电力系统稳定器
PSS(电力系统稳定器)模型
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。
电力系统稳定运行的电压稳定器设计与应用
电力系统稳定运行的电压稳定器设计与应用随着电力系统的发展和用电负荷的不断增加，电压稳定成为保障电力系统正常运行的关键因素之一。
由于电力系统的复杂性和不可预测性，电压波动和电压偏差时常发生。
而电压稳定器的设计和应用是解决这些问题的有效手段之一。
一、电压稳定器的设计原理电压稳定器是一种能够在电力系统中维持稳定电压的设备。
它通过调节电压的大小，使得电压在规定范围内保持稳定。
电压稳定器的设计原理主要包括以下几个方面：1. 引入控制回路：电压稳定器通过引入控制回路来监测电压的变化，并根据反馈信息来调节输出电压。
常见的控制回路包括比例控制、积分控制和微分控制等。
2. 设定目标电压：电压稳定器需要根据实际需求设定目标电压值。
目标电压要在保证正常运行的同时，尽可能减小偏差。
通常情况下，设定目标电压时需要考虑电压负载特性、电压波动范围以及电力系统的容量等因素。
3. 采用稳定调节器件：电压稳定器需要选择合适的调节器件来控制电压。
常见的稳定调节器件包括可控硅、变压器和静止开关等。
不同的稳定调节器件具有不同的调节能力和适用范围，设计时需要根据具体情况进行选择。
二、电压稳定器的应用场景电压稳定器广泛应用于电力系统中，其主要作用是保持电压的稳定，保证电力系统的正常运行。
电压稳定器的应用场景主要包括以下几个方面：1. 传输线路：电压稳定器可以在电力传输线路上安装，用于调节电压的大小和保持电压的稳定。
通过调节线路上的电压，可以减小电压损耗和电能损耗，提高电力传输的效率。
2. 发电设备：在发电设备中安装电压稳定器可以对发电过程中的电压进行调节。
这样可以保证发电设备正常运行，减小电压波动对设备的影响，提高发电效率。
3. 电力负载：电压稳定器可以在电力负载端安装，用于调节负载设备的电压。
通过稳定电压，可以保证负载设备的正常运行，防止因电压波动造成的设备损坏。
三、电压稳定器的最佳设计与实践为了实现电力系统的稳定运行，电压稳定器的设计和应用需要考虑多方面的因素。
电力系统稳定器
电力系统稳定器PSS模型学习资料（徐伟华、陈小明）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，其控制功能是与励磁绕组的励磁系统相配合而起作用的。
静态励磁系统具有高的增益和快速响应时间，这大大地帮助了瞬态稳定（同步力矩）。
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。
在电力系统中，其摇摆的频率是在一个很大的范围内变化。
PSS是用于提供一个正的阻尼力矩分量以弥补A VR所产生负阻尼，从而形成一个有补偿的系统，它增加了阻尼，并增强了小信号（静态）稳定。
这是由于生成一个与转子转速同相的信号，并与A VR得出的参考值相加而得到的。
再者，由于发电机励磁电流与A VR的功能之间有一种固有的相位滞后，为补偿这种效应，需要有一个相应的相位提前。
PSS的早期开发，曾广泛地以转速或频率输入信号作为设计和应用的基础。
另外一种选择是电气功率，它已经在某些市场中广泛地采用，如PSS1A。
最新一代的PSS是基于加速功率的原理，如PSS2A、PSS2B。
1、PSS1A型电力系统稳定器（简称PSS1A模型）图15表示的单输入的电力系统稳定器的一般形式，通常电力系统稳定器的输入信号（Vsi）有：转速、频率、功率。
T6用于表示传感器时间常数，Ks表示电力系统稳定器的增益，信号的隔直由时间常数T5设置。
在下一模块中，A1、A2是使高频扭转滤波器的一些低频效果起作用，如果不是为此目的，若有必要，该模块用于稳定器幅频、相频特性的整形。
接下来的两个模块是两级超前、滞后补偿环节，由常数T1至T4设置。
稳定器的输出可以有多种方法限幅，它们并没有在图15中全部表示出来。
该模型仅仅表示了简单的稳定器输出限制，V STMAX 和V STMIN。
在有些系统中，如果机端电压偏离了一定的范围，稳定器的输出被闭锁，如图19所示的附加非连续励磁控制模块DEC3A。
