畢業(yè)論文-電力系統(tǒng)穩(wěn)定器pss的設(shè)計

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題目 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器pss的設(shè)計 </p><p>　　專 業(yè)：電氣工程及其自動化</p><p>　　學 院： 電氣工程學院 </p><p>　　年 級：

2、 </p><p>　　學習形式： </p><p>　　學 號： </p><p>　　論文作者： </p><p>　　指導教師： </p>

3、<p>　　職 稱： </p><p>　　完成時間： </p><p>　　鄭 重 聲 明</p><p>　　本人的學位論文是在導師指導下獨立撰寫并完成的，學位論文沒有剽竊、抄襲、造假等違反學術(shù)道德、學術(shù)規(guī)范和侵權(quán)行為，否則，本人愿意承擔由此而產(chǎn)生的法律責任和法律后果，特此鄭重聲明。<

4、/p><p>　　學位論文作者（簽名）：</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)規(guī)模日趨增大，電壓等級進一步提高，裝機容量和用電負荷不斷增大，同時，風能,太陽能等一些新能源發(fā)電所占發(fā)電比重的增大，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行變得越來越突出。隨著大電網(wǎng)的互聯(lián)，電力系統(tǒng)容量倍增，以及快速勵磁裝置的廣

5、泛使用，大電網(wǎng)存在的問題逐步凸顯出來，英美等國都發(fā)生過大規(guī)模停電事故，各國對大電網(wǎng)存在的問題也越來越關(guān)注，其中大電網(wǎng)的穩(wěn)定性一直是專家們關(guān)注的重點，低頻振蕩是影響電網(wǎng)穩(wěn)定性的重要因素，對低頻振蕩抑制早在70年代就有了比較成熟的方法，其中最具典型的是采用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（pss）就是為抑制低頻振蕩而研究的一種附加勵磁控制技術(shù)。它在勵磁電壓調(diào)節(jié)器中，引入領(lǐng)先于軸速度的附加信號，產(chǎn)生一個正阻尼轉(zhuǎn)矩，去克服原勵磁電壓調(diào)節(jié)

6、器中產(chǎn)生的負阻尼轉(zhuǎn)矩作用,用于提高電力系統(tǒng)阻尼、解決低頻振蕩問題，是提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一。本文先從理論出發(fā)，詳細分析了同步發(fā)電機的電壓方程和磁鏈方程并推導了簡單系統(tǒng)中同步發(fā)電機的電磁功率方程以及同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子運動方程。并在此基礎(chǔ)上建立單機無窮大系統(tǒng)的MATLAB模型，并將它作為研究對象，具體分析PS</p><p>　　關(guān)鍵詞：低頻振蕩；負阻尼；電力系統(tǒng)穩(wěn)定器；設(shè)計</p><

7、;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the rapid development of China's power industry, the size of the power system is increasing day by day, to further improve the voltage level, increasing

8、installed capacity and electricity load, wind, solar and other new energy power generation share of power generation the proportion of the increase of electricity the stable operation of the system becomes more and more

9、prominent. With the interconnection of large power grids, doubled the capacity of the power system, as well as the widespr</p><p>　　Power system stabilizer (PSS) is to suppress a low frequency oscillation of

10、 additional excitation control. It is the excitation voltage regulator, the introduction of axial velocity ahead of additional signals to produce a positive damping torque to overcome the primary excitation voltage regul

11、ator produced negative damping torque effect. Improving power system damping, lowing frequency oscillation problem solving is to improve power system dynamic stability of the important measures.</p><p>　　The

12、 topics start with theory, a detailed analysis of the synchronous generator voltage equation and flux equation and derivation of the equations of the electromagnetic power of the synchronous generator in a simple system

13、and synchronous generator rotor equation of motion. MATLAB model of single machine infinite bus system and on this basis to establish it as the object of study, the specific analysis of the role of the PSS on the stabili

14、ty of the system, and then analyzed the system with PSS a</p><p>　　This paper describes the power system stabilizer's design principles and the impact on the power system, the use of the benefits of powe

15、r system stabilizer. The frequency of oscillation maybe happen to power system when the system In the normal operation.It gives a great help if the power system after the addition of PSS.</p><p>　　Keywords ：

