摘要：跟着电网的快速开展，研讨具有更宽的作业频段、可以对多种振动方式供给适合阻尼的多频段电力体系安稳器(Multiband PSS，PSS4B)对削减电力体系低频振动具有重大意义。本文首要剖析了电力体系安稳器PSS4B的结构、功能，在实验室完结了PSS4B的硬件和软件规划，并经过动模实验对PSS4B的功能进行验证。动模实验标明所规划的PSS4B比较传统PSS在按捺低频振动具有优胜的功能，在作业区间具有杰出的习惯性，一起阐明所规划PSS4B的有用性。
0 导言
长久以来，低频振动严重威胁着体系的安稳运转。电力体系安稳器(Power System Stabilizer，PSS)作为按捺低频振动的一种办法，由于原理明晰、规划简练、经济适用，得到了广泛的使用。世界大电网会议也将其引荐为按捺低频振动首选计划。
不过，跟着电网的逐渐开展以及很多高增益快速励磁体系的投入，振动频率越来越低，体系的振动方式越来越杂乱，给电力体系安全安稳带来了新的应战，也对PSS提出了新的要求，按捺特定频段振动的传统PSS局限性日益凸显。
多频段电力体系安稳器——PSS4B、是在PSS2B的根底上加以改进而构成的。其最杰出的特性在于将转速/功率信号分为低、中、高三频段，相位、增益、输出限幅及中心频率等均可独立调整，具有更宽的作业频段，可以为多种振动方式供给适合的阻尼，进步体系的安稳性。
现在，国内外关于PSS4B的研讨有了一些开展，可是针对PSS4B的研讨大都停留在理论仿真阶段、实验使用方面的研讨还比较少。PSS4B的规划完结、动模实验将对未来工程使用推行打下根底，值得进一步的探求和研讨。本文对具有更宽的作业频段、能为多种方式均供给适合阻尼的多频段安稳器(PSS4B)作了研讨，涵盖了从PSS4B的规划(硬件、软件规划)到具体完结(动模实验)全进程，验证阐明所规划PSS4B的有用性以及其在按捺振动方面的优胜功能。动模实验以建立的单机无穷大体系为根底，比照不加装PSS、加装PSS2A与加装PSS4B的工况下体系的呼应状况，验证了本文所规划的PSS4B样机的有用性和在按捺振动方面的优异功能。
1 电力体系安稳器PSS4B模型
1.1 电力体系安稳器PSS4B规范模型
PSS4B经过在励磁体系中选取附加信号(转速误差△ω、功率误差△Pe)，经过相位补偿，使之发生正阻尼转矩，然后增强体系阻尼。该模型可以在更大的频域范围内供给较好的灵活性以取得更健全的调度特性，也为确保PSS在宽频域内的鲁棒性供给了更多的自由度。PSS4B的IEEE规范模型、速度传感器框图别离如图1、图2所示。
由图1、图2可知，PSS4B的输入信号为速度和功率误差，经过安装2个速度传感器，一个用来从原始的转速误差中获取中、低频段成分△ωL-I，另一个对 △Pe信号进行改换获取转速误差的高频段成分△ωH。PSS4B的结构可以很好的统筹低频振动的各个频段，并且各个频段的分支彼此独立，便利实验和调试。
1.2 电力体系安稳器PSS4B模型简化
除掉速度传感器，PSS4B的IEEE规范模型中有60个参数需求设置，关于大多数的使用场合，一种根据六个参数即三个频段增益和三个中心频率的简化调整办法，是可以满意要求的。PSS4B的简化模型如图3所示，每个频段均简化为带通滤波器的方式，中心频率为FL/FI/FH，对应的总幅值为 KL/KI/KH。
带通滤波器由单频段上下分支的榜首对混合模块差分得到，为进一步简化参数，要求带通环节在中心频率处幅频呼应最大(为1)，相频呼应为0，确认中心频率之后，其他参数可以根据式(1)求出(这儿以高频段分支为例，其间KH11=KH17=1)：
中心时刻常数TH2、TH7可以直接由中心频率FH算到，而对称时刻常数TH1、TH8需求凭借份额系数R(R一般设为1.2)算出，式(1)确保中心频率对应的扩大倍数为1，而由KH决议整个分支的增益。