励磁PSS
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。
电力系统稳定器(PSS)简单介绍
电力系统稳定器（PSS）
1、电力系统稳定器简称PSS，其作用：
a．提高电力系统静态稳定能力；
b．提高电力系统动态稳定能力；
c．阻尼电力系统低频振荡。
2、电力系统稳定器（PSS）的原理：
在励磁系统中采用ΔP、Δω、Δf等一个或两个信号作为附加反馈控制，增加正阻尼，它不降低励磁系统电压环的增益，不影响励磁控制系统的暂态性能。
3、电力系统稳定器（PSS）是EXC9000励磁调节器的一个标准软件功能。
我们开发的PSS，采用加速功率作反馈信号（即双变量ΔP、Δω），有效克服了采用单电功率反馈信号时的无功“反调”问题。
PSS的数学模型如下图所示，属于PSS2A 模型。
图 1 PSS传递函数模型
说明：
PSS输出控制信号PSS_uk，通过附加控制端引入AVR相加点，与反馈电压Ug的相加方式一致。
通过调节器人机界面，可选择投入或退出PSS。
当选择投入PSS时，只有在发电机有功大于PSS投入功率后，PSS输出才有效。
当选择退出PSS时，则PSS输出无效，恒等于0。
电力系统稳定器.pptx
三机系统PSS有无补偿表
计算有补偿 Ф(°)
-58.7288 -69.909 -77.7281 -76.2368 -82.9925 -89.0168 -88.6097 -92.9424 -91.6285 -89.8553 -89.0982 -85.3291 -84.5189 -81.74 -74.2667 -64.6754 -64.9445 -75.2542 -86.2867 -85.2255
有补偿Ф(°)
-52.4 -67.3 -74.4 -78.0 -79.0 -82.4 -84.3 -86.0 -87.7 -86.9 -86.7 -85.6 -81.8 -79.4 -73.5 -61.8 -64.9 -75.6 -82.4 -85.1
计算PSS补偿 Ф(°)
-49.5288 -53.609 -48.5281 -41.5368 -34.1925 -27.0168 -20.2097 -13.8424 -7.92854 -2.45527 2.601757 7.270938 11.58114 15.55999 19.23325 22.62456 25.7555 28.64576 31.31329 33.77449
-60.6 -77.8 -88.6 -84.9 -79.9 -83 -82.7 -76 -76.8 -73.5 -65.7 -62.3 -60.8 -69.8 -79.8 -81.7 -81.9 -83 -77.3 -85.3
计算PSS补偿 Ф(°)
-44.6535 -48.4348 -42.9527 -36.0707 -29.3532 -23.1889 -17.633 -12.6384 -8.13336 -4.04778 -0.32103 3.096905 6.24651 9.160416 11.865 14.38177 16.72839 18.91961 20.96788 22.88384
电力系统稳定器(PSS)的现场试验
3.对电力系统稳定器的基本要求
3.1、有良好的相频特性，以合理、正确补偿励磁系统的相位滞后
PSSmax
1 1 + TRS
TWS 1 + TWS
KPSS
1 + T 1S 1 + T 2S
1 + T 3S 1 + T 4S
PSSMIN
PSS输出
有2个～3个超前-滞后环节以满足较宽的频率补偿要求；
华中电网励磁培训讲稿 中国电力科学研究院
华中电网励磁培训讲稿 中国电力科学研究院
电力系统稳定器（PSS）的现场试验
中国电力科学院研究院系统所励磁室
报告人：濮 钧
二○○五年五月
华中电网励磁培训讲稿 中国电力科学研究院
1、前 言
1.1、由于互联电力系统的出现和扩大、快速励磁调节器和快速励磁系统的应用，
