電力系統(tǒng)穩(wěn)定器SS及其在三峽機(jī)組的應(yīng)用_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)及其在三峽機(jī)組的應(yīng)用彭煒東,薛福文(三峽水力發(fā)電廠,湖北宜昌市,443113)摘要:介紹了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的基本原理及設(shè)計(jì)方法,針對(duì)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)對(duì)三峽機(jī)組PSS要求,比較了不同類型的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器在三峽機(jī)組上的使用情況及存在的問題,最終確定了一種適合的三峽機(jī)組的模型。關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng)穩(wěn)定器;阻尼;低頻振蕩;反調(diào)作者簡(jiǎn)介:彭煒東(1968-),碩士,男,高級(jí)工程師,長(zhǎng)期從事勵(lì)磁系統(tǒng)的檢修和維護(hù)工作,現(xiàn)從事水電廠二次設(shè)備的管理工作。作者照片:彭煒東(左三)、邵顯鈞(左一)、王思南(左二)、陳小明(右三)、曾濤(右二)、王波(右一)在中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)大電機(jī)專委會(huì)勵(lì)磁分專業(yè)委員會(huì)(海南三亞會(huì)議)上合影。前言隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展,電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大,大電網(wǎng)存在的問題也逐步顯現(xiàn)出來,美國(guó)、英國(guó)、意大利等國(guó)都相繼發(fā)生過大規(guī)模的停電事故,各國(guó)專家對(duì)大電網(wǎng)存在的問題也越來越關(guān)注,其中大電網(wǎng)的穩(wěn)定性問題一直是專家們關(guān)注的焦點(diǎn)。低頻振蕩是影響電網(wǎng)穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素,對(duì)低頻振蕩的抑制早在70年代就有了比較成熟的方法,其中最典型的就是采用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)。PSS的基本原理電力系統(tǒng)產(chǎn)生低頻振蕩的原因很多,其中主要原因是電網(wǎng)構(gòu)架薄弱,各區(qū)域電網(wǎng)之間的阻尼較小,當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)時(shí),會(huì)出現(xiàn)功率的振蕩,弱阻尼系統(tǒng)不能依靠自身的阻尼來平息振蕩,從而使得振蕩得到進(jìn)一步的放大。因此,要防止低頻振蕩,就要增加系統(tǒng)的正阻尼,減小負(fù)阻尼。有很多方法都可以達(dá)到這個(gè)目的,如改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、改變運(yùn)行方式、減小聯(lián)絡(luò)線的輸送功率、調(diào)整勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)等,但最為有效且經(jīng)濟(jì)的方法是采用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)。發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制系統(tǒng)是一個(gè)由多個(gè)慣性環(huán)節(jié)組成的反饋控制系統(tǒng)。從勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的信號(hào)測(cè)量到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組,每一個(gè)環(huán)節(jié)都具有慣性,其中主要的慣性是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組。