被试励磁系统概况(见表1)表1被试励磁系统概况机组额定有功功率励磁系统型式生产厂PSS信号台州电厂7、8号机330MW机端变无刷励磁ALSTHO
13、M有功功率台州电厂5号机125MW三机励磁KKL2南自厂有功功率温州电厂1、2号机125MW三机励磁KKL2南自厂有功功率镇海电厂1、2号机125MW自并励洪山有功功率北仑电厂1号机600MW自并励东芝有功功率北仑电厂2号机600MW机端变无刷励磁ALSTHOM有功功率1.3励磁控制系统滞后特性的测量励磁控制系统滞后特性即无补偿频率特性。因励磁控制系统滞后特性的存在,加到励磁调节器的附加信号经滞后才能产生附加力矩。测量励磁控制系统滞后特性应测量附加力矩对PSS迭加点的滞后角度。因为在发电机高功率因数运行时,机端电压对PSS迭加点的滞后角度近似等于附加力矩对PSS迭加点的滞后角度。励磁控制系统滞
14、后特性的测量可见:(1)励磁控制系统滞后特性基本分为两种:自并励系统(约为4090),励磁机励磁系统(约为40150)。(2)同一频率角度范围表示同一发电机励磁系统在不同的系统工况和发电机工况下有不同的滞后角度,从几度到十几度。其中也包含了测量误差。(3)温州电厂与台州电厂虽采用同一励磁控制系统,因转子电压反馈和调节器放大倍数不同,励磁系统滞后特性发生明显变化。(4)励磁调节器的PSS迭加点位置不同,励磁控制系统滞后特性也不同。1.4有补偿频率特性的测量有补偿频率特性由无补偿频率特性与PSS单元相频特性相加得到,用来反映经PSS相位补偿后的附加力矩相位。DL/T6501998大型汽轮发电机自并
15、励静止励磁系统技术条件提出有补偿频率特性在该电力系统低频振荡区内满足80135要求,此角度以机械功率方向为零度。根据试验的方便情况可采用两种方法:(1)断开PSS信号输入端,在PSS输入端加噪声信号,测量机端电压相对PSS输入信号的相角;(2)PSS环节的相角加上励磁控制系统滞后相角。试验结果见表2。由试验可见:(1)通过调整PSS参数可以使有补偿频率特性在较宽的频率范围内满足要求。表2有补偿频率特性机组0.2Hz0.5Hz1.0Hz1.6Hz2.0Hz台州电厂7、8号机114074144148台州电厂5号机556794130158温州电厂1、2号机678786107133镇海电厂1、2号机6
16、0.987.3132北仑电厂1号机9295100112120北仑电厂2号机1455113133142(2)ALSTHOM机组PSS低频段相位补偿特性未能满足要求。(3)北仑电厂1号机PSS在小于0.4Hz范围增大隔直环节时间常数,使之低频段有良好的相位补偿特性,而且提升放大倍数(0.2Hz处提高1.76倍)。1.5PSS放大倍数和输出限幅PSS放大倍数都以标幺值表示。输入值按PSS信号是哪一路,取机组额定有功功率、额定转速或额定频率为基值。输出值以PSS迭加点额定机端电压值为基值。当PSS迭加点与电压迭加点不一致时,要按低频振荡频率下的环节放大倍数折算额定机端电压值。因PSS中的超前滞后环节影
17、响放大倍数,本文以1Hz下的放大倍数进行比较,见表3。表3放大倍数、稳定裕量和限幅值机组1Hz下PSS放大倍数增益裕量dB相角裕量1Hz下PSS迭加点到励磁电压的放大倍数1Hz下PSS信号输入点到励磁电压的放大倍数限幅值台州电厂7、8号机0.27,0.483.4,5.926,2716.994.6,8.22.72台州电厂5号机0.6512.71013.002.05.5温州电厂1、2号机0.568493.001.74.5镇海电厂1、2号机0.1711.73.750.645.6北仑电厂1号机0.636601.200.764.8北仑电厂2号机2.47.224.53.167.54.31.6PSS开环频率
18、特性开环频率特性用于测量增益裕量及相角裕量,判断闭环控制系统的稳定性,判断PSS放大倍数是否适当。可在PSS输入端或PSS输出端解开闭环进行测量。由表3可见,开环频率特性的增益裕量及相角裕量除台州电厂7、8号机和北仑电厂2号机外均符合DL/T6501998标准要求,增益裕量大于6dB、相角裕量大于40。1.7负载电压给定阶跃响应负载电压给定阶跃响应作为验证试验项目可以直接观察PSS投入引起地区内与本机有关振荡模式阻尼比的提高,从表4中可见振荡频率均在1.18Hz以上。阶跃响应不能检验区域间与本机有关振荡模式阻尼比的提高。试验结果表明以上机组PSS的作用均有效。有的机组对负载电压阶跃反映迟钝,以
