励磁与PSS什么是PSS(Power System Stabilizer) 现在励磁控制系统大多采用传统经典控制理论：PID+PSS 我国成熟的励磁控制理论：电力系统稳定器PSS；线性最优控制规 律（华中科技大学）；非线性最优控制规律（清华大学 ）我国电力系统励磁控制发展过程： PID 控制 PID + PSS 控制线性最优控制LO－PSS （Linear Optimal Control）非线性最优控制NO－PSS （Nonlinear Optimal Control）非线性鲁棒控制NR－PSS （Nonlinear Robust Control）KΔVG控制20 ΔVGPI控制 K=100纯比例控制 误差εΔVGAVR经典控制理论• 电力系统稳定分为三个电量的稳定： • 电压稳定（电压恒定、无功充裕、否则恶性循环电压崩溃 ，强励） • 频率稳定（频率恒定、有功平衡、安稳装置切机、自动减 载） • 功角稳定（P、Q变化） • 励磁系统提高电力系统的稳定主要是提高电压的稳定，其 次是提高功角稳定频率稳定由调速器负责• 功角稳定又分为三种：静态稳定、暂态稳定和动态稳定 • 静态稳定系统受到小扰动后系统的稳定性（稳定余度大、 极限功率大、阻尼大）； • 暂态稳定大扰动后系统在随后的1－2个周波内的稳定性（ 继电保护） • 动态稳定微小扰动或者是大扰动1－2周波后（暂稳后期） ，因自动调节作用产生的稳定性（PSS）。
电力系统稳定什么是电力系统低频振荡电力系统振荡是电力系统在遭受扰动时，有关电 气量（电流、电压、功率）所表现出来的一种周期 性变化行为在系统受到小扰动时，它表现为这些 电气量在其稳态运行值附近的周期性变化 • 按照振荡频率的不同，一般可将低频振荡分为三种 : • 区间振荡inter-area，频率范围约为0.1Hz至1.0Hz • 区内振荡local，频为范围约为 0.8Hz 至 1.5Hz • 站间振荡inter-plant，频率约为 1.2Hz 至 2.0Hz 系统振荡的定义系统振荡的定义低频振荡的危害电力系统的低频振荡属于小扰动情况下的 功角稳定性问题，这时系统仍然保持同步运 行由于出现的不平衡功率在系统内的发电 机组间来回传播，导致发电机转子间的相互 摇摆同时也导致系统电流、电压、功率的 振荡但是在电力系统发生低频振荡时，如 果不及时采取有效的措施，可能导致系统的 严重事故，造成重大的损失产生低频振荡的原因• 系统在负阻尼时产生的自发功率振荡 • 系统在受到扰动，由于阻尼弱其功率振荡长久不能平息 • 系统振荡模与系统中某种功率波动的频率相同，且由于 弱阻尼，使联络线上该功率的波动得到放大，产生了强 烈的功率振荡。
• 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0.2～2.5Hz • 无论什么原因,这种振荡的特点是频率低（在0.2～ 2.5Hz之间），阻尼转矩不够或为负值 • 研究表明：励磁的电压调节通道会产生一个负阻尼作用 ，从而会导致电力系统低频振荡电压调节通道为什么会产生负阻尼？• 电力系统的有功发生变化，运行中的功角也会 变化，进而引起△Ut的微小变化 • 自动电压调节器按照发电机端电压偏差△Ut进 行调节 • 现代自动电压调节器，放大倍数高且反应灵敏 • 励磁输出电流所产生的转矩相对于输入信号 △δ必然有一定的延时 • 把电力系统的有功或频率引入自动电压调节器 ，通过PSS附加控制使调节器不产生负阻尼而产 生正阻尼同步发电机励磁系统的任务 1 基本关系式 考虑在暂态电势变化的单机无穷大母线系统（图2-1）的数学模型如图2-2 所示通过飞利普斯－海佛容（通过飞利普斯－海佛容（Phillips-Phillips-HeffromHeffrom ）模型来分析电力系统动态稳定）模型来分析电力系统动态稳定图图2-12-1单机—无穷大系统模型 ExEx（（s s）代表同步发电机的电压控制系统，）代表同步发电机的电压控制系统，Ep(sEp(s) )代表电力系统稳定器。
