CN106487028B - 一种适用于燃煤机组pss功率自动投退的定值整定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于燃煤机组PSS功率自动投退的定值整定方法。目前，对PSS功率自动投退定值没有明确整定方法，一般采用默认定值，无完善、科学的基于机组性能、运行经验、统计数据及仿真结果的定值整定方法。本发明基于燃煤机组断油稳燃试验获得的锅炉断油稳燃最低出力、机组实际运行获得脱硝功能投入最低出力、仿真及统计获得的电网典型低频振荡频率及振幅，通过定义“功率投入系数”和明确PSS功率投入退出级差与延时的整定原则，提出了一种燃煤机组PSS功率自动投退的定值整定方法。本发明能够有效解决在机组运行过程中出现PSS频繁投退及长时间退出的问题，充分发挥PSS对低频振荡的抑制作用，提升电网的安全稳定运行能力。

Description

一种适用于燃煤机组PSS功率自动投退的定值整定方法

技术领域

本发明涉及燃煤发电机励磁系统电力系统稳定器(PSS)功率自动投退控制逻辑、定值整定领域，具体地说是一种适用于燃煤机组的PSS功率自动投入和退出的定值整定方法。

背景技术

国内外研究表明，电力系统稳定器(PSS)不仅可以消除低频振荡，提高系统的小干扰稳定，同时还可以把由稳定性限制的最大输送功率提高到线路极限。在国内，基本所有的机组均已经配置了PSS。但PSS发挥抑制低频振荡作用的基础是机组安全稳定运行，当机组处于不稳定状态时，PSS动作可能会加剧机组的不稳定性，严重时可能引起功率波动，甚至机组振动。因此，机组应该根据运行工况，自动投入或退出PSS。

到目前为止，只有在标准DL/T 843-2010第5.3条d)中要求PSS自动投退的有功功率应大于发电机正常运行的最小有功功率，但未涉及具体的功率自动投退的控制逻辑及定值整定方法。实际参数整定中，PSS功率自动投退定值一般根据机组性能进行确定，未考虑机组实际运行情况以及所在电网低频振荡数据，随着特高压交直流输电及大容量机组的建设，燃煤机组出力不断被压缩，在深度调峰期间，机组最低出力已经低至40％P_n，很多电厂出现PSS频繁投退及长时间退出的现象，这将严重影响机组抑制低频振荡的能力，降低系统小干扰稳定性。国内某省曾报道，因PSS功率自动投退定值设置不合理，在发生低频振荡时，PSS未能正确发挥抑制作用，严重降低了机组运行的稳定性。

因此，有必要对PSS功率自动投退控制逻辑、定值整定进行研究，提出一种适用于燃煤机组PSS功率自动投退的定值整定方法，使整定后的PSS定值能够满足燃煤机组正常运行要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有方法存在参数整定困难的缺陷，提出一种适用于燃煤机组电力系统稳定器(PSS)功率自动投退的定值整定方法，解决目前燃煤机组PSS功率投退定值不能适应发电机运行工况变化的问题，以消除正常运行过程中出现PSS频繁投退及长时间退出的现象。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种适用于燃煤机组PSS功率自动投退的定值整定方法，其包括如下步骤：

1)收集整定所需数据，包括：a)机组锅炉断油稳燃最低出力和脱硝功能投入最低出力，通过发电机性能试验及运行经验获得；b)机组所在电网典型低频振荡频率及振幅，通过仿真计算及统计数据获得；

2)根据机组锅炉断油稳燃最低出力和脱硝功能投入最低出力，整定功率投入系数K_dy(一般K_dy为0.2～0.8)；

3)利用PSS功率自动投入定值P_on与功率投入系数K_dy、机组锅炉断油稳燃最低出力和脱硝功能投入最低出力之间的关系，计算P_on；

4)根据机组所在电网典型低频振荡的振幅整定功率自动投入退出级差，并保证机组在功率自动投入或退出定值附近运行时不会出现PSS频繁投退现象，级差需考虑电网典型低频振荡最大振幅；

5)利用PSS功率自动退出定值P_off与PSS功率自动投入定值P_on和功率自动投入退出级差之间的关系，计算P_off；

6)判断PSS功率自动退出定值是否满足在机组进入不稳定状态前退出PSS的要求，若不满足要求，则调整功率投入系数K_dy，重新进行功率自动投入、退出定值的计算；若满足要求，则进入下一步PSS功率自动投入、退出延时时间的整定；

