电力系统稳定器（PSS）定值对机组的影响

摘要：电力系统稳定器（PSS）是发电机励磁系统改善低频振荡的附加措施，它将有功功率、频率、电流等与低频振荡相关的信号输入模型内加以运算和处理。产生的控制信号送到调节器中，从而改变低频振荡的附加转矩，即产生一个正阻尼转矩去克服励磁电压调节器中的负阻尼转矩，用于提高电力系统的阻尼。电力系统通过采用PSS后，能改善系统的稳定性，确保机组和系统的安全。文章探讨了电力系统稳定器定值对机组的影响。

关键词：电力系统；稳定器（PSS）；振荡；定值；电力机组 文献标识码：A

中图分类号：TM761 文章编号：1009-2374（2016）27-0123-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.27.058

随着电网容量越来越大且往往采用高电压、远距离传输，最终导致系统的安全稳定性不断减弱，系统低频振荡的影响日益严重。近年来，南网发生过几起低频振荡事件，动态稳定问题一直受到关注。电力系统稳定器（PSS）是国际首推的低频振荡抑制措施，正确投入电力系统稳定器（PSS）是中国电监会和南方电网并网安全性评价的要求。为保证电力系统稳定器（PSS）充分发挥其作用，投运前必须核对有关定值正确性，对定值不合理的地方应及时分析各种异常原因。设计电力系统稳定器（PSS），使之满足在整个低频振荡频率段上均能提供良好的正阻尼，从而保证电网的安全运行。本文将针对使用的NES6100励磁系统在电力系统稳定器（PSS）投入时出现的功率振荡情况进行简单的分析，以供参考。

1 现场情况分析

某电厂4号机在投入PSS电力系统稳定器运行后，发电机有功功率呈现等幅波动现象，振荡幅度约200MW，频率1.3Hz，时间约30s。同时，发电机机端电压、电流，励磁电压、电流均出现不同程度振荡。在励磁调节器中频繁出现“PSS运行开出”投退信号，当将机组的PSS功能退出后，功率振荡现象便消失。

现场励磁调节器主通道录波图如图1和图2所示：

1.1 现场检查及分析录波结果

第一，励磁调节器开入变位报告显示：装置于16∶52∶25投入PSS控制把手，PSS装置激活后，期间发生多次PSS激活由1变0、由0变1的反复现象，间隔时间约为740ms，直到运行人员于16∶52∶53手动退出PSS控制把手为止。

第二，PSS装置的输出在至-5%～+5%的限幅范围内波动。在PSS投入运行约27秒时间内，发电机有功功率呈现等幅波动现象，最大值=338.517MW，最小值=85.882，振荡周期=0.757s，机组振动频率f≈1.33Hz。

第三，在发生机组有功功率振荡时，机组输出功率反复小于励磁装置内“PSS投入最小功率”值96MW，是导致频繁出现“PSS运行开出”投退信号的主要原因。

第四，励磁系统投入PSS后，有功功率的波动相位与PSS输出基本保持一致；退出PSS后机组故障消失。此情况下PSS的输出提供负阻尼的效果，最终导致电压和功率的持续波动。

第五，励磁系统的PSS投入运行后，出现PSS2B模型双输入型电力系统稳定器其中的P通道输出为0，而w通道信号正常的现象。

1.2 分析与机组投运和PSS试验的存档参数对比

查阅《NES-6100微机励磁系统投运报告——定值单》，发现现场设置值与存档定值单两处定值设置不一致：“PSS2B投入最小功率”和“P通道隔直时间Tw4”，即表格中数据如表1所示：

在PSS整定试验时，按照标准的PSS2B模型，电科院试验人员要求设置Tw4S/（1+Tw4S）环节为直通（即为1）。在ABB的UNITROL5000，南瑞5100系列均是设置Tw4=0，而使得Tw4S/（1+Tw4S）环节为直通，南瑞NES6100新的软件中也是可以设置Tw4=0实现直通。现场试验时，厂家人员根据运行软件的要求设置Tw4=55[即通过设置Tw4为一大于50的数值使得Tw4S/（1+Tw4S）环节近似为1]。由于设备说明书中未有提及相关参数含义及整定方法，电科院试验人员并未特别注意到这一点，而是认为根据南瑞的励磁调节器的惯例，Tw4=0能够实现直通。

电厂技术人员在核查#4机PSS定值过程中，发现励磁调节装置中PSS试验整定的参数“P通道隔直时间常数Tw4”和“PSS投退功率门槛”与下发的定值不一致，未意识到Tw4更改后将有异常，因此未将该情况汇报调度，直接按定值单将装置中的整定值Tw4由原来的55更改为0，PSS投退功率门槛值由原来的100MW更改为96MW。