代表电力系统稳定器图图2-22-2模型对应下面方程式 K1---假定d轴磁通为常数，由于转子角度的变化，而引起的电气转矩的变化 K2---假定转子角度为常数，由于d轴磁通的变化，而引起的电气转矩的变化 K3---阻抗因数 K4---由于转子角度变化的去磁效应 K5---假定d轴磁链的电压为常数，由于转子角度的变化，引起的发电机端子电压的变化 K6---假定转子角度为常数，由于d轴磁链的变化，而引起的发电机端子电压的变化＋• 通过励磁回路产生的电磁力矩△Meu 以低频振荡频率ωd代入式（6-16），即令s＝jωd ，得：• KDu＜0时，电压调节器产生的阻尼作用为负阻 尼作用，KD＞0时则为正阻尼作用 • KEX和φEX都是励磁控制系统参数（增益和时 间常数）及系数K3、K6的函数，因此，阻尼力 矩系数KDu既是励磁控制系数的函数又是同步 电机运行工况（K2、K5、K6）的函数AVR和PSS的阻尼力矩向量图 与△δ正方向同相的力矩是正的同步力矩，与△δ反相的力矩是负的同步力矩 ，与△ω正方向同相的力矩是正阻尼力矩，与△ω正方向相反相的力矩是负的阻尼 力矩通过励磁回路产生的电磁力矩△Meu不会正好在△δ轴或△ω轴上，将它投影到 △δ轴和△ω轴上，△Meu在△δ轴上的分量叫同步力矩分量，在△ω轴的分量称为 阻尼力矩分量（如上图所示）。
同步电机不同工况下模型系数的变化以单机无穷大系统为例，计算隐极同步电机，同步电机有功从吸收1.0p.u到发出有 1.0p.u变化过程中，系数K1～K6的变化情况K3与电机的工况无关，在由 电动机状态到发电机状态的满负荷 范围内，K3为一常数，仅决定于电 机参数和系统电抗K6与同步电机的负荷有关， 在负荷大范围变化时，其变化也不 大，同步电机有功绝对值增大时， K6变小，具有轴对称特性K1有较大变化有功为零时 ，K1不为零，有功开始增大时，K1 随着有功的增大而增大，在某一有 功下达到最大值，此后，有功进一 步增大时，K1将随有功的增大而减 少在所计算的有功范围内K1大于 零K1与有功的关系也具有轴对称 特性发电机模型系数与发电机负荷的关系曲线 发电机模型系数与发电机负荷的关系曲线 K2和K4在空载 时均为零，发电机状态时 ，K2、K4均为正 ，有功增大，K2 和K4也增大；电动机状态时 ，K2和K4都为负 值，吸收的有功 越大，K2和K4的 绝对值也越大， 具有原点对称性 乘积K2×K4＞0 K5在空载时为零在发电状态下，在输出有功增加是最初一段范围内，K5也随之增大，符号为正与有功 相同。
功率进一步增加时，K5减少，在到达某一临界值Pe时，K5变为零，功率进一步增加 ，K5变负，与有功反号，且越来越负Ta=.02,xd=1.0,xq=.70, xdp=0.35, xe=1.0, ut=us=1.0,Tdo=11.2,CM=6.4, CD=2.0 and f=0.8Hz. ANG1 K1 K2 K3 K4 K5 K6 Pe ANG2 32.937 .5931 .4028 .6750 .2618 -.0600 .7219 .3420 20.0同步电机运行工况对阻尼力矩系数的影响 电力系统稳定器原理及参数选 择 电力系统稳定器的基本原理就是通过对附加控制信号的处理（软件或硬件），使输入 信号产生一个相位移φp，并满足条件 ∣sin（φex+φp）∣≈1 