PSS装置在电力系统中的作用

1、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

2、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 i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

3、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。 这种机电扭振互作 用通常称为次同步谐振，可能严重损坏机组。由于非线性引起的参数

4、谐振：当电力系统受到外界周期性扰 动时，例如周期性波动的负荷扰动或调节器控制作用的波动等， 如果扰动频率与系统的机电自然振荡频率或其倍数相同，则电力系统会因谐振发生大幅度的电力振荡。但在电力系统内除自然振荡频率外，还存在由非线性引起的谐振频率，它也可能使电力系统发生谐振。低频振荡是电力系统最常见的振荡，11.9发生的振荡就是由于系统受到外界扰动引起的低频振荡，振荡频率在0.82-0.93Hz 之间。二、电力系统的机电振荡特性对于50Hz系统，自然振荡频率约为0.25 2.5H范围内， 当系统联系比较弱，X刀较大，振荡频率低，例如在0.2 0.5Hz 左右，则称为互联系统区域间振荡模式。如果机组

5、电气距离X刀较小，振荡频率较高，例如1Hz以上，可认为就地机组间振荡模式。为使系统低频振荡较快平息，一般要求低频振荡模式阻尼 比不小于0.10.3。三、发电机励磁系统对电网的影响阻尼：是指任何振动系统在振动中，由于外界作用和/或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性，以 及此一特性的量化表征。如用D表示机械阻尼，De表示电气阻尼；若 De 0 , 则在忽略调速器动态时，系统不会发生振荡失步，即为正阻 尼。若De v 0，则机械阻尼与电气阻尼的和D E=D+DeD E0，系统稳定；D E=0，系统临界；D Ev0，系统负阻尼，振荡失步。目前，同步发电机普遍采用了自并励静止可控硅微机励磁方

6、 式，使自动励磁调节器（AVR）的时间常数从几十秒缩短到几十毫 秒（20 ms）。快速励磁系统在提高系统响应速度的同时，励磁 系统时间常数大大减小，降低了电力系统阻尼，使系统中经常出 现弱阻尼甚至是负阻尼，导致抑制振荡的能力下降。当振荡严重 时会破坏互连系统的并列运行， 造成大面积停电。包括我国在内 的许多国家都发生了由低频振荡引起的严重事故。重负荷输电线路容易引起功率振荡，而快速高放大倍数的 励磁系统对此起恶化作用。电力系统出现低频振荡时，可以采用减少输送容量或退去 快速励磁的办法消除振荡，但是不合理，因为前者不经济，后者 不利于大扰动下的暂态稳定。低频振荡可以通过附加励磁控制提供电力系统所

7、需的附加 阻尼来加以抑 制，其中电力系 统稳 定器(Power System Stabilizer 简称 PSS )是一种有效的附加励磁控制。四、PSS的作用电力系统稳定器(pss)是为抑制低频振荡而研究的一种附 加励磁控制技术。它在励磁电压调节器中，引入领先于轴速度的 附加信号，产生一个正阻尼转矩，去克服原励磁电压调节器中产 生的负阻尼转矩作用。用于提高电力系统阻尼、 解决低频振荡问 题，从而提高发电机和整个电力系统的阻尼能力，抑制自发低频振荡的发生，加速功率振荡的衰减。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

8、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。电力系统稳定器的作用主要是抑制电力系统0.12.5 Hz的低频振荡。电力系统稳定器的任务是接受这些振荡信号，并按要求传递给励磁电压调节器，通过电压调节器的自动控制作用，对发电机转子之间的相对振荡提供正阻尼，以此实现对振荡的抑制。五、工作原理PSS 般采用转速偏差频率偏差厶f,加速功率（Pm-Pe）, 电磁功率偏差 Pe中的一个或几个信号作为 AVR的附加信号输 入，以达到抑制低频振荡的目的。 其输入信号是发电机端电压频 率、轴速度、电功率的变化或它们的组合。信号检测环节将交变 的机电信号转变为直流电压信号，其中包括适当的滤波和放大。

9、信号组合环节实现对输入信号的微分、积分组合，以反映发电机轴加速功率和轴加速度等的变化。领先 -滞后环节调整电力系统 稳定器的频率响应,使电力系统稳定器在可能发生振荡的频率范 围内都能提供正的阻尼转矩。 放大调整用来整定稳定器增益在最 佳和安全值。隔直环节使稳定器的稳态输出为零。限幅和输出电 路使送到电压调节器的稳定信号限制在允许的范围内，防止电机过电压或无功过负荷。以为输入信号的PSS使用的是超前网络，超前网络在高 频时放大倍数会增大，所以对发电机扭动振荡极为敏感，使扭 动振荡现象更加严重；以APe作为输入信号，检测方便，所需超 前角度小，稳定性好，已得到广泛应用，但存在反调现象。对于 水轮 发电机组，由于其机械功率变化速度快，反调影响更大； 以加速功率（Pm-Pe）为输入信号，有电功率信号输入的优点，不 存在反调问题，但要增加机械功率Pm为输入信号，而该信号的 获取不太容易；以厶Pe和同时为输入信号，它们可以相互补 偿，减小反调现象的影响。国内外大多数的电力系统稳定器都以厶 Pe或或Pm-Pe） 为输入量，而以 Pe加同时为输入量的PSS不多见。乌电电网在今年11.9前已曾发生几次振荡，据分析可能原 因为电网结构、线路负荷重和相关参数变化引起，虽然以前在大电装有PSS装置，但整定是恩