16、low frequency oscillation；negative damping；power system stabilizer</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b

17、>　　目 錄IV</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題的意義1</p><p>　　1.1.1 研究背景1</p><p>　　1.1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定4</p

18、><p>　　1.2.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分類4</p><p>　　1.2.2 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定的措施5</p><p>　　1.2.3 勵磁系統(tǒng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影響7</p><p>　　1.3 MATLAB的簡介7</p><p>　　1.4 本論文的主要工作9</p><p>　　

19、2 同步發(fā)動機方程10</p><p>　　2.1 同步發(fā)動機的電壓方程10</p><p>　　2.2 同步發(fā)電機的磁鏈方程11</p><p>　　2.3 同步發(fā)電機的電磁功率方程14</p><p>　　2.3.1 隱級式發(fā)電機的電磁功率方程14</p><p>　　2.3.2 凸極式發(fā)電機的電磁功率方

20、程17</p><p>　　2.4 同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子運動方程18</p><p>　　2.4.1 同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子運動方程18</p><p>　　2.4.2 發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程的研究意義19</p><p>　　3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器基本介紹20</p><p>　　3.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器簡介20</p

21、><p>　　3.2 電力系統(tǒng)弱阻尼產(chǎn)生原因21</p><p>　　3.3 低頻振蕩簡介21</p><p>　　3.4 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器抑制低頻振蕩原理21</p><p>　　3.5 本章小結(jié)22</p><p>　　4 PSS的設(shè)計24</p><p>　　4.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的

22、設(shè)計原理24</p><p>　　4.1.1 PSS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計PSS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計25</p><p>　　4.1.2 汽輪機及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)超前補償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計26</p><p>　　4.2 本章小結(jié)27</p><p>　　5 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器MATLAB仿真分析28</p><p>　　5.1 簡單電力系統(tǒng)的建立

23、28</p><p>　　5.2 模型運行仿真分析31</p><p>　　5.3 PSS作用分析34</p><p>　　5.4 本章小結(jié)34</p><p>　　6 主要結(jié)論和展望35</p><p>　　6.1 主要結(jié)論35</p><p>　　6.2 展望未來36<

24、/p><p><b>　　參考文獻37</b></p><p><b>　　致 謝39</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題的意義</b></p><p>　　隨著大規(guī)模電力

25、系統(tǒng)的發(fā)展以及快速勵磁系統(tǒng)的應(yīng)用,系統(tǒng)阻尼不斷降低,導致電網(wǎng)中出現(xiàn)負阻尼或弱阻尼低頻振蕩現(xiàn)象,系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運行受到威脅。目前,提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一是采用在電力系統(tǒng)勵磁調(diào)節(jié)器上附加電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS ( Power System Stabilizer)的附加勵磁控制方案。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（pss）就是為抑制低頻振蕩而研究的一種附加勵磁控制技術(shù)。它在勵磁電壓調(diào)節(jié)器中，引入領(lǐng)先于軸速度的附加信號，產(chǎn)生一個正阻尼轉(zhuǎn)矩，去克服

26、原勵磁電壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的負阻尼轉(zhuǎn)矩作用。用于提高電力系統(tǒng)阻尼、解決低頻振蕩問題，是提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一。它抽取與此振蕩有關(guān)的信號，如發(fā)電機有功功率、轉(zhuǎn)速或頻率，加以處理，產(chǎn)生的附加信號加到勵磁調(diào)節(jié)器中，使發(fā)電機產(chǎn)生阻尼低頻振蕩的附加力矩。</p><p>　　1.1.1 研究背景</p><p>　　隨著改革開放及經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，近三十年來我國的電力系統(tǒng)的規(guī)模和容量有了突飛

27、猛進的發(fā)展。我國是一個地域遼闊的大國，能源資源分布很不均勻，這就決定了我國的電力系統(tǒng)錯綜復(fù)雜的特點。電力系統(tǒng)在發(fā)展龐大的同時對穩(wěn)定性提出了更高的要求。</p><p>　　改善和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性對國民經(jīng)濟有著十分重要的意義，電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定時，發(fā)電機不能正常發(fā)電，用戶不能正常用電，并引起系統(tǒng)參數(shù)巨大變化，往往會造成大面積的停電事故。近20年來，世界范圍內(nèi)發(fā)生了多起電力系統(tǒng)的大面積的停電事故，造成了災(zāi)難性的后果。

