电力系统振荡的原因及危害 1 前言 XXXX 公司是装机容量为 2 ×600MW 的新建大型火力发电厂,它同原有 XXXX 公 司的 2 ×500MW 俄罗斯汽轮机组构成一个电源点,经三条 500KV 线路向系统送电,地处京 津唐负荷中心, 对电网稳定起着重要的支撑作用。 作为京津唐电网最大的发电机组, 其发电 机励磁系统性能的优劣对华北电网的稳定运行具有举足轻重的影响。 根据国家十五计划实现全国联网的要求,华北电网规定,新建大型发电机组励磁 系统应有系统稳定措施并调整好后才能并网运行,为此我厂先后完成了对 3# 、4# 机组的电 力系统稳定器 (PSS) 定值整定和试验工作 ,实验效果明显。应国家电力调度中心要求, 2003 年6月18 日,在华北电力调度局方式处的组织下 PSS 正式投入运行。 2 低频振荡产生原因分析及危害性 电力系统低频振荡在国内外均有发生,通常出现在远距离、重负荷输电线路上, 或者互联系统的弱联络线上, 在采用快速响应高放大倍数励磁系统的条件下更容易出现。 随 着电力电子技术的快速发展, 快速励磁调节器的时间常数大为减少, 这有效地改善了电压调 节特性, 提高了系统的暂态稳定水平。 但由于自动励磁调节器产生的附加阻尼为负值, 抵消 了系统本身所固有的正阻尼, 使系统的总阻尼减少或成为负值, 以至系统在扰动作用后的功 率振荡长久不能平息, 甚至导致自发的低频振荡, 低频振荡的频率一般在 0.2-2Hz 之间。(风 险管理世界 低频振荡会引起联络线过流跳闸或系统与系统或机组与系统之间的失步而解列, 严重威胁电力系统的稳定。解决低频振荡问题成为电网安全稳定运行的重要课题之一。 3 PSS 原理及其作用 为了既能利用高放大倍数的励磁调节器又能避免其负阻尼效应,人们对传统励磁 系统进行了改进。 对一个可能引起负阻尼的励磁调节器, 向其中注入某些附加控制信号, 使 之可以提供正的阻尼,平息振荡,这就是 PSS 最基本的原理。 PSS 作为一种附加励磁控制 环节, 即在励磁电压调节器中, 通过引入附加信号,产生一个正阻尼转矩, 去克服励磁调节 器引起的负阻尼, 控制量可以采用电功率偏差 (P) 、机端电压频率偏差 (f) 、过剩功率 (Pm) 、 和发电机轴速度偏差 (w) 以及它们的组合等。它不仅可以补偿励磁调节器的负阻尼,而且 可以增加正阻尼,使发电机有效提高遏制系统低频振荡能力。 尽管 PSS 已是成熟的普遍技术, 但它仍是消除互联电网负阻尼低频振荡最经济有 效的方法。当系统规模较小、互联程度较低时,系统振荡不明显, PSS 整定不为人们所关 注。但在当今大电网互联迅速发展的情况下, PSS 的作用已经引起人们的高度重视。 1994 年我国南方联营电网发生的系统振荡事故是典型的一例, 事后分析表明, 若在此系统的主力 机组上加装 PSS ,可以有效地阻尼振荡,防止有严重后果的动态稳定破坏事故的发生。 4 PSS 的构成和传递函数 早期的 PSS 由分立元件构成, 在微机式励磁调节器中 PSS 由软件构成,我厂 3# 、 4# 机组均是哈尔滨电机厂生产的三机无刷励磁发电机组 ,型号为 QFSN-600-2YH ,励磁调节 器采用英国 ROLLS-ROYCE( 简称 R-R) 公司的数字式励磁调节器, PSS 完全由软件构成, 其PSS 输入信号采用发电机电功率即 P ,其结构如图 1 : 图1电力系统稳定器 (PSS) 方框图 ROLLS-ROYCE 公司的电力系统稳定器 (PSS) 输入信号为发电机的负电功率信号, 由此生成一个相位补偿及增益控制的调节信号以对有功功率振荡产生阻尼作用。 现场运行参数为: PSS 自动投入值: 0.3PU 功率, 返回值 0.14PU 功率, Kp=2 、 Te=10 、T1=2 、T2=0.35 、T3=4 、T4=0.2 、T5=0.05 、T6=0.08 、T7=0.05 ,PSS 输出限 幅: ±5% 5 PSS 实验过程 5.1 励磁系统在线无补偿频率特性的测量 励磁控制系统无补偿频率特性即励磁系统滞后特性。因励磁控制系统滞后特性的 存在,加到励磁调节器的附加信号经滞后才能产生附加力矩。 测量励磁控制系统滞后特性应 测量附加力矩对 PSS 迭加点的滞后角度。 因为在发电机高功率因数运行时, 机端电压对 PSS 迭加点的滞后角度近似等于附加力矩对 PSS 迭加点的滞后角度。 实验时,发电机并网运行 ,记录有功、无功、机端电压值, PSS 不投入,用频谱仪 将噪音信号加入到调节器的相加点上, 测量励磁系统的相频特性。 测得的励磁系统在线无补 偿相频特性见表 1。 表1励磁系统相频特性 由表 1 可见,在线无补偿频率特性基本正常 ,相位滞后比一般的交流励磁机励磁系 统稍大些。 (励磁机励磁系统约为 -40 °150 °) 5.2 励磁系统在线有补偿频率特性的测量 有补偿频率特性由无补偿频率特性与 PSS 单元相频特性相加得到, 用来反映 PSS 相位补偿后的附加力矩相位。 DL/T650-1998