2007年第6期
5
Effect of Generator Excitation Restriction on
Small Disturbance Stabilit y
竺士章
(浙江省电力试验研究院，浙江
杭州
310014)
摘要：分析了几种励磁限制和电力系统稳定器(PSS )介入自动电压调节器的方式对小扰动稳定性的影响，提出了弱联系系统及带有PSS 以比较门方式介入电压调节器的低励限制有可能削弱小扰动稳定性，需要考虑低励限制环参数和PSS 的参数以提高小扰动稳定性。关键词：发电机；励磁；限制;PSS ；小 扰动；稳定性
Abstact :Analyse effect of several modes th at connected generator excitation restr iction and PSS to AVR
on small disturbance stab ilit y ,brin g forward p ossible weaken small d isturbance stabilit y in the com p arative mode that und erexcitation restr iction con nect to AVR with PSS ,in th e case ,must consider the p arameters of underexcitation r estriction and PSS .K e y Words :g en erator ;
excitation ;restriction ;PSS ;small d isturbance ;stabilit y 中图分类号:TM761+.11
文献标识码:A
文章编号:1007-1881(2007)06-0005-04
图1限制以迭加方式介入自动电压调节器
浙江电力
Z HEJI AN G EL ECTRIC POWER
发电机励磁系统一般工作于定电压方式。在励磁系统导致发电机和电网越出安全范围时，或者越出励磁设备安全范围时，励磁限制动作，将电网、发电机和励磁设备维持在安全的范围。
实际励磁系统有多种励磁限制和PSS 介入自动电压调节器的方式，需要研究不同介入方式和不同限制对电力系统小扰动稳定性的影响。本文对低励限制、转子过电流限制和定子过电流限制3种方式和低励限制的2种介入方式，在一般系统和弱联系系统中进行小扰动稳定性计算分析，得到弱联系系统下低励限制环内的PSS 将削弱小扰动稳定性等结论。
1励磁调节器的限制和PSS 介入自动电压调节器的方式
发电机励磁调节器的限制介入自动电压调节器的方式一般有2种：迭加方式和比较门方式。
迭加方式见图1。其中U SCL 、U OE L 和U UEL
经济社会体制比较
分别为定子过电流限制、转子过电流限制和低励限制输出,U S 为电力系统稳定器输出。迭加方式下限制输出与电压控制信号共同起作用。
比较门方式是将限制输出与电压控制信号进行比较，进入下一环节，限制动作时原电压控制通道被断开。低励限制时实行定无功控制，转子过电流限制和定子过电流限制时实行定励磁电流和定定子电流控制。
PSS 介入比较门方式有PSS 在限制环外和限制环内2种，见图2和图3。PSS 在限制环外，仅由非电压环决定小扰动稳定性;PSS
在
6
2007年第6期
lm567
表1正常运行下的小扰动稳定性计算
G1
G2
模式
一般系统
弱联系系统
方式PS S 投切方式PS S 投切振荡频率/Hz
阻尼比/%振荡频率/Hz
阻尼比/%AVR
切
AVR
切
121.7481.1457.7581.3001.5950.8237.886-7.032AVR 切AVR 投入
121.8021.18328.3378.7771.6260.82222.934-0.834AVR 投入AVR 投入
12
2.2531.147
食品注册管理办法
38.92020.602
1.6440.80
43.5016.212
限制环内时，由非电压环和PSS 共同决定小扰动稳定性。
2计算条件
建立两机对无穷大系统，见图4。机组G1和G2在主变高压侧并列，与G3无穷大机组电气距离较远。调整与G3的电气距离，构成一般系统(约120km 220kV 线路)和弱联系系统(约300km 220kV 线路)。机组均采用自并励静止励磁系统。G1和G2机组选定电压方式(AVR )、比较门低励限制方式(UEL )和PSS 。G3机组为定电压方式，无PSS 。
(1)G1和G2采用自并励励磁系统，校正环节400(1+0.7s )/(1+5.5s )。
(2)低励限制计算条件。一般系统:V 1=V 2=1,V 3=1.15,X 1=X 2=0.03,X 3=0.1。P 1=P 2=135MW ,Q 1
=Q 2=18.8Mvar 。弱联系系统:V 1=V 2=1,V 3=1.15,X 1=X 2=0.03,X 3=0.25。P 1=P 2=135MW ,Q 1=Q 2=-46.6Mvar 。
(3)转子和定子过电流限制计算条件。一般系统:V 1=V 2=1,V 3=0.85,X 1=X 2=0.03,X 3=0.1。P 1=P 2=135MW ,Q 1=Q 2=90.8Mvar 。弱联系系统:V 1=V 2=1,V 3=0.9,X 1=X 2=0.03,X 3=0.25。P 1=P 2=135MW ,Q 1=Q 2=85.7Mvar 。
