华能上安电厂Rolls-Royce公司电力系统
稳定器现场试验吴余泉　刘双林　周根栓　　摘要　叙述采用英国Rolls-Royce公司生产的励磁调节器的华能上安电厂3、4号机电力系统稳定器（PSS）的参数选择和现场试验结果，给出了电力系统稳定器的正确参数和试验方法，并建议取PSS放大倍数K≤5，限幅值取5。
　　关键词　数字式自动电压调节器　电力系统稳定器　现场试验SITE－TESTOFPOWERSYSTEMSTABILIZER
INHUANENGSHANG''ANPOWERPLANTWuYuquan
ElelctricPowerResearchInstitute,StatePowerCorporationofChina
Beijing,100085China
LiuShuanglin
　　HebeiProvincialElectricPowerTest＆ResearchInstitute
Shijiazhuange,050021Chian
ZhouGenshuan
HuanengShang''anPowerPlantJingxing,050310China　　ABSTRACT　ThedigitalautomaticvoltageregulatorsforNo.3andNo.4generatorinHuanengShang''anPowerPlantistheproductsofRolls-RoyceIndustrialGroup,UK.Theparameterselectionprocessofpowersystemstabilizeroftheregulatorandthetestresultonsiteispresented.Thecorrectparametersofpowersystemstabilizersandtestmethodarealsogiven.
　　KEYWORDS　digitalautomaticvoltageregulator;powersystemstabilizer;site-test1　前言　　华能上安电厂二期工程安装两台300MW国产机组，机组采用发电机变压器组单元制接线，厂内设有500kV升压站，电厂与系统经500kV安保线相联，线路全长202km。
　　上安电厂3、4号机采用全静态自并励励磁系统，励磁调节器为三通道冗余式数字调节器，由英国Rolls-Royce公司生产。
　　上安电厂3、4号机分别于1997年9月和10月投产发电。由于上安电厂与系统联线的特殊性和采用自并励励磁方式，自1997年10月至1998年6月，3、4号机多次发生机组和安保线的功率低频振荡（频率在1.15～1.25Hz之间），并造成多次解列停机，对电厂设备和电网安全构成了很大威胁。为此，河北省电力局几次召开由各方专家参加的会议，并责成省调通局、省电研所和上安电厂等单位共同研究方案，尽早解决这一技术难题。研究决定，会同国家电力公司电力科学研究院共同对上安电厂3、4号机发生的低频功率振荡问题进行研究，决定首先将3、4号机的电力系统稳定器(PSS)投入运行，以提高机组阻尼功率振荡的能力。
　　根据上安电厂3、4号发电机及励磁系统参数、电网潮流和河北南网结构建立数学模型，电科院首先对上安电厂3、4号机PSS参数进行了计算，给出了几组PSS现场试验可能采用的参数。在此基础上，由电科院、省电研所、省调通局和上安电厂于1998年5月20日至21日完成了上安电厂3、4号机的PSS现场试验并将此两台机组的PSS投入运行。2　数字式自动电压调节器自动调节环的传递函数　　电力系统稳定器(PSS)投运前应校验调节器自动调节环的整定是否合理。
　　根据厂家提供的资料和整定的运行参数，发电机空载时励磁控制系统的框图见图1。其中：BCU部分为桥控单元，即手动单元。图1　发电机空载时励磁控制系统调节框图
Fig.1　Excitingcontrolsystemblock
