为了实现资源优化配置，提升电网的经济运行水平，我国逐渐形成大区域联网的发展格局，同时低频振荡问题也日趋严重。电力系统稳定器（PSS）能够有效改善低频振荡问题而被广泛投入电网中，但是新的电网发展趋势导致低频振荡模式复杂化，这对传统的PSS提出了新的要求--“更宽的补偿频带”。\n 多频段电力系统稳定器（multiband power system stabilizer，PSS4B）适应多种振荡模式，具有更宽的工作频域。目前，国内对PSS4B的设计原理以及调试整定方法的研究较少，往往采用典型参数或者简单计算方法使得众多参数的灵活性没有得到充分利用。针对这一现状，本文对PSS4B模型以及机理进行了详细分析，提出一种基于相位补偿法的PSS4B参数协调优化方法。\n 首先，本文介绍了国内外现有的PSS的应用情况，按照电力系统的发展趋势，依次介绍了各PSS模型的优缺点以及改进措施；阐述了电力系统中低频振荡产生的机理以及PSS的工作原理，并对比国内广泛使用的PSS2B模型，重点分析了PSS4B的设计原理以及参数性能；然后，介绍了基于相位补偿法的传统PSS设计原理，考虑到PSS4B参数众多且各频段解耦困难的现状，本文采用改进粒子群优化算法通过两次相位补偿来实现参数协调优化，并从频域特性上对该方法进行验证；通过Matlab编程建立PSS4B参数协调优化图形用户界面，并基于单机-无穷大系统从时域上验证优化后PSS4B阻尼低频振荡的有效性；最后，为了检验 PSS4B在多机系统中抑制低频振荡的能力，在电力系统数字仿真平台（PSASP程序）中搭建其用户自定义模型，四机两区域系统和某互联电网中的仿真证明优化过的PSS4B能够迅速阻尼多种区间振荡模式，有效提高互联电网稳定性。
随着现代电力系统的快速发展,大电网的互联、重负荷、远距离输电以及快速励磁装置的普遍应用已经成为其显著特点,这些因素均在不同程度上降低了系统的阻尼,从而增加了系统发生低频振荡的可能性。作为目前最主要的抑制低频振荡措施,电力系统稳定器(PSS:Power System Stabilizer)在国内外得到了广泛的应用。然而,目前大量应用的PSS由于其自身在模型和抑制原理方面还不尽完善,存在着抑制效果不佳的问题,已经难以满足现代互联电力系统的要求,性能更加优越的新型电力系统稳定器PSS4B便应运而生,这对保证电力系统的稳定运行具有重要意义。
本文首先介绍了与PSS相关的两部分理论基础,其一是电力系统低频振荡,重点介绍其产生机理和抑制措施；其二是同步发电机励磁控制系统,在简单介绍了励磁系统的作用及数学模型之后,以单机—无穷大系统的数学模型为基础着重对发电机的励磁控制系统与电力系统低频振荡之间的关系进行了理论分析。其次,通过与各种普通PSS的比较,说明了PSS4B具有的优越性；接着详细分析了IEEE给出的标准数学模型,利用频域方法研究了其速度传感器以及各频段的特性；阐述了一种常用的参数设置方法,即将PSS4B的各频段设置为对称的带通滤波器形式,减少了最终需要整定的参数数量。针对PSS4B分频段抑制功率振荡的特性,本文比较了三个频段的特点,通过三组参数设置分析了频段增益变化对PSS4B性能的影响。最后,基于MATLAB/Simulink环境,建立了单机无穷大系统和四机两区域系统的仿真模型,通过设置不同的故障及扰动,分别对无PSS、加装PSS2B及加装PSS4B三种系统运行方式的仿真结果进行比较,分析和总结了PSS4B抑制系统功率振荡的性能。
仿真结果表明,在加装PSS4B的情况下,系统在所设置的各种扰动以及故障下的振荡振幅均能够更加显著地变小,且振荡次数较少,能够更快地达到稳定状态,其抑制振荡效果优于PSS2B,显示了其自身的特点和优势。本文的研究对于PSS4B这种新型电力系统稳定器在我国的进一步产业化和应用具有一定的参考价值。
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