邓小君许其品
(国电南瑞科技股份有限公司)
摘要：随着电网互联发展，低频振荡频率不断减小，低至0.2Hz以下。电力系统稳定器（power system stabilizer，PSS）是抑制低频振荡的重要手段，目前机组广泛配置的PSS2B模型对0.2Hz以下低频振荡抑制作用显著弱化，为解决这一问题IEEE提出一种多频段电力系统稳定器-PSS4B，本文对比PSS2B，详细介绍了PSS4B模型结构、频率特性、阻尼效果等方面的特点，表明PSS4B模型比PSS2B模型具有更好的适应性，为PSS4B进一步的深入研究及应用推广奠定良好基础。 关键词：多频段电力系统稳定器PSS4B; PSS2B; 低频振荡；阻尼效果；励磁系统
ABSTRACT：
With the development of power grid interconnection, low-frequency oscillation frequency is reduced, as low as 0.2 Hz. Power system stabilizer (power system stabilizer PSS) is an important tool to suppress low frequency oscillation. However now the PSS2B model that widely available for generating sets, whose inhibition significantly weakened for 0.2 Hz low frequency oscillation. To solve this problem，IE
EE proposes a multiband power system stabilizer - PSS4B, this paper compare to PSS2B, introduce PSS4B model structure , frequency characteristics, damping effect and so on, a good conclusion is concluded that PSS4B model has better adaptability than PSS2B，and lay the good foundation for PSS4B further in-depth research and application promotion.安徽省化工设计院
KEY WORDS:
multiband power system stabilizer (PSS4B);PSS2B;low frequency oscillation; damping effect; excitation system
燕赵都市网1.引言
为保证电网的安全，要求并网主力发电机的励磁调节器均投入电力系统稳定器(power system stabilizer，PSS)。PSS 装置的投入使用，对抑制可能出现的电力系统低频振荡，提高电力系统稳定性起到了很大的作用。随着中国电力系统联网程度的不断提高，电网中出现了频率在0.2 Hz 左右甚至更低的振荡模式，需要PSS在一个更宽的频率范围内对低频振荡提供合适的阻尼[1,2]。
现普遍投入使用的PSS2B模型，以转速和有功作为输入信号，没有“反调”现象，PSS2B 为单分支结构，在整个低频振荡频段的相位超前补偿是通过一个三阶超前滞后环节来实现的。增益特性随频率升
高单调增加，这样在高频段有可能会令轴扭转振荡加剧，而对较低频段的区间振荡抑制作用显著弱化，高频段和低频段往往难以兼顾，只能通过折中来整定参数，低频振荡抑制效果有待提高，另PSS2B在0.2Hz作用的低频段总提供较大的相位领先，限制了稳定器可提供的正阻尼，有时甚至提供负阻尼[3]。 2000年，一种新型电力系统稳定器模型由加拿大魁北克电力局提出，并后来收录进IEEE Std421.5-2005，命名为多频段电力系统稳定器（multiband Power System Stabilizer）-PSS4B。它在PSS2B的基础上加以改进形成的，在保留了PSS2B模型的大部分优良特性的同时，还对0.2Hz左右较低频的区域间振荡模式能进行相对对立且更加有效的振荡抑制，PSS4B在高频段可使增益减小，有利于防止振荡。PSS4B模型是在并行多分支传递函数结构基础上提出的，各分支对应低频振荡范围的各频段，可在更大的频率范围内提供更好的灵活性来实现更优的抑制振荡阻尼性能。
PSS4B模型和参数的合理配置是实现其有效抑制低频振荡性能的关键，PSS4B模型较PSS2B需要设置大量的参数，灵活性增加的同时也带来一定的复杂性，本文的目的不在于阐述一种PSS4B参数整定方法，而是对PSS4B、PSS2B两种电力系统稳定器进行模型结构、频率特性、阻尼性能的比较，使读者明确并理解两种PSS模型的区别。