国内外电力系统出现了低频功率振荡。 上世纪５０年代，前苏联在建设古比雪夫——莫斯科输电系统时就发现，当 线路输电功率达到某一定值后，系统就会在没有任何明显的扰动下也出现增幅 振荡 上世纪６０年代，北美电力系统发生了功率振荡，他们称为低频振荡。其在西 欧、日本也多次发生输电线功率低频振荡的事例，于是引起了各国对低频振荡 问题的普遍重视。 1964年在美国西部即WSCC将水电为主的西北部与火电为主的西南部用230Kv联 络线连接后, 出现了6周/分即0.1Hz的功率振荡。 WSCC在92年12月8日，93年3月14日及95年7月11日, 96年7月2日，96年8月 10日先后发生了五次低频振荡。其中96年8月1O日最为典型亦最为严。 我国１９８３年，湖南电力系统的凤常线、湖北电力系统的葛凤线；１９８ ４年广东——香港互联系统联络线；１９９４年南方互联系统的天广线；１９ ９８年川渝电网的二滩电力送出系统；2003年2月23日、3月6日和3月7日的上午 7时至8时间，在南方电网的云南至天生桥（罗马线）、天生桥至广东、广东至 香港的联络线上发生了低频振荡
电力系统低频振荡及电力系统稳定器
sin 0
XL
Me K1 K2Eq'
K1
Xq Xd
X
' d
Xe
Iq0U sin0
U cos0
Xq Xe
EQ0
UdG Xq Iq
UdG Ucos0 XL Iq
Iq
U
cos 0
X q X L
K2
Xq
X
' d
电力系统低频振荡及电力系统 稳定器
North China Electric Power University
学 习 目录
一、电力系统低频振荡的基本概念
二、研究低频振荡的同步发电机动态模型
三、计及励磁系统的同步发电机稳定性分析
四、电力系统稳定器PSS
2019-5-31 North China Electric Power University
运行点线性化
Eq'
Eq
(Xd
X
' d
)
I
d
EQ
Eq'
(Xq
X
' d
)
I
d
同步发电机相量图
UqG Eq X d Id
UqG Eq X d Id
运行点线性化
UdG X q Iq
运行点 线性化
UdG X q Iq
2019-5-31 North China Electric Power University page4
1 d2TE2Q
K5
1 K6
电力系统稳定器(PSS)现场整定试验办法
电力系统稳定器（P S S）现场整定试验方案1．试验目的：随着电力系统规模的不断扩大和快速励磁系统的采用，电力系统低频振荡的问题越来越突出，将系统中有关发电机的电力系统稳定器（PSS）投入可以明显改善系统的阻尼情况。
2．试验条件：2．1试验机组和励磁系统处于完好状态，调节器除PSS外所有附加限制和保护功能投入运行。
2．2 与试验2与试验有关的继电保护投入运行。
2．3调节器厂家技术人员确认设备符合试验要求。
2．4试验人员熟悉相关试验方法和仪器，检查试验仪器工作正常。
2．5试验时，发电机保持有功0.8pu以上,无功在0---0.2pu以下。
2．6同厂同母线其他机组PSS退出运行，机组AGC退出运行。
3．试验接线：3．1 将发电机PI三相电压信号，A、C两相1将发电机PI三相电压信号，A、C两相电流信号以及发电机转子电压信号接入WFLC录波仪，试验时记录发电机的电压，有功功率和转子电压信号，对于交流励磁系统，还应将励磁机电压信号接入WFLC录波仪。
3．2 将动态信号分析仪的白噪声信号接入调节器的TEST输将动态信号分析仪的白噪声信号接入调节器的TEST输入端子。
4．试验目的：4．1系统滞后特性测量PSS退出运行，在PSS输出信号迭加点（TEST端子）输入白噪声信号，从零逐步增加白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，用动态信号分析仪测量发电机电压对于PSS输出信号迭加点的相频特性既励磁系统滞后特性。
注意：试验端子开路有可能造成发电机强励或失磁，要保证在迭加的信号被屏蔽的情况下进行接线或拆线。
4．2PSS超前滞后参数整定根据励磁系统滞后特性和PSS的传递函数计算PSS相位补偿特性和PSS的参数。
4．3有补偿特性试验在PSS投入运行的情况下，在PSS的信号输入端输入白噪声信号，用动态信号分析仪测量发电机电压对于PSS信号输入点的相频特性，校验PSS补偿特性的正确性。