2 PSS2B模型及参数说明

PSS2A/B型采用加速功率作为输入。w通道为转速输入，P通道为电功率输入，w通道经过Tw1和Tw2两阶输入隔直环节得到录波中的w输入信号，P通道经过Tw3和Tw4两阶隔直环节，再经Ks2环节后得到录波中的P输入信号；w和P双通道输入经过Ks3系数叠加，再经T8、T9陷波器环节后，得到计算的机械功率。随后，机械功率减去电功率，得到加速功率输入信号；最后经过T1～T6超前滞后环节，得到PSS输出信号，输出到机端电压控制环节。

从物理意义上知当T趋于正无穷时，相当于直通；若T=0，该环节相当于乘以0，阻断了信号。考虑到该环节的物理意义，南瑞励磁系统做法是将T设为一个大于50的数值。

从波形中可以看到，由于在系统扰动引起的功率振荡中机械功率变化较小，即加速功率积分信号基本反映的是电磁功率积分信号。加速功率信号经过超前滞后和输出增益调节后，得到的PSS输出值与有功功率的变化趋势基本相反。也就是说，在试验整定的参数下，PSS输出能够较好地抑制系统有功功率振荡。

3 原因分析及结论

对PSS2B原理分析可知，参数“PSS投入最小功率”作为其投运条件，定值由100MW改为96MW其输出特性不影响。而时间常数Tw4被设定为0，则最终使功率输入信号为0，只有转速通道W的输入，改变了PSS环节的控制特性。

W信号转换如图5所示：

当Tw1=Tw2=5时，两阶隔直环节引起的相位滞后在1.37度左右，可以忽略。

当T8=0.2、T9=0.1时，陷波器的相频特性为：在1.33Hz振荡频率下，输出相位滞后约140度。

当T1=0.11、T2=0.02、T3=0.1、T4=0.02、T5=0、T6=0时，在振荡频率1.33Hz处，加速功率经过超前滞后环节调节后，相位超前63.5度。

即PSS输出滞后w通道输入75.4度。考虑到1.33Hz时，机组无补偿相频特性为滞后85度左右，则PSS输出的力矩向量对应?ω轴滞后160度，提供了负的阻尼力矩，加剧了振荡。

现场录波中，PSS_w通道和PSS输出之间的相角，由滞后时间0.156s，周期0.75s计算：为75度，与分析吻合。

4 整改措施

针对上述现象，在今后的运行操作中，建议重点注意以下六点：

第一，PSS投入运行的条件有三个：（1）励磁调节器中软压板“PSS功能”应投入置“1”位置；（2）在励磁调节器就地控制面板上把“PSS投入”转换开关置“投入”位置；（3）机组功率大于等于“PSS投入最小功率”定值。三个条件同时满足，PSS才算投入。

第二，在现场对励磁系统进行试验后，需要试验的技术人员形成正确的定值单和试验报告，并对保护定值和相关数据进行存档。在对机组投运前的动态试验完成后，必须由厂家技术人员确认励磁系统的参数正确，并将保护定值设置到励磁系统内。在机组的运行过程中，设备维护技术人员如需要改动励磁系统参数前，必须得到技术管理部门认可后方可实施。

第三，对于隔直环节参数Tw4的设置，通常将NES6100励磁系统中Tw4的定值设置默认大于50为本环节直通。同时参数设置的上下限需厂家停机期间予以更新配置文件，参数输入需有防误策略。

第四，试验方编制试验方案及报告时应附上与实际设备参数完全一致的定值表供审核使用。该定值表应由设备厂商提供，并对各参数的整定方法及取值范围做明确说明。试验完毕后保留现场整定的电子文档（从励磁软件中导出的参数电子文档，或励磁监控画面的参数设定图像文档）。

第五，要求设备厂商随机所附设备说明书中应对所有参数整定方法及取值范围做出对应的说明；当设备有重要升级时，设备厂商需提前对升级内容做出说明，以便调度管理部门和试验部门及时掌握。

第六，电厂方应对照设备说明书按要求核对定值，若发现下发定值与试验后整定的定值不一致或与设备说明书内容有冲突时，应按要求将异常情况汇报调度确认后再更改定值。

5 结语

随着国民经济的增长，系统的网络结构越来越复杂、容量越来越大，稳定性问题对机组和系统的影响也日益突出，设备的任何隐患和缺陷都有可能造成系统的异常运行，所以电力各层次技术人员均需要高度重视相关问题。机组必须投入经过合适整定的PSS，减小有关线路的功率振荡幅值、提高机组的抗扰动能力、改善电网的动态稳定性，对机组具有重要的现实意义。

参考文献

[1] 电力系统稳定器整定试验导则（Q/GDW1432006） [S].北京：中国电力出版社，2006.

[2] 王展，周彤，杨峰.国产600MW发电机励磁系统PSS 投入运行[J].大电机技术，1999，（2）.

[3] 方思立，朱方.电力系统稳定器的原理及其应用 [M].北京：中国电力出版社，1996.

作者简介：黄燕冰（1984-），女，广东云浮人，广东粤电博贺煤电有限公司电气助理工程师，研究方向：发变组、励磁系统保护计算和故障分析。

（责任编辑：秦逊玉）