标准型电力系统稳定器的设计及应用.doc

标准型电力系统稳定器的设计及应用 包凤英，黄顺礼 【摘　要】　介绍标准型电力系统稳定器的设计要点、应用范围和使用效果。【关键词】　电力系统稳定器，设计，应用 Design and Application of Standard PSS Abstract: Discusses design and application of standard power system stabilizer(PSS).Key words: power system stabilizer, design, application 0　前　言 　　电力系统稳定器(PSS)是同步发电机励磁系统中的一组部件，如图1所示。其输入变量可以是功率P，转速n或频率f，或者是它们的综合。它的输出信号被输送到电压调节器，用来改变励磁机的输出电压，以阻尼发电机出现的有关振荡，达到稳定运行。 图1　PSS结构示意图 　　由图1可知，PSS实质上是关于P、n或f的反馈环节，使发电机励磁系统构成了双闭环系统，其内环是关于电压的控制环；外环是关于P、n或f的控制环。 1　标准型方框图 　　先后被IEEE及IEC推荐的PSS标准型传递函数方框图如图2所示。它比我国20世纪80年代从美国西屋公司引进的机组多配带一个高频滤波器环节。 图2　标准型传递函数方框图 1.1　传感器　　传感器是一种关于P、n或f的信号变换器。由于这种变换是一个惯性环节，会有时延，为使变换来得及时、准确，应该把时间常数T6设计得越小越好，整定传感器时间常数T6的原则是使传感器输出信号中的脉动及白噪声被抑制在10%的范围内，为此需使其大于一定值。惯性时间常数T6的设计值范围为0～0.04s。　　1996年对广西岩滩水力发电厂机组(简称岩滩机组)以及1998年对哈三电厂机组(简称哈三机组)进行国产PSS现场试验，在试验中该时间常数都被选定为0.03s。IEEE及IEC对该时间常数的整定值推荐范围为0～0.04s，从理论上讲，该值越小越好。1.2　高频滤波器　　高频滤波器是用于抑制发电机有关振荡的，经过传感器变换的主信号的频率都不大于3Hz。所以如图1所示，在由PSS所构成的闭环回路中，称频率大于3Hz的信号为高频信号。这种高频信号会有传感器输出主信号中所夹杂的脉动、白噪声以及频率不小于4Hz的机组轴系扭振信号。　　高频滤波器的低通截止频率设计值通常为3.5～3.8Hz。　 　高频滤波器对具有PSS机组的安全运行，尤其是对抑制扭振信号的破坏作用至关重要。首先必须把该信号及传感器输出的脉动及白噪声的幅值抑制到≤3dB, 同时必须保证幅值为3Hz的信号输出≥0.0457dB，这就得把其幅频曲线在带宽频率(即低通截止频率)附近的斜率调试得越小(即曲线越陡)越好。　　为了上述调试方便，在设计中采用了两级滤波方式，即 　　(1) 　　　　　　 　　前述带宽频率不是绝对的，也可将带宽频率调试为大于设计值。如哈三电厂机组的扭振频率定为13Hz。为便于调试，可将带宽频率调试为4～10Hz取值范围，但必须保证对脉动及白噪声具有足够的抑制效果。1.3　补偿器　　在图2中设置了两级超前—滞后补偿器。这种补偿器的实质是一种比例系数为1的带有惯性的比例微分(PDT)环节，可改写为 　　(2) 式中　1——比例系数；　　　T2——惯性时间；　　　T1-T2——微分时间。　　每一级补偿器的最大补偿角通常设计为70°左右，T1和T3的可调范围为0.1～2.0s；T2和T4的可调范围为0.01～0.2s。由于后者约为前者的1/10，所以T1-T2或T3-T4可近似为T1及T3，故称T1(或T3)为超前时间常数，T2(或T4)为滞后时间常数。视现场需要，补偿器可为一级，也可为三级。IEC推荐的T1及T3调试整定值范围为0.01～0.20s，T2及T4的取值主要根据前述滤波器带宽频率附近的幅频曲线陡度而定，若曲线越陡，取值应越大。　　T1及T3的整定值决定于励磁控制系统(含前述传感器及滤波器)所造成的振荡反馈信号的滞后程度，即要求出超前补偿的角度，最大超前补偿角为(以T1为例)： 　　(3) 　　IEC推荐上式中的a约为10，则φm为55°；哈三机组T2=0.025s,a=64,φm=47°。 1.4　放大器　　图2中的放大器是指调节器中的KS，其实质是一个比例放大环节。KS的大小主要取决于上述传感器、滤波器及补偿器对主信号的衰减程度；该值的大小还表征着由PSS所构成闭环回路的开环增益，它与根轨迹增益仅差一个由传感器、滤波器及补偿器增益构成的比例系数，因此直接影响着该回路的调整时间、上升时间及超调量等动态性能。　　IEC推荐放大器的整定值范围为0.1～50s；哈三机组为10s；岩滩机组为19s。1.5　自动复位