4．4PSS临界增益测量逐步增加PSS的增益，观察发电机转子电压和无功功率的波动情况，确定PSS的临界增益。
电力系统稳定器PSS简介及现场试验
PSS的作用
• 电力系统稳定器（PSS）是附加于励磁调 节器的控制手段。随着自并激静止励磁 系统的广泛应用，PSS附加控制更成为励 磁系统不可缺少的功能之一。
• 好的PSS附加控制能够增加弱阻尼或负阻 尼励磁系统的正阻尼，能够有效的抑制 电力系统低频震荡，从而提高发电机组 （线路）的最大输出（传输）能力。
临界增益测试
• 将一个较小的增益放大倍数输入B套调节 器PSS参数窗。
• 手动按钮投入“PSS投入”，观察B套有 无异常。（注意：若有任何异常情况， 立即退出PSS，或者切换至A套。）
临界增益测试
若无任何异常，逐渐增加PSS的增益Kpss （注意：每次更改Kpss之前将PSS退出， 更改后再投入PSS，如此反复），直到发 电机励磁电压出现轻微持续的振荡为止， 此时的增益Kpss即为PSS的临界增益。
校核相位补偿特性
有补偿频率特性由无补偿频率特性与 PSS单元相频特性相加得到，其应有较宽的 频带，在该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10o～滞后45o 以内，并使本机振荡频率力矩对应Δω 轴在 0o～滞后30o之间。
校核相位补偿特性
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。校核结果必须基本 满足要求。
制有功低频振荡的效果，效果是否 明显。
阻尼比
• 阻尼比表示控制系统调节品质的一个量， 可通过阶跃扰动试验测出。
• 可以用下面公式计算：
• ζ≈
1 Ln P1 2 P2
计算阻尼比的扰动响应曲线
PSS评测
PSS投入 有功波
情况
动峰值
不投PSS
震荡 次数
投入PSS
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序 号
频率f(Hz)
1
0.1
2
0.2
3
0.3
4
0.4
5
0.5
6
0.6
7
0.7
80.89Fra bibliotek0.9
10
1.0
11
1.1
12
1.2
13
1.3
14
1.4
15
1.5
16
1.6
17
1.7
18
1.8
19
1.9
20
2.0
无补偿Ф(°)
-9.2 -16.3 -29.2 -34.7 -48.8 -62 -68.4 -79.1 -83.7 -87.4 -91.7 -92.6 -96.1 -97.3 -93.5 -87.3 -90.7 -103.9 -117.6 -119
自并机系统PSS有无补偿表
计算有补偿 Ф(°)
-65.7535 -81.0348 -85.4527 -85.7707 -84.3532 -82.2889 -81.933 -79.6384 -77.7334 -75.1478 -71.221 -63.4031 -61.0535 -72.6396 -80.735 -81.9182 -83.2716 -84.0804 -85.0321 -83.1162
三机系统PSS有无补偿表
计算有补偿 Ф(°)
-58.7288 -69.909 -77.7281 -76.2368 -82.9925 -89.0168 -88.6097 -92.9424 -91.6285 -89.8553 -89.0982 -85.3291 -84.5189 -81.74 -74.2667 -64.6754 -64.9445 -75.2542 -86.2867 -85.2255
K2
iq0
Xq X'd
Xe Xe
K3
X'd Xd
Xe Xe
K4
Uc (xd X 'd
xd' ) sin 0 Xe
式中：Xd、Xq、X‘d分别为发电机纵轴电 抗、横轴电抗、纵轴暂态电抗；
Xe 为线路电抗； Ut0 、UC 分别为发电机端电压和无 限大母线电压
K5
U Uc td 0 X q cos 0 Ut0(X q Xe)
16
1.6
17
1.7
18
1.8
19
1.9
20
2.0
无补偿Ф(°)
