【導(dǎo)讀】根據(jù)我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T～“同步電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)”的規(guī)定的定義，電或滅磁裝置以及保護(hù)裝置”。勵(lì)磁控制系統(tǒng)是包括控制對(duì)象的反饋控制系統(tǒng)。統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有重要的影響。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)勵(lì)。磁控制系統(tǒng)提出了具體的要求。制系統(tǒng)與電力系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)系、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器等幾個(gè)問(wèn)題和大家一起進(jìn)行討論。提供方式分類(lèi)和同步電機(jī)勵(lì)磁電壓響應(yīng)速度分類(lèi)兩種分類(lèi)方法。要由直流勵(lì)磁機(jī)和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器組成。之比稱(chēng)為自勵(lì)系數(shù)。早期的直流勵(lì)磁機(jī)還有采用副勵(lì)磁機(jī)做它勵(lì)電源的，現(xiàn)在已不再采用。得大一些，我國(guó)生產(chǎn)的、使用直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的水輪發(fā)電機(jī)的最大容量達(dá)到300MW。100MW及以上的發(fā)電機(jī)已不再使用直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)了。交流勵(lì)磁機(jī)的拖動(dòng)方式為由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)與主發(fā)電機(jī)同軸的拖動(dòng)方式。旋轉(zhuǎn)部件較多，勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)生故障的可能性也較多。易引起機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)，軸系穩(wěn)定問(wèn)題應(yīng)引起注意?？煽卣餮b置將交流勵(lì)磁機(jī)輸出的三相交

　　

【正文】 試驗(yàn)時(shí)， PSS 各級(jí)參數(shù)按初步計(jì)算來(lái)整定。頻率特性應(yīng)滿足要求，同時(shí) PSS 網(wǎng)路還應(yīng)留有一定可調(diào)范圍以供現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)修正參數(shù)整定用。 試驗(yàn)時(shí)應(yīng)該注意的一點(diǎn)是，輸入信號(hào)不宜過(guò)大。以免發(fā)生 PSS 網(wǎng)路中某些元件達(dá)到其最大輸出。 采用頻譜儀，可 以一次測(cè)得一個(gè)頻段內(nèi)的頻率響應(yīng)特性。 對(duì)于數(shù)字式電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，特別是第一次使用的數(shù)字式電力系統(tǒng)穩(wěn)定器， PSS 的頻率響應(yīng)特性的測(cè)量尤為重要，因?yàn)轭l率響應(yīng)特性測(cè)量可以檢驗(yàn)軟件編程是否真正傳遞函數(shù)所表示的特性。 （ 3）階躍特性試驗(yàn) PSS 參數(shù)按初步計(jì)算值整定。從 PSS 的輸入端加人一直流階躍信 30 號(hào)，同時(shí)錄取其輸出波形。這個(gè)響應(yīng)特性可以用來(lái)檢查穩(wěn)定器在運(yùn)輸及安裝過(guò)程中有無(wú)損壞現(xiàn)象 ,也可以在機(jī)組大、小修后用來(lái)檢查 PSS 的特性有沒(méi)有發(fā)生變化。 （ 4）電力系統(tǒng)穩(wěn)定器輸出極性檢查 穩(wěn)定器的輸出極性有時(shí)會(huì)搞 錯(cuò)，特別是使用了模擬式功率變換器的地方，應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行檢查。筆者曾在電廠 200 兆瓦機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中曾發(fā)現(xiàn) PSS 用的功率變換器輸出極性接反。