因此,總體來看,勵(lì)磁系統(tǒng)是一個(gè)滯后環(huán)節(jié)。正是由于這種滯后性,使得在系統(tǒng)低頻振蕩時(shí),勵(lì)磁電流的變化滯后于轉(zhuǎn)子角的變化,加劇了轉(zhuǎn)子角的擺動(dòng),也就是提供了負(fù)的阻尼。PSS的任務(wù)就是抵消這種負(fù)的阻尼,同時(shí)還要提供正的阻尼。為了便于說明PSS是如何提供正的阻尼的,建立一個(gè)δ-ω平面坐標(biāo)系,在δ-ω平面上,和轉(zhuǎn)子速度變化同相的力矩是正阻尼力矩,反相的是負(fù)阻尼力矩,和角度變化同相的力矩是正同步力矩,反相的為負(fù)同步力矩。在電力系統(tǒng)中并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī),它穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件是具有正的阻尼力矩系數(shù)和正的同步力矩系數(shù)。當(dāng)阻尼力矩系數(shù)為負(fù)時(shí),將會(huì)因出現(xiàn)自發(fā)增幅振蕩而最終失去穩(wěn)定,而當(dāng)同步力矩系數(shù)為負(fù)時(shí),發(fā)電機(jī)將出現(xiàn)爬行失步。功率增量ΔP為機(jī)械功率Pm與電功率Pe之差,功率增量產(chǎn)生轉(zhuǎn)子加速度,轉(zhuǎn)子速度ω滯后于加速度90度,而轉(zhuǎn)子角度δ又滯后于轉(zhuǎn)子速度90度。在低頻振蕩中,電壓的變化與有功的變化基本是反向的,即ΔU與ΔP反向。由此可以確定各變量在δ-ω平面的方向如圖一所示。當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生功率擾動(dòng)時(shí),機(jī)組的轉(zhuǎn)子角Δδ要發(fā)生變化,但是由于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是采用按電壓偏差信號(hào)-ΔU進(jìn)行調(diào)節(jié)的,經(jīng)過勵(lì)磁系統(tǒng)這個(gè)滯后環(huán)節(jié)后,其所產(chǎn)生的電磁力矩T1滯后于Δδ一個(gè)角度φ1,從圖中可以看出,T1在ω軸上的分量是負(fù)值,即其提供負(fù)的阻尼。為了消除這種負(fù)阻尼,需要提供一個(gè)附加控制信號(hào),這個(gè)信號(hào)就是PSS信號(hào)。以取功率增量作為輸入信號(hào)的PSS為例來說明其作用原理。功率增量ΔP與Δδ反向,從圖中可以看出,要使機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行并使最后合成的電磁轉(zhuǎn)矩T∑在ω軸上的分量為正值,即提供正的阻尼,則由PSS調(diào)節(jié)信號(hào)產(chǎn)生的電磁力矩T2必須落在第Ⅰ象限,因此,必須對(duì)PSS的輸入信號(hào)ΔP提供一個(gè)相位滯后。圖中φ2為PSS環(huán)節(jié)本身對(duì)特定頻率的輸入信號(hào)產(chǎn)生的相位移,是一個(gè)滯后角度,φ3是勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)PSS調(diào)節(jié)信號(hào)ΔPSS產(chǎn)生的相位滯后角度。從圖中可知,只要適當(dāng)調(diào)整PSS輸出信號(hào)的相位及放大倍數(shù),就可以使最后的合成電磁力矩提供正的阻尼力矩及正的同步力矩。Δδ、Pe、-ΔUΔωΔP=Pm-PeT1ΔPSST2T∑φ2φ3φ1欺圖一竊Δδ、Pe、-ΔUΔωΔP=Pm-PeT1ΔPSST2T∑φ2φ3φ1量從本稱質(zhì)上帝講,貿(mào)引入蜂PS陽(yáng)S是拳為了院補(bǔ)償緊勵(lì)磁只調(diào)節(jié)判器對(duì)生機(jī)電撲振蕩郵產(chǎn)生角的負(fù)筍阻尼模,以慣提高全系統(tǒng)或的動(dòng)社態(tài)穩(wěn)仔定性嗎。