(完整版)电力系统稳定器PSS的设计毕业设计

4 PSS的设计

电力系统稳定器（pss）就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，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。

电力系统的稳定一般用发电机之间的相对功角来判断，功角和汽轮机的转速有关系，然而速度的变化又会引起加速功率的变化，所以说如果控制了加速功率就控制了功角。在自动控制系统中，反馈控制是一种最基本的方法，如果把这种方法用在电力系统中，用辅助的稳定信号来控制电力系统的加速功率，那么就可以控制速度，这样就对电力系统的稳定行有了很大的改善。

4.1 电力系统稳定器的设计原理

由于使用的信号不同和元件的不同，电力系统稳定器（PSS）可以有各种不同的电路。但是根据电力系统稳定器的功能在一个系统可能发生的振荡频率范围内提供正阻尼力矩，所以说各种电力系统稳定器都应该满足下面的要求:

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。

② 电力系统稳定器的投入与提出，均不影响发电机正常稳态电压水平。

③ 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。

④ 电力系统稳定器的输出的噪音电平应尽可能的低。包括信号检测和随机噪声在内，其电平应不超过正常输出范围的10%,

⑥ 有一定保护措施，以保证在各种运行状态下(包括PSS故障)不会引起发电机过电压和无功过负荷，也不会引起发电机励磁不足或失去励磁。

⑥ 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。

4.1.1 PSS网络的设计PSS网络的设计

辅助的网络信号经过PSS处理后送到电压调节器的相加点，电压调节器和发电机的励磁绕组具有相位滞后。辅助信号具有补偿这种滞后的相位的功能，PSS网络必须有超前补偿的功能。

PSS网络具有一个复位相，用来消除时滞T0以后的补偿效应。因此，PSS网络的传递函数可表示如下：

Gs(S)?又因为

K0T0S1?T0S?1?T1S??? 1?TS?2?n下图是以速度作为辅助稳定信号的网络图：

?R???uR?K01?T1T21?T2ST1T2V1??1?T1T21?T2ST1T2Vn??C3?Vs???C3

图4.1 PSS网络图

以为例子写出PSS的状态方程如下：

???T?V1???K0?1?1?uR?V1?T2

?T2??????T1???K0T1?V2???1???V1?uR??V2?T2

TT2??2?????其中、是PSS的状态变量。、：超前网络的时间常数，：

。是复位时间常数，放大倍数。

计算PSS实际上就是要求出、、以及。求解这些参数可以运用根轨迹法和频率相应法。

在系统的阶数比较高的情况下，很难运用系统的解析式求出系统的开环传递函数的所有的零点和极点。所以，用一般的方法难于求解系统的根轨迹。用PM.Anderson介绍的方法可以方便的求解出、以及，但是求不出来。我们这里是运用的MATLAB中的遗传算法来求出的值。这种方法将会在下一章介绍。

4.1.2 汽轮机及其调节系统超前补偿网络的设计

由前面的图2-6可以看出之间具有相位滞后，对于这种相位滞后我们可以运用超前网络补偿。超前网络补偿的传递函数：

方框图如下所示：

?R??ug?1?T5T61?T6Su1???1?T5T61?T6Sun'??*un?T5T6?T5T6

图4.2 超前补偿网络方框图

写出上图的状态方程为：

???T?Tu2??(1?5)?u1?5ug??u2?T6

T6?T6??????T5?T5????T5???u3???1???u2??u1?ug???u3?T6

T6?T6????T6??????Tu?u3?5T6*3?T5?T5???u2??u1?ug??

T6?T6???

其中、是超前网络的时间常数，是超前网络的级数，线性化得：

u2?????T5?T6?T5?T62T64??T6?T51u?u2? 1?2T6T6u3?

T5?T6?T52??????T6?T5?T5uT631??T6?T51u?u3?2?2T6T6*u3??u3??T5T6?T5?T5??u?u??2??1?????

T6?T6???由图。。可以求出的传递函数：

利用上述的公式可以求出、和。