廣東電網(wǎng)電力系統穩定器應用的現狀與治理

1.現狀
近年來(lái)，各種各樣的配備快速勵磁系統的發(fā)電機投進(jìn)到電網(wǎng)運行中，從而使系統中很多與機組勵磁系統相關(guān)的低頻振蕩模式（0．2～2．5Hz）的綜合阻尼比受到了削弱或降低，甚至出現了負阻尼，從而導致電網(wǎng)不斷出現負阻尼或弱阻尼低頻振蕩現象，系統的安全與穩定運行受到威脅，于是國內外紛紛采取措施，在電網(wǎng)中大量投進(jìn)PSS來(lái)抑制低頻振蕩，從而加強系統阻尼。目前國內大部分電網(wǎng)都有投進(jìn)PSS，如湖北電網(wǎng)、浙江電網(wǎng)、四川電網(wǎng)；東北、華北電網(wǎng)僅在2001年里分別有數10臺機組投進(jìn)了PSS。前蘇聯(lián)地區電網(wǎng)幾乎所有大機組均按照治理規定要求投進(jìn)了PSS。頻譜分析儀| 電池測試儀| 相序表| 萬(wàn)用表| 功率計| 示波器| 電阻測試儀| 電阻計| 電表| 鉗表| 高斯計| 電磁場(chǎng)測試儀| 電源供應器| 電能質(zhì)量分析儀|
2　廣東省電網(wǎng)投進(jìn)PSS的必要性分析
　　目前廣東省主網(wǎng)除與粵東、粵東北、粵北、粵西幾個(gè)地區聯(lián)網(wǎng)外，還與云、黔、桂三省、香港特別行政區的電網(wǎng)聯(lián)接，將來(lái)還要與湖南等省電網(wǎng)相連，因此有可能同時(shí)存在著(zhù)多種弱阻尼或負阻尼振蕩模式。據統計，2002年上半年，廣東省網(wǎng)與南方電網(wǎng)、香港電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)中就記錄下多次低頻振蕩事件。
　　一般來(lái)說(shuō)，每臺機組接進(jìn)電網(wǎng)都會(huì )帶來(lái)一個(gè)與其相關(guān)密切的振蕩模式，該振蕩模式的阻尼比通常是比較低的，達不到國內當前的有關(guān)標準或規定。廣東省電力試驗研究所根據2001年的電網(wǎng)數據進(jìn)行了計算，結果顯示，除了近幾年剛剛投進(jìn)PSS的青溪水電廠(chǎng)、楓樹(shù)壩水電廠(chǎng)和大亞灣核電站的機組阻尼比大于0．1外，其他電廠(chǎng)機組強相關(guān)的振蕩　　模式阻尼比均小于0．1，就連安裝了PSS的沙角B中一些大機組，如抽水蓄能B電廠(chǎng)、珠海發(fā)電廠(chǎng)、沙角C電廠(chǎng)機組的相關(guān)阻尼比均在零四周；蓄能A電廠(chǎng)、新豐江水電廠(chǎng)、長(cháng)湖水電廠(chǎng)的阻尼比也都小于0．02。按照國內目前比較流行的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，阻尼比小于0．05則屬于弱阻尼，阻尼比大于0．1才屬于強阻尼。國家標準《大型汽輪發(fā)電機自并勵靜止勵磁系統技術(shù)條件》和《大型汽輪發(fā)電機交流勵磁機勵磁系統（討論稿）》均規定阻尼比須大于0．1�？梢�(jiàn)，廣東省內尚有相當一部分機組的阻尼比有待于進(jìn)一步進(jìn)步。
　　PSS是目前已經(jīng)被證實(shí)的最有效的阻尼低頻振蕩的方法，也是國際大電網(wǎng)會(huì )議推薦的首選措施。因此，我省也應該效法國內外先進(jìn)電網(wǎng)的經(jīng)驗，在省內的相關(guān)機組上適當安裝或投進(jìn)PSS，進(jìn)步與各電廠(chǎng)機組強相關(guān)的振蕩模式的阻尼比，這對于減小與各地區重要聯(lián)絡(luò )線(xiàn)的功率振蕩幅值、進(jìn)步機組的抗擾動(dòng)能力、改善各地區電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)穩定性，具有明顯的效果。因而也降低了導致電網(wǎng)穩定破壞、失往機組或負荷、造成設備損壞和經(jīng)濟損失的概率，具有重要的現實(shí)意義和經(jīng)濟效益。這也是國電公司《輸電網(wǎng)安全性評價(jià)》的要求，同時(shí)也是掛網(wǎng)發(fā)電企業(yè)應盡的義務(wù)。
3　廣東省目前PSS投運的現狀和已經(jīng)具備的條件　　
　　1987年，廣東省電網(wǎng)第一次在沙角B廠(chǎng)的2臺350MW機組投進(jìn)PSS，該PSS是中國電科院、廣東省電力試驗研究所和香港中華電力公司共同研究開(kāi)發(fā)的裝置。
