系统稳定器(PSS)原理及其试验方法

系统稳定器(PSS)原理及其试验方法
[摘要]本文通过电力系统稳定器（PSS）在珠江电厂的应用详细介绍了PSS 的原理和试验方法。

【关键词】励磁；电力系统稳定器；PSS
一、PSS的基本原理
电力系统稳定器(PSS)是励磁系统的一种附加功能，它抽取与低频振荡有关的信号并对其加以处理，产生的附加信号叠加到励磁调节器中，使发电机产生阻尼低频振荡的附加转矩，用于提高电力系统的阻尼。

PSS一般是以励磁调节器电压控制环的附加控制的形式出现。

PSS借助于励磁调节器控制励磁的输出，来阻尼同步电机的功率振荡，输入变量可以是转速、频率或功率（或多个变量的综合）。

PSS输出的附加控制信号加到励磁系统上，经过励磁调节器滞后产生附加力矩。

该滞后特性称为励磁系统无补偿特性。

附加力矩方向与发电机Eq’一致，但是无法实际测量Eq’，而用测量发电机电压Vt代替。

试验时要求调整发电机无功在零附近，有功在满负荷附近。

根据测得的励磁系统无补偿特性，按照预先设计的PSS环节相位补偿特性，初选PSS参数。

目标是在低频振荡的频率范围内，PSS产生的附加力矩向量Te对应Δω（转速）轴在超前10°~滞后45°以内，并使本机振荡频率力矩向量对应Δω（转速）轴在0°~滞后30°以内。

PSS输入信号（转速ω，电气功率Pe或机械功率Pm）与Δω的相位关系如下：转速ω和频率f与Δω轴同相，电气功率Pe滞后Δω轴90°，机械功率Pm领先Δω轴90°。

根据不同的输入信号，PSS环节相位补偿特性的相位Фpss加上励磁系统无补偿特性的相位，可以获得所需的PSS附加力矩与Δω轴的关系，如图1所示。

珠江电厂四台机组使用励磁系统都是南瑞电气有限公司生产的SA VR-2000自并励静止励磁系统，其传递函数如图2所示，其值由调节器厂家给出。

其PSS 采用的模型如图3所示，PSS环节的各参数将在本次试验中整定。

PID模型中TR=0.02为发电机电压测量时间常数，参照厂家试验值给出；其余可整定参数见各调节器整定值。

PSS模型中TP=0.02，为发电机功率测量时间常数，参照厂家试验给出。

二、试验方法
1、试验前准备工作：
1.1运行方式调整
所有线路正常投入；试验机组在满载或60%额定有功且无功功率为0-5Mavr 左右工况下运行；各机组均投入自动励磁调节器，并且工作在自动电压控制方式；所有保护及自动装置均应该正常投入；试验机组的AGC、A VC、一次调频退出。

1.2试验接线及测量的准备
动态信号分析仪，WFLC-VI便携式电量记录分析仪，电压测量接口FLC-2C 等
2、试验方法及步骤
试验前检查工控机和励磁调节器工作通讯正常，通道间手动切换正常。

试验时励磁调节器按主从方式运行，手动备用励磁设定好跟踪位置。

2.1珠江电厂机组无补偿频率响应特性测量（在300MW时做）
用动态信号分析仪测量励磁系统的无补偿频率响应特性。

测量接线如图4所示，在这里输入量为加入到励磁调节器综放环节输入端的电压相加点的随机噪
声信号，输出量为机端电压。

在端子排相应端子加装PSS投退开关，在端子排励磁调节器的A/D接口加入随机噪声电压信号，通过软件开关将外加信号加入到励磁调节器的电压相加点；随机噪声电压信号引起的发电机电压摆动一般应小于2%。

试验时从零逐步增加随机噪声信号的电平至发电机无功功率及发电机机端电压有明显变化，测量励磁系统无补偿频率特性。

2.2珠江电厂机组有补偿频率特性
用动态信号分析仪测量励磁系统的有补偿频率响应特性。

测量接线如图5所示，在这里输入量为PSS环节输入端，输出量为机端电压。

有补偿频率响应的相频特性应该等于PSS环节的相频特性和无补偿频率响应的相频特性相加，如果其PSS环节已进行模型及参数实测证明其准确，则可以用实测的无补偿相频特性加上PSS环节的理论相频特性得到有补偿频率特性来进行分析。