因賭此,榜在原臺(tái)理上邁,P體SS公的輸粗入信住號(hào)可亞以是裂與電四功率蔽有關(guān)粒聯(lián)的轉(zhuǎn)任何僻量,斧包括基Δω塑、出Δδ播、P窩e、憶Δ怨P、朗Δ搞f等秧。但陪不同敞的輸宣入信敏號(hào)其庫(kù)處理確方法患及相果應(yīng)存輸在的胃問題伯是不毀同的突。測(cè)諸軸轉(zhuǎn)祖速的鍛PS喪S原晃理上餡是用匯Δω毀為輸快入信蛇號(hào),窮它在稠使用倒中的央問題喘是發(fā)待電機(jī)陶軸上飼通常迫都有廳軸系喂扭轉(zhuǎn)銅,使沙得信忙號(hào)的殃測(cè)量魚和處傍理比飛較復(fù)爹雜;疾以過陵剩功娛率捐Δ彎P為導(dǎo)輸入慚信號(hào)奮的P夠SS障效果化可以鋸與測(cè)怪軸轉(zhuǎn)腫速的且PS夠S相關(guān)當(dāng),諒它的錢缺點(diǎn)象是機(jī)澡械功胞率的帆測(cè)量旗與模樹擬都丑較復(fù)蓄雜,補(bǔ)一般肚情況扔下輸盆入信裁號(hào)上瞧止一遲個(gè);預(yù)測(cè)電硬功率井Pe甘的P溝SS蘿實(shí)際剃上是貼在測(cè)閉過剩竊功率驢的情鈔況下蓬假定捉機(jī)械惡功率柏不變洽而得煤到的夏,在與使用魄上效責(zé)果也咸不錯(cuò)梳,只競(jìng)是在賭原動(dòng)舅機(jī)功應(yīng)率變道化時(shí)嘉會(huì)出薦現(xiàn)反旺調(diào)現(xiàn)和象,迎一般鎮(zhèn)采用宵的方池法是償在調(diào)頑原動(dòng)階機(jī)功麻率時(shí)墻將測(cè)脾電功造率的貍PS半S閉禁鎖;深測(cè)機(jī)哲端電立壓頻磨率蹤△共f的昌PS換S克準(zhǔn)服了某測(cè)軸進(jìn)轉(zhuǎn)速硬PS攜S信躲號(hào)處伴理上府的困小難,丟但由縮于發(fā)翅電機(jī)假電抗抽的影偉響,結(jié)△蝕f與攜頻差做Δω岸不完待全一橡致,璃因而謹(jǐn)效果線上稍悄差。豐標(biāo)準(zhǔn)被的P皆SS湊模型公一般臟由如帝圖所勇示的筋幾個(gè)攜環(huán)節(jié)菊組成吼,這致也是說被I符EE果E及途IE勾C推況薦的辱標(biāo)準(zhǔn)缸模型輔。maxminP、ω、f信號(hào)采集環(huán)節(jié)高頻濾波環(huán)節(jié)超前滯后環(huán)節(jié)放大及自動(dòng)復(fù)位環(huán)節(jié)限幅環(huán)節(jié)租圖二重maxminP、ω、f信號(hào)采集環(huán)節(jié)高頻濾波環(huán)節(jié)超前滯后環(huán)節(jié)放大及自動(dòng)復(fù)位環(huán)節(jié)限幅環(huán)節(jié)差信號(hào)屠采集盲環(huán)節(jié)廈對(duì)輸剩入的扶信號(hào)泉進(jìn)行灰變換屋處理獸,并是一乒個(gè)慣慧性環(huán)晚節(jié),墳會(huì)綁產(chǎn)生乓一定劈的論時(shí)延駁。一攪般來獸說,壓希望璃由該鳥環(huán)節(jié)深產(chǎn)生廈的延堵時(shí)越朽小越曲好,雄但同耐時(shí)需困要將通輸入丘信號(hào)族中的添白噪狐聲抑切制在牲一定庭的范潔圍內(nèi)遭,因糠此其樓值顯也不恐可太騙小較。識(shí)可根洽據(jù)現(xiàn)辛場(chǎng)情炎況進(jìn)勵(lì)行調(diào)嫩整。旦高頻琴濾波彎環(huán)節(jié)棗是用于于抑送制發(fā)脾電機(jī)肢有關(guān)裕振蕩蚊的,俱經(jīng)過澤信號(hào)慢采集緞環(huán)節(jié)濟(jì)變換方后唐的主憐信號(hào)哀的頻或率都偶不大澇于3沾Hz隨。所辮以在渣由P欠SS陵所構(gòu)禮成的暗閉環(huán)課回路無中,幅稱頻雖率大咳于3銷Hz綢的信皂號(hào)為栗高頻京信號(hào)蓮。這涼種高恥頻信鋼號(hào)會(huì)神有信繭號(hào)采耍集環(huán)應(yīng)節(jié)輸錯(cuò)出主頃信號(hào)團(tuán)中所妙?yuàn)A雜瞇的脈傍動(dòng)、緣白噪統(tǒng)聲以載及頻庫(kù)率不賄小于配4H需z的炕機(jī)組犬軸系建扭振仗信號(hào)似。高樓頻濾淺波機(jī)環(huán)節(jié)宜對(duì)機(jī)鬧組的逼安全偷運(yùn)行坊,尤伏其是載對(duì)抑走制扭籃振信水號(hào)的較破壞隸作用劈至關(guān)北重要夸。識(shí)其設(shè)隨計(jì)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