PSS裝置在電力系統(tǒng)中的作用

1、淺談電力系統(tǒng)振蕩及PSS裝置的作用樊紹華PSS是電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 (Power system stabilizer )的簡(jiǎn)稱(chēng)。一、電力系統(tǒng)的振蕩類(lèi)型：電力系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過(guò)程中可能出現(xiàn)多種類(lèi)型的振蕩，如電磁振蕩：表現(xiàn)為系統(tǒng)電感和電容元件之間的能量交換振 蕩。振蕩頻率一般較高，例如高壓線路電感的線路分布電容之間 在一定條件下可能產(chǎn)生諧振，這種諧振可能引起危險(xiǎn)的高電壓。 以如高壓串聯(lián)補(bǔ)償線路的電感和串聯(lián)補(bǔ)償電容，這種振蕩頻率較低，一般低于同步頻率，稱(chēng)為“次同步振蕩”。另一類(lèi)常見(jiàn)的電磁 振蕩是由系統(tǒng)中調(diào)節(jié)裝置特性不恰當(dāng)引起，它的振蕩頻率可能在很大范圍內(nèi)變化。電磁振蕩一般衰減較快， 但如果它的振蕩頻率 與系統(tǒng)

2、機(jī)電自然振蕩頻率相同， 或與機(jī)組軸系自然振蕩頻率互補(bǔ) 則可能引起嚴(yán)重后果。機(jī)電振蕩：表現(xiàn)為機(jī)械元件之間的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)(振動(dòng))和扭 轉(zhuǎn)振蕩。對(duì)于電力系統(tǒng)安全影響較大的有汽輪機(jī)葉片諧振和大機(jī) 組軸系的扭振，其自然振蕩頻率可以低于或高于同步頻率。如果存在一個(gè)頻率與其機(jī)械自然振蕩頻率相同的外部擾動(dòng)，則將出現(xiàn) 危險(xiǎn)的諧振，可能損壞設(shè)備。在系統(tǒng)出現(xiàn)大的擾動(dòng)后，軸系也將 i引起扭振，如果這個(gè)扭振還未來(lái)得及衰減，以來(lái)一次擾動(dòng)，則兩 次擾動(dòng)的效果可能重合而引起更大幅值的扭振。電力系統(tǒng)故障 時(shí)，可能接連出現(xiàn)短路、切除、重合閘于故障、再切除等多次大 擾動(dòng)，這些擾動(dòng)如果多次疊加，則可能出現(xiàn)嚴(yán)重后果。機(jī)電振蕩：常見(jiàn)的是發(fā)電

3、機(jī)組間功率動(dòng)態(tài)振蕩。振蕩時(shí)的能量是 通過(guò)電氣聯(lián)系傳遞的，故稱(chēng)為機(jī)電振蕩，表現(xiàn)為發(fā)電機(jī)電功率和 功角的變化。當(dāng)振蕩較嚴(yán)重時(shí)，系統(tǒng)不能維持同步運(yùn)行，即穩(wěn)定 破壞。機(jī)電振蕩的頻率較低，一般在0.2 2.5Hz范圍內(nèi)，通常稱(chēng)為低頻振蕩。機(jī)電扭振互作用：表現(xiàn)為電磁振蕩和機(jī)械扭振的相互作用。 如電力系統(tǒng)中出現(xiàn)頻率為fe（fe低于同步頻率fn）的電磁振蕩， 發(fā)電機(jī)定子電流中頻率為fe的電流分量將在以fn速度旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn) 子直流繞組中產(chǎn)生頻率為（fn-fe ）的交變力矩，如果軸系的自然 振蕩頻率fm=fn-fe，則將引起軸系的扭轉(zhuǎn)諧。 這種機(jī)電扭振互作 用通常稱(chēng)為次同步諧振，可能?chē)?yán)重?fù)p壞機(jī)組。由于非線性引起的參數(shù)

