PSS放大倍數對電網小干擾計算影響分析

洪權，宋軍英，李理，郭思源，吳晉波(.國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙40007；.國網湖南省電力公司，湖南長沙40004)

PSS放大倍數對電網小干擾計算影響分析

洪權1，宋軍英2，李理1，郭思源1，吳晉波1
(1.國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007；2.國網湖南省電力公司，湖南長沙410004)

基于單機實測的PSS現場整定參數對于機組的本機振蕩模式能取得較好抑制效果，但單機實測確定的PSS參數對于電網存在的區域間振蕩模式，適應性較差。本文以PSS整定實測結果為依據，結合小干擾穩定分析，對于PSS參數優化方法進行了探索，并以實際電網進行了計算，結果表明，調整PSS增益可以有效改善系統的動態穩定水平。

低頻振蕩；PSS；小干擾穩定分析

隨著互聯電網規模的增大，電力系統動態穩定性問題成為制約電網安全穩定運行的重要問題之一，特別是在特高壓交流電網建設初期以及大規模新能源機組接入電網形勢下，保障電網安全穩定運行的壓力日趨增大。為有效提高電網的動態穩定性，防止低頻振蕩，電力系統穩定器作為一種基本而有效的方法，被廣泛應用于各類型水、火電機組〔1〕。

目前采用的PSS現場參數整定方法為基于無補償相頻特性的整體補償法，以實現在一定頻段范圍內達到較好的補償效果。但互聯電網規模不斷擴大的同時，其運行方式也日趨復雜。基于現場實測的參數難以保證電網在各種方式下均具有良好的適應性。

為此，本文以PSS整定實測結果為依據，結合小干擾穩定分析，對于PSS參數優化方法進行了探索，并以實際電網進行了計算驗證，計算結果表明，調整PSS增益可以有效改善系統存在的振蕩模式阻尼。

1 PSS改善系統振蕩模式阻尼特性的原理

基于海佛容-飛利普斯(Heffron－Philips)模型的轉矩分析理論因其分析過程清晰、物理意義明確而被廣泛用于低頻振蕩問題的分析及抑制措施研究。基于此原理的電力系統穩定器(PSS)則是工程上最為成功的應用。以H－P模型為基礎分析PSS改善系統阻尼比的依據。圖1為單機無窮大系統的六系數模型〔2－3〕。

如上框圖用偏差方程表示為:

勵磁系統產生的電磁轉矩可分解成與Δδ成比例的同步轉矩ΔMsΔδ及與轉速sΔδ成比例的阻尼轉矩分量ΔMDsΔδ。要使發電機不發生低頻振蕩，則應保證阻尼轉矩分量為正。

圖1 包含AVR和PSS的單機勵磁系統傳遞函數框圖

PSS則是通過引入相位校正環節，來補償勵磁系統固有的相位滯后特性，從而使得勵磁系統提供的阻尼轉矩為正。

PSS引入的阻尼轉矩可表示為

PSS引入后對應的阻尼表達式為

由式(3)可知，引入PSS后，其振蕩模式的阻尼比與PSS環節的整體幅頻特性有關。PSS環節的PSS幅頻特性既與所設置的直流增益Kpss有關，又與由其相位補償環節的交流增益有關。因而，在保證PSS相位補償參數不變的條件下(交流增益不變)，通過提高PSS的直流增益Kpss，可以提高發電機的低頻振蕩模式的阻尼比，以達到抑制低頻振蕩的作用。

2 PSS參數現場整定方法

由前分析可知，提高PSS增益可以提高系統振蕩模式的阻尼比。但PSS的運行增益不宜無限制放大。

其原因如下〔1－2〕:基于閉環控制系統穩定性理論，其存在保持系統穩定的臨界增益，在現場試驗整定時，PSS的運行增益一般選取為臨界增益的1/3～1/5；另以ΔP為輸入信號的PSS，調節有功功率時會產生反調，為限制反調，有時也需限制Kpss。為確認PSS整定時應設置的增益值大小，按照〔4－5〕所述要求，PSS現場參數整定主要步驟:

1)在發電機有功在80%額定有功以上，無功功率小于20%額定值時，實測勵磁系統的無補償頻率特性。

2)基于無補償頻率特性整定PSS參數，使得本機振蕩頻率的力矩向量滯后軸0°～30°；在0.3～2.0 Hz的力矩向量滯后軸在超前20°至滯后45°之間；當有低于0.2 Hz頻率要求時，最大的超前角不應大于40°，同時PSS不應引起同步力矩顯著削弱而導致振蕩頻率進一步降低、阻尼進一步減弱。

3)采用臨界增益法確定PSS運行增益。

4)負載階躍試驗驗證整定PSS參數的有效性。

5)反調驗證試驗，確認整定的PSS參數在正常調整機組有功時不會引起大的無功反調。

6)最終確定PSS參數。

現場試驗時會在選定的PSS運行增益的上、下各取一點做階躍驗證試驗，為后續的增益調整提供依據。

3 基于小干擾穩定計算的PSS增益調整方法

現場整定的PSS參數是基于單機得到的，其參數能否適應電網各種運行方式的變化，還需進一步驗證。為驗證整定后的PSS參數，使用小干擾分析計算進行校核，若存在弱阻尼振蕩模式，應進一步優化PSS。為保證已整定各機組PSS相位補償不出現大的變動，一般保持其相位補償參數不變，而僅僅通過調整PSS的直流增益即Kpss以改善PSS的整體增益。

另一方面，在多機系統中，由于涉及的機組眾多，從工程實際來說，如何對參與調整的機組進行優選是個值得深入研究的問題。相關因子可強烈反映哪臺機的狀態量與哪個振蕩模式強相關，從而可優先考慮在此機上裝設PSS來抑制相應的振蕩模式。

綜上，形成PSS增益調整方法，如圖2所示。

圖2 PSS增益調整流程圖

具體步驟:

1)錄入參數至PSASP

將實測整定的各機組PSS參數錄入PSASP仿真計算程序。

2)小干擾穩定計算校核

以電網各種典型運行方式開展小干擾穩定計算分析，獲得電網存在的各種振蕩模式。

3)確認是否存在弱阻尼振蕩模式，若不存在，則執行步驟4，若存在，則執行步驟5。4)現場實測參數不需調整，校核結束。5)調整機組PSS增益

針對存在的弱阻尼振蕩模式，按相關因子大小選取10臺機組作為調整對象，當校核不滿足要求時，則依照相關因子由大到小依次添加10臺機組作為調整對象，直到所有機組都已參與調整為止。參與調整機組增益修改為經現場試驗驗證的最大增益值。

6)小干擾穩定分析校核

基于調整后PSS增益，對存在的弱阻尼振蕩模式運行方式進行小干擾穩定計算。

7)確認是否存在弱阻尼振蕩模式，若存在，則回到步驟5，繼續調整PSS增益。若不存在，則執行步驟8。

8)干擾穩定分析復核

基于已修改的PSS參數，在其他典型運行方式下進行小干擾穩定計算復核，確認修改后的PSS參數不會引起別的運行方式下的阻尼特性變差。

9)確認是否存在弱阻尼振蕩模式，若不存在，則增益調整結束，確定最終PSS參數值；若存在，則跳轉步驟5進行PSS增益調整。

4 算例分析

4.1 PSS參數調整前小干擾穩定計算結果

1)計算程序

PSASP7.16版本。

2)計算運行方式

方式一:夏大、冬大、夏小方式下，鄂湘聯絡線功率南送2 800MW。

方式二:夏大、冬大、夏小方式下，鄂湘聯絡線功率北送700MW。

3)PSS現場參數整定值

各機組PSS參數經現場實測整定，得到的Kpss值見表1。

4)計算結論

使用表1所示Kpss參數(與現場實測整定值一致)，對方式一和方式二進行了小干擾穩定計算:

方式一:此方式下，湖南電網與華中電網各地區間均不存在弱阻尼振蕩模式。

方式二:此方式下，湖南電網與河南電網間存在頻率為0.451 749Hz的弱阻尼振蕩模式(湘機組與豫機組為主要參與機組，其模態向量基本相差180°)，阻尼比2.832 2%(＜3%)。其振蕩模態圖如圖3所示。