表1给出了经简化后PSS4B所需求整定的参数，由于实践中常将单个频段内超前滞后部分上下分支设为相同，故实践需求设置的参数只需19个。
2 电力体系安稳器PSS4B输入信号的获取
作为PSS4B的输入信号，有功功率和转速的精确获取是规划要点。下面将对功率丈量、转速丈量的办法具体叙述。
2.1 功率信号丈量
本文归纳12点傅氏算法、矢量投影功率算法两种算法的特色，选用傅氏投影功率算法，在削减核算量下，确保核算精度。根据所用算法得到电压的有用值Vt、电流的实部Ir和Im虚部，如式(2)：
2.2 转速信号丈量
由于硬件获取办法误差大，本文更引荐软件办法。如图4所示，dq坐标系中的Vt和It别离为相电压和相电流。由图可知θq=δ+θv，功率因数角θv可以经过互感器信号过零检测得到，所以只需核算出功角δ，就可以获取θq，进而对其求导得到角速度。功角δ满意式(7)：
式中自P、Q、Vt、xq别离为有功功率、无功功率、发电机机端电压、交轴同步电抗。核算得到θq后，对θq求导即可得到转速。
3 电力体系安稳器PSS4B的微机完结
3.1 PSS4B的算法
电力体系安稳器PSS4B的传递函数是根据S域的，不能直接微机完结，需求离散化处理。差分法首要是将微分方程用以时刻为变量的时域方程标明，且只需求收集变量的时域值。本节以PSS4B传递函数的低频段分支为例，选用差分法对其离散化进程进行推导，别的两个分支的推导办法相似。
假定某传递函数为(T1+sT2)/(T3+sT4)，输入信号为X，输出为Y，则
式(11)中，T为采样距离，本文PSS4B程序的采样距离取为10ms，Y(n)、X(n)和Y(n-1)、X(n-1)别离为当时输出、输入量和上一次输出、输入量。
如图5所示，将上述对传递函数的离散化进程使用于PSS4B的低频段分支，可以得到离散化后的低频段分支传递函数模型，离散化模型如式(12)。
关于低频段的下分支，其核算公式与上面相似，这儿不在赘述。据此可得终究的输出信号为：
y(n)=(x4(n)-x40(n))·KL (13)
中频段和高频段分支的离散化推导办法与上述进程相似，根据得到的离散化公式，可以很便利选用C言语编程，完结PSS4B子程序的编写，完结PSS4B的算法规划。
3.2 电力体系安稳器PSS4B的完结
图6给出PSS4B输出接入到励磁操控的暗示框图。根据图6给出的暗示图，PSS4B的微机完结首要包含硬件规划和软件规划。
PSS4B硬件体系规划首要包含以下几部分：模仿信号调度电路、开关量输入/输出电路、数模转化接口规划等，首要完结数据的收集、操控信号的输出等作业。硬件体系的规划是环绕TI(Texas Instruments)公司的32位浮点DSP—TMS320F28335主控芯片进行的。一起选取两个互为热备用的操控通道的冗余结构来保障体系的可靠性，两个操控通道的芯片都选用F28335，从模仿量的获取到操控信号的输出彼此独立。
PSS4B的软件体系规划首要包含：沟通采样算法、PSS4B主程序规划以及PSS4B微机完结等几方面的内容。软件规划的中心环节是电力体系安稳器 PSS4B的主程序规划：转速和功率误差作为PSS4B的输入信号，依照本文第2部分给出的数学模型完结输入信号的获取;一起依照前文介绍的PSS4B离散化模型完结PSS4B规范模型的完结。最终PSS4B的输出供给给操控程序，参加励磁辅佐调度，一起传递给触摸屏或上位机，便利人机互动。
4 电力体系安稳器PSS4B的动模实验验证
为验证电力体系安稳器PSS4B规划计划的有用性，对本文提出的PSS4B规划计划进行了动模实验，动模实验中建立了两个体系(A体系和B体系)，如图7 所示，首要不同在于输电线路的长短和阻抗值不相同，用来阐明电力体系安稳器PSS4B对不同振动方式的适用性和鲁棒性。其间发电机和无穷大体系的参数如下：1号发电机参数SN=5 kVA，VN=100 V;
