電力系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)器參數(shù)整定

1、電力系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)器參數(shù)整定陳新琪， 陳 皓，竺士章（浙江省電力試驗(yàn)研究院，浙江 杭州 310014）摘要：本文從工程應(yīng)用角度出發(fā)，提出了一種電力系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)器（PSVR）參數(shù)整定方法，以浙江電力系統(tǒng)為例進(jìn)行了仿真計(jì)算驗(yàn)證其正確性。在切機(jī)擾動(dòng)方式下，校核了HSVC、PSVR和AVR控制方式對(duì)系統(tǒng)無功電壓的影響，計(jì)算結(jié)果表明采用HSVC和PSVR均有利于維持系統(tǒng)電壓，暫態(tài)電壓恢復(fù)更快。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)器（PSVR）；參數(shù)；整定 0 引 言近年來，采用發(fā)電機(jī)主變高壓側(cè)電壓控制（HSVC）的勵(lì)磁控制方式得到了重視16，與常規(guī)的機(jī)端母線電壓控制方式（AVR）不同，它以控制發(fā)電機(jī)機(jī)端外某一點(diǎn)（如高

2、壓母線或升壓變壓器某一內(nèi)點(diǎn)）的電壓為目標(biāo)，以達(dá)到提高電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的目的。采用發(fā)電機(jī)主變高壓側(cè)電壓作為反饋信號(hào)的電力系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)器（PSVR）已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用1，2。PSVR與各種新的電壓控制手段，如二級(jí)電壓控制等協(xié)同，在法國、西班牙、意大利等電網(wǎng)得到了廣泛的應(yīng)用。國外一些勵(lì)磁系統(tǒng)的制造商，已將高壓側(cè)電壓控制作為一個(gè)可供選擇的功能，集成在勵(lì)磁系統(tǒng)中3。本文試圖通過仿真計(jì)算分析來研究PSVR參數(shù)整定問題，并以實(shí)際系統(tǒng)為背景，著重分析PSVR對(duì)系統(tǒng)無功電壓的影響。rh+Kh(1+T1S) (1+T2S) (1+T3S)KtAVRrg+Vg -Vh -+1 PSVR參數(shù)整定 圖1 PSVR控制系

3、統(tǒng)框圖PSVR控制系統(tǒng)框圖如圖1所示, 當(dāng)圖1中引入的機(jī)端母線電壓比例Kt為零時(shí)，圖1所示的就是HSVC控制系統(tǒng)。從控制來講必須保持發(fā)電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)在發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁設(shè)備安全域內(nèi)；保持勵(lì)磁調(diào)節(jié)器處于電壓調(diào)節(jié)方式；維持機(jī)端電壓（廠用電）在一定的范圍；從機(jī)組并列點(diǎn)看，每臺(tái)機(jī)組均要有正調(diào)差。為此，在進(jìn)行PSVR參數(shù)整定時(shí)要解決好以下問題。11 限幅值的確定考慮系統(tǒng)電壓和廠用電電壓的安全，引入機(jī)組高壓側(cè)系統(tǒng)電壓Vh和機(jī)端電壓Vg限制控制環(huán)節(jié)。根據(jù)電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則規(guī)定：500 kV母線最高運(yùn)行電壓不超過系統(tǒng)額定電壓的+10%；最低運(yùn)行電壓不應(yīng)影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行及下一級(jí)電壓的調(diào)節(jié)。設(shè)置北侖港發(fā)電廠

4、機(jī)組高壓側(cè)母線電壓Vh的電壓范圍為：1.01.1pu；設(shè)置發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓Vg的電壓范圍為：0.971.05 pu。12 放大倍數(shù)及相位補(bǔ)償時(shí)間常數(shù)整定勵(lì)磁控制系統(tǒng)要有適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定裕度，但不應(yīng)過分強(qiáng)調(diào)穩(wěn)定性而犧牲快速性。所以在設(shè)計(jì)PSVR參數(shù)時(shí)，要注意：若引入的高壓母線電壓比例Kh太大, 則會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定性問題；若PSVR中附加的高壓母線電壓控制輸出限制太小或Kh太小或相位補(bǔ)償時(shí)間常數(shù)整定不當(dāng), 則會(huì)在暫態(tài)大擾動(dòng)事故情況下，勵(lì)磁系統(tǒng)的暫態(tài)增益將降低，或在小擾動(dòng)情況下，勵(lì)磁系統(tǒng)的阻尼將降低，起不了應(yīng)有的作用。因應(yīng)針對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行校驗(yàn)。121 放大倍數(shù)Kh的整定采用負(fù)載電壓階躍響應(yīng)法確定Kh的臨

