電力系統(tǒng)電壓調節(jié)器參數(shù)整定

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

2、壓母線或升壓變壓器某一內點）的電壓為目標，以達到提高電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的目的。采用發(fā)電機主變高壓側電壓作為反饋信號的電力系統(tǒng)電壓調節(jié)器（PSVR）已經(jīng)進入實際應用1，2。PSVR與各種新的電壓控制手段，如二級電壓控制等協(xié)同，在法國、西班牙、意大利等電網(wǎng)得到了廣泛的應用。國外一些勵磁系統(tǒng)的制造商，已將高壓側電壓控制作為一個可供選擇的功能，集成在勵磁系統(tǒng)中3。本文試圖通過仿真計算分析來研究PSVR參數(shù)整定問題，并以實際系統(tǒng)為背景，著重分析PSVR對系統(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, 當圖1中引入的機端母線電壓比例Kt為零時，圖1所示的就是HSVC控制系統(tǒng)。從控制來講必須保持發(fā)電機運行點在發(fā)電機和勵磁設備安全域內；保持勵磁調節(jié)器處于電壓調節(jié)方式；維持機端電壓（廠用電）在一定的范圍；從機組并列點看，每臺機組均要有正調差。為此，在進行PSVR參數(shù)整定時要解決好以下問題。11 限幅值的確定考慮系統(tǒng)電壓和廠用電電壓的安全，引入機組高壓側系統(tǒng)電壓Vh和機端電壓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導則規(guī)定：500 kV母線最高運行電壓不超過系統(tǒng)額定電壓的+10%；最低運行電壓不應影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行及下一級電壓的調節(jié)。設置北侖港發(fā)電廠

4、機組高壓側母線電壓Vh的電壓范圍為：1.01.1pu；設置發(fā)電機機端電壓Vg的電壓范圍為：0.971.05 pu。12 放大倍數(shù)及相位補償時間常數(shù)整定勵磁控制系統(tǒng)要有適當?shù)姆€(wěn)定裕度，但不應過分強調穩(wěn)定性而犧牲快速性。所以在設計PSVR參數(shù)時，要注意：若引入的高壓母線電壓比例Kh太大, 則會產(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太小或相位補償時間常數(shù)整定不當, 則會在暫態(tài)大擾動事故情況下，勵磁系統(tǒng)的暫態(tài)增益將降低，或在小擾動情況下，勵磁系統(tǒng)的阻尼將降低，起不了應有的作用。因應針對系統(tǒng)的各個運行狀態(tài)進行校驗。121 放大倍數(shù)Kh的整定采用負載電壓階躍響應法確定Kh的臨

5、界放大倍數(shù)，在小擾動情況下，逐漸增大Kh，當Kh接近臨界放大倍數(shù)時，PSVR偏差信號電壓將發(fā)生持續(xù)振蕩，見圖2；當放大倍數(shù)Kh過大時，PSVR偏差信號電壓將發(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偏差信號電壓響應見圖4。 圖2 Kh接近臨界放大倍數(shù)時PSVR的偏差信號響應 圖3 Kh過大時PSVR的偏差信號響應 圖4 Kh=2、Kt=1時PSVR的偏差信號響應 圖5 +3%階躍時，北侖港3號機有功動態(tài)響應122 相位補償時間常數(shù)的整定文獻6論證了HSVC對阻尼轉矩的改善作用，本文通過時域法來驗證若PSVR相位補

6、償時間常數(shù)整定恰當時能改善勵磁系統(tǒng)對系統(tǒng)的阻尼特性，參見表1、圖5。參照PSS超前滯后時間常數(shù)的確定方法，也可用相位補償法整定PSVR相位補償時間常數(shù)。 表1 相位補償校核性結果條件阻尼比振蕩次數(shù)無相位補償+3%階躍響應0.12034.5有相位補償+3%階躍響應0.16484.0有PSS+相位補償+3%階躍響應>0.30.5注：阻尼比 為，其中 、分別為有功功率動態(tài)響應第一、二峰峰值。仿真計算結果表明，增加PSVR相補償環(huán)節(jié)后，阻尼比有所提高，振蕩次數(shù)無明顯減少，證明相位補償時間常數(shù)整定恰當；當再投入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、因為PSS運用的是有功功率波動信號，能全面反映系統(tǒng)中低頻振蕩的信息而PSVR相補償環(huán)節(jié)運用的仍然是電壓信號，因而對系統(tǒng)阻尼的改善是有限的。123 大干擾校驗法假設單機通過雙回線連接到無窮大系統(tǒng)，某時刻其中一回線發(fā)生短路，于是機端電壓、電磁功率劇烈下降，同時因原動機功率尚未調節(jié)，發(fā)電機轉子加速。在這個過程中，系統(tǒng)無功嚴重缺乏，希望勵磁系統(tǒng)能夠盡可能地進行快速強行勵磁來提高發(fā)電機電壓。相對于機端電壓控制，高壓側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重，因而反應能夠更靈敏。實際系統(tǒng)計算表明，HSVC、PSVR對限制第一擺的作用有限。這是由于勵磁系統(tǒng)有勵磁頂值電壓限制，HSVC、PSV

8、R通過迅速提高勵磁電壓，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)和實際系統(tǒng)為背景，分析不同的勵磁控制方式HSVC、PSVR、AVR對極限切除時間（CCT）的影響。（1） 單機無窮大系統(tǒng)計算條件：以單機無窮大系統(tǒng)結構作為計算網(wǎng)絡，發(fā)電機采用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)電機帶P=0.8 pu，Q=0.6 pu運行，機端電壓正常?？紤]線路出口2%處三相對地短路，極限切除時間（CCT）參見下表2。仿真計算表明HSVC和PSVR對CCT的影響很小。表2 不同的勵