28、如2003的美加大停電，造成了美國東北的8個洲和加拿大的部分城市停電，整個城市都處于癱瘓狀態(tài)，給人民的生活帶來了很大的影響，同時對工業(yè)、農(nóng)業(yè)很多方面造成了巨大的損失。英國、澳大利亞、馬來西亞、芬蘭、丹麥、瑞典和意大利等國也有類似的大停電事故發(fā)生。在我國2008年初的冰災(zāi)也因大范圍、長時間的停電造成了巨大損失。1999年9月21日，我國臺灣集集大地震對于電力系統(tǒng)造成了非常大的破壞。這次震害的一個主要特點是高壓輸電塔的破壞，這在以前的地震記

29、錄中是非常少見的。由于一個開關(guān)站、多個變電站以及345kV輸電線路的破壞，使得臺灣的南電北送受阻，造成臺灣彰化以北地區(qū)完全斷電，社會和經(jīng)濟損失難以估計。地震中還有大量電力設(shè)備，特別是變電站和開關(guān)站設(shè)備遭到大量破壞。提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性這項工作必須要落實到系統(tǒng)的各個部位。</p><p>　　發(fā)電機的勵磁控制因為具有既可節(jié)約投資，又能在正常運行是減少電壓和頻率的波動，改善動態(tài)品質(zhì)和提高系統(tǒng)的抗干擾能力等特點。新型的勵

30、磁控制器能在小干擾的情況下改善穩(wěn)定性，而且同時適用于大干擾的情況下，可靠性高的勵磁系統(tǒng)是保證發(fā)電機安全發(fā)電，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性所必須的，對保證國民生產(chǎn)的安全進行、保證人民生活的安全和有序，具有重大的意義。</p><p>　　我國電網(wǎng)建設(shè)落后于電源建設(shè)，現(xiàn)代化大機組的高放大倍數(shù)快速勵磁系統(tǒng)采用之后，振蕩現(xiàn)象更加明顯。隨著三峽工程的建設(shè)和西電東送工程的逐步實施,低頻振蕩問題會逐步提上議事日程。電力市場的發(fā)展更增加了

31、運行條件的不可預(yù)知性。為了保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，有效地抑制低頻振蕩，研制開發(fā)實用的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置成為當務(wù)之急</p><p>　　1.1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀</p><p>　　電力系統(tǒng)中發(fā)生過低頻振蕩。經(jīng)過分析和研究，這些低頻振蕩有的是由勵磁系統(tǒng)的負阻尼作用引起的，還有的是由于遠距離輸電線路中的串聯(lián)補償電容(10-40Hz)引起的。美國是電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）的發(fā)源地，在60年代

32、因聯(lián)絡(luò)線低頻振蕩引起線路跳閘而造成系統(tǒng)故障，1969年開始在發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中增加e。負反饋以提高電力系統(tǒng)阻尼，稱為PSS，開始主要在西部系統(tǒng)采用，近年來GE公司、西屋公司等制造廠生產(chǎn)的大型發(fā)電機都提供PSS，己成為勵磁裝置的一個必備的部分，廣泛用于各系統(tǒng)中。近年來又研制了微機PSS，用在來克丁頓抽水蓄能電站的6臺325MVA機組上。</p><p>　　原蘇聯(lián)實際上在50年代就開始采用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，不過那時沒有

33、PSS的名稱，當時采用的附加反饋為發(fā)電機定子電流及其微分，成為強力式勵磁調(diào)節(jié)器。那時只是與快速勵磁配套，用以抑制大干擾后的振蕩。未明確提出低頻振蕩和阻尼力矩的概念。</p><p>　　加拿大用改進勵磁系統(tǒng)性能作為提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定的基本措施，采用高增益快速勵磁系統(tǒng)以提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定，采用PSS以提高動態(tài)穩(wěn)定。PSS己成為加拿大電力系統(tǒng)發(fā)電機勵磁系統(tǒng)必需的一個組成部分，如果PSS退出，某些發(fā)電

