电力系统稳定器PSS的工作原理简介

低频振荡的产生是因为系统阻尼的减小，那么抑制低频振荡的手段，一是减小负阻尼，二是增加正阻尼。减小负阻尼的措施有：采用动态增益衰减减小负阻尼，检出低频振荡电压并加以抑制，复根补偿等。增加正阻尼的措施有：采用电力系统稳定器（PSS），最优励磁控制，静止补偿器，直流输电控制等。

PSS作为广泛应用于发电机励磁控制的辅助调节装置，通过提高电力系统的机电振荡模式以抑制自发低频振荡的产生，减小系统中由负荷波动引起的联络线功率波动，加速功率振荡的衰减，从而提高电力系统稳定性。常规PSS通过励磁控制系统来消除系统负阻尼的作用。PSS采用ΔPe、Δω或Δf中的一个或两个信号作为附加反馈控制，从而使发电机产生与一个转子角度偏差相同的电磁分量，从而增加正阻尼，该控制不降低励磁系统电压环的增益，不影响励磁系统的暂态性能，电路简单，效果良好，在国内外都得到了广泛的应用。

PSS由隔直、超前-滞后校正、放大、限幅等几个环节组成，通用框图如图6.74所示。

图6.74　电力系统稳定器框图

第一个环节为隔直环节，该环节本质上是一个高通滤波器，可以防止因速度变化而导致的磁场电压的变化。信号的隔直特性取决于时间常数Tw，通常取值为1～20。该环节是为了避免因PSS输入信号的稳态值不同导致输出值的差异，因此也被称为冲洗器，可以去除频率小于0.01 Hz的直流。第二、三个环节是超前滞后环节，可用来调整稳定器的超前滞后角度，也称为相位补偿环节。第四个环节增益环节，可以保证PSS能产生足够阻尼转矩，有利于提高机组的暂态稳定。加入PSS以后，励磁控制系统框图如图6.75所示。

图6.75　励磁控制系统传递函数(www.xing528.com)

励磁系统是一个滞后单元，它由励磁滞后角θ1和发电机磁场滞后角θ2构成，在未添加PSS控制时，系统传递函数为

总滞后角θg＜θ1＋θ2。由于K5为负值时，由电压调节器产生的电磁转矩ΔPe在Δω上的投影为负。考虑PSS控制信号后，如果由PSS的附加力矩ΔPePSS产生的正阻尼大于电压调节器AVR的电磁转矩ΔPe的负阻尼，则可抑制系统低频振荡。励磁系统AVR及PSS产生的阻尼转矩如图6.76所示。

图6.76　AVR及PSS产生阻尼转矩

图6.76中Ea为发电机空载电动势，θd为PSS超前补偿相位角，θg为励磁系统滞后角，UPSS为PSS在励磁系统相加点的输入信号，PePSS为PSS系统产生的电磁转矩，P′e为附加PSS后的合成电磁转矩。

如图6.76（b）所示，当PSS输入信号为Δω时，只有满足θd＝θg，即PSS超前补偿相位角与励磁系统滞后角相同，才能使PSS产生的附加力矩与Δω同相位。这在实际系统中的整个振荡频率范围内是不可能实现的，一般需要保持θd稍微小于θg。当ω发生变化时，ΔPePSS会滞后于Δω一个角度，一般为0°～45°。因此，在低频振荡频率范围内，通过附加PSS控制，由PSS产生的附加力矩ΔPePSS对应的正阻尼大于电压调节器AVR的电磁转矩ΔPe对应的负阻尼，从而使得整个系统呈现正阻尼，达到抑制系统低频振荡的目的。