直崗拉卡電廠3號機組PSS試驗分析

2015-07-25 12:05:14蘇翠紅

水電站機電技術 2015年12期

蘇翠紅

（青海大唐國際直崗拉卡水電開發有限公司，青海尖扎 811999）

直崗拉卡電廠3號機組PSS試驗分析

蘇翠紅

（青海大唐國際直崗拉卡水電開發有限公司，青海尖扎 811999）

摘要：通過對青海大唐國際直崗拉卡水電開發有限公司3號機組PSS試驗目的、過程和結論的描述，詳細介紹了PSS試驗方法，以供參考。

關鍵詞：勵磁系統；PSS；試驗

1概述

全國聯網的要求和聯網穩定計算表明，聯網后，系統中存在0.2Hz左右的低頻振蕩，因此，為保證電網的安全，西北電網主要發電廠的勵磁調節器應投入電力系統穩定器（PSS）。這些電力系統穩定器除能抑制本機型低頻振蕩外，還應能有效地抑制區域型低頻振蕩，即PSS對于在0.l～2.0Hz之內的振蕩都有抑制作用。

直崗拉卡水電站3號機為天津阿爾斯通水電設備有限公司生產的38MW燈泡貫流式水輪發電機組，勵磁方式采用自并勵勵磁系統。勵磁調節器采用廣東電器科學研究院生產的EXC9000型微機雙通道勵磁調節器。

按照青海省電網調度中心和電廠的安排，于2013年4月對直崗拉卡水電站3號機進行了電力系統穩定器（PSS）試驗。試驗由中國電力科學研究院、青海電研科技有限責任公司、直崗拉卡水電站和中國電器科學研究院共同完成。

本次試驗的目的是：通過現場試驗，確定3號發電機PSS參數，檢驗PSS的性能，使直崗拉卡水電站3號發電機PSS具備正常投運條件。

2PID和PSS模型

直崗拉卡水電站3號機勵磁調節器為中國電器科學研究院生產的EXC9000型微機勵磁調節器。

根據勵磁調節器廠家提供的控制原理和邏輯:該勵磁調節器為雙通道勵磁調節器，勵磁調節器控制方式采用的是并聯型PID+PSS控制，采用余弦移相原理。PSS采用PSS—2A模型，具有加速功率輸入信號。其數學模型框圖如圖1、2。

圖2青海大唐直崗拉卡水電站3號機勵磁系統PSS模型框圖

3發電機基本參數

生產廠家：天津阿爾斯通水電設備有限公司

型號：SFWG38-60/6630

額定視在功率：40MVA

額定有功功率:38MW

額定定子電壓：10.5kV

額定定子電流：2199.4A

額定功率因數：0.95

額定勵磁電流：970A

額定勵磁電壓：275V

額定空載勵磁電流：542A

額定空載勵磁電壓：136V

額定轉速：100r/min

發電機軸系（發電機+汽輪機）轉動慣量GD2（飛輪轉矩WR2）：3200t·m2（或kg·m2）

4PSS試驗

4.13號機勵磁系統無補償相頻特性測量

所有運行機組PSS退出，全廠AGC退出。

（2）試驗方法

發電機并網運行，有功功率接近于額定值（80%以上）。勵磁調節器自動運行，PSS退出，無功調差單元退出，用HP35670A產生一個偽隨機信號（初始電平為0mV），接入調節器PSS信號輸出點，并將此信號接入HP35670A的分析通道1。將發電機機端PT二次側三相電壓接入FLC變換器中，調整變換器的調零旋鈕，使變換后的直流信號輸出接近于0，然后將變換后的直流信號接入HP35670A的分析通道2，緩慢的增加偽隨機信號的電平，使發電機的機端電壓波動不大于1%，用頻譜儀測量輸出的偽隨機信號與發電機電壓信號之間的相頻特性即為勵磁系統無補償相頻特性。測試結果參見表l和圖3。

