浅谈电厂送出线路架构变化对发电机组动态稳定的影响

许泉生

广东粤电云河发电有限公司  527300

摘要：汽轮发电机运行中发生较大功率波动问题时有发生，除了汽轮机调节系统的问题外，发电厂送出线路电网架构的变化也可能导致功率波动。本文通过仿真确定采用相位超前补偿，基于阻尼比与PSS相位相对灵敏度的方法进行参数的优化，来解决送出线路电网架构的变化时发电机动态稳定性问题、提高发电机抗干扰能力。

关键词： PSS 功率波动；阻尼

一、引言

近年来，发电机组功率波动事件时有发生，原因有发电机失励、汽轮机调速系统失灵、电网侧短路故障、大容量机组或线路突然退出等，对电网的安全稳定运行造成严重影响。随着国家基建规模的扩大，由于重要交通干线、市政工程等施工的要求，部分发电厂的出线可能面临多回线路同时停电的局面，此时发电厂与电网之间的联系变得薄弱。本文通过一起电网干扰引起发电机功率波动事件入手，分析事件发生和处理的过程。

二、事件简述

某电厂升压站为220kV双母接线，通过220kV #1线、#2线共2回线路送出至220kV 甲变电站、乙变电站，再经220kV #3线、#4线接入丙变电站（甲、乙变电站的220kV线路均只有2回，相当于中转站，另有若干110kV线路与其他变电站连接）。2023年4月3日至4月12日期间，220kV #3线、#4线同停，改电厂实际上通过110kV电网并网，该电厂站送出电网架构发生了较大变化。

2023年4月6日，技术人员通过 pmu 数据发现6号机组有功功率波形不定期地发生波动，其阻尼比不满足《南方电网安全稳定计算分析导则》的要求如图1所示。

图1.某电厂#6机组功率波动图

通过图2可看出，该电厂#6机组功率间歇性地发生波动，频率波动1Hz左右，峰峰值约为10MW。功率波动时，该电厂未进行涉网试验，#6机组单机运行，PSS在投入状态，运行人员该时段无负荷调整操作，汽轮机、发电机设备无异常。

三、事件分析

通过上述现象，初步判断该电厂送出线路发生重大变化，PSS在新的运行方式下适应性下降，机组阻尼降低。

建立单机无穷大模型，#6机组的励磁、PSS、调速系统、#1线路、#2线路参数采用实测值，发电机参数采用出厂值。设定机组运行工况与功率发生波动时刻工况基本一致，分别在PSS未投入、PSS投入工况进行机组2%阶跃仿真，仿真结果如图2所示。

图2.仿真结果（Curve 1:PSS未投入，Curve 2:PSS投入）

由图3所示，PSS未投入时，该电厂6号机组将失稳；PSS投入后，对机组低频振荡抑制有效果，有功波动次数为5次，PSS参数存在优化的空间，可尝试通过优化PSS参数，进一步提高PSS抑制低频振荡效果。

根据国标规定PSS的附加转矩的相位应该落在Δω轴的＋10~-45°之间，本机振荡时应该落在Δω轴的0~-30°之间，理论上本机振荡落在Δω轴上，此时PSS产生的正阻尼最大。由于该电厂临时改经110kV电网并网，励磁系统的无补偿特性也发生了变化，理论上，工况不同，励磁系统的滞后特性有所差别。有功功率大、无功功率小、与系统联系电抗小时时滞后角大：有功功率小、无功功率大、与系统联系电抗大时滞后角小。

两种工况下，一般本机振荡点频率附近角差小于20°。该电厂该临时运行工况，理论上励磁滞后角小了，但本机振荡点处的有补偿特性是否大于90°未知，进行PSS参数优化，应首先判断进行相位超前补偿还是是相位滞后补偿，可在原PSS参数上设计两组PSS参数，其本机振荡点的相位相对于原参数偏差分别为正负10°，且幅值相同，然后通过仿真结果计算阻尼比来确定相位补偿方向。设计的参数如表1所示，相频特性如图3所示。