5、界放大倍數(shù)，在小擾動(dòng)情況下，逐漸增大Kh，當(dāng)Kh接近臨界放大倍數(shù)時(shí)，PSVR偏差信號(hào)電壓將發(fā)生持續(xù)振蕩，見圖2；當(dāng)放大倍數(shù)Kh過大時(shí)，PSVR偏差信號(hào)電壓將發(fā)生振蕩發(fā)散，產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，見圖3。參照PSS放大倍數(shù)的確定方法，可取臨界放大倍數(shù)的1/31/8作為Kh的整定值，PSVR偏差信號(hào)電壓響應(yīng)見圖4。 圖2 Kh接近臨界放大倍數(shù)時(shí)PSVR的偏差信號(hào)響應(yīng) 圖3 Kh過大時(shí)PSVR的偏差信號(hào)響應(yīng) 圖4 Kh=2、Kt=1時(shí)PSVR的偏差信號(hào)響應(yīng) 圖5 +3%階躍時(shí)，北侖港3號(hào)機(jī)有功動(dòng)態(tài)響應(yīng)122 相位補(bǔ)償時(shí)間常數(shù)的整定文獻(xiàn)6論證了HSVC對(duì)阻尼轉(zhuǎn)矩的改善作用，本文通過時(shí)域法來驗(yàn)證若PSVR相位補(bǔ)

6、償時(shí)間常數(shù)整定恰當(dāng)時(shí)能改善勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)的阻尼特性，參見表1、圖5。參照PSS超前滯后時(shí)間常數(shù)的確定方法，也可用相位補(bǔ)償法整定PSVR相位補(bǔ)償時(shí)間常數(shù)。 表1 相位補(bǔ)償校核性結(jié)果條件阻尼比振蕩次數(shù)無相位補(bǔ)償+3%階躍響應(yīng)0.12034.5有相位補(bǔ)償+3%階躍響應(yīng)0.16484.0有PSS+相位補(bǔ)償+3%階躍響應(yīng)>0.30.5注：阻尼比 為，其中 、分別為有功功率動(dòng)態(tài)響應(yīng)第一、二峰峰值。仿真計(jì)算結(jié)果表明，增加PSVR相補(bǔ)償環(huán)節(jié)后，阻尼比有所提高，振蕩次數(shù)無明顯減少，證明相位補(bǔ)償時(shí)間常數(shù)整定恰當(dāng)；當(dāng)再投入PSS后，阻尼比明顯提高，振蕩次數(shù)明顯減少，證明采用投入PSS來提高系統(tǒng)阻尼效果好。這是

7、因?yàn)镻SS運(yùn)用的是有功功率波動(dòng)信號(hào)，能全面反映系統(tǒng)中低頻振蕩的信息而PSVR相補(bǔ)償環(huán)節(jié)運(yùn)用的仍然是電壓信號(hào)，因而對(duì)系統(tǒng)阻尼的改善是有限的。123 大干擾校驗(yàn)法假設(shè)單機(jī)通過雙回線連接到無窮大系統(tǒng)，某時(shí)刻其中一回線發(fā)生短路，于是機(jī)端電壓、電磁功率劇烈下降，同時(shí)因原動(dòng)機(jī)功率尚未調(diào)節(jié)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加速。在這個(gè)過程中，系統(tǒng)無功嚴(yán)重缺乏，希望勵(lì)磁系統(tǒng)能夠盡可能地進(jìn)行快速強(qiáng)行勵(lì)磁來提高發(fā)電機(jī)電壓。相對(duì)于機(jī)端電壓控制，高壓側(cè)控制由于高壓母線和系統(tǒng)聯(lián)系更緊密，在故障初電壓下降更嚴(yán)重，因而反應(yīng)能夠更靈敏。實(shí)際系統(tǒng)計(jì)算表明，HSVC、PSVR對(duì)限制第一擺的作用有限。這是由于勵(lì)磁系統(tǒng)有勵(lì)磁頂值電壓限制，HSVC、PSV