7)根据机组所在电网典型低频振荡频率，结合PSS发挥作用的主要频段，整定PSS功率自动投入、退出延时时间Td_on、Td_off，延时时间不应小于低频振荡最大振荡周期。

锅炉断油稳燃最低出力P_dy：是指机组能够维持正常燃烧的最小出力。当低于该出力时，机组将可能出现不稳定燃烧现象，需通过投入油枪或者等离子燃烧器等方法来稳定着火热源。该数据可通过锅炉断油稳燃试验获得。

脱硝功能投入最低出力P_tx：是指脱硝功能投入的最小出力。燃煤机组烟气中的氮氧化物(NOX)需要通过化学方法吸收，而化学反应中的催化剂活性受温度影响大，一般当温度达到300摄氏度以上时才能投入脱硝功能。该数据可通过实际运行经验获得。

进一步地，PSS功率自动投退的逻辑为：当有功功率大于PSS功率自动投入定值P_on时，经过PSS功率自动投入延时时间Td_on解锁PSS输出，发挥其抑制低频振荡的作用；当有功功率小于PSS功率自动退出定值P_off时，经过PSS功率自动退出延时时间Td_off后退出PSS。

进一步地，步骤2)中，所述功率投入系数K_dy的计算公式如下：

K_dy＝(P_on-P_dy)/(P_tx-P_dy)

其中，P_on为PSS功率自动投入定值，MW；P_dy为锅炉断油稳燃最低出力，MW；P_tx为脱硝功能自动投入最低出力，MW。

功率投入系数K_dy反映PSS自动投入功率的大小，当K_dy较小时，表示PSS自动投入功率较小，接近于锅炉断油稳燃最低出力；K_dy较大时，表示PSS自动投入功率较大，接近于脱硝功能投入最低出力。

进一步地，步骤3)中，所述PSS功率自动投入定值P_on的计算公式如下：

P_on＝P_dy+K_dy*(P_tx-P_dy)

进一步地，步骤4)中，所述功率自动投入退出级差的整定原则如下：

功率自动投入退出级差的确定考虑以下两方面，一是要防止在电网发生低频振荡过程中出现PSS频繁投退现象，影响PSS功能的发挥，按照如下原则整定功率自动投入退出级差：a)幅值不大于10％P_n的低频振荡，采用级差大于低频振荡振幅，以消除PSS频繁投退现象；b)对于其他幅值的低频振荡，采用合适的级差和适当的延时，实现消除PSS频繁投退现象的目的；二是要防止机组在PSS功率自动投入或退出定值附近运行时出现PSS频繁投退现象，退出定值应略低于投入定值。

更进一步地，步骤4)中，所述的级差为2～10％P_n。

进一步地，步骤5)中，所述PSS功率自动退出定值P_off的计算公式如下：

P_off＝P_on-2～10％P_n

P_off＞P_dy

其中：P_off为PSS功率自动退出定值，MW；P_on为PSS功率自动投入定值，MW；P_n为机组额定有功功率，MW；P_dy为锅炉断油稳燃最低出力，MW。

进一步地，步骤7)中，所述PSS功率自动投入、退出延时时间Td_on、Td_off的具体整定方法为：

通过小干扰仿真分析获得机组接入电网的典型低频振荡频率及周期，并结合PSS发挥作用的主要频段，确定PSS功率自动投入与退出延时时间需躲过的低频振荡频率频段，根据延时时间不应小于低频振荡最大振荡周期整定PSS功率自动投入、退出延时时间Td_on、Td_off。

本发明具有的有益效果如下：首先，计算过程基于机组性能试验、运行经验，所在电网的统计数据及仿真结果，提高了定值整定的准确性和科学性；其二，引入功率投入系数K_dy来确定投入定值，提高了定值整定的直观性与准确性；其三，明确了功率自动投入退出级差、延时定值的整定原则，提高了级差、延时定值整定的科学性和准确性；其四，利用本发明确定的PSS功率自动投退定值能够有效消除在正常运行过程中出现的PSS频繁投退及长时间退出现象，可以充分发挥PSS对低频振荡的抑制作用，提升电网的安全稳定运行能力。

