電力系統(tǒng)穩(wěn)定器講座

1、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器講座電科院劉增煌1、電力系統(tǒng)穩(wěn)定的分類：按電力系統(tǒng)穩(wěn)定準(zhǔn)則分為：頻率穩(wěn)定；電壓穩(wěn)定；功角穏定;2、功角穩(wěn)定又可分為：靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（pss）主要解決功角穩(wěn)定中的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問題。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器, 泛指通過勵(lì)磁系統(tǒng)向發(fā)電機(jī)提供一個(gè)阻尼低頻振蕩的附加力矩。或，通過札1位校正 的方法，在較寬的頻率范圍內(nèi)向發(fā)電機(jī)提供一個(gè)阻尼低頻振蕩的附加力矩。先討論一個(gè)簡(jiǎn)單但很有用的電機(jī)輸出功率與電機(jī)轉(zhuǎn)子角之間關(guān)系的表達(dá)式：即p與轉(zhuǎn)子角之間是一條正弦曲線。vza圖1靜態(tài)與動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性問題圖2供屯系統(tǒng)故障線路°圖3單機(jī)無窮大系統(tǒng)故障前后的功角特性故障切除瞬間，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子經(jīng)

2、歷了圖3所示a區(qū)域的加速，運(yùn)行于曲線(3) 的q點(diǎn)。此時(shí)，轉(zhuǎn)子的動(dòng)能增加為：wk = f qpm - pe2) ds1 jao美國學(xué)者f.d.demcllo和c.concordia采用古典控制理論中的相位補(bǔ)償原理， 于1969年提出丫電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(power system stabilizer,縮寫為pss)的輔 助勵(lì)磁控制策略，從而形成了 “avr+pss”結(jié)構(gòu)的勵(lì)磁控制器。3、電力系統(tǒng)低頻振蕩，主要介紹概念、特點(diǎn)、產(chǎn)生原因和解決辦法。 概念：機(jī)組間或機(jī)群間的低頻(0. 1-2. 5iiz)同步振蕩，速度1次/1s,或幾 秒一次。 特點(diǎn)：頻率低，以平衡點(diǎn)為屮心的等幅或增幅振蕩。振蕩不是新出

3、現(xiàn)，當(dāng)擾 動(dòng)出現(xiàn)后，過渡過程總是振蕩型的。 產(chǎn)生原因：阻尼弱。系統(tǒng)有重負(fù)荷，長(zhǎng)距離功率輸送；快速高放大倍數(shù)勵(lì)磁調(diào) 節(jié)器的使用。容易產(chǎn)生弱阻尼的情況：遠(yuǎn)距離、大負(fù)荷、高功率因數(shù)送電。 解決辦法:avr+pss。pss就是提供增加系統(tǒng)阻尼力矩的附加勵(lì)磁控制部件.4、pss原理與應(yīng)用原理：用一個(gè)附加信號(hào)，通過avr的作用，加上特殊函數(shù)的作用，產(chǎn)生一個(gè)附加力矩，使得阻尼力矩增大，同步力矩減少。應(yīng)用要求：產(chǎn)生盡可能多的正阻尼分量，應(yīng)克服或抵消avk負(fù)阻尼作用。在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)中，引入除發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓以外的附加控制信號(hào)， 如同步發(fā)電機(jī)的電功率，軸速度和頻率等信號(hào)或上述信號(hào)的組合，經(jīng)過一 定的和位處理后

4、，再通過勵(lì)磁調(diào)節(jié)器去控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁，可以增加機(jī)組 的阻尼力矩，有效平息系統(tǒng)的低頻振蕩，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性.5、相頻特性問題理想的有補(bǔ)償頻率響應(yīng)特性是，在系統(tǒng)可能發(fā)生低頻振蕩的整個(gè)頻率范圍內(nèi)， 其相頻特性0comp均為-90° （以有功功率為輸入信號(hào)）。這樣，凡是與本發(fā)電機(jī) 有強(qiáng)相關(guān)的低頻振蕩，本機(jī)的pss都能有&好的阻尼作用。所謂有補(bǔ)償頻率響應(yīng) 特性是向時(shí)考慮了 pss和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)的頻率響成特性，其相頻特性0comp 為pss的相頻特性<z>pss與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的相頻特性之和，即少 comp=少 pss+ <ex為了得到理想的有補(bǔ)償頻率響應(yīng)特性，

