某发电厂＃1机为某电机厂生产的315 MW燃气轮机组，励磁方式采用自并励励磁系统。励磁调节器是某厂生产的EX 2100e型双微机励磁调节器，采用PID＋PSS控制方式，采用加速功率作为PSS信号。由于联网运行时对系统动态稳定影响较大，将励磁系统中PSS投入运行，以抑制可能出现的电力系统低频振荡，提高电力系统稳定性。

试验目的：通过现场试验，配置＃1发电机PSS参数，检验PSS的性能，使发电机PSS具备正常投运条件。

6．4．4．1　PID和PSS模型

根据励磁调节器厂家提供的控制原理和逻辑：该励磁调节器为双通道励磁调节器，励磁调节器控制方式采用的是并联型PID＋PSS控制，采用余弦移相原理。PSS采用PSS 2型模型，具有加速功率输入信号，其数学模型框图参照图6-10励磁调节器模型。

6．4．4．2　发电机基本参数（表6- 12）

表6-12　发电机基本参数

6．4．4．3　PSS试验

1）机组励磁系统无补偿相频特性测量

（1）试验工况：＃1机P＝294 MW，Q＝27 Mvar；

试验机组PSS、AGC退出，调差系数－3%；

试验时间：2018年12月。

（2）试验方法。

发电机并网运行，有功功率接近于额定值（60%以上）。励磁调节器自动运行，PSS退出，用HP35670A产生一个伪随机信号（初始电平为0 m V），接入调节器PSS信号输出点，并将此信号接入HP35670A的分析通道1。将发电机机端PT二次侧三相电压接入FLC变换器中，调整变换器的调零旋钮，使变换后的直流信号输出接近于0，然后将变换后的直流信号接入HP35670A的分析通道2，缓慢地增加伪随机信号的电平，使发电机的机端电压波动不大于1%，用频谱仪测量输出的伪随机信号与发电机电压信号之间的相频特性即为励磁系统无补偿相频特性。测试结果参见表6-13。

表6-13　＃1机励磁系统无补偿相频特性

2）＃1机励磁系统有补偿相频特性仿真

PSS参数整定要使PSS的作用兼顾联网后出现的系统低频振荡和本机振荡的频率，因此应该使励磁系统引入PSS后产生的合成附加力矩（基本与ΔVt同相）在0．1～0．3 Hz（不含0．3 Hz）频段超前Δω轴不应大于30°，在0．3～2．0 Hz频率的附加力矩应在超前Δω轴20°至滞后Δω轴45°之间，即0．3～2．0 Hz的范围内滞后ΔPe（加速转矩）约70°～135°。若用φe表示励磁系统的滞后相位，用φpss表示PSS的超前相位，则应该使φc＝（φe＋φpss）为－70°～－135°。

根据上述原则用逐步逼近的方法确定＃1机组PSS的参数如下：

表6-14为＃1机PSS模型相频特性和有补偿特性（计算值）。

表6-14　＃1机PSS模型相频特性和有补偿特性（计算值）

由表6-14可以看出：在0．1～2．0 Hz的其他频率范围内，有补偿相频特性在－61．03°～－100．66°，由PSS产生的电磁力矩的阻尼分量为正。PSS相位补偿满足要求。

3）PSS增益调整

理论上讲，在正确的相位补偿下，PSS的增益越大，所提供的正阻尼越强。实际上，电力系统是一个高阶的复杂系统，增加PSS的增益虽然可以增加某些机电振荡的阻尼，但如果PSS增益过大，也可能引起PSS调节环振荡，使系统出现不稳定现象。因此，PSS实际存在一个最大增益，即临界增益。

PSS临界增益是由很多因素决定的，如发电机的负荷水平、PSS的在电厂和系统中的配置和投退情况、机组的功率和电力系统的运行方式等，所以一般用现场试验的方法来确定。在选定的相位补偿下，缓慢增大PSS的增益，同时观察励磁系统的变化，直到出现不稳定现象为止（主要标志是调节器输出电压、发电机转子电压出现频率较高，如1～4 Hz的剧烈振荡），这时的PSS增益可以认为是临界增益。