(4)发电机G1和G2参数:Sn180MVA ,X d2.3,X d ′0.28,X d ″0.20,X q2.18,X q ′0.46,X q ″0.22,T d0′11.5,T j 7.0,R a0.00107。G3参数:Sn3600MVA ,T j 70.0，其余同G1。
3低励限制的小扰动稳定性
3.1比较门低励限制环的小扰动稳定性
低励限制采用PI 调节:1+1/s ，正常运行下的小扰动稳定性计算见表1，可见，弱联系系统中定电压方式的G1和G2机组均投入PSS 后显著提高了低频振荡阻尼。比较门低励限制环的小扰动稳定性计算见表2。表中振荡模式1为G1和G2机组之间的振荡，振荡模式2为G1和G2机组对无穷大机组间的振荡。
(1)系统机组均无PSS ,G1机组运行于比较门低励限制，系统的阻尼比G1工作于电压控制方式有改善。
浙江电
力
图4计算用系统结构
图2比较门方式之一，作用时PSS 退出
图3比较门方式之二，作用时PSS
在线
2007年第6期7
表4迭加方式低励限制作用下的小扰动稳定性计算
表3比较门低励限制环下调整PSS 参数对弱联系系统小扰动稳定性的影响
表2比较门低励限制环的小扰动稳定性计算
G1
G2
模式
一般系统
弱联系系统
方式PSS 投切方式PSS 投切振荡频率/Hz
阻尼比/%振荡频率/Hz
阻尼比/%AVR
切
AVR
切
121.7081.0978.4817.2301.3960.66418.534-5.309AVR 切AVR 投入
121.7121.13331.60315.0841.2830.63133.4450.669AVR 投入AVR 投入
12
1.3670.932
42.75425.736
1.1880.600
31.892-0.871
T1/s
T2/s
KS1
模式
一般系统
弱联系系统
feidele
振荡频率/Hz
阻尼比/%振荡频率/Hz 阻尼比/%0.4(原值)
0.06(原值)
4(原值)
121.3670.93242.7525.7361.18880.60031.892-0.8710.4116
12
1.9151.154
32.67224.19
1.21390.605
38.3864.681
G1
G2
模式
一般系统
弱联系系统
方式PS S 投切方式PS S 投切振荡频率/Hz
阻尼比/%振荡频率/Hz
阻尼比/%U EL
国际标准化比值INR切
AVR
切
121.7081.1198.3244.5381.4060.70316.982-1.327U EL 切AVR 投入
121.7301.15631.22811.4181.3200.69233.7135.259U EL 投入AVR 投入
12
1.3910.992
43.24019.036
1.2140.656
33.034.756
(2)G1、G2机组均投PSS 情况下,G1机组比较门低励限制动作,PSS 在线与不在线比较，前者对地区振荡模式阻尼有改善，对区域间振荡模式阻尼略有削弱。
弱联系系统中G2定电压方式、G1定无功方式，计算G1励磁PID 参数对阻尼的影响,PID 参数调整方式为维持超前和滞后时间常数(TC1和TB1)比值不变。计算结果显示，加大PID 超前和滞后时间常数可略微提高弱联系系统小扰动稳定性。
G1机组UEL 动作后PSS 采用调整参数,G2机组定电压方式，小扰动稳定性分析结果见表3。可见，调
整PSS 参数可提高弱联系系统小扰动稳定性，且不影响一般系统中的小扰动稳定性。3.2迭加方式低励限制作用下的小扰动稳定性
计算中迭加方式采用偏差无功经低励限制的PID 校正，输出到电压相加点，并非以等速度增加电压给定值。迭加方式下低励限制作用的小扰动稳定性计算见表4。
可见,G1机组低励限制、全网无PSS 的小扰动稳定性较全网无低励限制为好，但是依然存在区域间振荡模式负阻尼;G2机组投
竺士章：发电机励磁限制对小扰动稳定性的影响
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2007年第6期
PSS 后阻尼改善；再投G1机组PSS ，对一般系统阻尼有明显改善，但弱联系系统阻尼稍有减弱。
采用迭加方式低励限制环较采用比较门方式的低励限制环在一般系统中阻尼无显著差别，在弱联系系统中的小扰动稳定性较好。
4比较门方式定子电流限制的小扰动稳定性
定子电流限制(SCL )采用PI 调节:1+1/s ，无定子电流限制的小扰动稳定性计算见表
5，可见，弱联系系统中定电压方式的G1和G2机组均投入PSS 后显著提高了低频振荡阻尼。
有定子电流限制的小扰动稳定性计算见表6。可见比较门方式定子电流限制，以及限制后投入PSS 均能改善小扰动稳定性。
5比较门方式转子过电流限制的小扰动稳定性
转子过电流限制(OEL )采用PI 调节:0.05(1+1/5s )，小扰动稳定性计算见表7。可见比较门方式转子过电流限制、以及限制后投
表6有定子电流限制的小扰动稳定性计算
表7转子过电流限制的小扰动稳定性分析计算结果