8、R通過迅速提高勵(lì)磁電壓，來限制第一擺的作用有限，如表2及圖7所示。下面以簡單系統(tǒng)和實(shí)際系統(tǒng)為背景，分析不同的勵(lì)磁控制方式HSVC、PSVR、AVR對(duì)極限切除時(shí)間（CCT）的影響。（1） 單機(jī)無窮大系統(tǒng)計(jì)算條件：以單機(jī)無窮大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作為計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，發(fā)電機(jī)采用Ed¢¢、Eq¢¢變化模型（五階），變壓器阻抗Xt=0.15 pu，兩回線路阻抗分別為X1=X2=0.05 pu。發(fā)電機(jī)帶P=0.8 pu，Q=0.6 pu運(yùn)行，機(jī)端電壓正常?？紤]線路出口2%處三相對(duì)地短路，極限切除時(shí)間（CCT）參見下表2。仿真計(jì)算表明HSVC和PSVR對(duì)CCT的影響很小。表2 不同的勵(lì)

9、磁控制方式HSVC、PSVR、AVR下，故障極限切除時(shí)間（CCT）的影響故障方式極限切除時(shí)間CCTAVRPSVRHSVC線路出口2%處三相對(duì)地短路0.300.310.31（2） 實(shí)際系統(tǒng)計(jì)算條件：以2003年浙江電網(wǎng)結(jié)構(gòu)作為計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。高峰負(fù)荷運(yùn)行方式下，北侖港發(fā)電廠5臺(tái)機(jī)各帶600 MW運(yùn)行，機(jī)端電壓正常，分析HSVC、PSVR、AVR對(duì)極限切除時(shí)間（CCT）的影響?？紤]北蘭5401線路出口2%處三相對(duì)地短路，計(jì)算求得的極限切除時(shí)間CCT均為0.25 s，對(duì)第一擺最大功角幾乎沒有影響（AVR：118.69°，PSVR：118.51°，HSVC：121.47°），參

10、見圖6。圖7為三相短路0.25s切除故障線路情況下PSVR控制器的輸出響應(yīng)。 圖6 HSVC、PSVR和AVR對(duì)暫穩(wěn)的影響 圖7 三相短路0.25s切除故障線路時(shí)PSVR響應(yīng)124 空載電壓階躍響應(yīng)法在單機(jī)經(jīng)單線路連接到電網(wǎng)的系統(tǒng)中，將發(fā)電機(jī)主變高壓側(cè)開關(guān)合上，線路開關(guān)斷開，選取不同的Kh、Kt，對(duì)PSVR勵(lì)磁控制系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電機(jī)空載電壓階躍響應(yīng)仿真計(jì)算，結(jié)果見圖8 9，發(fā)現(xiàn)若Kh太大, 則會(huì)產(chǎn)生空載穩(wěn)定性問題。對(duì)這一問題，可采取發(fā)電機(jī)起勵(lì)或空載試驗(yàn)時(shí)閉鎖附加的高壓母線電壓控制功能的辦法來解決。 圖8 PSVR空載電壓5%階躍響應(yīng) 圖9 AVR和PSVR空載電壓5%階躍響應(yīng)1 3 并列發(fā)電機(jī)間無

11、功功率的分配問題考慮同一母線下，解決各并列發(fā)電機(jī)間無功功率的分配問題，只要取相同的PSVR參數(shù)使每臺(tái)發(fā)電機(jī)均有相同的正調(diào)差。參見圖10、11。仿真計(jì)算中北侖港發(fā)電廠3 5號(hào)機(jī)均采用HSVC或PSVR或AVR控制方式。采用HSVC或PSVR控制方式的35號(hào)機(jī)共同均勻地承擔(dān)了1、2號(hào)機(jī)組退出運(yùn)行所造成系統(tǒng)的無功缺額。機(jī)組間不會(huì)發(fā)生搶無功現(xiàn)象，無功分配也合理。1 4 需強(qiáng)調(diào)說明的問題采用HSVC、PSVR控制方式只是使發(fā)電機(jī)潛在的無功容量得到快速應(yīng)用，而不是使發(fā)電機(jī)處于超出允許值的無功容量過載狀態(tài)。所以，加裝HSVC或PSVR的勵(lì)磁控制系統(tǒng)需設(shè)置運(yùn)行安全區(qū)域，必須滿足有關(guān)勵(lì)磁標(biāo)準(zhǔn)，原采用常規(guī)機(jī)端電壓

