三峡右岸电站PSS 的特殊缺陷处理与改进

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1、 2012 年发电机励磁系统学术年会 61 三峡右岸电站 PSS 的特殊缺陷处理与改进 三峡右岸电站 PSS 的特殊缺陷处理与改进 胡先洪胡先洪 1 1 李志祥 李志祥 1 1 程永权 程永权 2 2 （1、三峡水力发电厂； 2、中国长江三峡集团公司） 【摘 要】针对西门子励磁 PSS2A 在三峡右岸电站低频振荡中的表现，三峡电厂联合中国电科院、 国网南瑞、华北电科院等用现场试验、理论分析、试验室动模试验等方法，证实 PSS2A 软件计 算方法的错误，并且通过 q X取适当“负”值， 使 PSS2A 的作用得以正确地发挥。 【关键词】 低频振荡 电力系统稳定器 三峡 A special def

2、ect correction and improvement On PSS of Three Gorges Right Bank station HU Xian- hong1 Li Zhi- xiang1 Cheng Yong- quan2 （1、Three Gorges Power Plant, 2、China Three Gorges Corporation ） Abstract： Based on the behavior of Siemens excitation system PSS2A in oscillation happening in three gorges right b

3、ank , three gorges power plant，together with China Power Science Research Institute ,NARI and Northern China Power Science Research Institute, via site test, theoretical analysis and laboratory simulation, the mistake of calculation software in PSS2A is confirmed. By using a suitable “minus” q X, PS

4、S2A came to perform its function correctly. Keywords： Low frequency oscillation, Power system stabilizer, Three Gorges 1 概述 以泄洪坝段为界，长江三峡水利枢纽工程 三峡电站分为左右岸两个厂房。左岸安装 14 台 700MW 水轮发电机组，右岸安装 12 台 700MW 水轮发电机机组。左右岸电站均设一个 500kV 开关站，由 3/2 断路器接线组成的两条 500kV 母线分段联络，并且按照调度要求，小负荷合 母运行，大负荷分母运行。合母运行时，三峡 电站分为左右岸两个电站

5、运行，分母运行时， 三峡电站分为左一、左二、右一、右二这四个 电站运行。 三峡电站采用德国西门子公司 THYRIPOL 励磁技术，左岸励磁装置原装进口，励磁调节 器内置电力系统稳定器（PSS）,采用 PSS1A 模 型。由于反调原因，西门子将 PSS1A 模型改为 PSS2A 模型，当时由于三峡电站西门子 PSS2A 的输入端只能采用发电机机端频率信号，达 不到中国电科院仿真计算的稳定要求，于是在 励磁调节器上另外配置一个外置 PSS2A 模型的 PSS 装置，运行情况较好。 右岸励磁装置由国电南瑞公司供货，采用 进口器件组装，励磁调节器和励磁功率柜由西 门子公司生产，灭磁部分以及成套由国电南

6、瑞 负责。励磁调节器内置 PSS2A 模型，此时西门 子 PSS2A 的输入端采用发电机内电势频率信 号，并经过中国电科院的现场试验，于 2008 年 全部投入商业运行。 2012 年发电机励磁系统学术年会 62 2 右岸电站低频振荡情况简介 2010 年 7 月 14 日 5：00、6：14、6：40 及 8：21 分，三峡附近地区的峡都等 4 条线路 发生了低频振荡，振荡频率为 0.82Hz 左右。 当三峡右二电站总出力达 3950MW 以上时， 即 右二电站#21 至#26 这六台机组接近额定负荷 时，三峡近区功率波动明显。在三峡四段 500KV 母线中，右二电站功率波动幅值最大； 在右

7、二电站机组中， #21、 #22 机组波幅最大。 图 1 是振荡中右二机组功率波动录波图。 图 1 振荡中右二机组功率波动录波图 3 右二电站PSS 现场试验及采取的措施 右岸低频振荡发生后，三峡电厂配合中国 电科院和国网南瑞公司进行了四个阶段的现场 试验分析。 3.1、第一次现场试验结论与措施 3.1、第一次现场试验结论与措施 通过现场实测法对#21、#22 机组的 PSS 输 出放大倍数 K1 进行整定，发现 PSS2A 模型抑 制有功波动的作用不明显，即利用修正 PSS2A 模型输出放大倍数 K1 不能有效地解决机组有 功波动问题。 试验后采取的临时措施及效果： 将#21、 #22 机组

8、 PSS 放大倍数 K1 由 8 改为 4，虽不能完全 避免功率波动的发生，但大大减小了波动幅度。 现场试验结果分析的主要结论：AVC 不是 引起功率波动的原因；初步判断 PSS 环节是引 起系统波动的主要原因。 3.2、第二、三次次现场试验结论与措施 3.2、第二、三次次现场试验结论与措施 第二次现场试验时将西门子 PSS2A 模型的 m P环节连线截断，使 PSS2A 模型变为 PSS1A 模型（如图 2 所示） ，试验中发现 PSS1A 模型明 显好于PSS2A模型， 进一步判断出西门子PSS2A 加速功率合成环节（频率部分）存在问题的可 能性最大。 2012 年发电机励磁系统学术年会

9、63 图 2 PSS2A 改为 PSS1A 的示意图 试验后采取的临时措施及效果：#21、#22 机组暂时采用 PSS1A 模型，PSS 输出放大倍数 为 6， 功率波动大大减小。 保证了三峡电站在丰 水季节 18200MW 满发工况的稳定运行。 现场试验结果分析的主要结论：引起功率 波动的原因是 PSS2A 加速功率通道信号不稳 定， 引起 PSS2A 加速功率合成环节错误的原因， 是西门子 PSS2A 的测量信号噪声很大，淹没 了有效成分。 3.3、第四次现场试验结论与措施 现场试验的主要分析与结论：按照国电南 瑞公司提出的方案，修改 PSS2A 斜坡滤波环节 参数，阻尼有部分改善，但存在

