新型PSS的分析和参数整定

摘 要：随着电网规模扩大，系统中的振荡模式也变得更复杂，由于新型电力系统稳定器PSS4B自身的优势，自然而然的便引起了研究者的足够重视。本文对这种新型的电力系统稳定器的结构优势进行了详细的分析并提出了一种简单而又实用的参数整定方法，最后基于PSASP软件做了一个简单的单机―无穷大系统的算例的仿真实验，对PSS4B型电力系统稳定器理论上的优势进行了验证。文章最后对现阶段研究的不足和未来的研究方向进行了总结和展望，指出了未来的研究方向和着手点，为后期深入的研究奠定了基础。

关键词：新型电力系统稳定器；PSS4B；低频振荡；参数整定

0 引言

当今电网的主要特点之一就是互联规模逐渐扩大，于此同时加之重负荷线路的增多、高放大倍数的快速励磁系统在电网中得到广泛应用等现象的出现，电力系统稳定问题也随之出现，最为明显的就是低频振荡现象频发。就目前研究成果而言，在励磁系统中附加电力系统稳定器PSS（Power System Stabilizer）已经成为最有效也是最经济的一种办法。

在传统的电力系统稳定器中PSS1A和PSS2B在电网中应用的最广，但是在使用的过程中也有问题出现。PSS1A采用单一的输入信号，经常会出现无功的反调现象，这对电网稳定是十分不利的；PSS2B以转速ω和电功率Pe作为输入信号，这样能就很好的解决了PSS1A的反调问题，但它自身的问题就是只对一种特定的振荡模式有很好的抑制效果，而在抑制多个振荡模式的表现则不佳。所以，近几年国内外的研究人员都将目光集中到了一种新型的电力系统稳定器PSS4B上。目前，我国对这种电力系统稳定器的研究仍处于起步阶段，还没有应用到现场实际当中。本文就PSS4B的结构和性能进行了分析，并提出了这种新型的电力系统稳定器的参数整定方法。

1 新型电力系统稳定器PSS4B的分析

这种新型稳定器最早是由加拿大魁北克电力局于2000年提出。其速度传感器的传递函数如图1所示。

由其传递函数可以很明显的看出这种稳定器的特点：延续了之前的PSS2B型稳定器双输入的优点，转速信号通过低通滤波器后得到低频分量，被用作为低频段通道和中频段通道的输入信号，电功率信号通过高通滤波器得到高频分量，被用作为高频段的输入信号，采用转速偏差量ω和有功功率Pe作为输入信号用效的解决了由于快速变化的有功功率而引起的无功反调问题；多频段的结构可以说是这种新型电力系统稳定器PSS4B最明显也是其他稳定器无法企及的优势，通过对三个通道的参数独立的设置，可以使它针对不同频段的振荡都有很好的补偿效果，从而能兼顾调节高频段和低频段的任务，不再单一的针对一种振荡模式；结构看似比以往的PSS复杂参数更多，实际上三个通道的结构都是一样的，每个通道都是由带通环节、超前―滞后的相位校正环节还有增益和限幅环节组成，可采用同样的参数整定方法分别对三个频带进行整定，所以这并没有增加太多的工作量。

总之，集以上所有优点于一身的PSS4B型电力系统稳定器，在理论上它对低频振荡的抑制效果会明显优于其他传统的电力系统稳定器，而且有很多方面可以进行深入研究，后文将陆续提到几点。

2 参数整定

电力系统稳定器的参数整定已经有了一套很成熟的方法，下面简单介绍相位补偿法整定超前滞后单元和根轨迹法整定增益单元，再介绍一种简单的PSS4B的参数整定方法。

2.1 相位补偿法整定超前滞后单元参数

由于励磁系统的滞后特性，所以通过设计PSS的超前滞后单元的参数使其起到补偿励磁控制系统的滞后角的作用，通常输入信号会取电功率、转速或频率里的一个或两个量。当输入信号取转速偏差ω时，为了确保电力系统稳定器能产生与转速变化的相位一样的阻尼转矩分量，必须输出一个和励磁控制系统总的滞后角大小相同方向超前的信号，而在现实系统中想做到这个标准是很难实现的，所以整定超前滞后单元的时间常数的时候，通常让这个超前的角度略小于励磁控制系统滞后的角度，这样才能保证电力系统稳定器产生的阻尼转矩和同步转矩都是正的；当输入信号取加速功率偏差Pa或者取电磁功率偏差-Pe时，由于这两个变量的相位都超前ω轴90°，所以需要通过整定得到的角度应该是励磁系统总的滞后角度减去90°。

所以，根据励磁系统的滞后特性再针对电力系统中某个低频振荡模式，就可以去顶超前滞后角，从而PSS的超前滞后单元的时间常数就整定成功了。

2.2 根轨迹法整定增益单元参数

整定增益的方法就很简单了，首先设定好之前已经整定过的超前滞后单元的时间参数，然后将PSS的增益参数从零逐渐增大，这这个过程中不断的检查系统的特征值，当特征值实部开始出现零或者变为负值时所对应的PSS增益即为临界增益KINS。但实际应用中并不会使用这个值，因为过大的增益反而会破坏系统的稳定增加励磁系统发生电磁振荡的可能性。所以往往将增益整定到一个合理的值，使得电力系统稳定器能够发挥出最大的作用，根据不同的输入信号所需的最佳增益KOPT也是不同的：f对应的KOPT=KINS/2，ω对应的KOPT=KINS/3，Pe对应的KOPT=KINS/8。

3 结论与展望

随着电网规模扩大，振荡模式变得更复杂，研究人员也将目光投向了抑制低频振荡的新的方法和设备上，由于新型电力系统稳定器PSS4B自身的优势，自然而然的便引起了研究者的足够重视。本文对这种新型的电力系统稳定器的结构优势进行了详细的分析并提出了一种简单而又实用的参数整定方法，然后通过一个简单的单机―无穷大系统的算例对理论上的优势进行了验证并得到了与理论之对应的结果。最后可以得出如下结论并对未来的研究方向做了几点建议：

1）PSS4B无论是在理论上还是在实际仿真算例中的表现出的性能都要好于以往的稳定器。

2）本文虽然提出了一种简单而且有效的PSS4B参数的整定方法，但我认为过于简单的整定方法会使得这种稳定器的优势和潜力不能被足够的开发出来，众多参数其实并没有都用上，这可以说是一种资源的浪费，所以是否能找到一套理论严谨而又行之有效的参数整定方法仍是后续研究中的重要方面。

3）PSS4B实际上是将三个不同频段的向量相加后再输出，这样就存在一个问题，即稳定器的输出是由三部分输出共同决定的，而不再是由单一输出决定。也就是说三个频段之间是可能存在相互影响的。具体如何影响是否存在影响且怎样解决这些都是后续可以研究的内容

参考文献

[1]杜颖. 多频段PSS4B参数整定的研究[D].郑州大学，2014.

[2]马曦. 电力系统稳定器PSS4B的建模与性能分析[D].西南交通大学，2014.

[3]吴剑超. 抑制超低频振荡的电力系统稳定器的分析与研究[D].中国电力科学研究院，2014.

作者简介：吕思昕（1992-），女，汉族，在读研究生，研究方向为新能源并网在电力系统中的应用。