GB/T40591-2021
电力系统稳定器整定试验导则
Guideforsettingtestofpowersystemstabilizer
- 中国标准分类号（CCS）F21
- 国际标准分类号（ICS）29.020
- 实施日期2022-05-01
- 文件格式PDF
- 文本页数12页
- 文件大小848.80KB
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电力系统稳定器整定试验导则
国家标准 GB/T40591一2021 电力系统稳定器整定试验导则 Guideforsetingtestofpowersystemstabhilizer 2021-10-11发布 2022-05-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花警理委员会国家标准
GB/T40591一2021 目 次 前言 范围 2 规范性引用文件 术语和定义 试验条件 试验项目及要求 参数整定 参数重新整定的条件 附录A(资料性PSS模型 附录B规范性振荡频率和阻尼比计算方法 附录c(规范性动态功角稳定计算 参考文献
GB/T40591一2021 前 言 本文件按照GB/T1.1一2020<标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草
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本文件由电力企业联合会提出
本文件由全国电网运行与控制标准化技术委员会(SAC/TC446)归口
本文件起草单位:国家电网公司国家电力调度控制中心、电力科学研究院有限公司、南方 电网有限责任公司、国网浙江省电力有限公司电力科学研究院、浙江浙能技术研究院有限公司、广东电 网有限责任公司电力科学研究院、国家电网有限公司华东分部、国家电网有限公司西南分部,国网陕西 省电力公司电力科学研究院、华北电力科学研究院有限责任公司,国网甘肃省电力公司电力科学研究 院、国网新疆电力有限公司电力科学研究院、国网江西省电力有限公司电力科学研究院、国网青海省电 力公司电力科学研究院、国家电网有限公司华中分部
本文件主要起草人王超、吴剑超、高磊霍承祥,何飞、于钊、贺静波、邱威,梅勇、李照庭、陈国平 吴跨宇、陈新琪、张剑云、曹路冷喜武、张俊峰、刘明松、吴子豪、汤凡,赵巅、艾东平、张彦凯、焦春雷 余侃胜、熊鸿韬,史扬,李文锋、夏阁、昌晨,武朝强、朱艳卿、肖明,胡志祥,余锐,陈向宜、赖民昊,党杰 汪肠、张三洪
GB/T40591一2021 电力系统稳定器整定试验导则 范围 本文件规定了电力系统稳定器整定试验条件、试验项目及要求和参数整定
本文件适用于单机容量100Mw及以上汽(燃气)轮发电机、核电机组,40Mw及以上水轮发电 机.抽水蓄能发电/电动机和光热机组,接人电压等级220kV及以上的同步发电机组
其他机组可参 照执行
规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款
其中注日期的引用文 件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于 本文件
GB/T7409.3同步电机励磁系统大、中型同步发电机励磁系统技术要求 GB38755电力系统安全稳定导则 DL/T583大中型水轮发电机静止整流励磁系统技术条件 同步发电机励磁系统技术条件 DL/T843 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件
3.1 电力系统稳定器powersystemstabilizer;Iss 借助自动电压调节器控制同步电机励磁,抑制电力系统功率振荡附加控制装置或功能