21、22号无穷大体系参数SN=100kVA，VN=800V;升压变压器(01T)参数SN=5kVA，变比为100/800。经过设置发电机机端或输电线路三相短路来模仿体系遇到的大搅扰，诱发低频振动，A体系设置了一个毛病点(D12)，B体系设置了2个毛病点，别离在1号升压变压器高压侧 (D13)、75XL与66XL之间(D14)，图8为动模实验的现场图。
4.1 参数整定
PSS优化参数的整定参考文献中的办法，根据文献办法确认的PSS4B、PSS2A优化参数如表2、表3所示。
4.2 动模实验成果
A体系对实验体系设置了3种不同的输出有功功率工况;B体系对实验体系别离设置了2种不同的输出有功功率工况。研讨不加PSS、加装PSS2A以及加装PSS4B三种状况下的体系呼应。图9和图10别离为两个体系动模实验的录波图。
为了阐明不同PSS在按捺低频振动方面的功能，对A、B实验体系呼应曲线的一些特征量进行了核算，如表4、表5所示。从表4、表5可以看出：A、B实验体系发生三相短路毛病之后，呈现了低频振动，不加装PSS时，体系由于阻尼较小，而呈现持续性振动，在录波时刻内体系未康复安稳，振动还有持续加重的趋势;加装PSS2A之后，体系的振动状况略微有所改善，但体系并未在录波时刻内安稳，仅仅第2～5个波头的振动起伏有所下降，体系的低频振动并没有得到有用按捺，一起跟着功率的增大和振动频率的下降，PSS2A按捺低频振动的才能变弱，不能很好地习惯功率改变，其习惯性和鲁棒性较差;加装PSS4B之后，体系在以上三个毛病点的工况中均有比较好的表现，振动次数被削减到了2～3次，在录波时刻内就康复了安稳，体系的振动得到了按捺，阐明体系阻尼有了比较显着的加强，表现出很好的按捺低频振动的才能，一起关于不同的工况和振动频率PSS4B也表现出很好的习惯性和鲁棒性。
归纳以上成果剖析，A、B动模体系实验标明，所规划的电力体系安稳器PSS4B可以有用按捺实践体系发生的低频振动，甚至在加装PSS2A作用欠安的更低频段仍能发挥功效，展示了其较好的习惯性，证明本文所规划的PSS4B达到了规划预期，完结了估计的作用，具有很好地工程使用价值。
5 结束语
本文研讨和剖析了多频段电力体系安稳器(PSS4B)的数学模型，据此完结了PSS4B的硬件和软件规划，并对所规划的PSS4B进行了动模实验。经过动模实验，验证了所规划PSS4B的有用性，以及PSS4B的优胜功能，得出以下定论：
(1)PSS4B模型较其他传统PSS杂乱，实践使用中需经过简化模型，削减待设置参数;PSS4B的作业功能与输入信号(转速、功率)丈量的精确性有很大联系，选用傅氏投影功率算法核算有功功率可以削减核算量，一起确保核算精度;获取转速信号时，选用软件办法可以下降外界要素的影响，可信度高。
(2)从A、B两个动模实验体系的录波相应图可以看出，本文所规划的电力体系安稳器PSS4B对不同振动方式都有杰出的适用性和鲁棒性，一起在按捺低频振动、增强体系阻尼、加速体系康复安稳方面有比较显着的优势，可以有用按捺实践体系发生的低频振动，甚至在加装PSS2A作用欠安的更低频段仍能发挥功效。本文所规划的PSS4B达到了规划预期，完结了估计的作用。
(3)本文的动模实验是在单机无穷大体系上进行的，考虑到实践电网为多机体系，振动方式愈加丰厚，研讨PSS4B在多机体系动模实验中的功能，更能表现PSS4B的特性，这也是往后研讨的一个方向。
总归，本文对PSS4B的规划与完结作了一些探究，达到了预期方针，展示了杰出的作业功能，期望对未来PSS4B的工程推行使用有必定的协助。