K2×sin（φex+φp）＜0 即：电力系统稳定器参数选择包括二项任务 第一，选择合适的相位补偿角φp，使电力系统稳定器产生的力矩中有尽可能大的阻尼 分量，即，使Kdp尽量大； 第二，选择合理的增益，在正确的相位补偿下，尽可能增大稳定器的阻尼作用对电力系统稳定器的基本要求•有良好的相频特性，以合理、正确补偿励磁系统的相位滞后； •电力系统稳定器的投入与退出，均不影响发电机正常稳态电压水平 ； •在电力系统稳定器的工作过程中，不要过大的引起发电机电压的波 动； •电力系统稳定器的输出的噪音电平应尽可能的低； •有一定保护措施，以保证在各种运行状态下（包括PSS故障）不会 引起励磁失控； •对于在原动机功率调整速度较快的机组（例如燃汽轮机、水轮发电 机）上使用的电力系统稳定器还应有防止“反调”的措施。
PSS1A型电力系统稳定器（简称PSS1A模型） 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PSS2A型电力系统稳定器（简称PSS2A模型）双输入的稳定器，它综合了功率和转速或频率信号以产生稳 定信号，Vsi1一般代表速度或频率，Vsi2是功率信号 两级隔直环节（Tw1至Tw4）可和传感器时间常数、积分时间 常数（T6、T7）一起表示相位补偿功能由两级超前-滞后或滞 后-超前模块（T1至T4）提供 ，指数N（最大为4的整数）和M （最大为2的整数），代表“斜坡跟踪”或简单的滤波特性 PSS2B型电力系统稳定器（简称PSS2B模型）PSS2B模型 ，又称改进型或加速功率型双输入PSS模型，与 PSS2A的最大区别在于采用了三级超前-滞后或滞后-超前环节， 以取得更佳的防反调效果PSS现场试验内容和方法1、 PSS的频率响应特性测量• 将动态信号分析仪的白噪声信号作为PSS的输出信号，接入到励磁调节器的PSS接入口处，测量发电机端电压对 PSS的输出信号（即白噪声信号）的频率响应特性，即 是励磁系统无补偿频率响应特性。
• 根据励磁系统滞后特性和PSS的传递函数计算PSS相位补 偿特性要求和PSS的参数 • 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2.PSS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 • PSS的实际增益取临界增益的20%～30% 3.发电机电压给定阶跃试验 • 在PSS投入和退出两种情况下进行发电机电压给定阶跃 试验并录波，阶跃量根据发电机有功的波动情况进行调 整，但一般不超过额定电压的4%比较PSS投入和退出 两种情况下有功功率的波动情况，需要的话可对PSS的 参数进行调整 4.PSS反调试验 • 在PSS投入的情况下，按照运行时可能出现的最快调节 速度进行原动机功率调节（增加和减少3～5万），观察 发电机无功功率的波动即反调情况3 加速功率型PSS动模试验结果简介（1）励磁系统无补偿频率特性的测量（图2- 8） （2）励磁系统有补偿频率特性的测量（图2- 9）图2-8 无补偿相频特性测量结果 图2-9 有补偿相频特性测量结果 （3）PSS阻尼效果试验 为了校验PSS的阻尼效果，采用了大扰动的方式，即，发电机通过双回线路与 系统相连，进行开、合一回线路的试验，比较有、无PSS的试验结果。
试验 录波图如图2-10(a)和(b)所示图2-10(a) 无PSS阻尼录波图由录波图可以看出，在无PSS情况下，线路跳开、重合时，功率约振荡4次才 能平息；在投入PSS的情况下，功率振荡一次就可基本平息PSS有很强的阻 尼作用图2-10(b) 有PSS阻尼录波图。