注;Pss的输人变量可采用转速、频率,功率等单变量,也可采用上述单变量的综合 [来源:GB/T7409.1一2008,5.9,有修改] 3.2 reverseaction 反调 当原动机输出功率增加或减少时,因PSS调节作用引起励磁电压、同步电机电压和无功功率同时 反向调整的现象
3.3 Satelfre 励磁控制系统无补偿频率响应特性umcompens ofanesxcitationcontrolsystem reqencyreSp0n1se PSS退出时,由励磁调节产生的电磁转矩分量T
对于PSS输出嵌人点信号U、的频率响应特性 T
/_U、). 注:工程上常用机端电压，代替转矩分量ATa,用,/M、来表述
M、为在Pss输出嵌人点加人的激励 信号 3.4 ofanexcitationcontrolsystem 励磁控制系统有补偿频率响应特性compensatedfrequeneyresponse PSS投人时,由励磁调节产生的电磁转矩分量T四对于PsS输人信号U的频率响应特性(AT吃"
GB/T40591一2021 AUs)
注工程上常用机端电压,代替转矩分量ATe,用U,/AU来表述,为在Pss输人端加人的激励信号 3.5 区域振荡模式inter-areaoscillationmode 电力系统内的一个区域同步电机机群相对于另一区域同步电机机群的振荡模式
注:频率范围一般在0.7Hz以下
3.6 ss直流增益CgainofPss 不包括隔直环节,振荡频率为零时的PSS增益 3. PSS交流增益ACgainofSs 包括隔直环节,对应不同振荡频率的PSS增益
3.8 Pss临界增益ceritiealgainofPss 不引起励磁控制系统自激振荡的PSs的最大增益
3.9 自动电压调节器awmatieyolwgreguatwr;AVR 将同步发电机的实际电压与给定值进行比较,并按其偏差以适当的控制规律调节励输出的装置
[[来源;GB/T7409.12008,5.1] 试验条件 4.1励磁系统 4.1.1AVR及PSS模型应经过有资质检测机构实测确认
4.1.2PSS宜采用GB/T7409.2规定的数学模型,至少应包括1个2个隔直环节,2个及以上超前滞 后环节,直流增益环节、输出限幅环节 4.1.3PSs信号测量环节的时间常数应不大于20ms
4.1.4抽水蓄能机组的PsS在发电机模式和电动机模式下,均应具备投人条件
4.1.5PSs调节应无死区,PSS应能定义内部变量输出,供外部监测和录波
4.1.6PSS输出信号加人到AVR电压相加点上,PSS输出信号的基准值应与发电机电压的基准值相 同;PSS输出信号加人到AVR电压相加点后的某环节的输出点,PSS输出信号的基准值与该输出点信 号的基准值相同
励姓调节器应提供励控制系统无补偿频牢响应特性测试增m. 4.1.7 4.1.8对于多输人的Pss,宜提供测试各输人信号之间相位、幅值关系的端口
4.1.9发电机空载电压给定阶跃响应特性应同时符合GB/T7409.3,DL/T583、,DL/T843的规定
4.1.10无功电流补偿系数应整定完成,并投人运行
4.2PSS模型 4.2.1水电机组和燃气机组应选用无反调作用的PSS模型,如以加速功率信号或转速/频率为输人信 号的PSS,或选用反调作用较弱的PsS模型,如以有功功率和转速/频率双信号为输人的PSS 4.2.2具有快速调节机械功率作用的大型汽轮发电机应选用无反调或反调作用较弱的PSS模型,其他 汽轮发电机可选用单有功功率信号的PSS模型,模型见附录A 4.2.3采用多输人信号的PSS在机组转动惯量随运行方式变化时,应具备多组PsS参数整定功能,并
GB/T40591一2021 能够根据转动惯量的变化切换参数
4.3机组状态 4.3.1机组继电保护,热工保护及自动控制装置均应正常投人运行,并无限制异常和故障信号
发电机有功功率应大于60%有功额定值,无功功率应小于20%无功额定值