19、至难以测量,这可能是调节器的一些环节滤去了阶跃信号中的高频分量,也可能是在试验工况下系统阻尼比较大。表4负载电压给定阶跃响应机组无PSS有PSS有无PSS的第二峰值比阻尼比振动频率Hz振次阻尼比振动频率Hz振次台州电厂7、8号机0.1041.5640.182.730.346台州电厂5号机0.0651.673.50.121.820.74温州电厂1、2号机0.0611.541.540.321.3010.50北仑电厂2号机0.0721.1830.112.520.562对PSS工作的几点看法2.1关于相位补偿的频率范围DL/T6501998大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件提出了PSS应满足该机
20、各振荡模式下相位补偿要求,其振荡频率一般在0.22.0Hz范围内。相位补偿可按分析计算得出该系统振荡模的实际频率范围设计,也可按0.22.0Hz频率范围设计。后者因频带宽,不易在全范围满足要求,如果有一定的经验,也可以经初步分析后进行现场试验整定。以上所列浙江电网PSS整定工作均为不依靠系统计算分析,仅由现场试验整定。除ALSTHOM机组PSS因没有可调整点无法扩大相位补偿的频率范围之外,其他机组在0.51.6Hz内满足60135)有补偿频率特性的要求。这里要指出,在DL/T6501998发布之前采用有补偿频率特性60135的要求。DL/T6501998提出有补偿频率特性80135的要求。AL
21、STHOM机组PSS的相位补偿仅满足0.75Hz以上低频振荡范围的要求。其原因是PSS仅设计一个隔直环节,没有超前滞后环节。建议:(1)对电力系统进行小干扰稳定性分析后判断ALSTHOM机组PSS是否需要重新设计。(2)应在供货前提供励磁系统数学模型参数,得到确认后再发货。现场试验整定的条件为励磁调节器可以进行励磁系统滞后特性的测量,即可以在PSS迭加点加入测量用的噪声信号。但有些微机励磁调节器做不到。对此,DL/T6501998标准中明确要求励磁调节器具备测量励磁控制系统滞后特性功能。将PSS计算分析得到不同运行方式和事故状况下的励磁系统滞后特性,结合现场试验实测励磁系统滞后特性,从而合理而
22、准确地整定PSS参数。2.2关于振荡模式的分析通过振荡模式的分析了解各振荡模的振频和阻尼比。PSS首先应保证在大小运行方式下阻尼比均满足要求,于是要分析无PSS时大小运行方式下阻尼比,确定必须投入PSS的电厂和机组。电力系统故障以后阻尼往往被削弱,所以要进行故障预测和故障后动态稳定性分析,以判断在故障情况下PSS是否仍可为系统动态稳定提供足够的正阻尼。如存在问题,需进行进一步研究。各振荡模的振频应包括在PSS频带范围内。由于振荡模式分析需要电力系统和励磁系统参数,需要运行状态和分析经验的积累,建议在开展分析工作的同时,不失时机地通过现场试验将大型汽轮发电机组PSS投入运行。通过投入试验来验证和
23、改进分析工作,用计算分析来指导和简化PSS投入试验。2.3关于PSS放大倍数PSS放大倍数可按临界放大倍数的1/31/5整定。浙江电网PSS试验均采用测量开环频率特性稳定裕量的方法测量调整PSS放大倍数,原因有3个:一是测量开环频率特性稳定裕量采用加白噪声到励磁系统的方法,试验简单,且对发电机扰动较小,试验安全。二是有的装置PSS放大倍数调整困难,临界放大倍数不易达到。三是有的装置PSS放大倍数没法调整。已进行9处PSS试验只有台州电厂7、8号机ALSTHOM机组的增益裕量和相角裕量都小于标准规定值。说明采用测开环频率特性稳定裕量的方法测量调整PSS放大倍数是可行的。台州电厂7、8号机ALST
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电力系统 稳定 设计 及其 应用
链接地址:https://www.31doc.com/p-8920525.html