电力系统稳定器

电力系统稳定器（PSS）设计的一种新思路

杨汉如1，阎伟2，王涛2，杨国清2

1.安康市水利水电勘测设计院，陕西安康725000;

2. 西安理工大学电力系，陕西西安710048）

摘要：对常见的PSS输入信号作了概括，分析了导致电力系统低频振荡的原因。对以Δω和ΔPe同时为输入信号的PSS作了研究，提出了电力系统稳定器设计的一种新思路。仿真结果表明，以这种新思路为指导设计的电力系统稳定器有良好的性能。

关键词：励磁系统；低频振荡；电力系统稳定器；仿真

A new idea for Power System Stabilizer(PSS) design Y ANG Hanru1, Y AN Wei2, WANG Tao2,Y ANG Guoqing2 (1. Ankang Institute of Water Resources Investigation & Designing, Shaanxi Ankang 725000, China; 2. Power System and Automation Department of Xian University of Technology, Xian 710048, China) Abstract：The input signals of Power System Stabilizer(PSS) widely utilized are summarized. A new idea in designing PSS with two inputs Δω andΔPeis put forward. It is illustrated by simulation result that the PSS based on this designing idea has excellent performance.

Keywords：Excitation system; Low frequency power oscillation ; PSS; Simulation

1 引言

目前，同步发电机普遍采用了自并励静止可控硅微机励磁方式，使自动励磁调节器(A VR)的时间常数从几十秒缩短到几十毫秒（20 ms）。快速励磁系统在提高系统响应速度的同时，励磁系统时间常数大大减小，降低了电力系统阻尼，使系统中经常出现弱阻尼甚至是负阻尼，导致抑制振荡的能力下降。当振荡严重时会破坏互连系统的并列运行，造成大面积停电。包括我国在内的许多国家都发生了由低频振荡引起的严重事故。低频振荡可以通过附加励磁控制提供电力系统所需的附加阻尼来加以抑制，其中电力系统稳定器（Power System Stabilizer简称PSS）是一种有效的附加励磁控制。

2 PSS的作用及其输入信号

电力系统稳定器的作用主要是抑制电力系统0.1～2.5 Hz的低频振荡。电力系统稳定器的任务是接受这些振荡信号，并按要求传递给励磁电压调节器，通过电压调节器的自动控制作用，对发电机转子之间的相对振荡提供正阻尼［1］，以

此实现对振荡的抑制。PSS一般采用转速偏差Δω，频率偏差Δf，加速功率(Pm-Pe)，电磁功率偏差ΔPe中的一个或几个信号作为A VR的附加信号输入，以达到抑制低频振荡的目的。以Δω为输入信号的PSS使用的是超前网络，超前网络在高频时放大倍数会增大，所以对发电机扭动振荡极为敏感，使扭动振荡现象更加严重；以ΔPe作为输入信号，检测方便，所需超前角度小，稳定性好，已得到广泛应用，但存在反调现象。对于水轮发电机组，由于其机械功率变化速度快，反调影响更大；以加速功率(Pm-Pe)为输入信号，有电功率信号输入的优点，不存在反调问题，但要增加机械功率Pm为输入信号，而该信号的获取不太容易；以ΔPe 和Δω同时为输入信号，它们可以相互补偿，减小反调现象的影响。

国内外，大多数的电力系统稳定器都以ΔPe或Δω或(Pm-Pe)为输入量，而以ΔPe加Δω同时为输入量的PSS不多见。本文将就以ΔPe与Δω同时作为输入信号的PSS作以探讨。

3电力系统弱(负)阻尼出现原因分析

在电力系统中励磁控制系统会减弱系统的阻尼能力，从而加剧电力系统低频振荡，其原因可以归结为两条［3］：

①励磁控制器按电压偏差比例调节；

②励磁控制系统有惯性。采用以机端电压偏差ΔUg为控制信号的具有快速响应特性的励磁控制系统产生的滞后相位是问题的实质。

下面就此问题作以分析。

3.1同步发电机模型

根据发电机的基本方程式，并对这些方程线性化，可以得到研究低频振荡的同步发电机完整模型［2］（见图1）。

3.2励磁系统滞后相位分析

如图1所示，用GL(S)表示励磁系统的传递函数，则

由(2)式可见,此相频特性为滞后的。由于GL(S)是相位滞后的，当K5为负时，电压调节器产生负阻尼,如图2所示［5］，其中ΔUg是发电机端电压偏差，θ角是励磁系统的滞后角，由图可见由电压调节器产生的电磁转矩ΔTe (转速恒定时ΔTe≈Δe)在Δω轴上的投影为负值。所以用励磁方式解决电力系统低频振荡问题，就要在相位上对励磁系统进行补偿。

4 以Δω和ΔPe同时为输入信号的电力系统稳定器

利用叠加定理,将Δω信号作用产生的附加转矩ΔMdω与ΔPe信号作用产生的附加转矩ΔMdp叠加，以分析以Δω和ΔPe同时作为输入信号的PSS抑制低频振荡的作用原理。

(1)Δω信号作用产生的附加转矩

图4是Δω(ΔPe)信号作用产生附加转矩ΔMdω(ΔMdp)的原理框图，其中ΔMdω是Δω为输入产生的附加转矩,Kω是信号Δω的放大倍数；ΔMdp是以ΔPe 为输入产生的附加转矩，Kp是信号Δω的放大倍数。见图3，G(S)（即图4中的G）是PSS传递函数的一部分，其中的信号采集环节由传感器来完成，它将PSS 的工作主频（0.1～3 Hz）范围内的信号传进PSS；隔直环节是将频率不大于0.01 Hz的“直流”信号滤除,同时它还控制PSS在出现大于0.01 Hz的主频信号时才投入［4］。

则有

(2) 以ΔPe信号作用产生的附加转矩