(高清版)GBT 40591-2021 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定試驗導(dǎo)則

電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定試驗導(dǎo)則國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會I前言 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4試驗條件 25試驗項目及要求 36參數(shù)整定 57參數(shù)重新整定的條件 5附錄A(資料性)PSS模型 6附錄B(規(guī)范性)振蕩頻率和阻尼比計算方法 7附錄C(規(guī)范性)動態(tài)功角穩(wěn)定計算 8參考文獻 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中國電力企業(yè)聯(lián)合會提出。本文件由全國電網(wǎng)運行與控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC446)歸口。本文件起草單位：國家電網(wǎng)公司國家電力調(diào)度控制中心、中國電力科學(xué)研究院有限公司、中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司、國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院、浙江浙能技術(shù)研究院有限公司、廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院、國家電網(wǎng)有限公司華東分部、國家電網(wǎng)有限公司西南分部、國網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院、華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司、國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院、國家電網(wǎng)有限公司華中分部。1電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定試驗導(dǎo)則1范圍本文件規(guī)定了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定試驗條件、試驗項目及要求和參數(shù)整定。本文件適用于單機容量100MW及以上汽(燃?xì)?輪發(fā)電機、核電機組，40MW及以上水輪發(fā)電機、抽水蓄能發(fā)電/電動機和光熱機組，接入電壓等級220kV及以上的同步發(fā)電機組。其他機組可參照執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T7409.3同步電機勵磁系統(tǒng)大、中型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術(shù)要求GB38755電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則DL/T583大中型水輪發(fā)電機靜止整流勵磁系統(tǒng)技術(shù)條件DL/T843同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術(shù)條件3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器powersystemstabilizer;PSS借助自動電壓調(diào)節(jié)器控制同步電機勵磁，抑制電力系統(tǒng)功率振蕩附加控制裝置或功能。[來源：GB/T7409.1—2008,5.9,有修改]當(dāng)原動機輸出功率增加或減少時，因PSS調(diào)節(jié)作用引起勵磁電壓、同步電機電壓和無功功率同時反向調(diào)整的現(xiàn)象。勵磁控制系統(tǒng)無補償頻率響應(yīng)特性uncompensatedfrequencyresponseofanexcitationcontrolsystemPSS退出時，由勵磁調(diào)節(jié)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩分量T。對于PSS輸出嵌入點信號Us的頻率響應(yīng)特性(△T/△Us)。注：工程上常用機端電壓△U:代替轉(zhuǎn)矩分量△T,用△U/△Us來表述?！鱑s為在PSS輸出嵌入點加入的激勵信號。PSS投入時，由勵磁調(diào)節(jié)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩分量T。