檢查方法是在信號(hào)放大濾波器輸入端加入一模擬增量，檢查調(diào)節(jié)器的輸出是否作相應(yīng)改變。例如以功率為輸入信號(hào)的 PSS 可以在濾波放大器輸入端加入一階躍電壓，模擬電功率增加，這時(shí) PSS 應(yīng)作用以減少勵(lì)磁，調(diào)節(jié)器的輸出應(yīng)減少。如果因隔直回路的作用不能清楚地看到極性是否正確，則可把隔直電容暫時(shí)短路，調(diào)節(jié)器的輸出的改變可以明顯看出來(lái)。 （ 5）噪聲電平測(cè)量 根據(jù) IEEE Std421－ 1978 的要求，信號(hào)紋波和隨機(jī)嗓聲的總和不得超過(guò) PSS 輸出范圍的 10％。將第一級(jí)放大器輸入端接零、用錄波器或示波器可以測(cè)量 PSS輸出端的隨機(jī)噪聲電平。以功率為輸入信號(hào)的 PSS，還應(yīng)測(cè)量功率變換器在內(nèi)的紋波電壓和隨機(jī)噪聲的總量。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的在線試驗(yàn) (投入運(yùn)行的試驗(yàn) ) 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試是正確選擇電力系統(tǒng)穩(wěn)定器參數(shù)和檢查電力系統(tǒng)穩(wěn)定器效果的最重要階段。它包括勵(lì)磁系統(tǒng)頻率特性的測(cè)量， PSS 補(bǔ)償特性的確定和增益的整定，限幅值整定，保護(hù)值整定，投切值整定及 PSS 阻尼功率振蕩效果的檢查等內(nèi)容。 在線無(wú)補(bǔ)償頻率響應(yīng)特性試驗(yàn) 在線無(wú)補(bǔ)償頻率響應(yīng)特性是指發(fā)電機(jī)并網(wǎng)、 PSS 沒(méi)有投入的條件下，由 PSS 的附加控制產(chǎn)生的發(fā)電機(jī)電氣力矩變化Δ , 對(duì) PSS 輸出信號(hào)的頻響特性，即Δ ／ΔUpss。發(fā)電機(jī)電氣力矩變化Δ 與咱態(tài)電勢(shì)的變化Δ Eq’.pss 成正比。測(cè)量時(shí)應(yīng)使發(fā)電機(jī)盡可能帶額定有功運(yùn)行，功率因素盡可能高一點(diǎn)，因?yàn)樘岣吖β室蛩匾话銜?huì)使阻尼邊壞。 由于電氣力矩、咱態(tài)電勢(shì)的測(cè)量比較困難，對(duì)于有刷勵(lì)磁系統(tǒng)，可以用轉(zhuǎn)子電流Δ Ifd或用Δ Ut 來(lái)代替，對(duì)于無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)，只能 用Δ Ut 來(lái)代替。 測(cè)量用頻譜儀來(lái)完成，這樣可以一次測(cè)得我們要求的頻段內(nèi)的所有頻率的響應(yīng)特性。 31 應(yīng)當(dāng)注意兩點(diǎn)：①適當(dāng)選擇偽隨機(jī)信號(hào)的大小。信號(hào)太小時(shí)靈敏度不夠，太大又造成發(fā)電機(jī)電壓和無(wú)功的過(guò)大波動(dòng)。一般要求發(fā)電機(jī)電壓波動(dòng)控制在 1～ 2％的范圍內(nèi)；②信號(hào)必須從零開(kāi)始緩慢增大，防止沖擊。 從頻譜儀可直接讀取相頻特性 Ф 0＝ Fl（ f），幅頻特性 K＝ F2（ f）（ v／ v）或 G＝ F3（ f） (db)。 沒(méi)有頻譜儀時(shí)，也可以用低頻信號(hào)發(fā) 生器等儀器完成。以低頻信號(hào)發(fā)生器輸出的正弦信號(hào)替代頻譜儀的隨機(jī)信號(hào)，每次一個(gè)頻率。經(jīng)多次測(cè)量后也可以得到 無(wú)補(bǔ)償頻率響應(yīng)特性。 在線有補(bǔ)償頻率響應(yīng)特性試驗(yàn) 有補(bǔ)償頻響特性是考慮了 PSS 的相位補(bǔ)償作用后勵(lì)磁系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性。信號(hào)由 PSS的輸入端加入，將 PSS 的輸出信號(hào) Upss 接到勵(lì)磁調(diào)節(jié)器去。 測(cè)量前，應(yīng)根據(jù)無(wú)補(bǔ)償頻率響應(yīng)特性的測(cè)置結(jié)果，初步確定 PSS 的參數(shù)整定。在此參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)試，如滿足要求，測(cè)試結(jié)束；不滿足要求，則要修改參數(shù)后，再測(cè)試一遍，直到滿足要求為止。