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多频段PSS4B参数整定的关键技术与应用研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着电力系统规模的不断扩大和互联程度的日益提高，低频振荡问题愈发凸显，严重威胁着电力系统的安全稳定运行。低频振荡是指电力系统中频率范围通常在0.1-2.5Hz之间的持续振荡现象，其产生的根本原因是系统阻尼不足。当系统受到诸如负荷变化、故障等扰动时，发电机组的转子会围绕其平衡位置进行周期性摆动，若阻尼力不足以使这种摆动逐渐衰减，就会引发低频振荡。在振荡过程中，系统频率不稳定，影响依赖系统频率的设备正常工作，增加设备磨损，缩短设备使用寿命，还可能导致过电压和过电流事件，威胁电力电子设备安全，激发系统谐波，影响电能质量，增加网络损耗，甚至可能引发保护装置误动作，破坏电力系统的稳定运行，引发连锁反应，造成大面积停电事故，带来巨大的经济损失。例如，上世纪70年代以来，美国、日本及欧洲等国家和地区电力系统多次发生输电线路低频功率振荡事故，严重时破坏互联系统之间的并列运行，造成联络线跳闸引发大面积停电；近十多年来，我国各大电网也相继出现联络线低频振荡现象。

电力系统稳定器（PowerSystemStabilizer，PSS）作为抑制低频振荡的一种重要措施，因其原理清晰、设计简洁、经济适用，得到了广泛应用，国际大电网会议也将其推荐为抑制低频振荡首选方案。PSS主要通过引入附加信号，增加系统的正阻尼来克服励磁调节器产生的负阻尼转矩作用，从而实现对低频振荡的抑制。PSS4B作为一种新型的多频段电力系统稳定器，在PSS2B的基础上加以改进而形成。其最突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，具有更宽的工作频段，能够为多种振荡模式提供合适的阻尼，提高系统的稳定性，在全频段中抑制低频振荡性能比传统PSS更优越，具有广泛的应用前景。例如，ABB公司已将PSS4B商品化，国内南瑞励磁公司产品也具备PSS4B功能。

然而，PSS4B参数整定相对复杂，其性能高度依赖于参数的合理设置。合适的参数整定能使PSS4B在多运行方式下充分发挥优势，为系统提供有效的阻尼，增强系统稳定性；反之，参数整定不当则可能导致PSS4B无法有效抑制低频振荡，甚至可能对系统稳定性产生负面影响。因此，深入研究多频段PSS4B参数整定具有重要的理论意义和实际工程价值，对于提高电力系统的安全稳定运行水平，保障电力可靠供应具有关键作用。

1.2国内外研究现状

在国外，对PSS4B的研究开展较早。加拿大魁北克水电局在2000年提出了PSS4B的设计结构，旨在解决系统中出现的约0.05Hz的超低频振荡模式。此后，相关研究不断深入，在理论分析和工程应用方面都取得了一定成果。一些研究通过建立详细的电力系统模型，对PSS4B的工作原理和性能进行了深入剖析，明确了其在不同振荡模式下的阻尼特性。在工程应用上，ABB公司率先将PSS4B商品化，并在一些实际电力系统项目中进行了应用，积累了一定的实践经验。

在国内，随着对电力系统稳定性要求的不断提高，对PSS4B的研究也逐渐增多。研究内容主要集中在PSS4B的模型分析、参数整定方法以及在实际电网中的应用效果评估等方面。部分学者通过理论推导和仿真分析，提出了多种PSS4B参数整定方法，如相位补偿法、根轨迹法、概率灵敏度分析法等。一些研究还结合实际电网案例，对PSS4B的应用效果进行了验证，结果表明PSS4B在抑制低频振荡方面具有较好的效果。

然而，当前PSS4B参数整定的研究仍存在一些不足与挑战。一方面，现有的参数整定方法大多基于特定的系统模型和运行条件，通用性和适应性有待提高。实际电力系统运行方式复杂多变，不同的运行方式下系统的参数和振荡特性会发生变化，如何使PSS4B参数整定方法能够适应多种运行方式，是需要进一步研究的问题。另一方面，PSS4B在多机系统中的应用研究还不够深入，尤其是考虑PSS之间相互影响的参数整定方法还需要进一步完善。此外，随着新能源的大规模接入和电力电子设备的广泛应用，电力系统的结构和动态特性发生了很大变化，这也对PSS4B参数整定提出了新的挑战，如何考虑这些新因素对PSS4B参数整定的影响，是未来研究的重要方向。

1.3研究目标与内容

本文旨在深入研究多频段PSS4B参数整定方法，提高其抑制电力系统低频振荡的性能，增强电力系统的稳定性。具体研究内容包括：

PSS4B模型分析：详细剖析PSS4B的数学模型，明确各参数的物理意义和对系统性能的影响。研究PSS4B在不同频段下的工作特性，为参数整定提供理论基础。

参数整定方法研究：综合考虑电力系统的多种运行方式和不确定性