對于PSS輸入信號Us的頻率響應(yīng)特性(△T/2注：工程上常用機端電壓△U,代替轉(zhuǎn)矩分量△T?,用△U,/△Us來表述，△Usn為在PSS輸入端加入的激勵信號。區(qū)域振蕩模式inter-areaoscillationmode電力系統(tǒng)內(nèi)的一個區(qū)域同步電機機群相對于另一區(qū)域同步電機機群的振蕩模式。注：頻率范圍一般在0.7Hz以下。PSS直流增益DCgainofPSS不包括隔直環(huán)節(jié)，振蕩頻率為零時的PSS增益。PSS交流增益ACgainofPSS包括隔直環(huán)節(jié)，對應(yīng)不同振蕩頻率的PSS增益。不引起勵磁控制系統(tǒng)自激振蕩的PSS的最大增益。將同步發(fā)電機的實際電壓與給定值進行比較，并按其偏差以適當(dāng)?shù)目刂埔?guī)律調(diào)節(jié)勵磁輸出的裝置。4試驗條件4.1勵磁系統(tǒng)4.1.1AVR及PSS模型應(yīng)經(jīng)過有資質(zhì)檢測機構(gòu)實測確認(rèn)。4.1.2PSS宜采用GB/T7409.2規(guī)定的數(shù)學(xué)模型，至少應(yīng)包括1個～2個隔直環(huán)節(jié)、2個及以上超前滯4.1.3PSS信號測量環(huán)節(jié)的時間常數(shù)應(yīng)不大于20ms。4.1.4抽水蓄能機組的PSS在發(fā)電機模式和電動機模式下，均應(yīng)具備投入條件。4.1.5PSS調(diào)節(jié)應(yīng)無死區(qū)，PSS應(yīng)能定義內(nèi)部變量輸出，供外部監(jiān)測和錄波。4.1.6PSS輸出信號加入到AVR電壓相加點上，PSS輸出信號的基準(zhǔn)值應(yīng)與發(fā)電機電壓的基準(zhǔn)值相同；PSS輸出信號加入到AVR電壓相加點后的某環(huán)節(jié)的輸出點，PSS輸出信號的基準(zhǔn)值與該輸出點信號的基準(zhǔn)值相同。4.1.7勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)提供勵磁控制系統(tǒng)無補償頻率響應(yīng)特性測試端口。4.1.8對于多輸入的PSS,宜提供測試各輸入信號之間相位、幅值關(guān)系的端口。4.1.9發(fā)電機空載電壓給定階躍響應(yīng)特性應(yīng)同時符合GB/T7409.3、DL/T583、DL/T843的規(guī)定。4.1.10無功電流補償系數(shù)應(yīng)整定完成，并投入運行。4.2.1水電機組和燃?xì)鈾C組應(yīng)選用無反調(diào)作用的PSS模型，如以加速功率信號或轉(zhuǎn)速/頻率為輸入信號的PSS,或選用反調(diào)作用較弱的PSS模型，如以有功功率和轉(zhuǎn)速/頻率雙信號為輸入的PSS。4.2.2具有快速調(diào)節(jié)機械功率作用的大型汽輪發(fā)電機應(yīng)選用無反調(diào)或反調(diào)作用較弱的PSS模型，其他汽輪發(fā)電機可選用單有功功率信號的PSS模型，模型見附錄A。4.2.3采用多輸入信號的PSS在機組轉(zhuǎn)動慣量隨運行方式變化時，應(yīng)具備多組PSS參數(shù)整定功能，并3能夠根據(jù)轉(zhuǎn)動慣量的變化切換參數(shù)。4.3機組狀態(tài)4.3.1機組繼電保護、熱工保護及自動控制裝置均應(yīng)正常投入運行，并無限制、異常和故障信號。4.3.2發(fā)電機有功功率應(yīng)大于60%有功額定值，無功功率應(yīng)小于20%無功額定值。4.3.3勵磁調(diào)節(jié)器應(yīng)投入自動電壓控制方式，試驗期間機組自動發(fā)電控制(AGC)、自動無功電壓控制(AVC)功能應(yīng)退出。4.4技術(shù)資料發(fā)電企業(yè)應(yīng)在試驗前向試驗人員提供發(fā)電機及勵磁系統(tǒng)技術(shù)資料，并包括下列內(nèi)容：a)發(fā)電機本體設(shè)計參數(shù)，包括發(fā)電機和原動機的機組轉(zhuǎn)動慣量；b)勵磁系統(tǒng)主回路圖、勵磁調(diào)節(jié)器及PSS技術(shù)說明書，包括勵磁調(diào)節(jié)器控制模型、傳遞函數(shù)框圖等；c)勵磁調(diào)節(jié)器及PSS涉網(wǎng)性能檢測報告。5試驗項目及要求5.1試驗項目5.1.1PSS參數(shù)整定試驗應(yīng)包括勵磁控制系統(tǒng)無補償頻率響應(yīng)特性測量、勵磁控制系統(tǒng)有補償頻率響5.1.2抽水蓄能機組的PSS參數(shù)整定試驗還應(yīng)在電動機模式下對阻尼效果進行校核。5.1.3采用多輸入信號的PSS在機組轉(zhuǎn)動慣量隨運行方式變化時，PSS參數(shù)整定試驗應(yīng)分別在不同的轉(zhuǎn)動慣量方式下進行。