4.3.2 4.3.3 励磁调节器应投人自动电压控制方式,试验期间机组自动发电控制CAcc),自动无功电压控制 AVC)功能应退出
4.4技术资料 发电企业应在试验前向试验人员提供发电机及励磁系统技术资料,并包括下列内容 发电机本体设计参数,包括发电机和原动机的机组转动惯量 a 励磁系统主回路图、励磁调节器及PsS技术说明书.包括励磁调节器控制模型、传递函数框 b 图等; 励磁调节器及PSS涉网性能检测报告
试验项目及要求 5.1试验项目 5.1.1PSS参数整定试验应包括励磁控制系统无补偿频率响应特性测量,励磁控制系统有补偿频率响 应特性确定、PSS增益确定、PSS阻尼效果校核、反调试验
5.1.2抽水蓄能机组的PsS参数整定试验还应在电动机模式下对阻尼效果进行校核
采用多输人信号的Pss在机组转动惯量随运行方式变化时,PsS参数整定试验应分别在不同的 5.1.3 转动惯量方式下进行
5.2励磁控制系统无补偿频率响应特性测量 5.2.1励磁控制系统无补偿频率响应特性应通过现场实测获得
5.2.2励磁控制系统无补偿频率响应特性实测宜采用动态信号分析仪测量,测量频率范围不应小于 0.1Hz2Hz，动态信号分析仪输出的试验信号(U)宜选随机噪声信号,输人信号(_U,)为机端电压 变化量
5.2.3采用动态信号分析仪测试无补偿频率响应特性应符合以下要求: 试验信号_U、应接到PSS输出点并替代PSS输出信号,PSS退出; a b 试验信号U
应增大至发电机电压,产生微小波动,波动幅度宜小于2%颗定电压; c 测量所得曲线应符合规律,凝聚函数在关注频段内只允许个别数值小于0.8. 5.3励磁控制系统有补偿频率响应特性确定 5.3.1励磁系统有补偿频率响应特性为Pss频率响应特性与励磁控制系统无补偿频率响应特性之和. 宜通过计算获得
5.3.2单信号输人的PsS应按其传递函数计算频率响应特性,多信号输人的PSs应按信号之间关系转 换为单信号PSs后进行计算
5.3.3励磁控制系统有补偿频率响应特性应符合以下要求 当实测无补偿频率响应特性在本机振荡频率附近存在较大突变时,应将频率响应特性进行平 a 滑处理后再整定PSS参数; b 有补偿附加转矩在0.1Hz~0.3Hz(不含0.3Hz2)频段超前A轴应不大于30",在0.3Hz
GB/T40591一202 2.0Hz频段应在超前A轴20"至滞后A轴45"之间,其中本地振荡频率至2.0Hz频段应滞 后A轴
有补偿附加转矩见图1
Ao AMm AM 30" 45 -Pe 标引序号说明 -有功功率变化量; APe -转速变化量 A" o -功角变化量 允许最小补偿角的转矩 AMpsnn 允许最大补偿角的转矩
AMpssn 图1 有补偿附加转矩 5.4Pss增益确定 5.4.1sS增益整定原则 PSS增益整定应符合以下原则: a PsS投人时发电机负载阶跃试验的有功功率阻尼比应不小于0.1,或有功功率波动次数比Pss 退出时明显减少且少于1次; b PsS增益整定应确保反调满足5.6.2要求，且投人PsS后发电机电压和无功功率应无明显 波动 Pss的输人信号为功率时Pss增益宜取临界增益的1/5~1/3,PsS的输人信号为频率或转速 时宜取临界增益的1/3一1/2
5.4.2PSS增益确定宜采用临界增益法或负载阶跃试验法 5.4.2.1临界增益法测试应符合以下要求: a 初次投人时PSS直流增益宜为预设直流增益的1/10,PSS交流增益不宜大于0.2,PSS限幅值 改小,投人PSS前应确认PSS输出接近零; b)PSS直流增益应逐步增大至励磁调节器的输出电压或发电机转子电压出现等幅或接近等幅振 荡为止,此时的增益即为PsS临界增益; 按5.4.1要求确定Pss增益
c 5.4.2.2负载阶跃试验法测试应符合以下要求 设置机端电压阶跃量宜为0,01~0.04(标么值),无PSS机组有功功率波动明显为宜:; a 调整PSS直流增益重复进行同一阶跃量下有PSS阶跃试验,直至满足5.4.1的要求 b e' 将b)中确定的PSS增益扩大3倍进行负载阶跃试验,不应出现持续振荡现象 d 振荡频率和阻尼比计算方法应符合附录B的要求