2.PSS4B、PSS2B模型对比
IEEE推荐的PSS4B、PSS2B模型图如图1所示，它们都有相同的外部输入——有功功率Pe和
转速ω。
图1（a ） IEEE PSS4B 模型
STMin
副校长与学生冲突图1（b ） IEEE PSS2B 模型
PSS4B 模型的有功功率Pe 和转速ω分别采用不同的滤波器，转速ω经滤波后为中、低频段提供输入信号ΔωL-I ，有功信号Pe 经滤波后，为高频段提供输入信号ΔωH ，IEEE 给出一组滤波器模型示例如图2（a ）所示，滤波器参数是给定值（其中H 为同步发电机惯性时间常数），为了能适应多种工况，本文对以上滤波器模型优化，提出了一种参数可调的滤波器模型，如图2（b ）所示，PSS2B 的滤波环节如图2（c ）所示。
L-I
H
图2（a ） 信号采集滤波器-IEEE 示例
图2（b ） 优化后，参数可调的信号采集滤波器
图2（c ） PSS2B 信号滤波
PSS4B 、PSS2B 两种PSS 模型的根本差异在于相位补偿环节传递函数，PSS2B 采用的是单分支的三阶超前滞后环节来实现对整个低频振荡频率范围提供相位补偿，相比之下，PSS4B 是通过频段滤波器将低频振荡频率范围分离为低频段（0.01-0.1Hz ）、中频段（0.1-1Hz ）及高频段（1-4Hz ），可
分别对低、中、高三频段独立进行相位补偿、增益调节，为不同频段的低频振荡提供合适的阻尼，频段滤波器可看做为一带通滤波器环节（如图3），中心频率和幅值可调，带通环节中心频率相位为0°，增益最大。和PSS2B 类似，三频段分支也均由超前
滞后相位校正环节、增益及限幅环节等组成，PSS4B的总输出为各频段输出叠加，最终叠加在励磁电压调节器的机端电压，并调节发电机的励磁电压，从而使发电机的电磁转矩中产生一个阻尼低频振荡的电气转矩增量，以达到抑制低频振荡的目的。
糠醛图3 PSS4B带通模型图
3.PSS4B、PSS2B频率特性对比
PSS4B、PSS2B模型的频率特性如图4所示。
PSS2B为单频段结构，若机组有补偿相位特性在整个低频振荡范围内满足要求，则有功功率在各振荡频率模式下的阻尼比由PSS2B的可提供的增益决定，增益越大提供的阻尼比越高。从幅频特性上看，PSS2B增益随着频率单调递增。高频段，PSS2B的增益受制于励磁系统电气振荡特性，增益过大可能令轴系扭转振荡加剧。低频段，PSS2B模型增益小，可提供的阻尼比很小，另PSS2B的隔离环节在低频段总是提供较大的相位领先，这更限制了稳定器可提供的阻尼，甚至提供负阻尼。所以，采用PSS2B模型，高频段和低频段往往难以兼顾，只能通过折中来整定参数，低频振荡抑制效果有待提高。
PSS4B为多频段结构，可对三频段的补偿相位、增益和限幅值分别设定，这样在低频振荡频范围内采用高增益增强低频段振荡阻尼同时，使得高频段增益降低避免由此引起的高频段阻尼恶化。实现在较宽的低频振荡频率范围内，均能提供有效的阻尼。另PSS4B在低频段的相位领先远小于PSS2B，总低于90°，不会产生负阻尼。
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图4 PSS4B与PSS2B的频率响应波特图
4.PSS4B、PSS2B阻尼效果对比
PSS4B、PSS2B两种PSS模型阻尼效果对比，在经典的单机无穷大仿真系统上实现。在RTDS平台上建立包括发电机、调速、主变以及等值无穷大电源的仿真系统，系统中，发电机与无穷大电源通过两条传输线连接，如图5所示。PSS2B、PSS4B功能集成于实际励磁调节装置(AVR)中，仿真系统向实际AVR提供所需要的电压、电流及开关位置节点等模拟信号和数字信号，将AVR输出的控制电压模拟信号引入RTDS仿真系统，作为发电机转子电压，构成闭环试验环境。
图 5 发电机组和无穷大电源RTDS仿真模型框图
给定PSS4B和PSS2B在某低频振荡频率模式下有类似的阻尼水平，评估两者运行在扩大范围的频率区域，特别是较低频段振荡模式下的阻尼水平。
根据仿真系统中机组无补偿特性，整定PSS4B、PSS2B参数，在各频率振荡模式下测试对比PSS4B、PSS2B抑制低频振荡阻尼效果。IEEE std421.5中在给出PSS4B模型的同时，在附录部分提供了一组PSS4B模型的示例参数（非经典参数），参数见附录，对此组参数的适用性也通过下述仿真测试验证。
图6给出PSS2B、PSS4B-NR、PSS4B（IEEE）对系统中各低频振荡模式阻尼效果的仿真结果。
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