12、控制的勵(lì)磁控制系統(tǒng)的功能（如低勵(lì)、過勵(lì)、V/Hz、強(qiáng)勵(lì)限制、PSS及有關(guān)保護(hù)）仍必須保證，以保證發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。2 HSVC、PSVR對(duì)系統(tǒng)無功電壓的影響暫穩(wěn)計(jì)算時(shí)發(fā)電機(jī)模型采用Ed¢¢、Eq¢¢變化（五階模型），勵(lì)磁系統(tǒng)分別采用常規(guī)機(jī)端電壓控制AVR、PSVR控制、HSVC控制方式，在切機(jī)擾動(dòng)方式下，分析HSVC、HSVC+AVR、AVR對(duì)機(jī)組無功、系統(tǒng)電壓的影響。計(jì)算得到的電廠高壓母線電壓、發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、發(fā)電機(jī)無功功率等電氣量的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，分別見圖1014。仿真計(jì)算表明HSVC和HSVC+AVR均有利于維持系統(tǒng)電壓，暫態(tài)電壓恢復(fù)更快。切除1、2

13、號(hào)機(jī)后，計(jì)算發(fā)電機(jī)在裝設(shè)HSVC、PSVR和AVR 3種情況下的35號(hào)機(jī)無功出力和部分500 kV母線電壓情況，結(jié)果如表3。當(dāng)切除1、2號(hào)機(jī)后，采用HSVC、PSVR時(shí)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的機(jī)端電壓比采用AVR時(shí)高，發(fā)電機(jī)無功出力大幅增加，補(bǔ)償了系統(tǒng)中無功功率的缺額，有利于維持高壓母線電壓的穩(wěn)定。更能使系統(tǒng)電壓維持在較高水平。 圖10 北侖港3 5號(hào)機(jī)無功功率 圖11 北侖港500kV和3 5號(hào)機(jī)母線電壓 圖12 北侖港3 5號(hào)機(jī)勵(lì)磁電壓 圖13 蘭亭變500kV母線電壓表3 切除北侖港1、2號(hào)機(jī)后，北侖港機(jī)組無功及部分500kV母線電壓比較計(jì)算參數(shù)切機(jī)前切機(jī)后AVR/PSVR/HSVCAVRPSV

14、RHSVC北侖港3號(hào)機(jī)無功1.72.10222.23862.3805北侖港4號(hào)機(jī)無功1.72.10222.23862.3805北侖港5號(hào)機(jī)無功1.72.10222.23862.3805北侖港3號(hào)機(jī)電壓1.02701.02691.03221.0378北侖港500kV母線電壓1.00250.99560.99871.0020蘭亭變500kV母線電壓0.97220.96940.97090.97203 結(jié) 論本文從工程應(yīng)用角度出發(fā)，提出的PSVR參數(shù)整定方法，經(jīng)實(shí)際系統(tǒng)大擾動(dòng)仿真計(jì)算的驗(yàn)證，是有效可行的。仿真計(jì)算結(jié)果還表明采用HSVC和PSVR均有利于維持系統(tǒng)電壓，暫態(tài)電壓恢復(fù)更快。參考文獻(xiàn):1 Dmi

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16、MeetingC 20003 Sandro CorsiThe secondary voltage regulation in ItalyA. Washington :Proceedings of 2000 IEEE Power Engineering Society Summer MeetingC 2000. 4 李基成電力系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)器PSVRJ水電廠自動(dòng)化，2001，10(4)：1-75 王 琦，周雙喜先進(jìn)的高壓側(cè)電壓控制J電工技術(shù)，2001，（ 10）：14-156 周曉淵，邱家駒，陳新琪高壓側(cè)電壓控制對(duì)單機(jī)-無窮大系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響J中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2003，23（1）：60-63簡介：陳新琪，浙江義烏人，碩士，高級(jí)工程師，榮獲浙江省電力公司三級(jí)專家稱號(hào)。1988年6月畢業(yè)于浙江大學(xué)電力系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)。1988年進(jìn)入浙江省電力試驗(yàn)研究院系統(tǒng)所，主要從事發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制和電力系統(tǒng)分析工作。Xinqi Chen，received the B.S. and M.S. degrees from Zhejiang University, PR China in 1985 and 1988 respectively, all in e