圖3 弱阻尼振蕩模式模態圖

4.2 PSS參數調整后小干擾穩定計算結果

由前述計算結果可知，湖南電網僅在鄂湘聯絡線北送700 MW運行方式下，存在弱阻尼振蕩模式。通過修改該振蕩模式下對應機組PSS增益，以改善系統的動態穩定性。

為改善該振蕩模式下的系統阻尼比，并對比不同增益調整方式下的阻尼改善效果，采用3種增益調整方式進行計算分析(計算程序版本及潮流運行方式同4.1.1及4.1.2節一致)。

方式一:調整相關因子在0.005以上的10臺機組。方式二:調整相關因子在0.003～0.005間的10臺機組。方式三:調整所有相關機組共36臺機組。3種方式下系統阻尼比情況見表1。

表1 湖南電網不同調整方式下系統阻尼比情況

由計算結果可知:

1)調整相關因子最大的10臺機組PSS增益后，對方式二進行小干擾穩定計算，原弱阻尼振蕩模式變化為:振蕩頻率0.448 144 Hz，阻尼比3.279 54%。

2)調整相關因子次大的10臺機組PSS增益后，對方式二進行小干擾穩定計算，原弱阻尼振蕩模式變化為:452 587Hz，阻尼比3.070 34%

3)調整所有相關機組PSS增益后，對方式二進行小干擾穩定計算，原弱阻尼振蕩模式變化為:頻率0.446 194 4 Hz，阻尼比3.412 87%。

計算結果表明:機組相關因子可作為優選調整PSS增益機組的依據，相關因子大的機組其PSS增益調整所帶來的阻尼提高效果相較于相關因子較小的機組更為明顯。

盡管調整相關因子最大的10臺機組已能滿足方式二下弱阻尼振蕩模式阻尼比提高到3%以上的要求。為盡可能地提高湖南電網的動態穩定性，保證湖南電網在不同運行方式下均能有較好的動態穩定性，采取了在該方式下調整所有相關機組PSS增益的方式。

5 結語

基于單機實測的PSS參數整定方法，對抑制本機低頻振蕩有較好效果，但其不能適應電網各種運行方式變化。現場實測整定的PSS參數應經過電網綜合仿真分析計算以確定其適應性，針對存在的弱阻尼振蕩模式，依照機組相關因子的大小及實測PSS不同增益情況下的阻尼振蕩效果，對PSS參數進行優化。

〔1〕朱方，趙紅光，劉增煌，等.大區電網互聯對電力系統動態穩定性的影響〔J〕.中國電機工程學報，2007，27(1):1-7.

〔2〕Kennedy J，Eberhart R.C.Particle Swarm Optimization〔C〕. Proc.IEEE Int′l.Conf.on Neural Networks，IV.Piscataway，NJ:IEEE Service Center，1995:1942-1948.

〔3〕劉取.電力系統穩定性及發電機勵磁控制〔M〕.北京:中國電力出版社，2007:136-151.

〔4〕陳新琪，劉增煌，等.電力系統穩定器整定試驗導則:DL/ T1231—2013〔S〕.2013.

〔5〕方思立，蘇為民.電力系統穩定器配置、構成、參數計算及投運試驗〔J〕.中國電力，2004，37(10):11-13.

Effects Analysis of PSS Enlargement Factor to Electric Network Small Signal Calculation

HONG Quan1，SONG Junying2，LILi1，GUO Siyuan1，WU Jinbo1
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410004，China)

The PSS parameter setting based on single machine measurement can effectively restrain local-machine oscillation mode，except for inter area oscillationmode.Thispaper discussed the PSSparameter optimizationmethod basing on experiment data and small signal analysis，and verified on actual system.The result indicated that adjusting PSS gain can effectively improve system dynamic stability.

low-frequency oscillation；power system stabilizer；small signal stability analysis

TM712

B

1008-0198(2017)03-0019-04

洪權(1987)，男，碩士，工程師，研究方向為電力系統運行與控制。

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.03.005

國網湖南省電力公司科技項目(項目編號:5216A515002D)

2016-12-26 改回日期:2017-05-22