5.5PSs阻尼效果检验 5.5.1PsS整定效果应通过现场发电机负载阶跃试验检验
有特殊要求的机组,可通过系统扰动试验
GB/T40591一2021 或动态功角稳定计算校核
5.5.2发电机负载阶跃响应检验方法应符合以下要求: 设置机端电压阶跃量宜为0.01~0.04(标么值); a b 进行同一阶跃量下有PsS和无PsS的阶跃试验,比较有PSS和无PSS时发电机负载阶跃响 应的结果,检验PSS相位补偿和增益是否合理阻尼比应大于0.1,并符合5.4.1的要求 多通道运行的调节器,每个自动通道均应进行负载阶跃校核
5.5.3采用无故障切除发电厂的一条出线或系统的某一条联络线、切机、切负荷等方法进行系统扰动 试验,分别在有PSs和无PSs下各做一次相同的系统扰动,录取线路和发电机的有功功率等量的波形 有PSS的振荡次数应明显少于无PSS的振荡次数
5.5.4区域振荡模式强相关机组,宜进行PSS在此模式下的仿真计算,验证其阻尼作用
5.5.5动态功角稳定计算内容、计算条件及结果判据符合附录C,应满足GB38755的要求
5.6反调试验 应按原动机正常运行操作的有功功率最大变化速率设定,连续变出力应大于3%额定有功功率
5.6.1 5.6.2无功功率变化量相对于初始值应小于20%额定无功功率,机端电压变化量相对于初始值应小于 2%额定电压
参数整定 6.1PsS输出限幅值的范围宜为士0.05士0.10(标么值)
6.2Pss自动投人的有功功率应不大于发电机正常运行的最小有功功率,自动退出值应低于Pss自动 投人值,抽水蓄能机组Pss自动投人的有功功率定值应能够适应电动机模式
6.3隔直时间常数,超前/滞后时间常数按5.3.3要求确定
6.4Pss增益按5,4.1要求确定
6.5采用附录A中的合成加速功率型电力系统稳定器模型,参数K、设置应为隔直时间常数除以机组 惯性时间常数
6.6采用多输人信号的Pss在机组转动惯量随运行方式变化时,对应不同的转动惯量,PsS参数应分 别设置
参数重新整定的条件 7.1励磁系统整体改造或励磁调节器软件升级
7.2机组接人电网方式发生较大变化,系统阻尼不满足动态稳定要求
7.3发电机参数改变导致励磁系统无补偿频率响应特性发生变化
7.4AVR主环PID参数发生变化 7.5无功电流补偿系数变化导致有补偿频率响应特性不满足5.3.2的规定
7.6AVR主程序修改后,应评估确定
GB/T40591一2021 附 录 A 资料性 PsSs模型 单输人信号电力系统稳定器模型 PsS1型见图A.1. Te Tn I+sT 1+sTn 1+xTw 1+Ast4 I+x" I+T 1fxT 1+sT 1+sa 1+sT Uunn 标引序号说明 -PsS输人信号,可以是发电机转迷,频率,有功功率 微分算子; T -输人信号测量时间常数 Tw1、Twe -隔直时间常数; A1、A -扭振滤波系数; Tm、T、,T、T、T、T超前滞后环节时间常数
K -PSS直流增益; -PSs输出限幅 ,Usmn U, 图A.1单输入信号电力系统稳定器模型- -PSS1型 -PSS2型见图A.2 合成加速度功率型电力系统稳定器模型 u 1+Tm sTw2 Ks(l+sm Ite Lte +T 1+sTw 1+Nw 1+sT 1txn 1txT Ltn UT M I+s/w4 1十s/m U 标引序号说明: U,U -Pss输人信号,U丽是发电机转迷或频率,U#是发电机有功功率; 微分算子; M、N 滤波器阶数，一般M=5,N=1 Tw1、Tw!、Tw3、Tw1 隔直时间常数; T两、Tm 惯性环节时间常数 Tm、T 扭振滤被时间常数 Tm、T爬、T、T、Tm、Tmm 超前滞后环节时间常数 -Ke.K. -增益系数" Ks” Usm,Usmm PSS输出限幅