10、明显反调，不 利于机组稳定运行。 在 PSS2A 的加速功率合成环节，由 T8 和 T9 组成一个低通滤波函数，中国电科院按照 M 5、N1、T8=0.6、T9=0.12 设计的截止频率 约为 1.5Hz，那么，1.5Hz 以下的低频振荡按照 PSS2A 模型处理，1.5Hz 以上的低频振荡按照 PSS1A 模型处理。现场试验已经证明右二电站 西门子 PSS2A 的测量信号有问题，为躲过此 次右二 0.82Hz 左右振荡频率，国电南瑞提出将 斜坡函数的截止频率整定为 0.7Hz（T8=0.2， T9=0.122） ，所以在振荡频率为 0.82Hz 附近时 PSS2A 的抑制作用等同于 PSS1

11、A 模型。 由于修改斜坡滤波环节参数并未解决加速 功率合成环节存在的问题。本次试验后恢复了 原来谐波函数参数，未采取更多临时措施。 4 右二 PSS 动模试验与分析 为进一步查找三峡右二电站西门子励磁调 节器 PSS 问题所在，三峡电厂将一台完整的 THYRIPOL 励磁调节器送到华北电力科学研究 院 RTDS 国网重点试验室，进行动模试验。 根据三峡电站发电机资料及现场参数测试 试验报告，以及调节器本身的延时环节等因素， 修正 RTDS 模型相关参数，使实验室测试环境 与现场基本一致。试验中通过做阶跃试验、模 拟系统在某一频段振荡试验等来比较 PSS 投入 和退出的抑制效果、 不同 PSS

12、模型的抑制效果、 同一 PSS 模型不同 q X值的抑制效果、 不同调节 器之间（THYRIPOL 励磁调节器与用 RTDS 搭 建的调节器模型） 的抑制效果等， 并同时录制 P、 Q、 ab U、 f U、PM（机械功率）等波形进 行对比。通过比较发现 THYRIPOL 励磁调节器 计算出的通道幅值与 P 通道幅值不满足理论 上推导的结论，THYRIPOL 励磁调节器计算出 的通道幅值与 RTDS 计算出的幅值相差很 大。 经过多方查找和试验后发现 q X的取值对 通道的幅值影响很大，在将西门子励磁调节器 软件中的 q X由原来的 “0.2” 改为 “-0.673” 后， 2012 年发电机

13、励磁系统学术年会 64 再次进行 PSS2A 投入情况下的发电机负载 3% 阶跃试验，发现有功振荡阻尼明显改善，基本 达到理想 PSS2A 的阻尼效果，如图 3 所示。 图 3 新参数下 PSS2A 负载 3%阶跃试验波形（黑：西门子调节器；红：RTDS） 5 第五次现场试验结论与措施 此次试验是在动模试验之后进行的，主要 目的是验证动模试验中所得到的结论 （ q X的取 值影响 PSS2A 模型的抑制效果） ， 达到解决三峡 电厂右二低频振荡问题的最终目的。 5.1 试验工况 5.1 试验工况 试验工况为 P630MW， Q=030Mvar （被 试机组满足有功功率大于 0.9 n P，无功

14、功率为 00.2 n Q） 。 此工况的目的一是不投 PSS 条件下 机组自身阻尼很小， 便于比较 PSS 的抑制效果； 二是无功功率在“零”附近时机端电压相角与 本发电机暂态电动势 q E基本一致，便于进行无 补偿频率特性和有补偿频率特性试验。 5.2 试验项目及其结论 5.2 试验项目及其结论 5.2.1 无补偿频率特性与有补偿频率特性试验 该试验在#21 机组上进行。无补偿频率特 性是指在不投 PSS 情况下，在发电机电压叠加 点加入白噪声， 对机端电压 g U和噪声信号进行 扫频，从而得到无补偿频率特性，也称励磁系 统滞后特性。有补偿频率特性是指在投入 PSS 情况下，在 PSS 有功

15、输入点加入白噪声，对机 端电压 g U和噪声信号进行扫频， 从而得到有补 偿频率特性，目的在于调整和检验 PSS 产生的 附加力矩向量与轴的关系。 试验过程中分别对 PSS1A 模型、 q X取 0.2 和-0.743 值时 PSS2A 模型做了有补偿频率特性 试验，结果表明 PSS 的相位补偿参数满足标准 要求，不用调整。 5.2.2 阶跃试验 通过对不投 PSS、投 PSS1A 模型、 q X取 不同值时投 PSS2A 模型进行了 2%的阶跃试验， 并同时录制 P、Q、 ab U、 f U、 m P（机械 功率） 、 out PSS（PSS 模拟量输出）等波形进行 比较。 在对#21 机组试验中发现当 q X取-0.673、 -0.743、-0.892 值时抑制效果与 PSS1A 模型的 抑制效果相近，均比较好。如图 4 所示。 2012 年发电机励磁系统学术年会 65 无 PSS PSS1A q X=- 0.673 q X=- 0.743 q X=- 0.892 图 4 阶跃试验有功功率波形（#21 机组） 5.2.3 正弦扰动试验 正弦扰动试验是对阶跃试验的进一步补充 验证，根据需要可以加入某一频率的持续正弦 扰动信号，通过比较前后的幅值变化情况验证 PSS 对某一频率的抑制效果。试验中在 q X取值 不变而改变正弦扰动信号频率以及同一正弦扰 动信号不同