附图说明

图1为本发明PSS功率自动投退控制逻辑框图。

图2为本发明PSS功率自动投退定值整定流程图。

具体实施方式

下面以某百万机组为例，结合说明书附图和具体实施方式对本发明提出的整定方法进行详细说明。

该百万燃煤机组容量为1112MVA，功率因素为0.9，通过单元组接线接入500kV华东电网，电力系统稳定器(PSS)采用PSS2B模型，PSS功率自动投退逻辑采用典型模型，如图1所示，PSS功率自动投退的逻辑为：当有功功率大于PSS功率自动投入定值P_on时，经过PSS功率自动投入延时时间Td_on解锁PSS输出，发挥其抑制低频振荡的作用；当有功功率小于PSS功率自动退出定值P_off时，经过PSS功率自动退出延时时间Td_off后退出PSS。因此，需整定PSS功率投退定值主要有功率自动投入定值P_on，PSS功率自动退出定值P_off，以及功率自动投入、退出延时时间Td_on、Td_off。

图1中，P_on、P_off、Td_on及Td_off分别为PSS功率自动投入定值、退出定值、投入延时时间及退出延时时间，T_W1～T_W3为隔直时间常数，s为积分因子，T₇为功率一阶滞后时间常数，K_S1～K_S3放大倍数，T₈、T₉滤波器环节时间常数，M、N为滤波器环节指数系数，T₁～T₆为PSS超前滞后环节时间常数，Pg为有功功率，w为发电机转速。

如图2所示，对该百万燃煤机组的PSS功率自动投退定值进行整定，具体流程如下：

1)确定机组性能参数

根据机组锅炉断油稳燃试验及现场运行经验，获得机组锅炉断油稳燃最低出力、脱硝功能投入最低出力，分别约为300MW、450MW。

2)分析统计所在电网低频振荡典型频率与振幅

通过小干扰稳定分析、低频振荡事件数据统计获得电网振荡典型频率与振幅。(a)根据华东电网2016年典型运行方式及N-1检修情况下小干扰稳定仿真计算，华东电网典型振荡频率为0.40～0.80Hz。(b)统计华东电网近几年发生的低频振荡事件可知，百万机组的典型低频振荡振幅为1.2％～6.5％P_n。

3)整定功率投入系数K_dy

根据锅炉断油稳燃最低出力P_dy、脱硝功能投入最低出力P_tx，整定投入系数K_dy，一般K_dy为0.2～0.8，本机组K_dy可取0.5。

4)计算PSS功率自动投入定值P_on

根据PSS功率自动投入定值P_on与功率投入系数K_dy、锅炉断油稳燃最低出力P_dy、脱硝功能投入最低出力P_tx之间的关系，按如下公式计算P_on：P_on＝P_dy+K_dy*(P_tx-P_dy)＝375MW。

5)整定功率自动投入退出级差，计算PSS功率自动退出定值P_off

根据统计数据，典型百万机组振荡振幅为1.2％～6.5％，级差应大于低频振荡最大振幅，因此级差可取7％P_n。根据PSS功率自动退出定值P_off与PSS功率自动投入定值P_on、功率自动投入退出级差之间的关系，可得：P_off＝P_on-7％P_n＝305MW。

6)判断PSS功率自动退出定值是否满足限制要求

PSS应在机组进入不稳定状态前退出，根据上述整定计算结果，PSS功率自动退出定值P_off为305MW，大于锅炉断油稳燃最低出力300MW，即P_off＞P_dy，满足在机组进入不稳定状态前退出PSS的要求。

7)整定PSS功率自动投入与退出延时时间

根据运行经验及小干扰稳定仿真计算可知，华东电网典型低频振荡频率主要集中在0.40～0.80Hz，振荡周期1.25～2.5s，而PSS发挥作用的主要频段为0.2～2Hz，典型低频振荡频率均在PSS发挥作用的主要频段内。当电网发生低频振荡时，PSS均不应退出，因此，PSS功率自动投入延时时间Td_on与退出延时时间Td_off均应大于2.5s。考虑一定的裕度，PSS功率自动投入与退出延时时间可取Td_on＝Td_off＝3s。