图A.2合成加速度功率型电力系统稳定器模型PSs2型
GB/T40591一2021 录 附 B 规范性 振荡频率和阻尼比计算方法 负载阶跃试验法录波图见图B.1,其振荡频率取多个振荡周期按式(B.1)计算频率的平均值 f=N/T -T B.1 2N+1 式中 N 计算周期数; TN4 -第2N十1个峰值出现的时间,单位为秒(s); T 第一个峰值出现的时间,单位为秒(s)
按式(B.2)计算平均阻尼比 P B.2 一 N元"P P2N+ 2N+！ 式中 计算周期数 N 为第一个和第二个功率峰值,单位为兆瓦(Mw); P、P 为第2N十1个和第2N十2个功率峰值,单位为兆瓦(Mw PP2N+1、P2N+ T,' Tg"sa 无PSs --有PSS T,P 标引序号说明: T、T 第一个峰值出现的时间,单位为秒(s); -功率初始值,单位为兆瓦(Mw) -时间刻度,单位为秒(s); 为第一个和第二个功率峰值,单位为兆瓦(Mw) TN+1、T2N+？ -第2N+1个和第2N2峰值出现的时间,单位为秒(s); -为第2N十1个和第2N+2个功率峰值,单位为兆瓦(Mw). PaN+1、PaN+ 图B.1发电机负载阶跃的有功功率响应
GB/T40591一2021 附 录 C 规范性) 动态功角稳定计算 C.1动态功角稳定计算内容 C.1.1电力系统运行部门接受PsS整定试验报告后可选择C.1.2~C.1.5中一项或多项内容进行动态 功角稳定计算
C.1.2阶段性全网小扰动稳定性计算,即低频振荡模式分析
C.1.3小扰动时域可采用有、无PSS负载阶跃响应计算,观察发电机有功功率振荡衰减情况
对于区 域间振荡模式可采用增大试验机组惯性,使负载阶跃产生对应于系统最低振荡频率的振荡
C.1.4小扰动时域分析可采用主变压器高压侧一条出线三相短路0.01s一0.04s后切除短路故障,或 主变压器高压侧无故障切除一条出线,观察发电机有功功率振荡衰减情况
c.1.5大扰动时域分析可根据安全稳定分析规定进行大扰动校核,观察发电机有功功率振荡衰减 情况 C.2 动态功角稳定计算条件 采用符合实际的电力系统数据、发电机和励磁系统(包括PSS)模型和参数
C3动态功角稳定计算结果判据 C.3.1计算结果应同时满足C.3.2和C.3.3. C.3.2阶段性全网有,无PSS低频振荡模式比较,有PSS时全网不产生新的弱阻尼振荡模式;有Pss 时与试验机组有关的振荡模式阻尼比得到提高
C.3.3时域响应计算的结果有PSS比无PSS的有功功率衰减的阻尼比应有提高,励磁电压应不出现 10次以上的不稳定性振荡
GB/T40591一2021 参 考文献 [1]GB/T7409.1一2008同步电机励磁系统定义 [[2]GB/T7409.2同步电机励磁系统第2部分;电力系统研究用模型
电力系统稳定器整定试验导则GB/T40591-2021解读
电力系统稳定器是电力系统中的重要设备，它的作用是通过控制发电机励磁系统的输入，使得系统在各种负荷情况下都能保持稳定运行。为了确保电力系统的稳定性，需要对稳定器进行定期的检测和整定，以保证其满足设计要求。
针对电力系统稳定器的整定试验，国家标准化管理委员会于2021年发布了《电力系统稳定器整定试验导则GB/T40591-2021》。该导则详细规定了电力系统稳定器的整定试验步骤、试验项目和试验方法等内容。
该导则适用于各种类型的电力系统稳定器整定试验，包括静态整定试验、动态整定试验和稳定器特性试验等。其中，静态整定试验主要是为了确定稳定器的静态增益和相位裕度等参数；动态整定试验则用于确定稳定器的动态响应特性，包括时间常数、阻尼比和谐振频率等；而稳定器特性试验主要是为了确定稳定器在不同负荷情况下的稳定裕度和控制特性。
通过对电力系统稳定器进行整定试验，可以确保其具备良好的稳定性和控制能力，从而提高电力系统的可靠性和稳定性。同时，该导则的发布也将有助于推动我国电力系统稳定器整定试验的标准化和规范化。
