电力系统稳定器(PSS)简单介绍

电力系统稳定器培训教材（PSS）电力系统稳定器（PSS）是一种自动控制装置，是为改善同步电机稳定性而设计的，与励磁控制配合使用。

PSS有许多不同的实现方式。

自并励励磁系统具有高的增益和快速响应时间，这大大地提高了暂态稳定。

但与此同时，却趋向于降低对小信号的稳定（阻尼力矩）。

PSS控制的目的是提供一个正阻尼系数，以阻尼发电机转子角度的摇摆。

PSS的实现由于PSS的主要功能是对电力系统振荡增加阻尼，基本的控制理论可以指出，任何在电力系统振荡中可以测量到的信号，都可以作为很好的待选输入信号。

容易得到的信号是直接的转子转速测量值，频率和功率。

从系统设计的观点来看，在选择适当的输入信号时，有很多因素要考虑。

例如，直接的转子转速测量容易受到汽轮机发电机扭振作用的影响。

在发电机励磁控制系统中，引入发电机机端电压，发电机的功率、转速和频率等信号或上述信号的组合，经过一定的相位处理后，再通过励磁调节器去控制发电机的励磁，可以增加机组的阻尼力矩，有效地平息系统的低频振荡，提高电力系统的稳定性。

电力系统稳定器（PSS-Power System Stabilizer）就是提供增加系统阻尼力矩的附加励磁控制部件。

电力系统稳定器是以发电机功率为信号的电力系统稳定器。

它由模拟电路组成。

输入发电机电压和电流，利用模拟乘法器测得发电机的电功率，经信号复归电路滤去稳态量，再由两级超前－滞后电路和增益控制电路进行相位和增益调整，输出信号送入励磁调节器中，与发电机端电压、给定电压相加共同控制发电机的励磁。

相位补偿角的选择：PSS的相位补偿电路主要用来补偿励磁调节器和发电机回路中的相位滞后，所以，PSS的相位补偿与调节器的参数以及励磁系统的形式有关。

进行相位补偿应在AVR参数确定并证明其特性良好的情况下进行，对于以功率为信号的PSS，一般要求0.2至2Hz的频率范围内，PSS 的相移角φp加励磁系统的滞后角φe为－60°～－120°。

电力系统稳定器（PSS）投入、退出:1、电力系统稳定器可以阻尼发电机的磁极，和电网系统的低频振荡。

平时不影响励磁调节，对AVR来说是一个附加通道。

2、发电机的有功功率达到200MW（额定负荷为600MW的机组）以上就可以手动投入电力系统稳定器PSS，并且发电机的电压限制在设置的范围之内（90%-100%U0）.电力系统稳定器投入不需任何设定。

3、PSS可以在任意时间手动切除，同时，如果发电机有功功率及电压超出设定值或者与电网解裂，PSS自动切除。

PSS因故退出后要向调度汇报退出原因，如因工作需要应向调度申请同意后方可进行。

4、按照（电网电力系统稳定器PSS运行暂定规定）的要求确定PSS的投切，原则上PSS退出相应机组应当解裂备用。

PPS在励磁控制系统中引入一个附加控制信号，以增加发电机的阻尼，也就是提高整个电力系统的阻尼能力，消除电力系统发生低频增幅震荡的可能性。

一般定值设定为有功的30%至40%，当有功负荷降到该定指标时候自动停用。

励磁变装不装差动也有争论，不过一般不设差动保护，因为励磁变低压侧的电流由于受到可控硅整流的影响不再是标准的正弦波形，有时会造成差动保护误动！励磁变的保护配置一般是电流速断，过流，过负荷，再加上与励磁系统配合的非电量保护而已。

转子包括转子绕组和转子铁心，两者是相互绝缘的，发电机的汽端大轴处，通过接地碳刷把大轴感应交流电导入大地。

而转子绕组投转子一点、两点接地保护，励磁回路中。

一期两台无刷永磁副励磁机机头上的2个碳刷，主要是用来检测励磁机回路是否接地的。

在励磁调节器柜内，有发电机、励磁机励磁回路接地检测试验回路，每24小时一次。

当需要碳刷接触时，举刷电源供电（在励磁接地检测保护柜内有专门的举刷交流电源开关），将碳刷和大轴相接触。

一期发电机三机励磁原理副励磁机（永磁机）经A VR整流，事给励磁机励磁的小机，励磁机输出的其实是交流电，经旋转二极管整流后输出给发电机转子绕组，这种励磁方式叫三机励磁。

