GB/T 40591-2021 电力系统稳定器整定试验导则

　　ICS 29 . 020 CCS F 2 1

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 40591—2021

　　电力系统稳定器整定试验导则

　　Guideforsettingtestofpowersystem stabilizer

　　2021-10-1 1 发布 2022-05-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 40591—202 1

　　GB/T 40591—202 1

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—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。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由中国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/TC 446)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、中国电力科学研究院有限公司、中国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、赵焱、艾东平、张彦凯、焦春雷、余侃胜、熊鸿韬、史扬、李文锋、夏潮、吕晨、武朝强、朱艳卿、肖 明、胡志祥、余锐、陈向宜、赖民昊、党杰、汪旸、张三洪。

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　　电力系统稳定器整定试验导则

　　1 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 100 MW 及以上汽(燃气)轮发电机、核电机组，40 MW 及以上水轮发电

　　机、抽水蓄能发电/电动机和光热机组，接入电压等级 220 kV 及以上的同步发电机组。其他机组可参

　　照执行。

　　2 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/T 7409 . 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

　　GB 38755 电力系统安全稳定导则

　　DL/T 583 大中型水轮发电机静止整流励磁系统技术条件

　　DL/T 843 同步发电机励磁系统技术条件

　　3 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 powersystem stabilizer;Pss

　　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 的输入变量可采用转速、频率、功率等单变量，也可采用上述单变量的综合。

　　[来源：GB/T 7409 . 1—2008,5 . 9,有修改]

　　3.2

　　反调 reverseaction

　　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

　　励磁控制系统无补偿频率响应特性 uncompensatedfrequencyresponseofanexcitationcontrolsystem

　　PSS退出时，由励磁调节产生的电磁转矩分量 Te2对于 PSS 输出嵌入点信号 US 的频率响应特性( ΔTe2/ΔUS) 。

　　注：工程上常用机端电压 ΔUt 代替转矩分量 ΔTe2 ,用 ΔUt / ΔUS 来表述。 ΔUS 为在 PSS 输出嵌入点加入的激励信号。

　　3.4

　　励磁控制系统有补偿频率响应特性 compensatedfrequencyresponseofanexcitationcontrolsystem PSS投入时，由励磁调节产生的电磁转矩分量 Te2对于 PSS 输入信号 USI的频率响应特性(ΔTe2/

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　　ΔUSI) 。

　　注：工程上常用机端电压 ΔUt 代替转矩分量 ΔTe2 ,用 ΔUt / ΔUSI来表述，ΔUSI为在 PSS输入端加入的激励信号。

　　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 0.7 Hz 以下。

　　3.6

　　Pss直流增益 DCgainofPss

　　不包括隔直环节，振荡频率为零时的 PSS增益。

　　3.7

　　Pss交流增益 ACgainofPss

　　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 criticalgainofPss

　　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 automaticvoltageregulator;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磁输出的装置。 [来源：GB/T 7409 . 1—2008,5 . 1]

　　4 试验条件

　　4 . 1 励磁系统

　　4 . 1 . 1 AVR 及 PSS模型应经过有资质检测机构实测确认。

　　4. 1 .2 PSS宜采用 GB/T 7409.2 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 .3 PSS信号测量环节的时间常数应不大于 20 ms。

　　4 . 1 . 4 抽水蓄能机组的 PSS在发电机模式和电动机模式下，均应具备投入条件。

　　4 . 1 . 5 PSS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 . 6 PSS输出信号加入到 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输出信号加入到 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。

　　4 . 1 . 7 励磁调节器应提供励磁控制系统无补偿频率响应特性测试端口 。

　　4 . 1 . 8 对于多输入的 PSS,宜提供测试各输入信号之间相位、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/T 7409 . 3、DL/T 583、DL/T 843 的规定。

　　4 . 1 . 10 无功电流补偿系数应整定完成，并投入运行。

　　4 . 2 Pss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/频率为输入信号的 PSS,或选用反调作用较弱的 PSS模型，如以有功功率和转速/频率双信号为输入的 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 采用多输入信号的 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

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　　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入运行，并无限制、异常和故障信号。

　　4.3.2 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 . 3 励磁调节器应投入自动电压控制方式，试验期间机组 自动发电控制(AGC) 、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：

　　a) 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;

　　b) 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、传递函数框图等;

　　c ) 励磁调节器及 PSS 涉网性能检测报告。

　　5 试验项目及要求

　　5 . 1 试验项目

　　5 . 1 . 1 PSS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。

　　5 . 1 . 3 采用多输入信号的 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

　　0.1 Hz~2 Hz, 动态信号分析仪输出的试验信号(ΔUS)宜选随机噪声信号，输入信号(ΔUt )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：

　　a) 试验信号 ΔUS 应接到 PSS输出点并替代 PSS输出信号，PSS退出;

　　b) 试验信号 ΔUS 应增大至发电机电压 ΔUt 产生微小波动，波动幅度宜小于 2%额定电压;

　　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 单信号输入的 PSS应按其传递函数计算频率响应特性，多信号输入的 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：

　　a) 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滑处理后再整定 PSS参数;

　　b) 有补偿附加转矩在 0.1 Hz~0.3 Hz(不含 0. 3 Hz)频段超前 Δw轴应不大于 30°,在 0. 3 Hz~

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　　2.0 Hz 频段应在超前 Δω轴 20°至滞后 Δω轴 45°之间，其中本地振荡频率至 2.0 Hz 频段应滞后 Δω轴。有补偿附加转矩见图 1。