34、機的出力將限制在50%左右。</p><p>　　德國西部電力系統(tǒng)從70年代到80年代末期，系統(tǒng)中最大單機容量已從300MW增大到火電機組1000MVA，原子能機組1700MVA;輸電線路阻抗增加大約30%。為了解決系統(tǒng)電壓波動，采用了高增益的快速電壓調(diào)節(jié)器以改善系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定及電壓穩(wěn)定，并在所有的大機組上都配置了PSS，之后電網(wǎng)運行穩(wěn)定。</p><p>　　日本為了增加系統(tǒng)阻尼，80年代

35、大部分主力機組均已安裝PSS，對于快速勵磁的中小型機組，部分采用雙通道調(diào)節(jié)器，即在小干擾時響應(yīng)速度慢，以減小負阻尼:大干擾時響應(yīng)速度快，以提高暫態(tài)性能。近年來研制的模糊控制PSS，進一步提高PSS對多級振蕩的阻尼能力，已在美國取得專利。</p><p>　　澳大利亞1973年在土木特電站發(fā)生了不衰減功率振蕩，當時采取的措施是減負荷及增加發(fā)電機勵磁。1974年由于某330KV線路并聯(lián)電抗器故障退出，使利得爾發(fā)電機低

36、勵運行，發(fā)生低頻振蕩。在一段時間內(nèi)限制了發(fā)電機出力，這促使實行早已提出配置PSS的建議。1975年維多利亞送電至南威爾士及斯諾威的抽水蓄能電站時，多次發(fā)生低頻功率振蕩，在這之后立即采取措施，投入PSS取得了良好的效果，隨著經(jīng)驗的積累。</p><p>　　現(xiàn)在PSS己被認為是發(fā)電機整體不可分割的一個部分，每臺大型發(fā)電機投運時必須有PSS，并需進行合適的調(diào)整。他們對新機組勵磁系統(tǒng)的要求是:①高響應(yīng)勵磁系統(tǒng);②配置P

37、SS。</p><p>　　我國電力系統(tǒng)采用PSS較晚。國內(nèi)第一臺PSS于1980年在八盤峽電廠投入運行。此后在湖南鳳灘電廠4臺l00MW 機組上安裝了PSS，使鳳灘至益陽間線路輸送功率從160MW增至273MW以上。1984年初，由于香港青山電廠350MW機組高功率因數(shù)運行，致使廣東至香港聯(lián)絡(luò)線發(fā)生低頻功率振蕩，1984年底在青山電廠機組配置了PSS后，解決了當時的低頻振蕩問題。在這之后，PSS在我國的電力系統(tǒng)

38、中越來越多的采用。</p><p>　　PSS經(jīng)過多年的發(fā)展己經(jīng)在國內(nèi)外取的了廣泛的應(yīng)用，已先后有多種控制方法用于PSS的設(shè)計，如最優(yōu)控制、模式分析、根軌跡靈敏度分析或幾種方法的組合應(yīng)用等。這些方法著重于單個額定運行點的考慮，而不計系統(tǒng)運行的魯棒特性，因此，對于像電力系統(tǒng)這樣的高度非線性系統(tǒng)難以保證其在較寬運行范圍內(nèi)的穩(wěn)定，因此使PSS具有魯棒性成為近年來得研究重點。許多專家和學者在PSS的魯棒性方面做了大量的研

39、究，并取得了一些令人滿意方法。文獻[16]指出基于單機無窮大系統(tǒng)模型的經(jīng)典相位補償法具有較好的魯棒性。文獻〔17]. [18]通過詳細的仿真分析和理論分析說明發(fā)電機電磁功率和勵磁參考電壓之間的傳遞函數(shù)具有較好的不變性。文獻[19]引入概率的概念來考慮多個運行條件下PSS的動態(tài)性能，從而保證PSS的魯棒性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制，模糊控制。理論等現(xiàn)代控制技術(shù)在PSS的設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用。但是這些控制方法雖然適合電力系統(tǒng)的非線性特性，設(shè)計

40、出來的穩(wěn)定器具有較好的魯棒性的特點，但由于各種方法本身目前還存在一定程度的不足，因此研究具有固定結(jié)構(gòu)和參數(shù)固定的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器仍有重要的理論和實際應(yīng)用意義。</p><p>　　1.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定</p><p>　　1.2.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分類</p><p>　　電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題就是當系統(tǒng)在某一正常運行狀態(tài)下受到某種干擾后，能否經(jīng)過一定的時間后回到原來的