表1  设计的PSS参数

图3.PSS参数相频特性图

仿真计算所设计的PSS参数抑制低频振荡效果如图4所示。

图4.PSS参数仿真结果

从图5可以看出，本机振荡频率点参数1较原抑制本机振荡效果好，因此PSS参数采用相位超前补偿进行优化，适当提高交流增益。

四、PSS参数优化试验及结果

4.1优化方法

现场参数优化采用基于阻尼比与相位相对灵敏度和等效交流增益法则的、针对PSS相位补偿的参数优化方法，该方法利用低频振荡阻尼对解耦后的PSS参数变化的灵敏度强弱来优化调整其重要参数，避免了PSS现场参数优化整定和计算的盲目性问题，比传统方法在可操作性、准确性、有效性和通用性方面均有显著提高，为PSS参数优化试验与计算分析提供了关键技术支撑，同时，还将电网的小扰动计算分析与PSS参数优化整定有机地结合起来，解决了传统频域方法在实际应用中的局限性，提高了电力系统的稳定性。具体步骤如下：

1）对PSS的传递函数进行直角坐标向极坐标系的转换，分别计算出其模值和相位角；

2）根据PSS传递函数的模值，通过等效交流增益法，调节PSS与所述模值对应的放大倍数，维持所述传递函数交流增益的恒定；

3）根据阻尼比变化量以及PSS的传递函数的相位变化量，计算振荡模式的阻尼比相对于PSS传递函数相位的灵敏度。

4）根据所述振荡模式的阻尼比相对于PSS传递函数相位的灵敏度大小，调节对应的PSS的与传递函数的相位相关的参数，增大所述振荡模式下的阻尼比。如果所述振荡模式的阻尼比相对于PSS的传递函数相位的灵敏度大于0，则按照增大相位的方向调整对应的PSS传递函数的相位相关的参数的取值；如果所述振荡模式的阻尼比相对于所述阻尼控制系统的传递函数相位的灵敏度小于0，则按照减小相位的方向调整对应的PSS传递函数的相位相关的参数的取值。

最后，判断所述振荡模式的阻尼比相对于PSS传递函数相位的灵敏度的符号，如果灵敏度符号由正变负或由负变正时，则结束对应的PSS参数优化，则该组PSS参数即为最优参数。

4.2 PSS各时间常数的优化及抗扰动试验

根据3.2.1所述优化方法，确定了优化后的PSS参数如下：

T1=0.6s，T2=0.6s，T3=0.12s，T4=0.01s，T5=0.14s，T6=0.02s。

Ks1=10，Ks2=0.39，Ks3=1。

Tw1=3s，Tw2=3s，Tw3=3s，Tw4=0（该环节退出）

T7=3s，T8=0.s，T9=0.1s。

M=5，N=1。

PSS输出的限幅为±5%，投入功率140MW。

分别用PSS原参数与优化后参数进行3%电压阶跃试验，其抑制本机振荡效果对比如图5所示。可以看出，PSS参数优化后，其抑制本机振荡效果较原参数好。

图5.PSS原参数与优化后参数3%电压阶跃比较

五、结论

该电厂针对#6机组功率波动事件，采取了PSS参数优化的方法提高机组阻尼比，通过仿真确定采用相位超前补偿，适当提高交流增益进行参数优化，现场基于阻尼比与PSS相位相对灵敏度的方法进行参数的优化。试验及仿真结果结果表明，优化后的PSS参数对提高发电机动态稳定性效果显著、对抑制与机组强相关的弱阻尼波动、提高机组的抗扰动能力、改善电网的动态稳定性，具有显著的效果。

参考文献：

[1] 刘增煌，方思立 ；电力系统稳定器对电力系统动态稳定的作用及与其他控制方式的比较；电网技术；1998年03期

作者信息：许泉生，男，１９９１年３月生，汉族，广东罗定，本科，电力系统及其自动化方向。