　　1997年底，廣東省電力試驗研究所獨立完成了楓樹(shù)壩水電廠(chǎng)2臺80MW機組的PSS投運試驗，這是廣東省內第一次獨立承擔PSS投運試驗�！　�2001年，經(jīng)過(guò)近一年的攻關(guān)研究，廣東省電力試驗研究所完成了“實(shí)用型PSS參數設計與現場(chǎng)試驗方法的研究及應用”的科研項目，并在青溪電廠(chǎng)機組上進(jìn)行了實(shí)踐檢驗，獲得圓滿(mǎn)成功，成果達到國內先進(jìn)水平，成為國內為數未幾的幾家全面把握PSS理論及應用的單位。為廣東省獨立承擔省內機組PSS大規模投進(jìn)運行提供了保證。目前，在廣州蓄能水電廠(chǎng)A、B廠(chǎng)的8臺機組上，PSS的推廣應用獲得了成功。
在廣東省內，有10臺PSS分別投進(jìn)到沙角B電廠(chǎng)、楓樹(shù)壩水電廠(chǎng)、青溪水電廠(chǎng)、大亞灣核電站、嶺澳核電站的機組，廣州蓄能電站A，B廠(chǎng)也分別有4臺PSS機組完成了現場(chǎng)參數優(yōu)化試驗。
4　目前PSS運行中存在的題目
4．1　標準題目　　
　　對于PSS阻尼比的大小要求題目，學(xué)術(shù)界持有很多不同觀(guān)點(diǎn)。按照國內目前比較流行的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，阻尼比小于0．05則屬于弱阻尼，阻尼比大于0．1才屬于強阻尼；也有一部分學(xué)者以為阻尼比偏小一些也可以滿(mǎn)足要求，標準可適當降低。目前國內只有一些新國家標準對PSS提出了比較明確的要求。國家標準《大型汽輪發(fā)電機自并勵靜止勵磁系統技術(shù)條件》和《大型汽輪發(fā)電機交流勵磁機勵磁系統（討論稿）》規定發(fā)電機的阻尼比應該大于0．1。
　　此外，從理論上講，每臺機組的投進(jìn)都會(huì )產(chǎn)生相關(guān)的振蕩模式，同時(shí)也會(huì )在不同程度上對系統內一些原有的振蕩模式產(chǎn)生影響，故有些學(xué)者以為所有的大機組都必須投進(jìn)PSS（很多省、區已經(jīng)這樣做），而也有些學(xué)者以為不必將所有的大機組的PSS都投進(jìn)，而只需將足足數目的相關(guān)機組投進(jìn)即可。
　　一般來(lái)說(shuō)，機組只有在投進(jìn)PSS后，阻尼比才有可能達到0．1的新國標要求。
4．2　治理上的題目
　　從電網(wǎng)的治理層來(lái)講，應該根據本省的特點(diǎn)，在有關(guān)的規定或規程（例如調度規程或電廠(chǎng)上網(wǎng)協(xié)議）中寫(xiě)進(jìn)有關(guān)PSS的條款，明確各方的權、責、利。同時(shí)還應該建立相應的考核措施和考核體制，在廠(chǎng)網(wǎng)分家的新形勢下，這一點(diǎn)尤其重要，恰恰這一項廣東省內目前尚屬空缺，有待改進(jìn)。
　　有些發(fā)電部分的職員以為：“PSS解決的是電力系統’>電力系統穩定的題目，與發(fā)電廠(chǎng)沒(méi)有直接關(guān)系”。實(shí)在不然，正是由于電廠(chǎng)機組的接進(jìn)才會(huì )在電網(wǎng)中產(chǎn)生相關(guān)的振蕩模式和帶來(lái)與其他機組間失步的穩定題目。投進(jìn)PSS首先是進(jìn)步了機組自身的阻尼比和抗擾動(dòng)能力，受益者是自己；其次，電網(wǎng)穩定了，也為機組的安全可靠發(fā)電提供了保障。因此，各個(gè)發(fā)電部分，應正確分析題目發(fā)生的根源，主動(dòng)采取措施，進(jìn)步機組的動(dòng)態(tài)穩定性。
4．3　運行部分的題目
　　有相當一部分發(fā)電廠(chǎng)，由于對運行職員培訓不夠、或對日常的運行檢驗工作抓的不夠深進(jìn)細致，對自己的勵磁系統設備不了解（大多達不到如繼電保護那樣的了解深度），提不出所需的符合實(shí)際的勵磁系統模型和參數，也無(wú)法在試驗時(shí)根據試驗單位的要求，對模型中的參數進(jìn)行調整，該題目在使用進(jìn)口設備和非線(xiàn)性勵磁的電廠(chǎng)尤其突出。
　　鑒于以上題目，建議各個(gè)發(fā)電廠(chǎng)應該進(jìn)一步加強勵磁技術(shù)方面的培訓，電網(wǎng)方面也應該有相應的治理和考核措施出臺。
4．4　勵磁系統模型的題目