表5无定子电流限制的小扰动稳定性计算
G1
G2
模式
一般系统
弱联系系统
方式PS S 投切方式PS S 投切振荡频率/Hz
阻尼比/%振荡频率/Hz
阻尼比/%SCL
切
AVR
切
121.4780.9648.5846.3901.4840.6218.708-2.243SCL 切AVR 投入
121.4640.97521.14512.5451.4760.61721.2005.52SCL 投入AVR 投入
12
1.5541.005
20.19815.071
1.5650.657
20.7648.357
G1
G2
模式
环一般系统
弱联系系统
方式PSS 投切方式PSS 投切振荡频率/Hz
阻尼比/%振荡频率/Hz
阻尼比/%OEL
切
AVR
切
121.4780.9648.5846.3901.4840.6218.708-2.243OEL 切AVR 投入
121.4640.97521.14512.5451.4760.61721.2005.52OEL 投入AVR 投入
12
1.5541.005
20.19815.071
1.5650.657
20.7648.357
G1
G2
模式
一般系统
弱联系系统
方式PSS 投切方式PSS 投切振荡频率/Hz
阻尼比/%振荡频率/Hz
阻尼比/%AVR
切
AVR
切
121.4680.9586.7244.7651.4730.6666.836-10.661AVR 投入AVR 投入
12
1.4960.934
30.93017.529
1.5010.643
31.607-0.374
(下转第69页)
浙江电力
2007年第6期69
[1][2]王达峰，方磊.投粉冲管技术在长兴发电厂2号炉的
应用和研究[J ].浙江电力,2003,6:59-60.中华人民共和国电力工业部.火电机组启动蒸汽吹管
导则[M ].1988.
[1][2](上接第8页)
入PSS 有效地提高了低频振荡的阻尼。
6结语
通过分析励磁限制和PSS 介入自动电压调节器的方式，对低励限制、定子过电流限制和转子过电流限制3种限制进行二机对无穷大系统下的计算分析，得到以下结论:
(1)一般系统和弱联系系统转子和定子过电流限制动作后低频振荡的阻尼均有所提高，限制环节内的PSS 提高了小扰动稳定性。
(2)在一般系统条件下，低励限制对小扰动稳定性有所改善，限制环节内的PSS 提高了小扰动稳定性。
(3)在弱联系系统下有PSS 的低励限制未能提高区域间振荡模式的阻尼，采用比较门方式甚至恶化了小扰动稳定性，可以采取以
下措施：在有足够的地区振荡模式阻尼、重点需要解决区域间振荡模式阻尼的情况下采取低励限制时退出PSS ；调整PSS 参数；调整电压调节器的PID 参数，但是作用有限。参考文献:
收稿日期:2007-06-08
作者简介：竺士章(1946-)，男，浙江宁波人，教授级高级工程师，从事发电机励磁系统和水轮机调速系统模型参数测辨，励磁系统试验和电力系统小扰动稳定分析等工作。
IEEE Std 421.
4-2004IEEE Guide for the Pre p aration of Excitation S y stem S p ecifications [S ].
IEEE Std 421.5-2005IEEE Recomm ended Practice for Ex -citat ion S y stem Models for Power S y stem Stabilit y Studies [S ].
王达峰，等：稳压吹管技术在兰溪电厂超临界机组的应用实践采用以上方法后，除了在1号炉吹管过程
中主汽温度曾短时过高(470℃)外，蒸汽温度都得到了很好的控制，主蒸汽温度均在420℃以下，再热蒸汽温度控制在510℃以下。
3穿插降压法时启动分离器贮水箱水位的控制
穿插降压法吹管时，锅炉在湿态运行，此时与亚临界强制循环锅炉类似，随锅炉压力不断降低，水冷壁内水的饱和温度也不断降低，此时不断有大量的水汽化，进入启动分离器的汽水混合物也较多，贮水箱水位较高。当临冲阀关闭时，锅炉压为不再下降，并随即回升，饱和温度也上升，此时水冷壁内反而有不少饱和气泡重新凝成水，造成水冷壁内的水“下沉”，使进入启动分离器的汽水混合物减少甚至为零。此时如操作不当将会使贮水箱内的水位被启动循环泵“抽光”，造成启动循环泵跳闸，进而使水冷壁入口流量低于最小流量保护值，使锅炉MFT 。
为控制住贮水箱的水位，在临冲阀关闭时需做到以下2点。
(1)增大主给水流量，确保给水流量大于最小保护流量，这样即使启动循环泵跳闸，也能保证锅炉不发生MFT 。
(2)减小启动循环泵的出口阀开度，增大再循环阀的开度，使循环泵出口的水通过再循环阀直接回到分离器贮水箱。
4结束语
稳压蒸汽吹管技术在工程中应用还不是很多，在浙江还处在刚刚起步阶段。浙能兰溪电厂的稳压吹管
实践中总结出的经验，可以为以后的工程提供借鉴。参考文献:
收稿日期:2007-06-18
作者简介：王达峰(1972-)，男，浙江宁波人，高级工程师，主要从事电站锅炉试验研究、调试工作。
豫公网安备41160202000603
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