一般的情 況下，一次即可解決問(wèn)題，最多也不超過(guò)三次。測(cè)試前，應(yīng)把限幅值放開(kāi)， PSS 內(nèi)部的保護(hù)停用。 對(duì)理想有補(bǔ)償頻率響應(yīng)特性的要求 理想的有補(bǔ)償頻率響應(yīng)特性是，在系統(tǒng)可能發(fā)生低頻振蕩的整個(gè)頻率范圍內(nèi)，相頻特性均為 0176。（以軸速度為輸入信號(hào)）或 90176。（以有功功率為輸入信號(hào)）。這樣，凡是與本發(fā)電機(jī)有強(qiáng)相關(guān)的低頻振蕩，本機(jī)的 PSS 都能有良好的阻尼作用。 對(duì) PSS相位補(bǔ)償特性的要求 為了得到理想的有補(bǔ)償頻率響應(yīng)特性，對(duì) PSS 相位補(bǔ)償特性的要求是，在系統(tǒng)可能發(fā)生低頻振蕩的整個(gè)頻率范圍 內(nèi)， PSS 的相頻特性均為： 以軸速度為輸入信號(hào)時(shí) Ф pss=Ф 0＝ Fl（ f） 以電功率為輸入信號(hào)時(shí) Ф pss=90176。 Ф 0＝ 90176。 Fl（ f） Fl（ f）為測(cè)量得到的在線無(wú)補(bǔ)償頻率響應(yīng)特性。 32 工程上對(duì)有補(bǔ)償頻率響應(yīng)特性的要求 理想的有補(bǔ)償頻率響應(yīng)特性、理想的 PSS 相位補(bǔ)償特性在工程上幾乎是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，也是沒(méi)有必要的。 以軸速度為輸入信號(hào)的 PSS，其滿足工程要求的有補(bǔ)償相頻特性，根據(jù)對(duì)頻帶要求的不同可取為： 頻帶要求為 ～ 時(shí)為 30176?！?30176。 頻帶要求為 ～ 時(shí)為 40176?！?30176。 以電功率為輸入信號(hào)的 PSS，其滿足工程要求的有補(bǔ)償相頻特性，根據(jù)對(duì)頻帶要求的不同可取為： 頻帶要求為 ～ 時(shí)為 60176?！?120176。 頻帶要求為 ～ 時(shí)為 50176?！?120176。 PSS阻尼功率振蕩效果的檢查試驗(yàn) 這是電力系統(tǒng)穩(wěn)定器現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整試驗(yàn)的最重要的一步。試驗(yàn)在頻率響應(yīng)特性測(cè)量完畢、PSS的相位補(bǔ)償參數(shù)已選定的基礎(chǔ)上進(jìn)行。 PSS 的增益可以初選為 ～ 左右。 可以用不同方法來(lái)檢驗(yàn) PSS 的實(shí)際效果。常用的方法有發(fā)電機(jī)負(fù)載階躍響應(yīng)法、系統(tǒng)阻抗突變法和正弦擾動(dòng)強(qiáng)迫振蕩法三種。其中前兩種種方法較為方便和實(shí)用。 發(fā)電機(jī)負(fù)載階躍響應(yīng)法 ： 階躍干擾信號(hào)從電壓調(diào)節(jié)器的電壓參考點(diǎn)上加入，其幅值不大于 10％額定參考電壓值。可以用周期性方波，也可以用直流階躍電壓。用周期性方波時(shí)半周期時(shí)間應(yīng)不小于 3～ 5秒。錄取有 PSS 和無(wú) PSS 兩種情況下的功率、端電壓、轉(zhuǎn)速等量的波形。通過(guò)波形比較可以看出 PSS 的效果。 用自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器參考電壓階躍響應(yīng)試驗(yàn)方法檢查 PSS 阻尼功率振蕩的效果，方法簡(jiǎn)單、對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)小。但是，在絕大多數(shù)情況下，它只能激發(fā)本機(jī)振蕩頻率的振蕩，即只能激發(fā)地區(qū)振蕩模式（ local model）的振蕩，而不能激發(fā)起聯(lián)網(wǎng)后的區(qū)域間振蕩模式的振蕩。因此，只能用來(lái)檢查 PSS 對(duì)地區(qū)振蕩模式的阻尼效果，而不能用來(lái)檢查 PSS 對(duì)區(qū)域間振蕩模式的阻尼效果。 系統(tǒng)阻抗突變法 ： 33 在系統(tǒng)條件允許的情況下，可以用切機(jī)、切負(fù)荷、跳線路、跳變壓器等方法，使系統(tǒng)之間的聯(lián)系阻抗或發(fā)電廠和系統(tǒng)之間的聯(lián)系阻抗有一個(gè)較大的 、突然的改變，造成一個(gè)較大的干擾。錄取有 PSS 和無(wú) PSS 兩種情況下的發(fā)電機(jī)功率、端電壓、轉(zhuǎn)速、線路有功等量的波形。