根据PSS模型中传递函数(图1)和上述PSS参数，通过计算校核被试机组励磁系统有补偿的相频特性。

2.3满载时PSS的抗扰动性能试验（A、B两个通道相同）
下边的试验对于励磁调节器的A、B两个通道需要各做一遍。

机组工况的调整
调整试验机组的有功功率达到额定值、无功出力为0Mvar左右，然后使其有功、无功均维持恒定。

其他机组的有功和和无功功率也尽量保持恒定。

2.3.1满载时无PSS情况下的扰动试验
目的：确定合适的试验用电压扰动量U%大小，录制比较用的试验波形。

先不投入PSS，通过自动励磁调节器加入±1%的机端电压扰动量（先做正扰动，后做负扰动），按照先前的接线监测各项电气量。

然后以1%步长逐步增加扰动量，直到有功功率波动的峰峰值达到30MW左右或振荡次数大于5次，则由此对应的电压扰动量U%就成为后边的试验用值。

2.3.2PSS环节初始增益试验
目的：确定PSS试验用增益KQS的初始基准值。

按第一组试验参数整定自动励磁调节器PSS，然后将PSS投入，按照前面的同样方法加入扰动量U%，测录有关波形和数据，然后逐渐增大KQS值，直到PSS效果比较显著（功率振荡次数不大于3次，功率振荡的阻尼比大于0.1）时为止，则由此对应的KQS值就成为后边的试验用值。

PSS环节的限幅值初步定为±5%。

2.3.3PSS各时间常数的优化试验
分别按照我厂励磁机中的试验用PSS参考数据和2.3.2中确定的KQS值整定，然后将PSS投入，按照前面的同样方法加入扰动量U%，测录有关波形和数据。

并且根据现场试验结果和相位的变化修改和增加其他组试验用PSS参数，比较有功振荡情况，选择确定PSS参数。

通过调整PSS超前滞后参数，根据测得的有补偿频率特性，在电力系统低频振荡区内使PSS输出的力矩向量对应Δω轴在超前10°～滞后45°以内，并使本机振荡频率力矩对应Δω轴在0°～滞后30°间。

将对应最佳效果的各参数值整定进PSS中。

2.3.4确定PSS的最终KQS值试验
将前面选定的最终参数值整定进PSS，然后将PSS投入，按照前面的同样方法加入扰动量U%，测录有关波形和数据。

然后逐渐增大KQS值，直到励磁电
压或机端电压或有功功率或励磁电压开始产生振荡特性为止，则将由此对应的KQS值乘以0.2~0.33的系数就成为最终使用值。

2.3.5静态稳定性试验
分别在投入和切除PSS时，测录有关波形和数据，检查扰动量大小。

2.3.6PSS的限幅值检查
修改PSS限幅值为±1%或以下，在PSS投入情况下，做负载阶跃试验，观察输出限幅情况是否与整定值一致。

检查后恢复原限幅值。

2.3.7PSS自动投、退及防反调性能试验
按照正常运行操作方式，先从300MW以运行可能实现的最快速度快速减少发电机有功功率到290MW，测录有关波形和数据，检查防反调性能。

从290MW以运行可能实现的最快速度快速增大发电机有功功率到300MW，测录有关波形和数据，检查防反调性能。

根据实际负荷，临时修改自动投入、退出定值，检查PSS工作情况。

检查后恢复原自动投入、退出定值。

2.4发电机60%负载时的PSS性能检验（在180MW时做）
试验内容包括无补偿频率特性测量，有、无PSS的负载阶跃扰动试验等内容，主要是检验PSS在不同负荷下的适应性。

2.5试验结束
拆除试验临时接线，恢复各运行设备、保护及试验装置至试验前状态，退出PSS，根据中调指令，调整运行方式。