4、諧振：當(dāng)電力系統(tǒng)受到外界周期性擾 動(dòng)時(shí)，例如周期性波動(dòng)的負(fù)荷擾動(dòng)或調(diào)節(jié)器控制作用的波動(dòng)等， 如果擾動(dòng)頻率與系統(tǒng)的機(jī)電自然振蕩頻率或其倍數(shù)相同，則電力系統(tǒng)會(huì)因諧振發(fā)生大幅度的電力振蕩。但在電力系統(tǒng)內(nèi)除自然振蕩頻率外，還存在由非線性引起的諧振頻率，它也可能使電力系統(tǒng)發(fā)生諧振。低頻振蕩是電力系統(tǒng)最常見(jiàn)的振蕩，11.9發(fā)生的振蕩就是由于系統(tǒng)受到外界擾動(dòng)引起的低頻振蕩，振蕩頻率在0.82-0.93Hz 之間。二、電力系統(tǒng)的機(jī)電振蕩特性對(duì)于50Hz系統(tǒng)，自然振蕩頻率約為0.25 2.5H范圍內(nèi)， 當(dāng)系統(tǒng)聯(lián)系比較弱，X刀較大，振蕩頻率低，例如在0.2 0.5Hz 左右，則稱(chēng)為互聯(lián)系統(tǒng)區(qū)域間振蕩模式。如果機(jī)組

5、電氣距離X刀較小，振蕩頻率較高，例如1Hz以上，可認(rèn)為就地機(jī)組間振蕩模式。為使系統(tǒng)低頻振蕩較快平息，一般要求低頻振蕩模式阻尼 比不小于0.10.3。三、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的影響阻尼：是指任何振動(dòng)系統(tǒng)在振動(dòng)中，由于外界作用和/或系統(tǒng)本身固有的原因引起的振動(dòng)幅度逐漸下降的特性，以 及此一特性的量化表征。如用D表示機(jī)械阻尼，De表示電氣阻尼；若 De 0 , 則在忽略調(diào)速器動(dòng)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生振蕩失步，即為正阻 尼。若De v 0，則機(jī)械阻尼與電氣阻尼的和D E=D+DeD E0，系統(tǒng)穩(wěn)定；D E=0，系統(tǒng)臨界；D Ev0，系統(tǒng)負(fù)阻尼，振蕩失步。目前，同步發(fā)電機(jī)普遍采用了自并勵(lì)靜止可控硅微機(jī)勵(lì)磁方

6、 式，使自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（AVR）的時(shí)間常數(shù)從幾十秒縮短到幾十毫 秒（20 ms）?？焖賱?lì)磁系統(tǒng)在提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的同時(shí)，勵(lì)磁 系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)大大減小，降低了電力系統(tǒng)阻尼，使系統(tǒng)中經(jīng)常出 現(xiàn)弱阻尼甚至是負(fù)阻尼，導(dǎo)致抑制振蕩的能力下降。當(dāng)振蕩嚴(yán)重 時(shí)會(huì)破壞互連系統(tǒng)的并列運(yùn)行， 造成大面積停電。包括我國(guó)在內(nèi) 的許多國(guó)家都發(fā)生了由低頻振蕩引起的嚴(yán)重事故。重負(fù)荷輸電線路容易引起功率振蕩，而快速高放大倍數(shù)的 勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)此起惡化作用。電力系統(tǒng)出現(xiàn)低頻振蕩時(shí)，可以采用減少輸送容量或退去 快速勵(lì)磁的辦法消除振蕩，但是不合理，因?yàn)榍罢卟唤?jīng)濟(jì)，后者 不利于大擾動(dòng)下的暫態(tài)穩(wěn)定。低頻振蕩可以通過(guò)附加勵(lì)磁控制提供電力系統(tǒng)所