由于擾動(dòng)量較大，往往可以比較明顯地看出 PSS 的效果。同時(shí)，如果擾動(dòng)地點(diǎn)和擾動(dòng)量選擇合適，有可能激發(fā)起聯(lián)網(wǎng)后的區(qū)域間振蕩模式的振蕩，因而有可能檢查 PSS 對(duì)區(qū)域間振蕩模式的阻尼效果。但是，這種試驗(yàn)工作量較大，有時(shí)也可能要冒一點(diǎn)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)。試驗(yàn)前，最好先做仿真計(jì)算，做好安全措施。阻抗的改變可以用切機(jī)，跳線路來(lái)實(shí)現(xiàn)，但以跳線路最好。 系統(tǒng)阻抗突變法在擾動(dòng)地點(diǎn)和擾動(dòng)量選擇恰當(dāng)?shù)那闆r下，可以達(dá)到檢查 PSS 對(duì)區(qū)域間振蕩模式阻尼效果的目的。但一般情況下，也只能達(dá)到檢查 PSS 對(duì)地區(qū)振蕩模式阻尼效果的目的。 強(qiáng)迫振蕩響應(yīng)方法 ： 用強(qiáng)迫振蕩響應(yīng)試驗(yàn)方法檢查 PSS 對(duì)功率振蕩的阻尼效果，是早期采用的一種方法。我們?cè)?20 世紀(jì) 80 年代初曾經(jīng)使用過(guò)這個(gè)方法。目前，仍有人在使用?；疽c(diǎn)是，在發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的電壓參考點(diǎn)上，施加一個(gè)單一頻率的正弦擾動(dòng)信號(hào)（信號(hào)可以由調(diào)節(jié)器外的專(zhuān)用儀器產(chǎn)生，也可以由調(diào)節(jié)器內(nèi)部產(chǎn)生），信號(hào)大小以引起足夠大的有功功率振蕩為限。比較有、無(wú) PSS 時(shí)的有功功率振蕩的幅值，就可以確定 PSS 對(duì)該頻率的振 蕩的阻尼效果。 這種方法，在以本機(jī)振蕩頻率（ local model）為中心的一個(gè)不太寬的頻帶內(nèi)的，不失為是一種有效的方法。但是，對(duì)離本機(jī)振蕩頻率較遠(yuǎn)的頻率上，由于很難激發(fā)起這些頻率的功率振蕩，強(qiáng)迫振蕩響應(yīng)試驗(yàn)方法也就很難達(dá)到檢查 PSS 對(duì)這些頻率的功率振蕩的阻尼效果。聯(lián)網(wǎng)后的區(qū)域間振蕩模式的頻率恰恰在遠(yuǎn)離本機(jī)振蕩頻率的低端。如果真想激發(fā)起這些頻率的功率振蕩，所施加的信號(hào)強(qiáng)度就可能很大，會(huì)帶來(lái)一些風(fēng)險(xiǎn)，往往為調(diào)度人員和值班人員不允許。 西門(mén)子公司在三峽左廠 6號(hào)機(jī)上采用了這一方法。結(jié)果表明，圖 44 可見(jiàn)， PSS對(duì)本機(jī)振蕩頻率（ 左右）為中心的一個(gè)不太寬的頻帶內(nèi)（ ～ ）的阻尼效果可以看出或可以明顯看出。但是，對(duì) 以下或 以上的振蕩就很難看得出 PSS 的作用是好還是壞。 對(duì)區(qū)域間振蕩模式阻尼效果檢查方法的建議 ： 34 由于用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法來(lái)直接檢查 PSS對(duì)聯(lián)網(wǎng)后的區(qū)域間振蕩模式的阻尼存在一定困難，建議用下述間接方法。 （ 1） 測(cè)量無(wú)補(bǔ)償頻率響應(yīng)特性 （ 2） 測(cè)量有補(bǔ)償頻率響應(yīng)特性，應(yīng)保證在所需要 PSS 提供阻尼的最低頻率上，能滿足提供正阻尼的要求 （ 3） 進(jìn)行一次自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器參考電壓階躍響應(yīng)試驗(yàn)，檢查、確認(rèn) PSS對(duì)地區(qū)振蕩模式的阻尼效果。從而證明有償頻率響應(yīng)特性測(cè)量結(jié)果和 PSS 參數(shù)整定的正確性。 （ 4） 用電力系統(tǒng)仿真程序校驗(yàn) PSS 參數(shù)整定的正確性。校驗(yàn) PSS 對(duì) 區(qū)域間振蕩模式阻尼效果 。 加速功率型 PSS原理和試驗(yàn)結(jié)果介紹 曾經(jīng)用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸入有發(fā)電機(jī)的電功率、機(jī)組的軸速度和發(fā)電機(jī)端電壓的頻率。但使用最多、最普遍的還是發(fā)電機(jī)的電功率。 使用電功率作為輸入信號(hào)的最主要的缺點(diǎn)是無(wú)功功率的“反調(diào)”問(wèn)題。 