-21.1 -32.6 -42.5 -49.7 -55.0 -59.1 -64.3 67.0 -69.6 -71.1 -70.9 -66.5 -67.3 -81.8 -92.6 -96.3 -100 -103 -106 -106
有补偿Ф(°)
无PSS5％阶跃
投PSS 1a 5％阶跃
－
Σ
－
ΔMe2
K2
ΔΕ’q
K1
ΔPM
＋
Σ
1 Δω 0
－
MS
S
D
K4
K3 1 SK3T' do
Σ 励磁模型
ΔEfd
Δδ
K5
－ ＋
Σ
ΔUt
PSS
K6
单机无穷大系统小信号模型
如果忽略线路电阻，那么K1～K6可以简化成如下公式：
K1
Eq0U c Xq Xe
cos
0
iqoU c X'd Xe
xq xd' sin 0
(1+T9S)M
－
注：KP1 ，KS2，KS3，KS1放大倍数
T6，T7惯性时间常数
TW1，TW2，TW3，TW4 隔直时间常数
TS1，TS2一阶超前滞后时间常数
注：通过适当整定参数，可以将上图中虚框内的模型简化为以下模型：
TS3，TS4两阶超前滞后时间常数 TS5，TS6三阶超前滞后时间常数
T8，T9高频滤波器时间常数
-60.6 -77.8 -88.6 -84.9 -79.9 -83 -82.7 -76 -76.8 -73.5 -65.7 -62.3 -60.8 -69.8 -79.8 -81.7 -81.9 -83 -77.3 -85.3
计算PSS补偿 Ф(°)
-44.6535 -48.4348 -42.9527 -36.0707 -29.3532 -23.1889 -17.633 -12.6384 -8.13336 -4.04778 -0.32103 3.096905 6.24651 9.160416 11.865 14.38177 16.72839 18.91961 20.96788 22.88384
M，N高频滤波器指数
－P
KS1
1+T1S
TW1S 1+TW1S
1+TS1S 1+TS2S
1+TS3S 1+TS4S
1+TS5S 1+TS6S
-Upss
序 号
频率f(Hz)
1
0.1
2
0.2
3
0.3
4
0.4
5
0.5
6
0.6
7
0.7
8
0.8
9
0.9
10
1.0
11
1.1
12
1.2
13
1.3
14
1.4
15
1.5
电力系统稳定器 （PSS） 介绍
• 电力系统稳定器(PSS)作为励磁调节器的一种附 加功能，能够有效地增强系统阻尼，抑制系统低 频振荡的发生，提高电力系统的稳定性，目前在 大多发电机的励磁系统上已得到广泛的应用，成 为现代励磁调节器不可缺少的功能之一。
单机无穷大母线系统图 ：
Ut
Uc
Xe
ΔMe1
U cU tq0 X
' d
sin 0
Ut0(X d Xe)
K6
U tq0 Ut0
Xe X'd Xe
△ω
k5 △δ
k6△E q
△U t
θg θ1+θ2
△U t
△δ
(a)AVR产生负阻尼
△ω
△Tpss
U pss
θg
θd
△δ
PSS产生正阻尼
UFG
A
点+
UF - -
KP
KI/S
KDS
1 1+TS
KS1
1+T5S 1+T6S
arccos
余弦移相
B 点
G(S)
发电机
1+T3S 1+T4S
1+T1S 1+T2S
转速
Kp1
信号 1+T6S
C 电功率 点 信号
Ks2 1+T7S
TW1S 1+TW1S
TW3S 1+TW3S
TW2S 1+TW2S
TW4S 1+TW4S
+ +
KS3
[ ] 1+T8S N
+
有补偿Ф(°)
-52.4 -67.3 -74.4 -78.0 -79.0 -82.4 -84.3 -86.0 -87.7 -86.9 -86.7 -85.6 -81.8 -79.4 -73.5 -61.8 -64.9 -75.6 -82.4 -85.1
计算PSS补偿 Ф(°)
-49.5288 -53.609 -48.5281 -41.5368 -34.1925 -27.0168 -20.2097 -13.8424 -7.92854 -2.45527 2.601757 7.270938 11.58114 15.55999 19.23325 22.62456 25.7555 28.64576 31.31329 33.77449