　　标引序号说明：

　　ΔPe — 有功功率变化量; Δω — 转速变化量;

　　Δδ — 功角变化量;

　　ΔMPSSmin — 允许最小补偿角的转矩;

　　ΔMPSSmax — 允许最大补偿角的转矩。

　　图 1 有补偿附加转矩

　　5 . 4 Pss增益确定

　　5 . 4 . 1 Pss增益整定原则

　　PSS增益整定应符合以下原则：

　　a) PSS投入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，且投入 PSS 后发电机电压和无功功率应无明显波动;

　　c) PSS 的输入信号为功率时 PSS增益宜取临界增益的 1/5~1/3, PSS 的输入信号为频率或转速时宜取临界增益的 1/3~1/2。

　　5 .4 .2 Pss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) 初次投入时 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，投入 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;

　　c) 按 5.4.1 要求确定 PSS增益。

　　5 . 4 . 2 . 2 负载阶跃试验法测试应符合以下要求：

　　a) 设置机端电压阶跃量宜为 0.01~0.04(标幺值)，无 PSS机组有功功率波动明显为宜;

　　b) 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;

　　c) 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 .5 Pss阻尼效果检验

　　5 . 5 . 1 PSS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

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　　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：

　　a) 设置机端电压阶跃量宜为 0.01~0.04(标幺值);

　　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;

　　c ) 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 GB 38755 的要求。

　　5 . 6 反调试验

　　5.6. 1 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。

　　5.6.2 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。

　　6 参数整定

　　6. 1 PSS输出限幅值的范围宜为 ±0.05~±0.10(标幺值)。

　　6 . 2 PSS 自动投入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 自动投入值，抽水蓄能机组 PSS 自动投入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 . 4 PSS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 KS2设置应为隔直时间常数除以机组惯性时间常数。

　　6 . 6 采用多输入信号的 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。

　　7 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 机组接入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 . 4 AVR 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 . 6 AVR 主程序修改后，应评估确定。

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　　附 录 A

　　(资料性)

　　Pss模型

　　单输入信号电力系统稳定器模型 —PSS1 型见图 A. 1 。

　　标引序号说明：

　　USI1 —PSS输入信号，可以是发电机转速、频率、有功功率;

　　s — 微分算子;

　　TS1 — 输入信号测量时间常数;

　　TW1 、TW2 — 隔直时间常数;

　　A1 、A2 — 扭振滤波系数;

　　TP1 、TP2 、TP3 、TP4 、TP5 、TP6 — 超前滞后环节时间常数;

　　KS —PSS直流增益;

　　UPSSmax 、UPSSmin —PSS输出限幅 。

　　图 A.1 单输入信号电力系统稳定器模型 —Pss1 型

　　合成加速度功率型电力系统稳定器模型 —PSS2 型见图 A. 2 。

　　标引序号说明：

　　USI1 、USI2 —PSS输入信号，USI1是发电机转速或频率，USI2是发电机有功功率;

　　s — 微分算子;

　　M、N — 滤波器阶数，一般 M = 5 , N = 1 ;

　　TW1 、TW2 、TW3 、TW4 — 隔直时间常数;

　　TP6 、TP7 — 惯性环节时间常数;

　　TP8 、TP9 — 扭振滤波时间常数;

　　TP1 、TP2 、TP3 、TP4 、TP10 、TP11 — 超前滞后环节时间常数;

　　KS1 、KS2 、KS — 增益系数;

　　UPSSmax 、UPSSmin —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

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　　附 录 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/(T2N+1 -T1) …………………………( B.1 )

　　式中：

　　N — 计算周期数;

　　T2N+1 — 第 2N+1 个峰值出现的时间，单位为秒(s) ;

　　T1 — 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 ζ:

　　式中：

　　N — 计算周期数;

　　P1 、P2 — 为第一个和第二个功率峰值，单位为兆瓦(MW) ;

　　P2N+ 1 、P2N+ 2 — 为第 2N+1 个和第 2N+2 个功率峰值，单位为兆瓦(MW)。

　　标引序号说明：

　　T1 、T2 — 第一个峰值出现的时间，单位为秒(s) ;

　　P0 — 功率初始值，单位为兆瓦(MW) ;

　　t — 时间刻度，单位为秒(s ) ;

　　P1 、P2 — 为第一个和第二个功率峰值，单位为兆瓦(MW) ;

　　T2N+ 1 、T2N+ 2 — 第 2N+1 个和第 2N+2 峰值出现的时间，单位为秒(s) ;

　　P2N+ 1 、P2N+ 2 — 为第 2N+1 个和第 2N+2 个功率峰值，单位为兆瓦(MW)。

　　图 B.1 发电机负载阶跃的有功功率响应

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　　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 0.01 s~0.04 s 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。

　　C.3 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。

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　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 7409 . 1—2008 同步电机励磁系统 定义

　　[2] GB/T 7409 . 2 同步电机励磁系统 第 2 部分：电力系统研究用模型