所謂“反調(diào)”是指當(dāng)機(jī)組增加原動(dòng)機(jī)功率輸入時(shí)，發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率會(huì)有比較大的、不能允許的減少，而在 機(jī)組減少原動(dòng)機(jī)功率輸入時(shí)，發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率會(huì)有比較大的、不能允許的增加。 我國(guó)現(xiàn)在正在實(shí)行各大區(qū)聯(lián)網(wǎng)，經(jīng)過(guò)大量仿真計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，區(qū)域電網(wǎng)之間存在，采用單一電功率為輸入信號(hào)（或簡(jiǎn)單的電功率加轉(zhuǎn)速信號(hào)）的PSS，在采用滿足對(duì) ，往往會(huì)使“反調(diào)”現(xiàn)象變得嚴(yán)重。由于 AGC 的廣泛采用，調(diào)節(jié)速度較快，調(diào)節(jié)也十分頻繁，電網(wǎng)不再允許采用“閉鎖”方式解決“反調(diào)”問(wèn)題。采用轉(zhuǎn)速為輸入信號(hào)的 PSS 在理論上是沒(méi)有“反調(diào)”現(xiàn)象的，但是轉(zhuǎn)速信號(hào)的測(cè) 取有一定難度，為避免軸系扭振問(wèn)題，需采用扭振頻率阻斷濾波器，其階數(shù)由主機(jī)機(jī)械計(jì)算給出，所以沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。采用簡(jiǎn)單的電功率加軸速度的雙輸入信號(hào)的 PSS，并不能解決“反調(diào)”問(wèn)題。解決“反調(diào)”問(wèn)題的一種有效措施是采用加速功率作為 PSS 的輸入信號(hào)，中國(guó)電力科學(xué)研究院參考 IEEE PSS2A 模型的原理，在前期理論研究工作的基礎(chǔ)上，研制了雙輸入信號(hào)（轉(zhuǎn)速信號(hào)和電功率信號(hào)合成加速功率）加速功率型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得了成功。 加速功率型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器是與 EX2020 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的開(kāi)發(fā) 同步完成的。 35 加速功率型 PSS原理簡(jiǎn)介 根據(jù)旋轉(zhuǎn)物體的力學(xué)定律，對(duì)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子可寫(xiě)出如下的關(guān)系式 em TTdtdM ??? 式中 M—— 機(jī)組轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 mT —— 原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 eT —— 發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 用標(biāo)幺值表示，在速度變化不大時(shí)，可用功率代替轉(zhuǎn)矩，則關(guān)系式變?yōu)? em PPdtdM ??? （ 623） 移項(xiàng)后有 em PdtdMP ?? ?? 0 寫(xiě)成偏差形式， d/dt 用 S 代替，得 em PMSP ????? 0?? （ 624） 因 ?? 中含有各種噪音，上式兩端乘 G(S)濾去， )()()( 0 SGPMSSGP em ????? ?? 加速功率為： eea PSGPsMP ??????? )()( 0? ? （ 625） 用 aP? 來(lái)作為 PSS 的輸入，框圖就如圖 67 所示，加 速功率為信號(hào)的 PSS 是沒(méi)有“反調(diào)”的。 36 T W1 S1+T W1 ST W2 S1+T W2 ST W3 S1+T W3 SKS 21+T 7 SWP++KS 31+T 8 S(1+T 9 S)M[ ]N+△P m△P e1+T 2 S1+T 1 S1+T 3 S1+T 4 S1+T 5 S1+T 6 SKS 1△P a 圖 67 加速功率型 PSS 模型框圖 加速功率型 PSS動(dòng)模試驗(yàn)結(jié)果簡(jiǎn)介 勵(lì)磁系統(tǒng)在線無(wú)補(bǔ)償