7、需的附加 阻尼來(lái)加以抑 制，其中電力系 統(tǒng)穩(wěn) 定器(Power System Stabilizer 簡(jiǎn)稱(chēng) PSS )是一種有效的附加勵(lì)磁控制。四、PSS的作用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(pss)是為抑制低頻振蕩而研究的一種附 加勵(lì)磁控制技術(shù)。它在勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中，引入領(lǐng)先于軸速度的 附加信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)正阻尼轉(zhuǎn)矩，去克服原勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn) 生的負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩作用。用于提高電力系統(tǒng)阻尼、 解決低頻振蕩問(wèn) 題，從而提高發(fā)電機(jī)和整個(gè)電力系統(tǒng)的阻尼能力，抑制自發(fā)低頻振蕩的發(fā)生，加速功率振蕩的衰減。是提高電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性 的重要措施之一。它抽取與此振蕩有關(guān)的信號(hào)， 如發(fā)電機(jī)有功功 率、轉(zhuǎn)速或頻率，加以處理，產(chǎn)生的附加

8、信號(hào)加到勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中， 使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生阻尼低頻振蕩的附加力矩。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的作用主要是抑制電力系統(tǒng)0.12.5 Hz的低頻振蕩。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的任務(wù)是接受這些振蕩信號(hào)，并按要求傳遞給勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器，通過(guò)電壓調(diào)節(jié)器的自動(dòng)控制作用，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)振蕩提供正阻尼，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)振蕩的抑制。五、工作原理PSS 般采用轉(zhuǎn)速偏差頻率偏差厶f,加速功率（Pm-Pe）, 電磁功率偏差 Pe中的一個(gè)或幾個(gè)信號(hào)作為 AVR的附加信號(hào)輸 入，以達(dá)到抑制低頻振蕩的目的。 其輸入信號(hào)是發(fā)電機(jī)端電壓頻 率、軸速度、電功率的變化或它們的組合。信號(hào)檢測(cè)環(huán)節(jié)將交變 的機(jī)電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷盒盘?hào)，其中包括適當(dāng)?shù)臑V波和放大。

9、信號(hào)組合環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的微分、積分組合，以反映發(fā)電機(jī)軸加速功率和軸加速度等的變化。領(lǐng)先 -滯后環(huán)節(jié)調(diào)整電力系統(tǒng) 穩(wěn)定器的頻率響應(yīng),使電力系統(tǒng)穩(wěn)定器在可能發(fā)生振蕩的頻率范 圍內(nèi)都能提供正的阻尼轉(zhuǎn)矩。 放大調(diào)整用來(lái)整定穩(wěn)定器增益在最 佳和安全值。隔直環(huán)節(jié)使穩(wěn)定器的穩(wěn)態(tài)輸出為零。限幅和輸出電 路使送到電壓調(diào)節(jié)器的穩(wěn)定信號(hào)限制在允許的范圍內(nèi)，防止電機(jī)過(guò)電壓或無(wú)功過(guò)負(fù)荷。以為輸入信號(hào)的PSS使用的是超前網(wǎng)絡(luò)，超前網(wǎng)絡(luò)在高 頻時(shí)放大倍數(shù)會(huì)增大，所以對(duì)發(fā)電機(jī)扭動(dòng)振蕩極為敏感，使扭 動(dòng)振蕩現(xiàn)象更加嚴(yán)重；以APe作為輸入信號(hào)，檢測(cè)方便，所需超 前角度小，穩(wěn)定性好，已得到廣泛應(yīng)用，但存在反調(diào)現(xiàn)象。對(duì)于 水輪 發(fā)電機(jī)組，由于其機(jī)械功率變化速度快，反調(diào)影響更大； 以加速功率（Pm-Pe）為輸入信號(hào)，有電功率信號(hào)輸入的優(yōu)點(diǎn)，不 存在反調(diào)問(wèn)題，但要增加機(jī)械功率Pm為輸入信號(hào)，而該信號(hào)的 獲取不太容易；以厶Pe和同時(shí)為輸入信號(hào)，它們可以相互補(bǔ) 償，減小反調(diào)現(xiàn)象的影響。國(guó)內(nèi)外大多數(shù)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器都以厶 Pe或或Pm-Pe） 為輸入量，而以 Pe加同時(shí)為輸入量的PSS不多見(jiàn)。烏電電網(wǎng)在今年11.9前已曾發(fā)生幾次振蕩，據(jù)分析可能原 因?yàn)殡娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)、線路負(fù)荷重和相關(guān)參數(shù)變化引起，雖然以前在大電裝有PSS裝置，但整定是恩