电力系统稳定器PSS简介

电力系统稳定器PSS简介

高级工程师许刚

一．低频振荡

由于电力系统规模扩大，大型发电机普遍采用了集成电路和可控硅组成的励磁调节器，使自动励磁调节器（AER）的时间常数从过去的几秒钟缩短到几十毫秒。快速励磁系统（晶闸管直接励磁或高起始响应励磁系统）的广泛采用，更使得励磁系统时间常数大为减少，从而降低了电力系统的阻尼。对联系较弱的电网系统影响较大，使系统中经常出现弱阻尼，甚至是负阻尼。因此，许多电力系统出现了每分钟几个至几十个周波的频率很低的自发性系统振荡。在这种情况下，当振荡严重时会破坏互联系统之间的并列运行，造成大面积停电，这种现象称为低频振荡。

从稳定性来看，电力系统振荡频率发生在0.2-2.5H Z范围内，它主要反映在各发电机的转子之间在输电线路交换功率过程中有相对运动形成振荡模。另外，某台发电机经过弱联系的辐射式输电线路连接到一个相对大的电力系统时所出现的振荡，被称为地区型振荡，其频率在0.8-1.8H Z范围内。当联络线一端的机组对另一端的机组产生相对摇摆，这种振荡型式被称为联络线型或区间振荡，其振荡频率在0.2-0.5H Z。如果在同一发电厂内的机组间发生振荡，这种振荡被称为内部振荡，其振荡频率在1.5-2.5H Z范围内。

川渝电网和华中电网实现联网的要求和联网稳定计算表明，联网后，系统中存在0.2Hz左右甚至更低频率的低频振荡。因此，为保证电网的安全，川渝电网和华中电网的主要发电机的励磁调节器应投入电力系统稳定器（PSS）。这些PSS除能抑制本机型低频振荡外，还应能有效地抑制区域型低频振荡，即PSS对于在0.1Hz－2.0Hz之内的振荡都有抑制作用。

黄桷庄电厂有两台200MW汽轮发电机组（#21、#22机），均采用南京南自科技发展公司生产的WKKL-1型励磁调节器。自带的PSS采用发电机电功率作为输入信号，均采用三机有刷励磁方式。由于联网运行时此两台机组对系统动态稳定影响较大，将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。

二．电力系统稳定器PSS模型

当采用快速响应的可控硅励磁调节器，输入信号仅用发电机的端电压时，会合使电力系统产生弱阻尼，这可能会引起电力系统增幅振荡的不稳定性。若在励磁控制系统中引入其他附加信号，可以增强电力系统的阻尼。该信号是由电力系统稳定器PSS（Power System Stabilizer）提供的。实际运行表明，它能有效克服多机间和互联系统间由于阻尼不足，甚至是负阻尼而产生的低频振荡。电

力系统稳定器(PSS)稳定器的信号接入励磁系统，如图示。

电力系统稳定器PSS框图

电力系统稳定器由传感器单元和信号测量单元组成。信号测量单元一般包括相相补偿、信号复归和放大限幅环节，输入信号由输入电功率、频率或轴速度等参量组成。相位补偿环节，用来阻尼转子角振荡，而对转子绕组和励磁调节器的固有滞后相位进行补偿时，一般用超前滞后网络补偿，

传递函数为：

2

1

1

1

ST

ST

+

+

。信号复位环节可以保证PSS只在产生系统低频振荡时工作，低频振荡停止后，信号复归环节立即停止工作，以防止持续频率误差所造成的端电压的永久偏移。信号复位环节

通常采用微分隔直回路，传递函数为：

ST

ST

+

1

。放大限幅环节的作用的限制稳定器输出信号的幅值。

黄桷庄电厂#21、#22机励磁调节器采用PID+PSS控制方式，配有转子电压负反馈。厂家提供的PID和PSS的数学模型见图所示。

黄桷庄电厂#21、#22机 WKKL型励磁调节器PID模型

黄桷庄电厂#21、#22机WKKL型励磁调节器PSS模型

PSS模型中，第一部分为测量元件，第二、三部分为两级超前滞后网络，第四部分为复位环节。

三．PSS输入信号

1.发电机轴转速△ω信号。

2.发电机输出电功率△P e信号。

3．以加速功率（Pm-Pe）为输入信号。

我厂采用发电机输出电功率△P e信号。

四．反调现象

用电功率作为输入信号的PSS在原动机功率发生变化时，由于PSS自己不能区分系统波动和原动机功率波动，仍然作用于励磁系统，造成无功功率波动，这种现象就叫“反调”，如果反调的影响太大，就需要在执行增减有功功率操作时闭锁PSS的作用。对于汽轮发电机一般原动机调节速度较慢，“反调”的影响较小，在执行增减有功功率操作时可以不闭锁PSS的输出，但要检查确定反调的影响在正常范围内。试验期间正常增减有功功率时未见对励磁产生显著影响，说明反调的影响在正常范围内。

五．影响阻尼的因素及改善系统阻尼的措施

1.运行方式的影响

当有功负荷较大，并且在电容性负荷情况下，阻尼转矩变变负阻尼，容易发生系统低频振荡。另外，联络线负荷增大，功角增大，阻尼减弱。所以低频振荡都在联络线功率较大时发生。一旦发生低频振荡，应该首先限制联络线输送功率。如果发电机多送感性无功负荷，功角会减小，阻尼将增大，有利于电力系统稳定。

2.网络结构的影响

网络结构的强弱对系统和阻尼有很大影响。当电源与系统联系较弱时，系统等值电抗X越大，功角越大，阻尼转矩越小，严重时甚至成为负值，容易产生负阻尼和振荡失步。加强系统结构虽然可以防止弱阻尼，但需要增加联络线或加强系统电网联系，这样会使投资增大。而且随着电力系统电网的不断发展，原有弱联系电网加强后又可能变为新的弱联系电网。

3.励磁机的影响

当功角较大时，自动励磁调节器(AER)将提供阻尼。当励磁机放大倍数K A在一定范围内增高时，负阻尼将会增大。另外，励磁机时间常数及转子绕组时间常数越小，负阻尼越大。

4.调速器的影响

调速器对系统阻尼的影响一般没有自动励磁调节器（AER）明显。但是，当采用快速的电液调速器时，对振荡频率较低的低步振荡会产生一定的影响。

总之，快速励磁调节器、快速励磁系统会向电力系统提供负阻尼，尤其是系统弱联系、电容性负荷以及励磁放大倍数整定过大时，阻尼转矩会变负，容易发生低频振荡。

改善系统阻尼可以采取两种措施：