PSS2A模型在水泥余熱機組勵磁中的實現與應用

鄧國平（中國中材國際工程股份有限公司，江蘇 南京 211100）

1 PSS2A模型

PSS（Power System Stability），也就是通常所說的電力系統穩定器。典型的PSS2A數學模型在IEEE STD421.5中有詳細的傳遞函數描述見圖1。

圖1 典型的PSS2A數學模型在IEEE STD421.5中詳細的傳遞函數描述

通常勵磁調節器通過電壓閉環的PID方式進行控制，由于轉子磁場的慣性時間常數的滯后，產生了不利于機組穩定運行的負阻尼。PSS2A輔助功能的作用就是通過以頻率（轉速）與功率為輸入信號，它們分別經過傳遞函數中所規定的超前、滯后環節，最后產生一個疊加（輔助）的控制信號到PID的閉環中給定值，使勵磁系統為機組的穩定運行提供正阻尼。

2 PSS2A模型在控制程序中的處理

連續系統傳遞函數常用拉普拉斯變換來描述，而實現該傳遞函數的微機化（數字控制系統），那就必須使用到離散處理（Z變換）。從圖1中PSS2A所描述的傳遞函數，主要有幾個典型的子環節：慣性環節、超前滯后環節、隔直環節、高頻濾波環節、線性放大環節、限幅環節。由于線性放大環節和限幅環節相對比較簡單易懂，本文不再描述處理過程。本文著重介紹隔直環節與慣性環節的離散化處理，其余的幾個環節，也都是按類似描述的過程進行相應的處理。

（1）隔直環節。

傳遞函數為：

輸入輸出的為：

傳遞函數變為:

時域離散為:

可得到：

其中：y(n)—傳遞函數的本次輸出，y(n-1)—傳遞函數的上次輸出;x(n)—傳遞函數的本次輸入，x(n-1)—傳遞函數的上次輸入，T—采樣周期，tw1—時間常數。

隔直環節程序處理：

（2）慣性環節。

傳遞函數：

輸入輸出的為：

傳遞函數變為：

時域離散為：

由上式可得到：

其中：y(n)為傳遞函數的本次輸出，y(n-1)為傳遞函數的上次輸出;x(n)為傳遞函數的本次輸入;T為采樣周期，t6為時間常數。

慣性環節程序處理：

（3）超前滯后環節。

傳遞函數：

輸入輸出的為：

傳遞函數變為：

時域離散為：

其中：y(n)—傳遞函數的本次輸出，y(n-1)—傳遞函數的上次輸出；x(n)—傳遞函數的本次輸入，x(n-1)—傳遞函數的上次輸入;T—采樣周期，ts1、ts2—時間常數。

超前滯后環節程序處理：

可得到：

（4）高通濾波環節。高通濾波環節的參數，IEEE推薦M=5，N=1。實際上也就是在一階超前滯后環節滯后，再加四個慣性環節處理，達到同樣的結果。其離散化過程也是與上面介紹的一致，此處不再贅述了。

程序是循環執行的，一個變量在賦新值前，就是上次計算的歷史值，當然，為了程序的可讀性與易讀性，我們在程序中也用new和old來定義與區分歷史值與當前新的數值。

3 云南鳳慶習謙水泥機組并網后的試驗

關于PSS定值和效果驗證，我們在云南鳳慶習謙水泥余熱機組進行了試驗。PSS試驗首先在100%、90%額定有功的兩個工況下分別測試了機組勵磁系統相頻特性，據此計算了PSS有關參數，之后在上述工況下驗證PSS在本文提供的整定值下對有功振蕩的阻尼效果。在習謙水泥廠余熱發電機組中，分別測試參數、設置參數、并網狀態下做電壓4%的階躍實驗，分析錄波曲線并做結論評判，見表1，圖1，圖2。

表1 機組相頻特性 Hz

圖1 P=Pe，PSS退出，4%階躍

圖2 P=Pe，PSS投入，4%階躍

機組PSS整定的定值為：

PSS出口限幅為±10%；PSS投退有功水平為30%Sn；PSS臨界增益為KS1=8。

3 結論

以PSS2A模型實現的功能在水泥余熱機組中的使用，對抑制系統低頻振蕩（0.2～2Hz）有明顯的效果，振蕩周期由2～3個減少到0.5～1個，提高系統的動態穩定性。