PSS2A模型在水泥余熱機(jī)組勵(lì)磁中的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

鄧國平（中國中材國際工程股份有限公司，江蘇 南京 211100）

1 PSS2A模型

PSS（Power System Stability），也就是通常所說的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。典型的PSS2A數(shù)學(xué)模型在IEEE STD421.5中有詳細(xì)的傳遞函數(shù)描述見圖1。

圖1 典型的PSS2A數(shù)學(xué)模型在IEEE STD421.5中詳細(xì)的傳遞函數(shù)描述

通常勵(lì)磁調(diào)節(jié)器通過電壓閉環(huán)的PID方式進(jìn)行控制，由于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的慣性時(shí)間常數(shù)的滯后，產(chǎn)生了不利于機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的負(fù)阻尼。PSS2A輔助功能的作用就是通過以頻率（轉(zhuǎn)速）與功率為輸入信號(hào)，它們分別經(jīng)過傳遞函數(shù)中所規(guī)定的超前、滯后環(huán)節(jié)，最后產(chǎn)生一個(gè)疊加（輔助）的控制信號(hào)到PID的閉環(huán)中給定值，使勵(lì)磁系統(tǒng)為機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行提供正阻尼。

2 PSS2A模型在控制程序中的處理

連續(xù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)常用拉普拉斯變換來描述，而實(shí)現(xiàn)該傳遞函數(shù)的微機(jī)化（數(shù)字控制系統(tǒng)），那就必須使用到離散處理（Z變換）。從圖1中PSS2A所描述的傳遞函數(shù)，主要有幾個(gè)典型的子環(huán)節(jié)：慣性環(huán)節(jié)、超前滯后環(huán)節(jié)、隔直環(huán)節(jié)、高頻濾波環(huán)節(jié)、線性放大環(huán)節(jié)、限幅環(huán)節(jié)。由于線性放大環(huán)節(jié)和限幅環(huán)節(jié)相對(duì)比較簡單易懂，本文不再描述處理過程。本文著重介紹隔直環(huán)節(jié)與慣性環(huán)節(jié)的離散化處理，其余的幾個(gè)環(huán)節(jié)，也都是按類似描述的過程進(jìn)行相應(yīng)的處理。

（1）隔直環(huán)節(jié)。

傳遞函數(shù)為：

輸入輸出的為：

傳遞函數(shù)變?yōu)?

時(shí)域離散為:

可得到：

其中：y(n)—傳遞函數(shù)的本次輸出，y(n-1)—傳遞函數(shù)的上次輸出;x(n)—傳遞函數(shù)的本次輸入，x(n-1)—傳遞函數(shù)的上次輸入，T—采樣周期，tw1—時(shí)間常數(shù)。

隔直環(huán)節(jié)程序處理：

（2）慣性環(huán)節(jié)。

傳遞函數(shù)：

輸入輸出的為：

傳遞函數(shù)變?yōu)椋?/p>

時(shí)域離散為：

由上式可得到：

其中：y(n)為傳遞函數(shù)的本次輸出，y(n-1)為傳遞函數(shù)的上次輸出;x(n)為傳遞函數(shù)的本次輸入;T為采樣周期，t6為時(shí)間常數(shù)。

慣性環(huán)節(jié)程序處理：

（3）超前滯后環(huán)節(jié)。

傳遞函數(shù)：

輸入輸出的為：

傳遞函數(shù)變?yōu)椋?/p>

時(shí)域離散為：

其中：y(n)—傳遞函數(shù)的本次輸出，y(n-1)—傳遞函數(shù)的上次輸出；x(n)—傳遞函數(shù)的本次輸入，x(n-1)—傳遞函數(shù)的上次輸入;T—采樣周期，ts1、ts2—時(shí)間常數(shù)。

超前滯后環(huán)節(jié)程序處理：

可得到：

（4）高通濾波環(huán)節(jié)。高通濾波環(huán)節(jié)的參數(shù)，IEEE推薦M=5，N=1。實(shí)際上也就是在一階超前滯后環(huán)節(jié)滯后，再加四個(gè)慣性環(huán)節(jié)處理，達(dá)到同樣的結(jié)果。其離散化過程也是與上面介紹的一致，此處不再贅述了。

程序是循環(huán)執(zhí)行的，一個(gè)變量在賦新值前，就是上次計(jì)算的歷史值，當(dāng)然，為了程序的可讀性與易讀性，我們?cè)诔绦蛑幸灿胣ew和old來定義與區(qū)分歷史值與當(dāng)前新的數(shù)值。

3 云南鳳慶習(xí)謙水泥機(jī)組并網(wǎng)后的試驗(yàn)

關(guān)于PSS定值和效果驗(yàn)證，我們?cè)谠颇哮P慶習(xí)謙水泥余熱機(jī)組進(jìn)行了試驗(yàn)。PSS試驗(yàn)首先在100%、90%額定有功的兩個(gè)工況下分別測(cè)試了機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)相頻特性，據(jù)此計(jì)算了PSS有關(guān)參數(shù)，之后在上述工況下驗(yàn)證PSS在本文提供的整定值下對(duì)有功振蕩的阻尼效果。在習(xí)謙水泥廠余熱發(fā)電機(jī)組中，分別測(cè)試參數(shù)、設(shè)置參數(shù)、并網(wǎng)狀態(tài)下做電壓4%的階躍實(shí)驗(yàn)，分析錄波曲線并做結(jié)論評(píng)判，見表1，圖1，圖2。

表1 機(jī)組相頻特性 Hz

圖1 P=Pe，PSS退出，4%階躍

圖2 P=Pe，PSS投入，4%階躍

機(jī)組PSS整定的定值為：

PSS出口限幅為±10%；PSS投退有功水平為30%Sn；PSS臨界增益為KS1=8。

3 結(jié)論

以PSS2A模型實(shí)現(xiàn)的功能在水泥余熱機(jī)組中的使用，對(duì)抑制系統(tǒng)低頻振蕩（0.2～2Hz）有明顯的效果，振蕩周期由2～3個(gè)減少到0.5～1個(gè)，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。