41、運行狀態(tài)或者過渡到一個新的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)問題。如果能夠，則認為系統(tǒng)在該正常運行狀態(tài)下是穩(wěn)定的。反之，若系統(tǒng)不能回到原來的運行狀態(tài)或者不能建立一個新的穩(wěn)定運行狀態(tài)，則說明系統(tǒng)的狀態(tài)變量沒有一個穩(wěn)定值，而是隨著時間不斷增大或者振蕩，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。</p><p>　　2001年，我國電網(wǎng)運行與控制標準化技術(shù)委員會制定的DL755-2001《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》中將功角穩(wěn)定性分為下列三類：靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定

42、。</p><p>　　電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生自發(fā)振蕩或非周期性失步，自動恢復(fù)到初始運行狀態(tài)的能力。電力系統(tǒng)幾乎時時刻刻都受到小的干擾。例如：系統(tǒng)中負荷的小量變化；又如架空輸電線因風吹擺動引起的線間距離（影響線路電抗）的微小變化等等。</p><p>　　暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在某個運行情況下突然受到大的干擾后，能否經(jīng)過暫態(tài)過程達到新的穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)或者恢復(fù)到原來的狀

43、態(tài)。這里所說的大干擾是區(qū)別與前面說說的小干擾而言的，比如短路、突然斷開線路或發(fā)電機等。所以說如果一個系統(tǒng)在受到大干擾的情況下還能過恢復(fù)到以前的穩(wěn)定運行狀態(tài)，我們就說這個系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的。相反，如果一個系統(tǒng)在受到大的干擾的情況下不能夠恢復(fù)到以前的穩(wěn)定運行狀態(tài)，出現(xiàn)了諸如電壓、電流、相角不斷振蕩的情況，我們就說系統(tǒng)在這個運行狀態(tài)下不能夠保持暫態(tài)穩(wěn)定。由此可以看出來，一個系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定情況和系統(tǒng)的運行狀態(tài)以及干擾的情況有關(guān)系，也就是說，一個系

44、統(tǒng)在某個運行情況下和干擾情況下是穩(wěn)定的，但是換了一個運行情況或者干擾情況，系統(tǒng)有可能就是不穩(wěn)定的。</p><p>　　電力系統(tǒng)受到大的干擾，經(jīng)過一段時間后，會逐步趨向穩(wěn)定運行狀態(tài)或者趨于失步狀態(tài)。這種時間的長短和系統(tǒng)本身的的運行狀況和擾動的大小有關(guān)系。在分析大擾動后的暫態(tài)過程有下列的三種不同的時間階段分類：</p><p>　　（1） 起始階段：指故障后約1S內(nèi)的時間段。在這段時間里系

45、統(tǒng)的保護和自動裝置有一系列的動作，例如切除線路的故障和重合閘、切除發(fā)電機等等。</p><p>　?。?） 中間階段：在起始階段后，大約持續(xù)5S左右的時間段。在此期間發(fā)電機組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)揮了作用。</p><p>　?。?） 后期階段：中間階段以后的時間。這時候動力設(shè)備中的過程將影響到電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程。另外，系統(tǒng)中還將由于頻率和電壓的下降，發(fā)生自動裝置切除部分負荷等操作。<

46、/p><p>　　當前，電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運行趨勢產(chǎn)生了新的類型的穩(wěn)定性問題。 目前我國正處于飛速發(fā)展的時期，對電力的需求程度空前強烈。諸如現(xiàn)在流行的高壓直流輸電；更廣泛的運用并聯(lián)電容器；負荷的組成和特性在發(fā)生變化。1929年瑞典（ASES）公司首創(chuàng)了（HVDC）技術(shù)。以此為起點各國建設(shè)了多條試驗性高壓直流輸電技術(shù)。目前為止，我國在建或已經(jīng)建成的輸電線路有十多個，第一個為舟山實驗性直流輸電工程，葛洲壩-上海為第一個高壓