5.2勵磁控制系統(tǒng)無補償頻率響應(yīng)特性測量5.2.1勵磁控制系統(tǒng)無補償頻率響應(yīng)特性應(yīng)通過現(xiàn)場實測獲得。5.2.2勵磁控制系統(tǒng)無補償頻率響應(yīng)特性實測宜采用動態(tài)信號分析儀測量，測量頻率范圍不應(yīng)小于0.1Hz～2Hz,動態(tài)信號分析儀輸出的試驗信號(△Us)宜選隨機噪聲信號，輸入信號(△U)為機端電壓變化量。5.2.3采用動態(tài)信號分析儀測試無補償頻率響應(yīng)特性應(yīng)符合以下要求：a)試驗信號△Us應(yīng)接到PSS輸出點并替代PSS輸出信號，PSS退出；b)試驗信號△Us應(yīng)增大至發(fā)電機電壓△U,產(chǎn)生微小波動，波動幅度宜小于2%額定電壓；c)測量所得曲線應(yīng)符合規(guī)律，凝聚函數(shù)在關(guān)注頻段內(nèi)只允許個別數(shù)值小于0.8。5.3勵磁控制系統(tǒng)有補償頻率響應(yīng)特性確定5.3.1勵磁系統(tǒng)有補償頻率響應(yīng)特性為PSS頻率響應(yīng)特性與勵磁控制系統(tǒng)無補償頻率響應(yīng)特性之和，宜通過計算獲得。5.3.2單信號輸入的PSS應(yīng)按其傳遞函數(shù)計算頻率響應(yīng)特性，多信號輸入的PSS應(yīng)按信號之間關(guān)系轉(zhuǎn)換為單信號PSS后進行計算。5.3.3勵磁控制系統(tǒng)有補償頻率響應(yīng)特性應(yīng)符合以下要求：a)當(dāng)實測無補償頻率響應(yīng)特性在本機振蕩頻率附近存在較大突變時，應(yīng)將頻率響應(yīng)特性進行平滑處理后再整定PSS參數(shù)；b)有補償附加轉(zhuǎn)矩在0.1Hz～0.3Hz(不含0.3Hz)頻段超前△w軸應(yīng)不大于30°,在0.3Hz~42.0Hz頻段應(yīng)在超前△w軸20°至滯后△w軸45°之間，其中本地振蕩頻率至2.0Hz頻段應(yīng)滯后△w軸。有補償附加轉(zhuǎn)矩見圖1。標(biāo)引序號說明：△Pe——有功功率變化量；△w——轉(zhuǎn)速變化量；△δ——功角變化量；圖1有補償附加轉(zhuǎn)矩PSS增益整定應(yīng)符合以下原則：a)PSS投入時發(fā)電機負(fù)載階躍試驗的有功功率阻尼比應(yīng)不小于0.1,或有功功率波動次數(shù)比PSS退出時明顯減少且少于1次；b)PSS增益整定應(yīng)確保反調(diào)滿足5.6.2要求，且投入PSS后發(fā)電機電壓和無功功率應(yīng)無明顯波動；c)PSS的輸入信號為功率時PSS增益宜取臨界增益的1/5～1/3,PSS的輸入信號為頻率或轉(zhuǎn)速時宜取臨界增益的1/3～1/2。5.4.2PSS增益確定宜采用臨界增益法或負(fù)載階躍試驗法5.4.2.1臨界增益法測試應(yīng)符合以下要求：a)初次投入時PSS直流增益宜為預(yù)設(shè)直流增益的1/10,PSS交流增益不宜大于0.2,PSS限幅值改小，投入PSS前應(yīng)確認(rèn)PSS輸出接近零；b)PSS直流增益應(yīng)逐步增大至勵磁調(diào)節(jié)器的輸出電壓或發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓出現(xiàn)等幅或接近等幅振蕩為止，此時的增益即為PSS臨界增益；c)按5.4.1要求確定PSS增益。5.4.2.2負(fù)載階躍試驗法測試應(yīng)符合以下要求：a)設(shè)置機端電壓階躍量宜為0.01～0.04(標(biāo)幺值),無PSS機組有功功率波動明顯為宜；b)調(diào)整PSS直流增益重復(fù)進行同一階躍量下有PSS階躍試驗，直至滿足5.4.1的要求；c)將b)中確定的PSS增益擴大3倍進行負(fù)載階躍試驗，不應(yīng)出現(xiàn)持續(xù)振蕩現(xiàn)象；d)振蕩頻率和阻尼比計算方法應(yīng)符合附錄B的要求。5.5PSS阻尼效果檢驗5.5.1PSS整定效果應(yīng)通過現(xiàn)場發(fā)電機負(fù)載階躍試驗檢驗。有特殊要求的機組，可通過系統(tǒng)擾動試驗5或動態(tài)功角穩(wěn)定計算校核。5.5.2發(fā)電機負(fù)載階躍響應(yīng)檢驗方法應(yīng)符合以下要求：a)設(shè)置機端電壓階躍量宜為0.01～0.04(標(biāo)幺值);b)進行同一階躍量下有PSS和無PSS的階躍試驗，比較有PSS和無PSS時發(fā)電機負(fù)載階躍響應(yīng)的結(jié)果，檢驗PSS相位補償和增益是否合理阻尼比應(yīng)大于0.1,并符合5.4.1的要求；c)多通道運行的調(diào)節(jié)器，每個自動通道均應(yīng)進行負(fù)載階躍校核。