PSS现场试验报告

国电聊城发电有限公司#3机组
PSS现场试验报告
1．概述
国电聊城发电有限公司3号机是600MW汽轮发电机组。

发电机组为单元式接线，经过变压器上220kV母线。

励磁调节器采用日本三菱公司生产的MEC5330型微机励磁调节器。

调节器采用电功率作为PSS的输入信号。

本次试验的目的是：通过现场试验，确定3号发电机组的PSS参数，检验PSS的性能，使国电聊城发电有限公司3号发电机组励磁系统的PSS功能具备正常投运条件。

2．试验依据的标准
GB／T 7409．3—1997 同步电机励磁系统大中型同步发电机励磁系统技术要求
DL／T650—1998 大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件
3．试验中使用的仪器设备
HP35670A动态信号分析仪编号：MY42506605有效期：2010—8—7 WFLC-2B便携式电量记录分析仪编号：374231 有效期：2010—8—7 4．PSS模型框图
3号机PSS模型框图见图1。

PSS调节通道有隔直单元、超前滞后校正单元、比例放大单元和限幅单元。

其中，Pe为发电机电功率。

图1 国电聊城发电有限公司3号机PSS模型
5．录波量测点配置
试验时对下列各电气量进行测量或录波
1)发电机定子电压：频率响应特性测试时，经变送器变换为直流电压后送至频谱分析仪；阶跃响应试验时，接入WFLC分析仪。

2)发电机三相电压、两相电流。

3)发电机励磁电压Uf。

6．试验项目及步骤
6．1励磁系统滞后特性测量(无补偿特性)
6．1．1试验方法
发电机有功功率尽量接近额定(要求大于额定有功功率的80％)，无功功率尽量接近零(要求发电机滞相运行，无功功率小于额定无功功率的20％)。

励磁调节器单柜自动运行，PSS退出，微机励磁调节器对HP35670A频谱分析仪输出的白噪声信号进行采样并将采样信号与AVR的给定参考电压相加．缓慢增加白噪声信号的电平使发电机电压出现不超过2％左右的波动。

用HP35670A频谱分析仪测量频谱仪输出的白噪声信号与发电机电压之间的频率特性即为励磁系统本身的滞后特性，又称无补偿特性，用φe表示。

6．1．2励磁系统滞后特性测量试验
(1)试验条件：P=500MW Q=60Mvar U=20.2kV，白噪声信号电压：0.3V
(2)测量数据：
表1 国电聊城发电有限公司3号机励磁系统在线无补偿频率特性
6．2 PSS参数整定
PSS参数整定要求PSS的作用需兼顾0.2Hz左右的系统振荡频率和1.4Hz左右的地区振荡频率。

因此，PSS参数整定应使PSS产生的电磁力矩(在额定有功
功率和无功很小的情况下，可近似认为基本与ΔVt同相)在O.1Hz～2.0Hz的频率范围内滞后-ΔPe信号60°—120°,即在Δω轴的±30°范围内。

如果用φe 表示励磁系统的相位，用φpss表示PSS的相位，则要求PSS的参数整定应使得在0.1Hz～2.0Hz的频率范围内φe＋φpss在－60°～－120°之间。

励磁系统的频率响应特性通过测量得到(见表1)，PSS的模型已知，根据上述PSS参数的整定原则，用逐步逼近的方法可确定PSS的参数如下，其中PSS 的增益通过临界增益试验确定(见6.3节)。

整定的PSS参数如下：
Ksl=3，T1=0.4，T2=4，T3=O.5，T4=O.01，T5=0.2 T6=2 Tw=4 根据上面所列的PSS参数，计算可得到PSS环节的频率特性(见表2)。

由表2可以看出：在0.2～2Hz的频率范围内，由3号机PSS产生的电磁力矩(认为与ΔVt基本同相)滞后-△P信号64°—106°，3号机的PSS对1.4Hz 左右的地区振荡频率和0.2Hz左右的联网系统振荡频率都具有较好的阻尼，PSS 相位补偿满足要求。