47、直流輸電工程。這些工程給我們的生活帶來了很多的方便，同時它又向電力系統(tǒng)的穩(wěn)定提出了更高的要求，使我們面臨著更高的挑戰(zhàn)，特別是高壓穩(wěn)定和低頻區(qū)域間振蕩比以前更加重要。</p><p>　　1.2.2 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定的措施</p><p>　　提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的根本辦法是使電力系統(tǒng)有較高的功率極限、抑自發(fā)振蕩的產(chǎn)生、盡可能減小發(fā)電機相對運動的振蕩幅度。提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性提高功率極

48、限就要盡可能的提高和，減小電抗。</p><p>　　采用自動調(diào)節(jié)勵磁裝置可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，發(fā)電機裝設(shè)先進的調(diào)節(jié)器，就相當于縮短了發(fā)電機與系統(tǒng)之間的電氣距離，從而提高了系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性。因為自動調(diào)節(jié)勵磁裝置在總投資中所占的比例相對較小，在提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性時會優(yōu)先考慮自動調(diào)節(jié)勵磁裝置。</p><p>　　采用串聯(lián)電容補償同樣也可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般來說，串聯(lián)電容補償

49、度越大，線路等值電抗越小，對電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性越有利。但是的增大還受到了很多條件的限制。首先，短路電流不能過大。當補償度過大時，在裝在離電源較近的高壓輸電線路上的電容器后方短路時，電容器的容抗可能大于變壓器和電容器前面輸電線路的電抗之和。這時，短路電流就會大于發(fā)電機端短路時的短路電流，這顯然是不合適的。而且，短路電流還可能呈容性電流。這時電流、電壓相位關(guān)系的紊亂將引起某些保護裝置的誤動作。</p><p>　　

50、此外，補償度過大還可能引起其他的問題，例如自勵磁現(xiàn)象。若發(fā)電機外部電抗呈容性，電樞反應(yīng)可能起助磁作用，使發(fā)電機的電流和電壓無法控制地上升，直至發(fā)電機磁路飽和為止。</p><p>　　同時，改善電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也是有助于提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性的，比如增加輸電線路的回路數(shù)目；也可以將中間電力系統(tǒng)和輸電線路連接起來，同樣對提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定有幫助，相當于縮短了“電氣距離”。</p><p>　　快

51、速切除故障對于提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性有這決定性的作用。因為故障快速切除縮短了故障的持續(xù)時間，從功角特性曲線可以看出減小了加速面積，增加了減速的面積，從而提高了發(fā)電機并列運行的穩(wěn)定性。而且也可以使負荷中電機的端電壓快速回升，減小了電動機失速和停頓的危險。</p><p>　　電力系統(tǒng)的故障切除時間等于繼電保護裝置的動作時間加上斷路器的動作時間。電力系統(tǒng)的故障特別是高壓輸電線路的故障大多數(shù)是短路故障，而且都是暫時性

52、的短路故障。采用自動重合閘裝置，當遇到故障時先切除線路，過一會兒再合上斷路器，如果這時候故障已經(jīng)消失了，則說明自動重合閘成功。在我們實際的生活中，自動重合閘成功的概率達到了90%，所以自動重合閘大大提高了輸電線路的可靠性，同時對提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性也有著相當大的作用。</p><p>　　提高發(fā)電機輸出的電磁功率也可以提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。說到提高發(fā)電機輸出的電磁功率先介紹一下電氣制動。</p>

53、;<p>　　電氣制動就是當系統(tǒng)中發(fā)生故障后迅速地投入電阻以消耗發(fā)電機的有功功率（增大電磁功率），從而減少功率的差額。切除故障時，也切除了電阻。運用電氣制動提高暫態(tài)穩(wěn)定性時，制動電阻的大小及投切時間要選擇得恰當。否則，會發(fā)生欠制動，即制動作用過小，發(fā)電機仍要失步；或者發(fā)生過制動，即制動過大，發(fā)電機雖在第一次振蕩中沒有失步，卻在切除故障和切除制動電阻后的第二次振蕩中或以后失步了。</p><p>　　

54、除了上述的措施之外，還有其他的方法來提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，比如在串聯(lián)電容補償裝置中附加強行補償，在切除故障線路的同時來增大串聯(lián)補償電容的容抗，以補償由于切除故障線路而增加的線路電抗。</p><p>　　1.2.3 勵磁系統(tǒng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影響</p><p>　　它勵可控硅勵磁系統(tǒng)主要的優(yōu)點是在發(fā)電站出口附近發(fā)生短路故障時，強勵能力強，有利于提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平，在故障切除時間比較