浅谈电力系统振荡及PSS装置的作用樊绍华PSS是电力系统稳定器（Power system stabilizer）的简称。

一、电力系统的振荡类型：电力系统在动态过程中可能出现多种类型的振荡，如电磁振荡：表现为系统电感和电容元件之间的能量交换振荡。

振荡频率一般较高，例如高压线路电感的线路分布电容之间在一定条件下可能产生谐振，这种谐振可能引起危险的高电压。

以如高压串联补偿线路的电感和串联补偿电容，这种振荡频率较低，一般低于同步频率，称为“次同步振荡”。

另一类常见的电磁振荡是由系统中调节装置特性不恰当引起，它的振荡频率可能在很大范围内变化。

电磁振荡一般衰减较快，但如果它的振荡频率与系统机电自然振荡频率相同，或与机组轴系自然振荡频率互补则可能引起严重后果。

机电振荡：表现为机械元件之间的动态运动（振动）和扭转振荡。

对于电力系统安全影响较大的有汽轮机叶片谐振和大机组轴系的扭振，其自然振荡频率可以低于或高于同步频率。

如果存在一个频率与其机械自然振荡频率相同的外部扰动，则将出现危险的谐振，可能损坏设备。

在系统出现大的扰动后，轴系也将引起扭振，如果这个扭振还未来得及衰减，以来一次扰动，则两次扰动的效果可能重合而引起更大幅值的扭振。

电力系统故障时，可能接连出现短路、切除、重合闸于故障、再切除等多次大扰动，这些扰动如果多次叠加，则可能出现严重后果。

机电振荡：常见的是发电机组间功率动态振荡。

振荡时的能量是通过电气联系传递的，故称为机电振荡，表现为发电机电功率和功角的变化。

当振荡较严重时，系统不能维持同步运行，即稳定破坏。

机电振荡的频率较低，一般在0.2――2.5Hz范围内，通常称为低频振荡。

机电扭振互作用：表现为电磁振荡和机械扭振的相互作用。

如电力系统中出现频率为fe（fe低于同步频率fn）的电磁振荡，发电机定子电流中频率为fe的电流分量将在以fn速度旋转的转子直流绕组中产生频率为（fn-fe）的交变力矩，如果轴系的自然振荡频率fm=fn-fe，则将引起轴系的扭转谐。

PSS——电力系统稳定装置电气2008-05-04 13:49:35 阅读898 评论0 字号：大中小订阅电力系统稳定器(简称PSS)是励磁系统的一个附加功能，用于提高电力系统阻尼，解决低频振荡问题，是提高电力系统动态稳定性的重要措施之一。

它抽取与此振荡有关的信号，如发电机有功功率、转速或频率，加以处理，产生的附加信号加到励磁调节器中，使发电机产生阻尼低频振荡的附加力矩。

PSS稳定装置的输入是发电机的有功信号，经过隔直环节和补偿环节，最后输出到励磁调节器，作为励磁调节器综合环节的一个负的输入。

在稳态运行时，由于隔直环节的作用，输出信号为零。

当系统受到扰动时，系统的低频振荡分量将使PSS产生输出信号，如果PSS相位补偿适当，将产生阻尼低频振荡的转矩，整个PSS装置的增益和相位决定了它对系统的阻尼效果。

