PSS2A模型在水泥余热机组励磁中的实现与应用

邓国平（中国中材国际工程股份有限公司，江苏 南京 211100）

1 PSS2A模型

PSS（Power System Stability），也就是通常所说的电力系统稳定器。典型的PSS2A数学模型在IEEE STD421.5中有详细的传递函数描述见图1。

图1 典型的PSS2A数学模型在IEEE STD421.5中详细的传递函数描述

通常励磁调节器通过电压闭环的PID方式进行控制，由于转子磁场的惯性时间常数的滞后，产生了不利于机组稳定运行的负阻尼。PSS2A辅助功能的作用就是通过以频率（转速）与功率为输入信号，它们分别经过传递函数中所规定的超前、滞后环节，最后产生一个叠加（辅助）的控制信号到PID的闭环中给定值，使励磁系统为机组的稳定运行提供正阻尼。

2 PSS2A模型在控制程序中的处理

连续系统传递函数常用拉普拉斯变换来描述，而实现该传递函数的微机化（数字控制系统），那就必须使用到离散处理（Z变换）。从图1中PSS2A所描述的传递函数，主要有几个典型的子环节：惯性环节、超前滞后环节、隔直环节、高频滤波环节、线性放大环节、限幅环节。由于线性放大环节和限幅环节相对比较简单易懂，本文不再描述处理过程。本文着重介绍隔直环节与惯性环节的离散化处理，其余的几个环节，也都是按类似描述的过程进行相应的处理。

（1）隔直环节。

传递函数为：

输入输出的为：

传递函数变为:

时域离散为:

可得到：

其中：y(n)—传递函数的本次输出，y(n-1)—传递函数的上次输出;x(n)—传递函数的本次输入，x(n-1)—传递函数的上次输入，T—采样周期，tw1—时间常数。

隔直环节程序处理：

（2）惯性环节。

传递函数：

输入输出的为：

传递函数变为：

时域离散为：

由上式可得到：

其中：y(n)为传递函数的本次输出，y(n-1)为传递函数的上次输出;x(n)为传递函数的本次输入;T为采样周期，t6为时间常数。

惯性环节程序处理：

（3）超前滞后环节。

传递函数：

输入输出的为：

传递函数变为：

时域离散为：

其中：y(n)—传递函数的本次输出，y(n-1)—传递函数的上次输出；x(n)—传递函数的本次输入，x(n-1)—传递函数的上次输入;T—采样周期，ts1、ts2—时间常数。

超前滞后环节程序处理：

可得到：

（4）高通滤波环节。高通滤波环节的参数，IEEE推荐M=5，N=1。实际上也就是在一阶超前滞后环节滞后，再加四个惯性环节处理，达到同样的结果。其离散化过程也是与上面介绍的一致，此处不再赘述了。

程序是循环执行的，一个变量在赋新值前，就是上次计算的历史值，当然，为了程序的可读性与易读性，我们在程序中也用new和old来定义与区分历史值与当前新的数值。

3 云南凤庆习谦水泥机组并网后的试验

关于PSS定值和效果验证，我们在云南凤庆习谦水泥余热机组进行了试验。PSS试验首先在100%、90%额定有功的两个工况下分别测试了机组励磁系统相频特性，据此计算了PSS有关参数，之后在上述工况下验证PSS在本文提供的整定值下对有功振荡的阻尼效果。在习谦水泥厂余热发电机组中，分别测试参数、设置参数、并网状态下做电压4%的阶跃实验，分析录波曲线并做结论评判，见表1，图1，图2。

表1 机组相频特性 Hz

图1 P=Pe，PSS退出，4%阶跃

图2 P=Pe，PSS投入，4%阶跃

机组PSS整定的定值为：

PSS出口限幅为±10%；PSS投退有功水平为30%Sn；PSS临界增益为KS1=8。

3 结论

以PSS2A模型实现的功能在水泥余热机组中的使用，对抑制系统低频振荡（0.2～2Hz）有明显的效果，振荡周期由2～3个减少到0.5～1个，提高系统的动态稳定性。