表2 国电聊城发电有限公司3号机PSS相频特性和有补偿特性
6．3 PSS增益调整
理论上讲，在正确的相位补偿下，PSS的增益越大，其提供的正阻尼越强，但实际上，电力系统是一个高阶的复杂系统，增加PSS的增益虽然可以增加某些
机电振荡的阻尼，但如果PSS增益过大，也可能引起电磁振荡的负阻尼使系统出现不稳定现象，此时，机组的有功和转速仍无明显的振荡，但励磁电压和无功功率可能出现明显振荡甚至是等幅或增幅振荡，另一方面，过大的PSS增益对其他机电振荡模的阻尼也可能带来一些不利影响。

因此，PSS实际存在一个最大增益。

PSS临界增益是由很多因素决定的，如发电机的负荷水平、PSS的在电厂和系统中的配置和投退情况、机组的力率和电力系统的运行方式等，所以一般用现场试验的方法来确定。

在选定的相位补偿下，缓慢增大PSS的增益，同时观察励磁系统的变化，直到出现不稳定现象为止(主要标志是调节器输出电压、发电机转子电压出现频率较高(1～4Hz)的剧烈振荡)，这时的PSS增益即为最大增益或不稳定增益。

图2 国电聊城发电有限公司3号机PSS增益为Ks1=11时的录波图
从图2中可以看出和转子电压已出现明显的电磁环振荡趋势。

取Ksl=3作为3号机的PSS的运行增益。

6．4 PSS阻尼效果校核试验
发电机并网运行，有功功率接近额定，将发电机PT及CT二次侧三相电压和两相电流接入WFLC电量分析仪中准备录波。

在PSS投入和退出两种工况下进行发电机负载阶跃响应试验，记录并且比较有功功率的摆动幅值和次数。

根据PSS退出和投入两种情况下发电机负载3％电压阶跃响应试验的录波图分析，在PSS退出、2％阶跃响应的情况下，上阶跃时有功振荡次数约为6次，下阶跃时有功振荡次数约为5次；PSS投入后，A通道上阶跃有功振荡次数为2次，下阶跃有功振荡次数为1次；B通道上阶跃有功振荡次数为2次，下阶跃有功振荡次数为2次，说明PSS提供了正阻尼。

图3为3号机无PSS时正、负2％阶跃响应试验录波图，图4为3号机有PSS时A通道正负2％阶跃响应试验录波图。

图5为3号机有PSS时B通道正负2％阶跃响应试验录波图。

图3 国电聊城发电有限公司3号机无PSS2％阶跃试验
图4 国电聊城发电有限公司3号机有PSSA通道2％阶跃试验
图5国电聊城发电有限公司3号机有PSS B通道2％阶跃试验
7．反调试验
PSS的原理是通过励磁系统的作用抑制有功功率的低频振荡，可以说PSS是
通过无功功率的波动来抑制有功功率的波动，所以，在正常情况下，投入PSS
后较不投PSS时励磁系统的波动要大，只要无功功率的波动在合适的范围内，就可认为正常。

另外，用电功率作为输入信号的PSS在原动机功率发生变化时，由于PSS自己不能区分系统波动和原动机功率波动，仍然作用于励磁系统，造成无功功率波动，这种现象就叫“反调”，如果反调的影响太大，就需要在执行增减有功功率操作时闭锁PSS的作用。

对于汽轮发电机一般原动机调节速度较慢，“反调”的影响应该较小较小，在执行增减有功功率操作时可以不闭锁PSS的输出，但要检查确定反调的影响在正常范围内。

图6为反调试验时的录波图。

图6 国电聊城发电有限公司3号机反调试验
8．结论
国电聊城发电有限公司3号机PSS整定结果表明：
1) 根据励磁系统无补偿相频特性测量结果，选择的PSS参数，可以作为运行参数。

2) 根据PSS环节相频特性计算结果和无补偿相频特结果得到有补偿相频特性。

在0.2Hz—2.0Hz频段内，相位滞后-△P信号81°—112°，能对0.2Hz —2.0Hz的振荡提供正阻尼作用。

3) 阶跃试验表明，PSS对本机振荡有良好的阻尼作用。

4) PSS具备投运条件，接到调度令后，可投入运行。

9．参数设置
根据现场试验结果，整定的PSS运行参数为：
Ksl=3，T1=0.4，T2=4，T3=0.5，T4=O.01，T5=0.2 T6=2 Tw=4 PSS自动投切值：180MW；PSS输出限幅值：±5％。