电力稳定器参数整定在发电厂低频振荡抑制中应用.docVIP

电力稳定器参数整定在发电厂低频振荡抑制中应用 　　摘 要：本文介绍了两种经典的电力稳定器模型，分析了其结构特点与应用范围，详细阐述了电力系统低频振荡概念及其产生的机理，在频域内推导了电力稳定器抑制低频振荡的原理。通过对韶关电厂10号机组励磁系统与电力稳定器的参数实测与一系列试验，确定了各工况下电力稳定器参数的优化值，结果证明电力稳定器参数的恰当整定，使PSS在各种工况下都能为励磁系统提供恰当的阻尼，可以有效抑制发电机的低频振荡。 　　关键词：电力稳定器；低频振荡；参数整定；励磁系统 　　1 电力系统稳定器结构与特点 　　电力系统稳定器的通用框图一般由隔直、放大、超前滞后、限制增益等环节组成，如图1所示： 　　因满足不同的需要与不同公司的产品，电力稳定器（PSS）的具体功能与构架均有所不同，美国IEEE电力生产委员会于1992年发布的《用于电力系统稳定研究的励磁系统参考模型》中，推荐了两种经典的电力系统稳定器模型：PSS1A型和PSS2A型，分别如图2与图3所示。 　　PSS1A型与PSS2A型分别为单输入型与双输入型，前者的输入信号VSI一般采用频率、角速度或者频率，其结构简单明朗，便于电力稳定器参数的修改与设定，使用方便；后者的输入信号一般采用频率、角速度或功率、功率中的组合信号，引入的另外一个输入信号（角速度或频率），可以抑制单纯由功率或频率信号做为输入而引起的无功反调现象，因此电路比较复杂。有研究证明：在大部分情况下，参数整定适当的PSS1A型可得到与PSS2A型稳定器相近的效果 。 　　在电力稳定器的实际投运中，不同特性、处于电网不同节点的机组应采用相应的PSS，PSS的实际投运经验证明：汽轮发电机组采用以△Pe为输入信号的PSS1A型时，只要整定的参数合理，反调现象不明显，不需要采用特殊的措施去抑制机组的反调；滞后特性较强的励磁系统，一般采用PSS1A型稳定器，输入信号适宜选择△Pe；滞后角较小的自并励系统或高起始励磁系统，可以采用PSS1A或PSS2A型电力稳稳定器，输入信号可以采用△Pe或△Pe与△f；水轮发电机组的有功调节速度较快，此时必须要考虑反调的影响，一般采用△Pe与△f相加作为输入信号的PSS2A型稳定器，必要时需专门设计对抑制反调更为有效的控制电路。 　　2 低频振荡的定义及其产生的原理 　　在电力系统中，众多发电机组在电网中并列运行，当电网中发生小扰动（比如电压波动）时，发电机转子之间会发生相对摇摆，若此时的电力系统缺乏必要的正阻尼，就会失去动态稳定[3]。构成电力系统的元件大多为非线元件，系统整体呈现非线性特性，动态失稳时发电机转子之间会出现持续的摇摆振荡，输送的功率也会发生相应的振荡，从而影响功率的输送。由于这种持续振荡的频率很低，一般在0.2～2.5Hz之间，故称为低频振荡。从电力系统中出现过的低频振荡来看，低频振荡较容易出现在负荷重、输电距离远的线路上，或者电网之间的的弱联络线上。随着电力系统的规模不断扩大，发电机组的励磁系统普遍采用数字电路与晶闸管，励磁系统的调节时间常数从几秒减少到毫秒级，大大降低了电力系统的阻尼，甚至产生负阻尼，导致自发性的低频振荡。 　　电力系统低频振荡的产生原理，国内外有过众多的研究与分析，总结起来主要有以下几种： 　　（1）负阻尼机理； 　　（2）强制性共振机理； 　　（3）分叉理论； 　　（4）参数谐振； 　　（5）混沌现象。 　　上述五种振荡机理可以划分为三类： 　　1）电力系统的固有频率与扰动信号或输入信号存在某种内在的关系，从而引发了较大幅度的共振或谐振，当该频率处于低频区域时，即产生了低频振荡。 　　2）从线性系统来分析，当存在小扰动时，由于系统自动装置的参与调节，改变了系统的特性，于是特征根的相限也变化，产生了附加的负阻尼，抵消了系统固有的正阻尼，于是振荡不衰减甚至振荡加剧。 　　3）电力系统采用了大量非线性原件，当扰动发生时，导致系统的参数也跟着变化，于是导致系统的稳定结构也发生变化，从而产生系统的振荡。 　　受益于线性系统理论的成熟与完善，在所有的低频振荡原理中，负阻尼机理研究已经形成了一套比较完整的理论体系，并且在实际工程中得到了广泛的应用。从理论上来考虑，非线性系统在特定的条件下（比如系统发生了小扰动时），可以看成是有外加的非线性影响的线性系统，于是不论是线性系统还是非线性系统，导致电力系统产生低频振荡的基本原因是负阻尼。在电网建设或者工程建设时，才主要考虑共振和谐振理论。混沌理论暂时还停留在理论上的研究。分叉理论目主要用于低阶单变量系统。 　　3 PSS抑制低频振荡原理的分析 　　根据单机无穷大系统模型，又称为Phillips-Heffron模型[1]，发电机励磁系统是一个滞后特性单元，由发电机的