有效平息系统的低频振荡，提高电力系统的稳定性。

PSS投入的一个条件是机组的输出有功，当有功大于一定的值时，PSS才起作用。

通过试验测量励磁系统滞后频率特性、PSS临界放大倍数等试验，确定机组PSS参数，并按调令投入PSS运行。

低频振荡分析发电机电磁力矩可分为同步力矩和阻尼力矩，同步力矩(PE)与Δδ同相位，阻尼力矩与Δω同相位。

如果同步力矩不足，将发生滑行失步；阻尼力矩不足，将发生振荡失步。

低频振荡是发生在弱联系的互联电网之间或发电机群与电网之间，或发电机群与发电机群之间的一种有功振荡，其振荡频率在0.2-2Hz之间，低频振荡发生的有四种可能的原因：1、系统弱阻尼时，在受到扰动后，其功率发生振荡且长时间才能平息。

2、系统负阻尼时，系统发生扰动而振荡或系统发生自激而引起自激振荡。

这种振荡，振荡幅度逐渐增大，直至达到某平衡点后，成为等幅振荡，长时间不能平息。

3、第三种是系统振荡模与某种功率波动的频率相同，引起特殊的强迫振荡，这种振荡随功率波动的原因消除而消除。

4、由发电机转速变化引起的电磁力矩变化和电气回路耦合产生的机电振荡，其频率约为0.2-2Hz。

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。

XXXX发电有限责任公司电力系统稳定器（PSS）动态投运试验方案中国电力科学院xxx电力试验研究所xxxx年xx月xx日批准：审定：审核：编写：1. 试验目的XX电厂两台发电机使用东方电机厂生产的300MW发电机，励磁调节器为英国罗罗公司生产的TMR-A VR型微机励磁调节器，励磁系统采用自并励静止可控硅励磁方式，属快速励磁系统，由于联网运行时对系统动态稳定影响较大，应尽快将励磁系统中电力系统稳定器(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。

2．编制依据本方案按照中华人民共和国电力行业标准DL/T650-1998《大型汽轮机自并励静止励磁系统技术条件》有关要求编制。

3. 组织措施为保证试验顺利进行，成立领导小组和试验小组。

人员组成如下：3.1 现场试验领导小组组长：副组长：成员：3．2 现场试验专业组组长：成员：4．发电机励磁系统简介XX电厂2台发电机的励磁系统为机端自并励方式，励磁调节器和整流装置由英国Rools- Royce 公司制造，是三模冗余静态励磁系统。

自动调节方式为PID+PSS。

PSS输入信号为△P有功信号。

4.1主要设备参数4.1 .1发电机参数制造厂：东方电机厂型号：QFSN-300-2-20额定功率： 300MW额定电压： 20kV额定电流： 10190A额定功率因数:0.85额定励磁电压:463V 实测值额定励磁电流:2203 A 实测值空载励磁电压: 169V 实测值空载励磁电流: 815A 实测值最大励磁电压： 489V 实测值励磁绕组电阻 ( 15°c): 0.1561Ω纵轴同步电抗Xd（非饱和值）199.7%纵轴瞬变(暂态)电抗Xd’（非饱和值/饱和值）26.61%/29.57%纵轴超瞬变(次暂态)电抗Xd”（非饱和值/饱和值）16.18%/17.59%横轴电抗Xq（非饱和值） 193%横轴瞬变(暂态)步电抗Xq’（非饱和值/饱和值）37%/41.77%横轴超瞬变（次暂态）电抗Xq”（非饱和值/饱和值）17.5%/20.73%负序电抗X2（非饱和值/饱和值） 19.74%/21.46%4.1.2励磁变压器一次额定电压：20 kV二次额定电压：0.94 kV漏抗（短路电压）： 6 %4.1.3互感器变比发电机定子电流CT变比：15000A/5A发电机定子电压PT变比：20000V/100V4.2 PSS投运频率响应试验的AVR、PSS、频谱分析仪关系框图频谱分析仪白噪声信号Kp = 40/50(满载/空载) ，Ki = 0.08 , K D = 0.04, Ti = 0.08s, Td = 0.04s5．试验前准备工作5.1 试验使用仪器5.2 将励磁调节器监视用计算机通过RS-232串口与被试调节器联接，以便试验时修改定值，并实时监视试验过程中调节器各参数的变化情况。