最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于燃煤机组PSS功率自动投退的定值整定方法，其包括如下步骤：

1)收集整定所需数据，包括：a)机组锅炉断油稳燃最低出力和脱硝功能投入最低出力，通过发电机性能试验及运行经验获得；b)机组所在电网典型低频振荡频率及振幅，通过仿真计算及统计数据获得；

2)根据机组锅炉断油稳燃最低出力和脱硝功能投入最低出力，整定功率投入系数K_dy；

3)利用PSS功率自动投入定值P_on与功率投入系数K_dy、机组锅炉断油稳燃最低出力和脱硝功能投入最低出力之间的关系，计算P_on；

4)根据机组所在电网典型低频振荡的振幅整定功率自动投入退出级差，并保证机组在功率自动投入或退出定值附近运行时不会出现PSS频繁投退现象，级差需考虑电网典型低频振荡最大振幅；

5)利用PSS功率自动退出定值P_off与PSS功率自动投入定值P_on和功率自动投入退出级差之间的关系，计算P_off；

6)判断PSS功率自动退出定值是否满足在机组进入不稳定状态前退出PSS的要求，若不满足要求，则调整功率投入系数K_dy，重新进行功率自动投入、退出定值的计算；若满足要求，则进入下一步PSS功率自动投入、退出延时时间的整定；

7)根据机组所在电网典型低频振荡频率，结合PSS发挥作用的主要频段，整定PSS功率自动投入、退出延时时间Td_on、Td_off，延时时间不应小于低频振荡最大振荡周期。

2.根据权利要求1所述的定值整定方法，其特征在于，PSS功率自动投退的逻辑为：当有功功率大于PSS功率自动投入定值P_on时，经过PSS功率自动投入延时时间Td_on解锁PSS输出，发挥其抑制低频振荡的作用；当有功功率小于PSS功率自动退出定值P_off时，经过PSS功率自动退出延时时间Td_off后退出PSS。

3.根据权利要求1或2所述的定值整定方法，其特征在于，所述的K_dy为0.2～0.8。

4.根据权利要求1或2所述的定值整定方法，其特征在于，步骤3)中，所述PSS功率自动投入定值P_on的计算公式如下：

P_on＝P_dy+K_dy*(P_tx-P_dy)，

式中，P_dy为锅炉断油稳燃最低出力，MW；P_tx为脱硝功能自动投入最低出力，MW。

5.根据权利要求1或2所述的定值整定方法，其特征在于，步骤4)中，所述功率自动投入退出级差的整定原则如下：

功率自动投入退出级差的确定考虑以下两方面，一是要防止在电网发生低频振荡过程中出现PSS频繁投退现象，影响PSS功能的发挥，按照如下原则整定功率自动投入退出级差：

a)幅值不大于10％P_n的低频振荡，采用级差大于低频振荡振幅，以消除PSS频繁投退现象；

b)对于其他幅值的低频振荡，采用合适的级差和适当的延时，实现消除PSS频繁投退现象的目的；二是要防止机组在PSS功率自动投入或退出定值附近运行时出现PSS频繁投退现象，退出定值应略低于投入定值；P_n为机组额定有功功率，MW。

6.根据权利要求5所述的定值整定方法，其特征在于，步骤4)中，所述的级差为2～10％P_n。

7.根据权利要求1或2所述的定值整定方法，其特征在于，步骤5)中，所述PSS功率自动退出定值P_off的计算公式如下：

P_off＝P_on-2～10％P_n，

P_off＞P_dy，

其中：P_off为PSS功率自动退出定值，MW；P_on为PSS功率自动投入定值，MW；P_n为机组额定有功功率，MW；P_dy为锅炉断油稳燃最低出力，MW。

8.根据权利要求1或2所述的定值整定方法，其特征在于，步骤7)中，所述PSS功率自动投入、退出延时时间Td_on、Td_off的具体整定方法为：

通过小干扰仿真分析获得机组接入电网的典型低频振荡频率及周期，并结合PSS发挥作用的主要频段，确定PSS功率自动投入与退出延时时间需躲过的低频振荡频率频段，根据延时时间不应小于低频振荡最大振荡周期整定PSS功率自动投入、退出延时时间Td_on、Td_off。