表1直崗拉卡水電站3號機勵磁系統無補償相頻特性

圖3直崗拉卡水電站3號機PSS-2A有補償、無補償相頻特性

4.23號機勵磁系統有補償相頻特性仿真試驗

將上述一次諧波和二次諧波的同相和正交信號分別求平方和并開根號處理后,即可得到一次諧波和二次諧波的幅度信息。

PSS參數整定要使PSS的作用兼顧聯網后出現的0.2Hz左右的系統振蕩和1.6Hz左右的地區振蕩。因此，應該使勵磁系統引入PSS后產生的合成電磁轉距(基本與△t同相)在0.1～2.0Hz的范圍內滯后-△(加速轉矩)約60°～135°。若用e表示勵磁系統的滯后相位，用pss表示PSS的超前相位，則應該使c=（e+pss）在（-60°，-135°）之間。

根據上述原則用逐步逼近的方法確定3號機組PSS的參數如下：

表2直崗拉卡水電站3號機PSS-2A模型相頻特性和有

由表2可以看出:在0.1～2.0Hz的頻率范圍內，有補償相頻特性在-67.33°～-111.94°之間，由PSS產生的電磁力矩的阻尼分量為正。PSS相位補償滿足要求。

4.3PSS增益調整

理論上講，在正確的相位補償下，PSS的增益越大，其提供的正阻尼越強，但實際上，電力系統是一個高階的復雜系統，增加PSS的增益雖然可以增加某些機電振蕩的阻尼，但如果PSS增益過大，也可能引起PSS調節環振蕩，使系統出現不穩定現象，因此，PSS實際存在一個最大增益，即臨界增益。

PSS臨界增益是由很多因素決定的，如發電機的負荷水平、PSS在電廠和系統中的配置和投退情況、機組的功率和電力系統的運行方式等，所以一般用現場試驗的方法來確定。在選定的相位補償下，緩慢增大PSS的增益，同時觀察勵磁系統的變化，直到出現不穩定現象為止（主要標志是調節器輸出電壓、發電機轉子電壓出現頻率較高（1～4Hz）的劇烈振蕩），這時的PSS增益可以認為是臨界增益。

PSS運行使用的增益一般取臨界增益的1/3～1/5，以留有足夠的增益裕度。

圖4直崗拉卡水電站3號機S1=4.5時臨界增益錄波圖

圖5直崗拉卡水電站3號機S1=25時臨界增益錄波圖

圖6A套無PSS2%階躍

圖7A套有PSSS1=4.5時2%階躍

5PSS阻尼效果校核試驗

發電機并網運行，將發電機PT及CT二次側三相電壓和兩相電流接入WFLC電量分析儀中準備錄波。先將PSS切除，進行小于4%的電壓階躍試驗，同時啟動WFLC錄波，記錄有功功率的擺動幅值和次數。將PSS投入，同樣工況下重復以上試驗，錄波觀察，PSS有阻尼作用時，有功功率的擺動幅值和次數應減少。

圖6～圖11為直崗拉卡水電站3號機PSS退出和投入兩種情況下的負載階躍試驗錄波圖。

通過觀察有功的波動幅值和觀察勵磁電壓的波形，可以看出，投入PSS后較投入前有功功率的峰谷差減小，有功功率波動的次數減少，說明PSS對1.6Hz左右的本機振蕩模式能提供有效的正阻尼。

圖8A套有PSSS1=8時2%階躍

圖9A套有PSSS1=3時2%階躍

圖10B套無PSS時2%階躍

圖11B套有PSSS1=4.5時2%階躍

6反調試驗

PSS的原理是通過勵磁系統的作用抑制有功功率的低頻振蕩，可以說PSS是通過無功功率的波動來抑制有功功率的波動。由于發電機的有功功率都會有一點波動，因而投入PSS后較不投入PSS時勵磁系統的波動要大一些，只要無功功率的波動在合適的范圍內，就可認為正常。采用單一發電機電功率為輸入信號的PSS，在原動機功率以較快速度增加（或減少）時，發電機的無功會發生較大的、有時甚至是不能容許的減少（或增加），這就是所謂的“反調”現象。PSS-1A型電力系統穩定器采用電功率信號作為輸入信號，在原動機功率發生變化時，會造成無功功率波動。PSS-2A型電力系統穩定器采用電功率信號和角功率作為輸入信號，在原動機功率發生變化時，發電機的無功不會發生較大的變動。

在PSS投入的情況下，按照運行時可能出現的最快調節速度進行原動機功率調節13MW，觀察PSS-2A模型對反調的抑制作用。直崗拉卡水電站3號機反調試驗波形如圖12所示。