diagramforgeneratorunloaded　　在三套自动调节器中的两套发生故障时，调节器即自动切换到手动运行。手动运行时，调节器按给定转子电流调节，调节环采用比例、积分调节并有转子电流负反馈。调节器自动环的输出经BCU起作用。自动环用所谓AVR滤波器来校正，增益取200。整个调节环的传递函数较其它厂家的自并励励磁系统复杂，有些参数与众不同。发电机投运时，曾做过3阶跃响应试验，超调量、上升时间等指标符合国标要求。根据厂家提供的励磁控制系统传递函数，用MATLAB程序进行计算机仿真，发电机空载时的阶跃响应也符合国标要求（见图2），所以，认为其控制系统参数是合理的，决定维持原整定参数不变。图2　发电机空载时阶跃响应（计算机仿真）
Fig.2　Stepresponseforgeneratorunloaded3　电力系统稳定器的传递函数　　现场试验中的电力系统稳定器传递函数的确定，是根据河北省调通局提供的河北南网潮流和电网参数，用BPA程序和电力系统分析综合程序分别进行计算的。选择多种不同的PSS参数组别，在小干扰的情况下，观察其阻尼功率振荡的能力，筛选出阻尼低频振荡效果较好的组别作为现场试验可用组别。选定的试验组别中包括厂家推荐的PSS参数（以下简称PSS1）。
　　Rolls-Royce公司的三通道励磁调节器中采用的电力系统稳定器由软件完成，其输入信号为电功率信号，经以下的传递函数后与发电机电压信号相加。传递函数中的T和K都是可以在线整定的，参数改变很方便。　　厂家的推荐参数为：T_e＝10s，T₁＝1.5s，T₂＝0.2s，T₃＝4s，T₄＝0.12s，T₅＝0.10s，T₆＝0.8s，T₇＝1.1s，K＝25。
　　根据以上参数，用MATLAB计算出来的PSS幅相特性如图3所示。图3　PSS的幅相频率特性
Fig.3　Thefrequencyresponse
ofpowersystemstabilizer4　励磁系统在线无补偿频率特性测量　　（1）试验目的　实测发电机频率特性，为PSS的相位补偿提供依据。
　　（2）测量内容和方法　利用3562A动态信号分析仪直接测量励磁系统的在线无补偿频率特性，用信号分析仪的伪随机信号作为信号源输入到励磁调节器的电压相加点，信号源电平设定为0.25V，测量取5次算术平均。测量时发电机有功功率P＝250MW，无功功率Q＝70Mvar。测得的在线无补偿频率特性如图4所示。图4　3号机在线无补偿频率特性
Fig.4　FrequencyresponseofNo.3
generator(onlinewithoutPSS)　　从实测的频率特性可以看出，在1.15Hz和1.26Hz附近有一相位下陷缺口。这表明在此频率下，系统阻尼较弱，这与几次系统低频振荡事故的录波图上测得的振荡频率相吻合。5　PSS试验参数的预配置　　根据小干扰矢量图，负电功率信号经PSS滞后加上励磁系统的滞后接近90°，即在Δω轴附近，可提供较强的阻尼力矩。在已知励磁系统的在线无补偿频率特性后，调节PSS的传递函数中的T值，可以做到在较大的低频振荡范围内，PSS都有较好的相位补偿。分析表明：厂家推荐的参数是合理的。在低频振荡0.5～1.5Hz范围内，－ΔP_e信号经PSS和励磁系统环节后，矢量离Δω轴大约为12°～24°，在较大的频率范围内都能提供较强的阻尼力矩。此组参数可作为现场试验的重点。另选一组有超前角度的PSS参数(以下简称PSS4)以比较其阻尼效果。6　励磁系统阶跃响应试验　　（1）试验目的　用阶跃响应法校核不同组别PSS参数阻尼功率振荡的能力；改变PSS增益，确定临界增益和PSS最大容许增益。
　　（2）试验内容和方法　在励磁调节器电压相加点加入一个阶跃电压以造成发电机功率微小振荡的方法（阶跃响应法），是校验PSS效果的常用方法之一。比较同一阶跃量下PSS退出和投入时的功率振荡波形就可以清楚地判断PSS阻尼振荡的实际效果。
　　此次现场试验，进行了2％阶跃响应。图5～图7分别为3号机2％阶跃响应的录波图(录波图分析的结果见表1)。为了评价阻尼功率振荡[1][2]下一页