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摘要：本文首先从不同层面、不同维度对发电励磁系统调差概念、基本架构进行了详细阐述；其次，又介绍了PSS参数整定的基本原理以及PSS的主要作用；再次，以自并励磁的水电机组作为重要研究对象，把PSASP小干扰稳定仿真结果、实际测量数据进行全面、深入的对比，然后找出不同调差系数对PSS参数整定所造成的一系列影响；最后，结合实际需求，提出基于不同励磁系统调差系数的PSS参数整定方法。
关键词：发电机励磁系统；PSS参数整定；影响；对策
1引言
电压是衡量电能质量过程中至关重要的一个指标，确保电压值始终处于合理的范围之内是实现电力系统安全、稳定、高效运行的重要保障。其中电网电压水平、无功功率平衡之间存在十分紧密的关联，如果电力系统中的无功电源、无功负荷平衡关系由于外界因素的影响而被彻底打破，那么将会导致电压产生重大变化，对系统正常运行产生不利影响。励磁系统调差系数是描述同步发电机无功电压外特性的参数，其值大小不但对发电机电压和无功功率具有重要影响，也间接影响到电网电压水平，因此有必要对励磁系统调差系数进行合理整定。在大多数励磁模型中，发电机调差环节与电力系统稳定器PSS都是在电压给定叠加处采用同样的叠加方式进入自动电压调节器AVR的。 调差环节的参数整定在影响系统电压稳定性和小干扰稳定性的同时，还将直接影响到PSS参数整定试验过程中最重要的环节，即励磁系统无补偿频率特性的测量，进而影响到PSS参数的整定计算和运行特性。
2发电机励磁系统调差
2.1励磁系统调差的概念
发电机电压调节特性与励磁系统调差系数存在直接关联，当电机无功功率由于外部因素而产生变化时，电机端电压也会随之而产生变化，无功功率、电机端电压之间所构成的一元一次方程的斜率便是励磁调差系数。根据调差系数的基本定义，其可以分为三种类型，其一是正调差、其二是负调差、其三是零调差，具体详情如下图1。在具体应用过程之中，无功功电流的测量过程非常复杂、繁琐，因此一般直接利用无功功率替代无功电流，在国外诸多国家之中，励磁调节器生产厂商在调差极性方面的定义与国内刚好相反，但是其功能与意义完全一样。
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图1 励磁系统调差特性曲线
2.2励磁系统的基本结构
励磁控制系统主要是由三大部分构成，其一是同步发电机、其二是励磁功率单元、其三是励磁调节器，下图2详细展示了其基本结构。通过对图2进行仔细观察与分析可以得知，是励磁调节器可以对发电机的电压、电流等进行快速检测，然后利用励磁功率单元，结合具体的调节准则，实时调节励磁电流，从而达到对发电机无功—电压控制的最终目的，无功—电压调节特性与调差系数存在直接关联。
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图2 励磁系统基本结构框架图
3PSS参数整定的原理
PSS参数整定是提供恰当阻尼的前提，只有当的时间常数和放大倍数都整定得恰当时，才有可能为系统提供很好的阻尼抑制低频振荡。参数整定的主要工作是整定补偿环节时间常数，以使得对励磁系统和发电机造成的相位滞后达到合理的补偿，理想情况下实现全补偿,使得提供的附加转矩在Δω一ΔT坐标平面内的投影在Δω的正方向。PSS是发电机励磁系统的一个附加控制，它的控制作用是通过AVR的调节作用实现的。PSS通过转速偏差 Δω、功率偏差 ΔPe、频率偏差 Δf 中的 1 种 或 2 种信号作为输入信号，采用超前、滞后环节来补偿励磁系统中的时滞，产生图3中所示的与 Δω同轴的附加转矩来增加系统阻尼，抑制系统低频振荡，提高电力系统稳定性，增加系统功率输送能力。
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图3PSS所形成的转矩
4发电机励磁系统调差对PSS参数整定的影响
PSS参数现场整定试验过程之中，试验人员通常会把AVR中的PID参数作为重点关注对象，然后找出输入扫频的频带、正弦信号的增益等一系列参数对测量结果所造成的一系列影响，并未深入探析调差系数对测量结果所造成的一系列深入影响。为了找出励磁系统无补偿频率响应特性在调差系数变化的环境下所产生的具体影响，并对现场实际测量数据进行验证，通过PSASP中的小干扰稳定计算模式对励磁系统的模型参数进行深入、全面的剖析，然后结合实际发电机参数开展频率特性的仿真运算，并得出具体的仿真结果，具体详情见下图1、图2。通过对图像进行观察与分析可以得知，处于不同调差系数之下，励磁系统滞后特性相角差在低频段0.5Hz附近，因此当处在不同调差系数的条件下，励磁系统开环滞后性在低频段将会形成较大的相角偏差。
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图4（a）实测结果 （b）仿真结果
5基于不同励磁调差系数的PSS参数整定方法
最近几年，电网规模逐步扩张，发电机单机容量逐步升高，同时再加上励磁系统的广泛应用，导致系统阻尼严重下降，极易导致系统形成低频振荡问题，系统安全性大大降低。基于此，为了进一步提高系统组您，必须要在电机侧加装PSS，此种做法也是抑制低频振荡的有效途径。PSS性能是否稳定将会对其它参数造成十分严重的影响，所以采取何种方式对PSS参数进行优化是一个亟需深入探究的话题。本文主要介绍基于不同调差系数下，PSS参数的 整定方法，由于在低频段调差系数对励磁系统无补偿频率响应特性影响较大，并且PSS参数整定效果难以用发电机负载阶跃现场试验检验，所以应该首先在进行PSS参数现场整定的试验前，运用PSASP采集实际发电机及其励磁系统的数据，然后在不同的调差系数下进行小干扰稳定预计算。通过仿真计算获得的不同调差系数下励磁系统无补偿频率响应特性的差别，特别是在低频段时滞后相角的偏移程度，能够为PSS参数整定的优化提供重要的参考依据。
6结语
在电力系统之中，电压、网损是导致电力系统安全性与经济性下降的主要指标，利用发电机无功电压调节潜力，改善电网电压质量和降低网损，是电力系统无功电压控制的重要内容。本文对励磁系统调差的基本原理进行了分析，并阐述了PSS的基本原理，然后进行了不同调差系数下的机组励磁系统无补偿频率响应特性仿真，将其与实测结果进行对比分析，求出了负调差系数在PSS 所关注的频率范围使励磁系统无补偿频率特性整体下移的结论，并在此基础之上提出了基于不同励磁系统调差系数下PSS参数整定的方法。
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