5、對(duì)pss相位補(bǔ)償特性的耍求是，在系統(tǒng) 可能發(fā)生低頻振蕩的整個(gè)頻率范圍內(nèi)，以電功率為輸入信號(hào)的pss的相頻特性均為:0pss=-90。- 0ex電功率為輸入信號(hào)的pss,其滿足工程要求的奮補(bǔ)償相頻特性，根據(jù)對(duì)頻帶寬 度耍求的不同可取為：頻帶寬度要求為0.5hz2.0hz時(shí)可取為-60°-120°頻帶寬度要求為0. 1hz2. 0hz時(shí)可取為-50°-120°因此，對(duì)頻帶寬度要求為0. 1hz2.0hz的pss,其相頻特性應(yīng)滿足的要求是，在這 個(gè)頻率范闈內(nèi)，其相位為少pss= （-50-120） ° -少ex發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的相頻特性0cx應(yīng)該而且可

6、以通過實(shí)際測(cè)量得到。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 應(yīng)該具備進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)的相頻特性測(cè)量的條件。這點(diǎn)，業(yè)主在采購吋應(yīng)在合同 的技術(shù)要求中明確提出。當(dāng)有補(bǔ)償相頻特性，在某一段頻率上0comp的相位為正（大于0）吋，pss就會(huì)產(chǎn)生負(fù)阻尼作用，而不是正阻尼作用。6、加速功率型pss - 2a模型根據(jù)旋轉(zhuǎn)物體的力學(xué)定律，對(duì)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子可寫出如下的關(guān)系式式中m一一機(jī)組轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量t一一機(jī)械輸入轉(zhuǎn)矩t發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩用標(biāo)么值表示，在速度變化不大時(shí)，可用功率代替轉(zhuǎn)矩，則關(guān)系式變?yōu)閙 d =p - p at移項(xiàng)后有寫成偏差形式，d/dt用s代替，得= ms + pe因a&屮含有各種噪音，上式兩端乘g(s)濾去,apni

7、g(s) = (ms + apjg(s)加速功率為：=(a/ + apjg(5)-ape 690轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程( 5圖。阻尼d的作用方向。ap=pm-pe。ap勵(lì)磁對(duì)阻尼的附加作用k4(l+tes)ke圖5研究勵(lì)磁系統(tǒng)和電力系統(tǒng)工況對(duì)阻尼的影響 用來作為pss的輸入，加速功率為信號(hào)的pss是沒有“反調(diào)”的。在發(fā)電機(jī)組機(jī)械輸入功率發(fā)生變化時(shí)，pss的輸入信號(hào)為加速功率apa,在發(fā)電機(jī)組機(jī) 械輸入功率不變化時(shí)，apa=apeo在選擇、整定pss參數(shù)時(shí)，可以按電功 率輸入pss進(jìn)行。pss-2a型cepri電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制裝置的輸入是發(fā)電機(jī)的有功信號(hào)，經(jīng)過 隔直環(huán)節(jié)和補(bǔ)償環(huán)節(jié)，最后輸出到勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，作

