PSS 2A模型详解.docx

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PSS2A模型详解

PSS－2A模型详解

1、PSS装设的背景

稳定的分类：

发电机的电磁力矩可分为同步力矩和阻尼力矩，同步力矩与

同相位，阻尼力矩与

同相位。

同步力矩不足，将发生滑行失步；阻尼力矩不足，将发生振荡失步。

阻尼力矩包括：

振荡频率在发电机阻尼绕组中感应电流产生的异步力矩与机械损耗产生的阻尼力矩之和。

低频振荡产生的原因有两个：

负阻尼，共振。

以下几种常见的振荡频率是需要抑制的：

单机-系统间的振荡：

0.5-2Hz；

系统-系统间的振荡：

0.2-0.5Hz；

与锅炉等调节有关的振荡：

小于0.1Hz。

励磁控制系统的振荡：

一般大于2Hz。

防止低频振荡产生的方法：

1、增强系统联系（投资大）

2、增强系统阻尼

3、调整运行方式

改变运行方式可以防止发生低频振荡，但经济损失大，比较而言，装设PSS是最合适的。

2、PSS-2A模型的推导：

标么系统采用基于Lad的可逆标么系统时，同步发电机的摇摆方程（同步电机的运动方程）为：

（1）

KD=标么转矩/标么速度偏差，（阻尼因子）

它表示出扰动期间转子角的摇摆。

将元件模型表示成一阶微分方程组。

（2）

上式的拉普拉斯形式如下（Tm表示为Pm,

表示为

，M=2H，KD表示为D，Te表示为Pes）：

（3）

其中：

=速度的变化

=系统基准频率314rad/s

＝速度的标么

＝机械功率变化的标么值

＝电功率同步分量变化的标么值

M=惯性常数

D＝阻尼系数

在额定转速时，

＝1，在速度小范围变化时，可认为仍保持为1；在感兴趣的频率范围内（0.2－3.0Hz），Ms＞＞D，D可以忽略不计（注：

由于发电机转子表面的涡流效应，当f<0.2Hz时，D是很大的，当f=0.5Hz时，减小为5PU，当1Hz时，减小为2PU，水轮机的一般为0,05PU），则公式（3）变成：

（4）

将公式（4）进行变换，消去不可测量的Pm。

利用高斯迭代法：

（5）

公式（5）中的第一部分为速度信号和电功率信号的积分人工合成的机械功率积分信号，G（s）为斜坡低通滤波器的传递函数，第二部分为电功率的积分。

从公式（5）中可以看出：

当G（s）＝1时，即为常规的速度信号，而当G（s）＝0时，为常规的电功率积分信号。

根据公式（5）并配以两级超前环节和增益控制即构成图1中的PSS电路。

机械功率恒定及参数匹配好的情况下，电功率的积分信号与速度信号经两级Washout后的值相等但极性相反，因此，合成的机械功率分量为零，PSS为电功率信号的积分的PSS。

当机械功率改变时，速度信号变化较小，而电功率的积分有一个大变化，合成的机械功率分量将不为零，这个信号将通过G（s）滤波器并减去电功率信号的积分信号，形成加速功率信号，加速功率为信号的PSS理论上是没有反调的，因此，此类电力系统稳定器在改变机械功率时，励磁系统的反调作用很小。

参数整定原则与方法：

1、

的测量方法：

Eq=U+I*Xq（相量运算）

用Eq来计算

的大小，此为一种近似计算法。

?

?

?

?

在ABB公司的Unitroll5000模型中为

2022:

Quadrature-axis-reactanceofthemachineforthecorrespondingrotorfrequencyoscillation

SetXx~=Xq*sqrt*[（1+（2pi*fo*Tq'）exp2）/（1+（2pi*fo*Tqo'）exp2）]

Usenonsaturatedvalues.

With:

Xq=Quadratureaxissynchronousreactance

Tq'=Quadratureaxistransienttimeconstantinshortcircuit

Tqo'=quadratureaxistransienttimeconstantinopencircuit

fo=Averagevalueoffreqeuncyforlocaloscillationmode.