9、磁控制方式HSVC、PSVR、AVR下，故障極限切除時間（CCT）的影響故障方式極限切除時間CCTAVRPSVRHSVC線路出口2%處三相對地短路0.300.310.31（2） 實際系統(tǒng)計算條件：以2003年浙江電網(wǎng)結構作為計算網(wǎng)絡。高峰負荷運行方式下，北侖港發(fā)電廠5臺機各帶600 MW運行，機端電壓正常，分析HSVC、PSVR、AVR對極限切除時間（CCT）的影響?？紤]北蘭5401線路出口2%處三相對地短路，計算求得的極限切除時間CCT均為0.25 s，對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。 圖6 HSVC、PSVR和AVR對暫穩(wěn)的影響 圖7 三相短路0.25s切除故障線路時PSVR響應124 空載電壓階躍響應法在單機經(jīng)單線路連接到電網(wǎng)的系統(tǒng)中，將發(fā)電機主變高壓側開關合上，線路開關斷開，選取不同的Kh、Kt，對PSVR勵磁控制系統(tǒng)進行發(fā)電機空載電壓階躍響應仿真計算，結果見圖8 9，發(fā)現(xiàn)若Kh太大, 則會產(chǎn)生空載穩(wěn)定性問題。對這一問題，可采取發(fā)電機起勵或空載試驗時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 圖9 AVR和PSVR空載電壓5%階躍響應1 3 并列發(fā)電機間無

11、功功率的分配問題考慮同一母線下，解決各并列發(fā)電機間無功功率的分配問題，只要取相同的PSVR參數(shù)使每臺發(fā)電機均有相同的正調差。參見圖10、11。仿真計算中北侖港發(fā)電廠3 5號機均采用HSVC或PSVR或AVR控制方式。采用HSVC或PSVR控制方式的35號機共同均勻地承擔了1、2號機組退出運行所造成系統(tǒng)的無功缺額。機組間不會發(fā)生搶無功現(xiàn)象，無功分配也合理。1 4 需強調說明的問題采用HSVC、PSVR控制方式只是使發(fā)電機潛在的無功容量得到快速應用，而不是使發(fā)電機處于超出允許值的無功容量過載狀態(tài)。所以，加裝HSVC或PSVR的勵磁控制系統(tǒng)需設置運行安全區(qū)域，必須滿足有關勵磁標準，原采用常規(guī)機端電壓

12、控制的勵磁控制系統(tǒng)的功能（如低勵、過勵、V/Hz、強勵限制、PSS及有關保護）仍必須保證，以保證發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行。2 HSVC、PSVR對系統(tǒng)無功電壓的影響暫穩(wěn)計算時發(fā)電機模型采用Ed¢¢、Eq¢¢變化（五階模型），勵磁系統(tǒng)分別采用常規(guī)機端電壓控制AVR、PSVR控制、HSVC控制方式，在切機擾動方式下，分析HSVC、HSVC+AVR、AVR對機組無功、系統(tǒng)電壓的影響。計算得到的電廠高壓母線電壓、發(fā)電機機端電壓、發(fā)電機無功功率等電氣量的動態(tài)響應，分別見圖1014。仿真計算表明HSVC和HSVC+AVR均有利于維持系統(tǒng)電壓，暫態(tài)電壓恢復更快。切除1、2

13、號機后，計算發(fā)電機在裝設HSVC、PSVR和AVR 3種情況下的35號機無功出力和部分500 kV母線電壓情況，結果如表3。當切除1、2號機后，采用HSVC、PSVR時發(fā)電機穩(wěn)定運行的機端電壓比采用AVR時高，發(fā)電機無功出力大幅增加，補償了系統(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號機無功功率 圖11 北侖港500kV和3 5號機母線電壓 圖12 北侖港3 5號機勵磁電壓 圖13 蘭亭變500kV母線電壓表3 切除北侖港1、2號機后，北侖港機組無功及部分500kV母線電壓比較計算參數(shù)切機前切機后AVR/PSVR/HSVCAVRPSV

14、RHSVC北侖港3號機無功1.72.10222.23862.3805北侖港4號機無功1.72.10222.23862.3805北侖港5號機無功1.72.10222.23862.3805北侖港3號機電壓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 論本文從工程應用角度出發(fā)，提出的PSVR參數(shù)整定方法，經(jīng)實際系統(tǒng)大擾動仿真計算的驗證，是有效可行的。仿真計算結果還表明采用HSVC和PSVR均有利于維持系統(tǒng)電壓，暫態(tài)電壓恢復更快。參考文獻: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)電壓調節(jié)器PSVRJ水電廠自動化，2001，10(4)：1-75 王 琦，周雙喜先進的高壓側電壓控制J電工技術，2001，（ 10）：14-156 周曉淵，邱家駒，陳新琪高壓側電壓控制對單機-無窮大系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響J中國電機工程學報，2003，23（1）：60-63簡介：陳新琪，浙江義烏人，碩士，高級工程師，榮獲浙江省電力公司三級專家稱號。1988年6月畢業(yè)于浙江大學電力系統(tǒng)自動化專業(yè)。1988年進入浙江省電力試驗研究院系統(tǒng)所，主要從事發(fā)電機勵磁控制和電力系統(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