8、為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器綜合環(huán)節(jié)的一 個(gè)負(fù)的輸入。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，由于隔直環(huán)節(jié)的作用，輸出信號(hào)為零。當(dāng)系統(tǒng)受 到擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的低頻振蕩分量將使pss產(chǎn)生輸出信號(hào)，將產(chǎn)生阻尼低頻振蕩 的轉(zhuǎn)矩，整個(gè)pss裝置的增益和相位決定了它對(duì)系統(tǒng)的阻尼效果。7、pss參數(shù)優(yōu)化pss參數(shù)的優(yōu)化問題一直是大家關(guān)心的問題。由于電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的多變性, 要選擇一組參數(shù)在各種運(yùn)行方式下都有最優(yōu)的結(jié)果幾乎是不可能的。因此，我們認(rèn) 為，pss參數(shù)的優(yōu)化問題，首先應(yīng)該是有良好的適應(yīng)性，對(duì)所研究的各種可能的運(yùn) 行方式下都能提供足夠正阻尼，保證在這些運(yùn)行方式下系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的。適應(yīng)性，滿足各種運(yùn)行方式，頻段范圍及正阻尼要求。所謂有良好的適

9、應(yīng)性是指pss參數(shù)應(yīng)能滿足電力系統(tǒng)可能出現(xiàn)的所有運(yùn)行方式的要求， 在這些可能出現(xiàn)的運(yùn)行方式下，各個(gè)發(fā)電機(jī)的pss都應(yīng)對(duì)與本機(jī)有強(qiáng)和 關(guān)的振蕩模式提供正的阻尼。改進(jìn)性及消除無功反調(diào)的問題，以不影響機(jī)組自身適應(yīng)性的要求為原則。8、無功反調(diào)所謂無功“反調(diào)”，是指機(jī)組在增加機(jī)械功率輸入以達(dá)到增加發(fā)電機(jī)的有功 負(fù)荷時(shí)，發(fā)電機(jī)的無功出現(xiàn)向相反方向即減少方向變化，而在減少機(jī)械功率 輸入以達(dá)到減少發(fā)電機(jī)的有功負(fù)荷時(shí)，發(fā)電機(jī)的無功出現(xiàn)向相反方向即增加 方向變化的現(xiàn)象?！胺凑{(diào)”的大小與功率調(diào)整速度密切相關(guān)，速度越快，“反 調(diào)”越大。減少反調(diào)的方法：)/ / a bde)機(jī)組原動(dòng)機(jī)擾動(dòng)調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍；完善勵(lì)磁

10、限制；降低信號(hào)測(cè)量的頻率覆蓋，但影響低頻段pss作用; 減少res放大倍數(shù)；減少pss輸出限幅值9、低頻振蕩發(fā)生情況pss來由6()年代美國、西歐、日本相繼發(fā)生輸電線功率振蕩，1966年美國第一臺(tái)pss工 業(yè)運(yùn)行，由于pss物理概念清楚、易于計(jì)算、電路簡(jiǎn)單、效果良好、調(diào)試方便，被 各國接受。國內(nèi)低頻振蕩情況1 ) 1983年湖南鳳灘投入pss使輸送功率極限從160mw提高到278mw；2) 1984年廣東-九龍聯(lián)絡(luò)線發(fā)生低頻振蕩，f=0.45hz,在九龍機(jī)組投運(yùn)pss后 解決問題；1986年廣東廣西聯(lián)網(wǎng)后又發(fā)生f=0.3hz低頻振蕩，在九龍、廣東、 廣西部分機(jī)組投運(yùn)pss；3) 1985年湖北電網(wǎng)因切除一回聯(lián)絡(luò)線引起1hz振蕩，降低葛洲壩電廠出力后平 息振蕩；4) 1995年大亞灣電廠900mw機(jī)組跳閘，引起廣西至廣東聯(lián)絡(luò)線振蕩解列，原 因之一是廣丙電廠pss未投。5) 2001年5月16日安徽平圩600mw機(jī)組500kv出線發(fā)生功率振蕩，當(dāng)時(shí)高 功率因數(shù)運(yùn)行，振蕩持續(xù)數(shù)十分鐘，增加勵(lì)磁減少有功功率后解決。6) 二灘電廠當(dāng)pss退出吋發(fā)生低頻振蕩；天生橋與廣東聯(lián)網(wǎng)當(dāng)其它聯(lián)絡(luò)線故障 切除時(shí)發(fā)生低頻振蕩；7)