0 前 言
电力系统稳定器(PSS)是同步发电机励磁系统中的一组部件，如图1所示。其输入变量可以是功率P，转速n或频率f，或者是它们的综合。它的输出信号被输送到电压调节器，用来改变励磁机的输出电压，以阻尼发电机出现的有关振荡，达到稳定运行。
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图1 PSS结构示意图
由图1可知，PSS实质上是关于P、n或f的反馈环节，使发电机励磁系统构成了双闭环系统，其内环是关于电压的控制环；外环是关于P、n或f的控制环。
1 标准型方框图
先后被IEEE及IEC推荐的PSS标准型传递函数方框图如图2所示。它比我国20世纪80年代从美国西屋公司引进的机组多配带一个高频滤波器环节。
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图2 标准型传递函数方框图
1.1 传感器
传感器是一种关于P、n或f的信号变换器。由于这种变换是一个惯性环节，会有时延，为使变换来得及时、准确，应该把时间常数T6设计得越小越好，整定传感器时间常数T6的原则是使传感器输出信号中的脉动及白噪声被抑制在10%的范围内，为此需使其大于一定值。惯性时间常数T6的设计值范围为0～0.04s。
1996年对广西岩滩水力发电厂机组(简称岩滩机组)以及1998年对哈三电厂机组(简称哈三机组)进行国产PSS现场试验，在试验中该时间常数都被选定为0.03s。IEEE及IEC对该时间常数的整定值推荐范围为0～0.04s，从理论上讲，该值越小越好。
1.2 高频滤波器
高频滤波器是用于抑制发电机有关振荡的，经过传感器变换的主信号的频率都不大于3Hz。所以如图1所示，在由PSS所构成的闭环回路中，称频率大于3Hz的信号为高频信号。这种高频信号会有传感器输出主信号中所夹杂的脉动、白噪声以及频率不小于4Hz的机组轴系扭振信号。
高频滤波器的低通截止频率设计值通常为3.5～3.8Hz。
高频滤波器对具有PSS机组的安全运行，尤其是对抑制扭振信号的破坏作用至关重要。首先必须把该信号及传感器输出的脉动及白噪声的幅值抑制到≤3dB,同时必须保证幅值为3Hz的信号输出≥0.0457dB，这就得把其幅频曲线在带宽频率(即低通截止频率)附近的斜率调试得越小(即曲线越陡)越好。
为了上述调试方便，在设计中采用了两级滤波方式，即
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前述带宽频率不是绝对的，也可将带宽频率调试为大于设计值。如哈三电厂机组的扭振频率定为13Hz。为便于调试，可将带宽频率调试为4～10Hz取值范围，但必须保证对脉动及白噪声具有足够的抑制效果。
1.3 补偿器
在图2中设置了两级超前—滞后补偿器。这种补偿器的实质是一种比例系数为1的带有惯性的比例微分(PDT)环节，可改写为
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式中 1——比例系数；
T2——惯性时间；
T1-T2——微分时间。
每一级补偿器的最大补偿角通常设计为70°左右，T1和T3的可调范围为0.1～2.0s；T2和T4的可调范围为0.01～0.2s。由于后者约为前者的1/10，所以T1-T2或T3-T4可近似为T1及T3，故称T1(或T3)为超前时间常数，T2(或T4)为滞后时间常数。视现场需要，补偿器可为一级，也可为三级。IEC推荐的T1及T3调试整定值范围为0.01～0.20s，T2及T4的取值主要根据前述滤波器带宽频率附近的幅频曲线陡度而定，若曲线越陡，取值应越大。
T1及T3的整定值决定于励磁控制系统(含前述传感器及滤波器)所造成的振荡反馈信号的滞后程度，即要求出超前补偿的角度，最大超前补偿角为(以T1为例)：
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IEC推荐上式中的a约为10，则φm为55°；哈三机组T2=0.025s,a=64,φm=47°。
1.4 放大器
图2中的放大器是指调节器中的KS，其实质是一个比例放大环节。KS的大小主要取决于上述传感器、滤波器及补偿器对主信号的衰减程度；该值的大小还表征着由PSS所构成闭环回路的开环增益，它与根轨迹增益仅差一个由传感器、滤波器及补偿器增益构成的比例系数，因此直接影响着该回路的调整时间、上升时间及超调量等动态性能。
IEC推荐放大器的整定值范围为0.1～50s；哈三机组为10s；岩滩机组为19s。
1.5 自动复位器
自动复位器是指图2中调节器传递函数中的
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相当于是一个单位环节和一个负输出惯性环节的并联，是一组阻隔各类漂移信号通过的隔“直”电路，只有交流主信号经过时，才允许通过，否则便把输出回路自动关闭，我国习惯把该电路称为自动复位器，在IEEE及IEC标准文件中称为冲洗器，T5为冲洗时间常数，设计值范围为0.5～50s。该时间常数整定值越大，此环节对主信号的干扰就越小，但会造成PSS对电压调节回路的影响，时间增长。
2 应 用
上述标准型PSS可用于抑制可能发生的局部电机与系统间的振荡、区域间振荡及机组间振荡。
局部电机与系统间的振荡是指同一电厂1台或多台电机与系统间发生的摆动，频率一般为0.7～2Hz。对于具有静止励磁机(可控硅整流供电)的励磁系统，由于响应速度快，引发这种可能性大，因此必须装设PSS。
区域间振荡是指系统中一个区域的机组群与另一区域机组群所发生的摆动，频率一般不大于0.5Hz。为抑制该类振荡，对于各类励磁系统应配置PSS。
机组间振荡是指同一电厂或相邻电厂两台以上机组间的相互摆动，频率一般为1.5～3Hz.由于该类振荡的频率较高，受高频滤波器的影响，对该类振荡的抑制作用可能会不及对前两类振荡的抑制效果来得明显。如果高频滤波器的低通截止频率过于接近3Hz，便会发生这种情况。
为了避免机组轴系扭振信号不经过PSS而形成闭环回路，使扭振迅速发展到对机组具有破坏性的程度，必须采用励磁系统及发电机的精确模型来分析机组的扭振信号，以便高频滤波器能抑制扭振信号。
3 现场效果
PSS投入与否的某一励磁控制系统的频率响应特性的现场试验曲线应在0.1～3Hz的有效频率范围内，相位滞后接近于零，增益接近于0dB，说明前述对于PSS中各参数的现场整定取得了理想的效果。
4 结束语
标准型PSS具有设计简单、安装调试方便等优点，由于具有双级高频(频率≮4Hz)滤波及冲洗器环节，既能抑制机组扭振，又不防碍电压调节的正常运行。针对我国在役机组中PSS投运率极低的现实情况，该类PSS在国内具有广泛的推广使用前景。
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