（typical=1Hz）

NOTE:

Forvaluesarenotknown,thefollowingapproachesmaybeused

Tq'=Td'/2

Tqo'=Tdo'/2

2、Washout环节

Tw的取值要考虑两方面：

1是低频时的超前特性

2是时间不能太长

微分单元在频率小时有超前作用，因为T越小超前作用越显著，所以尽量要它少超前

4S/（1+4S）时的相位图（超前很少）：

图用ABS表示的增益值（在0.2HZ以上都可以全部通过）

S/（1+S）的频谱图：

注：

0DB=absolute

（1）

absolute（<1）=-DB

可以看到，如果取时间常数为1，则在0.2-2Hz上，相位迟后大，并且幅值衰减大。

所以Washout时间常数的取值范围为：

2—10一般取3以上。

但如果T大，则达到稳定的时间就会变长。

所以不要太大。

Tw越小，低频时超前越多。

T=1时的阶跃响应图：

T=4时的阶跃响应图：

3、KS2/（1+sT7）环节

此环节对应

KS2值为T7/M（M=2HH的典型值：

2极2.5-64极4-10

水电：

2-4）

T7取值为Tw1相等。

此环节的频谱响应（以0.27/（2S+1））为例（M=7.4）：

经过此环节后，P将有90度的迟后。

领先P90度，在第一个相加点，在机械功率恒定及参数匹配好的情况下，电功率的积分信号与速度信号经两级Washout后的值相等但极性相反，因此，合成的机械功率分量为零。

当机械功率改变时，速度信号变化较小，而电功率的积分有一个大变化，合成的机械功率分量将不为零，这个信号将通过G（s）滤波器并减去电功率信号的积分信号，形成加速功率信号。

4、G（s）滤波器

大轴的扭振频率为10Hz左右。

下图为：

N=1，M=5，T8=0.2，T9=0.1的G（S）仿真结果（可用在远距离输电有反调时）。

此函数起作用的时间为1S左右

N=2，M=5，T8=0.2，T9=0.1的G（S）仿真结果。

可见，N越大，可以消除的扭振频率越小。

但对2Hz以下的频率影响小。

N=1，M=5，T8=3，T9=0.6的G（S）仿真结果（可用在近距离输电有反调时）。

说明　T9加大，起作用的时间增大，可用在有较大的反调量的实验中。

M＝5，N＝1　T8＝0　T9＝1时，

　　　　起作用的时间为1S左右。

或者用verytolerant:

T8=0T9=2　起的作用都一样。

输电线路的长短对反调影响很大，如果输电线路长，则效果还可以，如果输电线路近，则可能反调大。

原因分析：

w由Eq得到，认为Eq与大轴同向，Eq的频率与w一样，当远距离输电时，准确度高。

所以说，如果现场反调大（对2A模型是因为），则可以加大微分时间常数，做出一定的超调，加大T9，使T8、T9环节起作用的时间增大，（如果在输入P时，是有反调的，如果引入机械功率信号，才可以用加速度功率来调整，这样就无反调。

如果机械功率的信号小，则还是有反调的，所以如果还有反调，则可以人为使T8、T9环节出现一点超调，或者减小PSS的放大倍数。

）。

动模中已经过实验证实。

5．超前滞后特性补偿

因为KS2/（1+sT7）环节对已经有了90度的迟后，所以T1T2T3T4应该进行超前补偿。

常用参数为：

0.12,0.04,0.44,0.04（视情况而定）

ABB公司的PSS－2A模型：

发电机w变化10Hz=1p.u.Ug

P变化　2p.u=1p.u.Ug

ABB公司推荐的整定原则与方法：

不应该起作用的校正了，那应该起作用的时候呢？

克反调怎么实验，没提供。

步骤：

1、计算xx的数值：

方法：

Quadrature-axis-reactanceofthemachineforthecorrespondingrotorfrequencyoscillation

SetXx~=Xq*sqrt*[（1+（2pi*fo*Tq'）exp2）/（1+（2pi*fo*Tqo'）exp2）]

Usenonsaturatedvalues.

With:

Xq=Quadratureaxissynchronousreactance

Tq'=Quadratureaxistransienttimeconstantinshortcircuit

Tqo'=quadratureaxistransienttimeconstantinopencircuit

fo=Averagevalueoffreqeuncyforlocaloscillationmode.

（typical=1Hz）

NOTE:

Forvaluesarenotknown,thefollowingapproachesmaybeused

Tq'=Td'/2

Tqo'=Tdo'/2