电力系统稳定器(PSS)PSS原理及其作用为了既能利用高放大倍数的励磁调节器又能避免其负阻尼效应，人们对传统励磁系统进行了改进。

对一个可能引起负阻尼的励磁调节器，向其中注入某些附加控制信号，使之可以提供正的阻尼，平息振荡，这就是PSS最基本的原理。

PSS 作为一种附加励磁控制环节，即在励磁电压调节器中，通过引入附加信号，产生一个正阻尼转矩，去克服励磁调节器引起的负阻尼，控制量可以采用电功率偏差（△P）、机端电压频率偏差（△f）、过剩功率（△Pm）、和发电机轴速度偏差（△w）以及它们的组合等。

它不仅可以补偿励磁调节器的负阻尼，而且可以增加正阻尼，使发电机有效提高遏制系统低频振荡能力。

2 低频振荡产生原因分析及危害性电力系统低频振荡在国内外均有发生，通常出现在远距离、重负荷输电线路上，或者互联系统的弱联络线上，在采用快速响应高放大倍数励磁系统的条件下更容易出现。

随着电力电子技术的快速发展，快速励磁调节器的时间常数大为减少，这有效地改善了电压调节特性，提高了系统的暂态稳定水平。

但由于自动励磁调节器产生的附加阻尼为负值，抵消了系统本身所固有的正阻尼，使系统的总阻尼减少或成为负值，以至系统在扰动作用后的功率振荡长久不能平息，甚至导致自发的低频振荡，低频振荡的频率一般在0.2-2Hz之间。

低频振荡会引起联络线过流跳闸或系统与系统或机组与系统之间的失步而解列，严重威胁电力系统的稳定。

解决低频振荡问题成为电网安全稳定运行的重要课题之一。

PSS的构成和传递函数早期的PSS由分立元件构成，在微机式励磁调节器中PSS由软件构成，我厂3#、4#机组均是哈尔滨电机厂生产的三机无刷励磁发电机组,型号为QFSN-600-2YH，励磁调节器采用英国ROLLS-ROYCE(简称R-R)公司的数字式励磁调节器，PSS完全由软件构成，其PSS输入信号采用发电机电功率即△P，其结构如图1：。

电力系统稳定器PSS模型简介按照标准技术语言：电力系统稳定器Power System Stabilizer 简称PSS，是励磁调节器通过一种附加控制功能，借助于AVR控制励磁输出，阻尼同步电机的低频功率振荡，用以改善电力系统稳定性能的一个或一组单元。

按照陈小明理解的技术语言：PSS是励磁调节器自动通道（自动电压调节器AVR）的附加环节或者附加装置，以低频0.2∼2.5Hz的有功功率摆动作为输入，经过放大和调整相位后叠加在AVR输出上，产生同发电机阻尼绕组一样效果的正阻尼，抵消单纯电压偏差调节的AVR所产生的负阻尼，防止电力系统出现低频振荡，提高电力系统动态稳定性。

显然，PSS只有一个叠加到AVR的输出量，至于输入量最少一个。

按照PSS输入的不同可以划分出不同的PSS模型。

按照其他方式划分，又有其他模型。

无论什么理论，只要一说到分类，张三李四王麻子各有各的爱好，分类也就越来越多。

幸好PSS源于美国，且数学模型研究不是中国人的特长，因此，PSS模型的划分还是比较简单的，美国电气和电子工程师协会(IEEE)1992年将PSS划分PSS1A型（单输入）和PSS2A型（双输入），2005年版的IEEE为将PSS划分PSS1A（单输入Single-input PSS）、PSS2B（双输入Dual-input PSS）、PSS3B （双输入Dual-input PSS）、PSS4B（多频段Multi-band PSS），这是目前PSS模型最权威的分类，也是学习和交流PSS技术的重要依据。

PSS1A，单输入PSS，两级超前滞后环节。

最早的输入量是频率，现在普遍采用功率P，利用隔直环节得到ΔP,再对ΔP进行超前滞后处理，以达到抑制低频振荡之目的。

PSS1A主要适用于火电厂，因为火电机组调负荷很慢，其有功变化频率不在PSS1A的频率范围，不会产生机组无功反调。

PSS1A，简单可靠。

所谓反调，就是发电机无功随有功增减而减增，显然不利于电力系统稳定，需要避免。