PSS的运行使用的增益一般取临界增益的⅟3～⅟5，以留有足够的增益裕度。(www.daowen.com)

在＃1机PSS增益为KS1＝4时的试验中，UFD为调节器输出电压，UAB为发电机机端电压，可以看出这些都是比较稳定的；测试中将PSS增益调整为KS1＝20时，其中无功、励磁电压波动已经较大。据此，再综合考虑交流增益，将PSS增益KS1＝4设定为运行参数是较合理的。

发电机并网运行，将发电机PT及CT二次侧三相电压和两相电流接入WFLC电量分析仪中准备录波。先将PSS切除，进行小于4%的电压阶跃试验，同时启动WFLC录波，记录有功功率的摆动幅值和次数。将PSS投入，同样工况下重复以上试验，录波观察，PSS有阻尼作用时，有功功率的摆动幅值和次数应减少。

在＃1机PSS退出和投入两种情况下的负载阶跃试验中，包含B套无PSS时2%阶跃试验，B套有PSS在KS1＝4时2%阶跃试验、KS1＝6时2%阶跃试验，A套此处不再体现。

通过观察有功的波动幅值和观察励磁电压的波形可以得出，在投入PSS后当KS1＝4时，较投入前有功功率的峰谷差减小，有功功率波动的次数减少，说明PSS对本机振荡模式能提供有效的正阻尼；当KS1＝6时，阻尼进一步加强。

6．4．4．4　反调试验

PSS的原理是通过励磁系统的作用抑制有功功率的低频振荡，可以说PSS是通过无功功率的波动来抑制有功功率的波动。

由于发电机的有功功率都会有一点波动，因而投入PSS后较不投PSS时励磁系统的波动要大一些，只要无功功率的波动在合适的范围内就可认为正常。采用单一发电机电功率为输入信号的PSS，在原动机功率以较快速度增加（或减少）时，发电机的无功会发生较大的、有时甚至是不能容许的减少（或增加），这就是所谓的“反调”现象。PSS 2型电力系统稳定器采用电功率信号和转速作为输入信号，在原动机功率发生变化时，发电机的无功不会发生较大的变动。

在PSS投入的情况下，按照运行时可能出现的最快调节速度进行原动机功率调节30 MW，观察PSS是否有反调的影响。

通过对＃1机反调试验：

①PSS投入后未见异常。

②以26 MW／min增减有功功率30 MW时无功反调现象不明显。

6．4．4．5　PSS运行参数设置

现场试验结果，根据上述原则用逐步逼近的方法确定＃1机组PSS的参数如下：

TW1＝TW2＝TW3＝T7＝6 s，KS1＝4，KS2＝0．551 098，KS3＝1，T1＝0．13 s，

PSS自动投入值：30%额定有功功率。

自动退出值：20%额定有功功率。

PSS输出限幅值：±10%。

6．4．4．6　稳定计算用PSS模型参数

在中国版BPA暂态稳定程序中，＃1机可以确定采用SI型PSS模型，模型如图6-10b所示，参数设置见表6-15。使用电力系统稳定综合分析程序的用户可先用4种模型。

表6-15　SI型PSS模型参数设置

＃1机励磁系统PSS投运试验中，完成了频率响应特性测试试验及仿真计算、临界增益试验、阶跃干扰试验和反调试验。通过在线无补偿频率特性、PSS环节的仿真计算和，证明对于0．1～2 Hz的低频振荡，PSS有抑制作用；通过电压阶跃试验，证明对本机振荡有抑制作用。此次试验得到如下结论：

（1）根据PSS环节相频特性计算结果和无补偿相频特性结果得到有补偿相频特性。在0．1～2．0 Hz内的其他频率范围内，有补偿相频特性在－61．03°～－100．66°（由PSS产生的电磁力矩的阻尼分量为正，PSS相位补偿满足要求）。

（2）电压阶跃试验表明，PSS对本机振荡的阻尼作用比较明显。

（3）机组正常运行时增减负荷，无功反调现象不明显。

（4）PSS具备投运条件，接到调度令后，可投入运行。