　　PSS的設計、計算和現場(chǎng)試驗需要提供正確的勵磁系統數學(xué)模型，這一點(diǎn)對調度、設計和研究部分也是非常重要的。由于模型的推導、建立，理論性較強，受操縱職員水平的限制難以完成，建議各電廠(chǎng)在制定訂貨合同或招標書(shū)時(shí)，就要明確提出由制造廠(chǎng)提供正確的模型和參數。目前勵磁調節器已經(jīng)微機化，余下少數也多為集成電路產(chǎn)品，完成這一任務(wù)應該不困難。
　　要留意的是有一些廠(chǎng)家提供的與實(shí)際情況不相符，只是某一指定工況下的勵磁系統模型。這就要求業(yè)主的技術(shù)職員能夠發(fā)現，與廠(chǎng)家溝通完善。特別要留意的是設計好的PSS參數須經(jīng)試驗或實(shí)際運行檢驗。
4．5　勵磁系統PSS的性能與分類(lèi)
　　PSS信號輸進(jìn)可以分為電磁功率、加速功率、頻率偏差、轉速偏差或復合信號輸進(jìn)等方式，他們各有特色，應用最多的是第一種方式。
　　超前滯后環(huán)節有1階的、2階的，甚至還有不帶此環(huán)節的，從PSS優(yōu)化設計的角度來(lái)看，采用2階超前滯后環(huán)節的PSS性能最好，可調整的補償角也最大。
　　對于不同的機組，所需的補償角也不同。由于各廠(chǎng)家的設計水平和思想各不相同，因此相應PSS的性能及實(shí)用性各不相同。有些廠(chǎng)家的產(chǎn)品是不適合進(jìn)行大角度補償的，因此，在產(chǎn)品定貨時(shí)，建議各電廠(chǎng)在訂貨合同或招標書(shū)中，應該根據設備的特點(diǎn)提出具體要求。
4．6　PSS的參數設計標準題目
　　從理論上來(lái)講，PSS要達到點(diǎn)上最優(yōu)補償的效果可以有無(wú)數組解，但這種點(diǎn)上最優(yōu)結果有可能在電網(wǎng)結構或者運行方式發(fā)生較大變化后，效果明顯變差。因此在參數設計上應該充分考慮本地電網(wǎng)的特點(diǎn)和在有關(guān)頻率帶寬上進(jìn)行良好的帶寬補償，而
不能僅僅是某一個(gè)點(diǎn)上的最優(yōu)補償。
　　建議廣東省電網(wǎng)的PSS設計要至少滿(mǎn)足在0．3～2．0Hz的頻率帶寬上均能夠提供正阻尼。
4．7　勵磁系統PSS的現場(chǎng)試驗題目
　　根據國標要求，廠(chǎng)家的產(chǎn)品應該具備必要的測試點(diǎn)用以試驗，但有些廠(chǎng)家的產(chǎn)品缺少必要的測點(diǎn)、還有些產(chǎn)品由于原理特殊，在應用和檢驗方面尚未有很好、實(shí)用的方法。因此我們在設備訂貨時(shí)就應該提出在PSS環(huán)節的輸進(jìn)、輸出端和勵磁調節器的電壓相加點(diǎn)處預留試驗測點(diǎn)和信號加進(jìn)點(diǎn)。
5　結論
　　a）目前在國內外，電力系統穩定器已經(jīng)成為進(jìn)步電力系統動(dòng)態(tài)穩定的重要手段，廣東省的低頻振蕩題目也越來(lái)越嚴重。因此根據廣東省電網(wǎng)的特點(diǎn)，在各大板塊的機組中投進(jìn)PSS是十分必要的。
　　b）在廠(chǎng)網(wǎng)分家的新形勢下，電網(wǎng)的治理層應該根據本省的特點(diǎn)，在有關(guān)的規定或規程中寫(xiě)進(jìn)有關(guān)PSS的條款，明確各方的權、責、利。同時(shí)還應該建立相應的考核措施和考核體制。
　　c）各個(gè)發(fā)電部分，也應該履行自己對電網(wǎng)安全、穩定運行應盡的義務(wù)，尤其應該主動(dòng)采取措施投進(jìn)PSS，使阻尼比滿(mǎn)足國標規定的0．1要求，消除由自身弱阻尼引起的本機振蕩模式。
　　d）發(fā)電廠(chǎng)應該在職員培訓和日常的運行檢驗方面進(jìn)一步加強對勵磁工作的治理力度，保證有關(guān)職員對PSS在內的勵磁系統（設備、原理、模型、測試等）技術(shù)的全面把握。
　　e）各電廠(chǎng)在勵磁系統產(chǎn)品定貨時(shí)就應該充分考慮使其滿(mǎn)足發(fā)電機和電網(wǎng)的各項要求；在訂貨合同或招標書(shū)中，應該明確要求廠(chǎng)家提供典型的數學(xué)模型、參數，并設計足夠的、滿(mǎn)足試驗需要的丈量點(diǎn)和調節點(diǎn)。
　　f）比較具體和正確的勵磁系統模型是PSS參數設計和應用的基礎，也是電力系統規劃、設計、調度、和研究中所必須的，因此在電網(wǎng)中開(kāi)展勵磁系統參數和模型的丈量與辨識方面的研究與應用工作，已經(jīng)成為當務(wù)之急。