试论电力系统稳定器及整定试验.doc

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1、试论电力系统稳定器及整定试验刘志刚（云南文山电力股份有限公司云南文山663000）摘要：低频功率振荡发生可能会引起联络线过流跳闸或造成系统与系统或机组与系统之间的失步而解列，造成电网事故扩大化，解决低频振荡问题是电网安全运行的重要课题。低频振荡产生的原因主要是由于励磁调节器间常数减小增益加大，导致系统阻尼减小，重负荷时出现负阻尼。本文主要对电力系统稳定器(PSS)抑制低频报荡的原理方面进行了分析。关健词：电力系统稳定器PSS；低频振荡；试验发电机电磁力矩可分为同步力矩和阻尼力矩。同步力矩与Δδ同相位，阻尼力矩与△ω同相位。如果同步力矩不足，将

2、发生滑行失步；阻尼力矩不足，将发生振荡失步。低频振荡是发生在弱联系的互联电网之间、发电机群与电网之间、发电机群与发电机群之间的一种有功振荡，其振荡频率在0.2～2.OHz之间。低频振荡的发生有四种可能的原因：1）系统弱阻尼时，在受到扰动后，其功率发生振荡且长时间才能平息。2）系统负阻尼时，系统发生扰动而振荡或系统发生自激而引起自激振荡。这种振荡，振荡幅度逐渐增大，直至达到某平衡点后，成为等幅振荡，长时间不能平息。3)第三种是系统振荡模与某种功率波动的频率相同，引起特殊的强迫振荡，这种振荡随功率波动的原因消除而消除。4)由发电机转速变化引起的电

3、磁力矩变化和电气回路耦合产生的机电振荡，其频率约为0.2～2.0Hz。低频功率振荡发生可能会引起联络线过流跳闸或造成系统与系统或机组与系统之间的失步而解列，造成电网事故扩大化，解决低频振荡问题是电网安全运行的重要课题。研究表明，大型弱联系的电力系统本身的固有自然阻尼小。现代电力系统中，大容量发电机组普遍使用快速励磁调节器或使用自并激可控硅快速励磁系统，这些设备的大量使用，其作用常常是削弱了系统阻尼，甚至使系统产生负阻尼，为提高系统稳定性，在励磁系统中利用附加控制，产生附加阻尼转矩，增加正阻尼抑制低频振荡，这就是使用电力系统稳定(PSS)的目的

4、所在。1系统低频振荡的产生目前大型发电机普遍采用了微机(单片机/DRS)和可控硅组成的励磁控制系统，使自动励磁调节器AER的时间常数大为缩短(<20ms)，放大倍数大为提高，而且可控硅快速励磁系统(如自并励、两机他励系统)的普遍采用，使得电力系统的阻尼降低，这是造成低频振荡的直接原因。现用单机对无穷大系统来分析PSS作用原理，单机对无穷大系统可用图1的等值电路来表示。其小扰动的线性化数学模型传递函数框图，如图2。图1单机对无穷大系统等值电路图图2单机无穷大系统小信号模型1.1不考虑励磁调节的作用在不考虑励磁调节系统作用时，发电机电磁转矩为：其

5、中：（2）其中：=（3）其中：K1～K6都为运行工况的函数，在一定运行方式下为常数，K5在发电机负荷较小时为正值，在负荷较大时因0增大，变为负值，其它5个参数一般都为正值。因为不考虑励磁调节的作用，ΔEfd=O，则电磁转矩为：（4）令s=jω，电磁转矩△Me可整理为：=（5）为同步转矩△Me与超前Δδ轴90°的正的阻尼转矩ΔMe2的合成，如图3所示。图3电磁转矩矢量图l.2考虑励磁调节的作用励磁控制系统为高放大倍数的快速响应系统，以P调节方式为例，传递函数为Ge(s)=Ke/(1+Tes)，放大倍数Ke很大，时间常数Te很小，励磁系统的输入为

6、-ΔUt=-(K5△δ+K6△Eq′)，输出为Efd=-Ke△U1/(1+Tes)，略去相对较小的项并整理，此时电磁转矩为△Me′=[K1-K2K5Ke/(Tdo′s+K6Ke)]△δ，令s=jω)，此时电磁转矩ΔMe可表示为：=当发电机负荷较大，K5变为负值，所以电磁转矩△Me′为同步转矩△Mel′与滞后△δ轴90°的负阻尼转矩△Me2′的合成，如图4所示。又由于励磁系统的增益Ke很大，使得系统的负阻尼增大，当有扰动时系统就会发生低频振荡。图4电磁转矩矢量图2电力系统稳定器PSS抑制低频振荡的原理产生低频振荡的原因是系统阻尼的减小，抑制低频

7、振荡可以从两方面人手：减小负阻尼和增加正阻尼。减小负阻尼的措施有：采用动态增益衰减减小负阻尼等。增加正阻尼的措施有：采用PSS，线性及非线性最优励磁控制，静止补偿器，直流输电控制等。其中电力系统稳定器PSS采用△Pe，△ω，△f中的一个或两个信号作为附加反馈控制。增加正阻尼，不降低励磁系统的闭环增益，不影响励磁系统的暂态性能，效果良好，在国内外都得到了广泛应用。微机型励磁调节器中PSS作为软件模块，非常便于实现。PSS的通用框图如图5所示。图5PSS1A通用框图PSS由有功采样滤波、隔直、超前-滞后校正、放大、限幅等几个环节组成。PSS的输出

8、加入到励磁调节器的电压相加点。在频域中分析，只要把PSS的相频曲线和励磁系统的相频曲线直接迭加对系统相位进行补偿，就可以得到补偿后系统的相频特性。计算、现场试验技术