5.5.3采用無故障切除發(fā)電廠的一條出線或系統(tǒng)的某一條聯(lián)絡(luò)線、切機、切負(fù)荷等方法進行系統(tǒng)擾動試驗，分別在有PSS和無PSS下各做一次相同的系統(tǒng)擾動，錄取線路和發(fā)電機的有功功率等量的波形，有PSS的振蕩次數(shù)應(yīng)明顯少于無PSS的振蕩次數(shù)。5.5.4區(qū)域振蕩模式強相關(guān)機組，宜進行PSS在此模式下的仿真計算，驗證其阻尼作用。5.5.5動態(tài)功角穩(wěn)定計算內(nèi)容、計算條件及結(jié)果判據(jù)符合附錄C,應(yīng)滿足GB38755的要求。5.6反調(diào)試驗5.6.1應(yīng)按原動機正常運行操作的有功功率最大變化速率設(shè)定，連續(xù)變出力應(yīng)大于3%額定有功功率。5.6.2無功功率變化量相對于初始值應(yīng)小于20%額定無功功率，機端電壓變化量相對于初始值應(yīng)小于2%額定電壓。6參數(shù)整定6.1PSS輸出限幅值的范圍宜為±0.05~±0.10(標(biāo)幺值)。6.2PSS自動投入的有功功率應(yīng)不大于發(fā)電機正常運行的最小有功功率，自動退出值應(yīng)低于PSS自動投入值，抽水蓄能機組PSS自動投入的有功功率定值應(yīng)能夠適應(yīng)電動機模式。6.3隔直時間常數(shù)、超前/滯后時間常數(shù)按5.3.3要求確定。6.4PSS增益按5.4.1要求確定。6.5采用附錄A中的合成加速功率型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型，參數(shù)Ks設(shè)置應(yīng)為隔直時間常數(shù)除以機組慣性時間常數(shù)。6.6采用多輸入信號的PSS在機組轉(zhuǎn)動慣量隨運行方式變化時，對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)動慣量，PSS參數(shù)應(yīng)分別設(shè)置。7參數(shù)重新整定的條件7.1勵磁系統(tǒng)整體改造或勵磁調(diào)節(jié)器軟件升級。7.2機組接入電網(wǎng)方式發(fā)生較大變化，系統(tǒng)阻尼不滿足動態(tài)穩(wěn)定要求。7.3發(fā)電機參數(shù)改變導(dǎo)致勵磁系統(tǒng)無補償頻率響應(yīng)特性發(fā)生變化。7.4AVR主環(huán)PID參數(shù)發(fā)生變化。7.5無功電流補償系數(shù)變化導(dǎo)致有補償頻率響應(yīng)特性不滿足5.3.2的規(guī)定。7.6AVR主程序修改后，應(yīng)評估確定。6(資料性)PSS模型單輸入信號電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型——PSS1型見圖A.1。I?pssnkxKg標(biāo)引序號說明：Usn$——微分算子；——輸入信號測量時間常數(shù)； 隔直時間常數(shù)；——扭振濾波系數(shù)；Ks——PSS直流增益；圖A.1單輸入信號電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型——PSS1型合成加速度功率型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型——PSS2型見圖A.2。4ssmeK,【s?sTwaKgsTwn1tsTwN7w2Ttssam*標(biāo)引序號說明：Usn、Ust?——PSS輸入信號，Usn是發(fā)電機轉(zhuǎn)速或頻率，Us?是發(fā)電機有功功率；——微分算子；Tpg、Tp;——慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù)；圖A.2合成加速度功率型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型——PSS2型7GB/T40591—2021振蕩頻率和阻尼比計算方法負(fù)載階躍試驗法錄波圖見圖B.1,其振蕩頻率取多個振蕩周期按式(B.1)計算頻率的平均值：f=N/(T?N+i-T?)…(B.1)N——計算周期數(shù)；T?v+1——第2N+1個峰值出現(xiàn)的時間，單位為秒(s);T?——第一個峰值出現(xiàn)的時間，單位為秒(s)。按式(B.2)計算平均阻尼比ξ:………(B.2)N——計算周期數(shù)；P?、P?——為第一個和第二個功率峰值，單位為兆瓦(MW);P?n+1、P?n+2—-為第2N+1個和第2N+2個功率峰值，單位為兆瓦(MW)。標(biāo)引序號說明：T?、T?——第一個峰值出現(xiàn)的時間，單位為秒(s);P?——功率初始值，單位為兆瓦(MW);t——時間刻度，單位為秒(s)P?、P?——為第一個和第二個功率峰值，單位為兆瓦(MW);T?v+1、T2v+z—-第2N+1個和第2N+2峰值出現(xiàn)的時間，單