55、長、系統(tǒng)容量相對小的50、60年代這一優(yōu)點是很突出的。但是，隨著電力系統(tǒng)裝機容量的增大，快速保護的應(yīng)用，故障切除時間的縮短，它勵可控硅勵磁系統(tǒng)的優(yōu)勢已不是很明顯。自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，元部件少，其勵磁電源來自機端變壓器，無旋轉(zhuǎn)部件，運行可靠性高，維護工作量小。且由于變壓器容量的變更比交流勵磁機的變更更簡單、容易，因而更經(jīng)濟，更容易滿足不同電力系統(tǒng)、不同電站的暫態(tài)穩(wěn)定水平對勵磁系統(tǒng)強勵倍數(shù)的不同要求。</p>

56、<p>　　它勵可控硅勵磁系統(tǒng)的缺點是由于交流勵磁機是非標準產(chǎn)品，難以標準化，即使是同容量的發(fā)電機,尤其是水輪發(fā)電機，由于水頭、轉(zhuǎn)速的不同，強勵倍數(shù)的不同，交流勵磁機的容量、尺寸也不同，因此，價格較自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)貴。另外它勵可控硅勵磁系統(tǒng)與自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)相比較，元部件多，又有旋轉(zhuǎn)部件，可靠性相對較低，運行維護量大。自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)的缺點是它的勵磁電源來自發(fā)電機端，受發(fā)電機機端電壓變化的影響。當發(fā)電機機端電壓下

57、降時其強勵能力下降，對電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定不利。不過隨著電力系統(tǒng)中快速保護的應(yīng)用，故障切除時間的縮短，且自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)可以通過變壓器靈活地選擇強勵倍數(shù)，可以較好地滿足電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平的要求。</p><p>　　綜合考慮技術(shù)和經(jīng)濟兩方面因素，推薦在發(fā)電機組采用自并勵快速勵磁方式。為驗證其正確性，通過穩(wěn)定計算研究了滿發(fā)時發(fā)電機組采用自并勵勵磁方式的穩(wěn)定情況，計算結(jié)果表明，發(fā)電機組采用自并勵勵磁方式可滿足系統(tǒng)

58、穩(wěn)定的要求，但必須同時加裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)。</p><p>　　1.3 MATLAB的簡介</p><p>　　MATLAB簡介：MATLAB一詞是由Matrix和Laboratory復(fù)合生成的，原意是矩陣實驗室。MATLAB環(huán)境(或語言）由美國的Cleve Moler博士于1980年研制成功，研制MATLAB的初衷是使它具有強大的矩陣處理方面的功能。現(xiàn)代控制理論界的專家們面對高

59、維數(shù)的控制問題，渴求一種比當時流行的高級語言更具有可讀性的語言，因而MATLAB語言的面世，首先被控制理論界的專家們所關(guān)注。同樣，電力系統(tǒng)是一個相對復(fù)雜的、維數(shù)很高的系統(tǒng)，MATLAB必將成為分析電力系統(tǒng)問題的強大而有效工具。加拿大魁北克電力公司的專家們首先作了此項工作，在MATLAB環(huán)境下，開發(fā)了MATLAB\ Simulink\Toolbox\Power blockset(即電力系統(tǒng)分析模塊) ，并建立了電力系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備庫。MAT

60、LAB語言以矩陣為基本的數(shù)據(jù)單位，它提供了強大的矩陣運算功能，幾乎所有常用的矩陣運算，例如矩陣的加、減、乘、除、轉(zhuǎn)置、求逆、分解、行列式等都有現(xiàn)成的指令。MATLAB還擁有順序、選擇、循環(huán)等結(jié)構(gòu)控制語句，并配以大量的運算符，可以編寫出符合結(jié)構(gòu)化標準的具有面向?qū)ο筇卣鞯某绦?。MATLAB 的</p><p>　　MATLAB 系統(tǒng)主要包括以下五個部分：</p><p>　?。?）MATLAB

61、語言 MATLAB 語言是一種包括控制流語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入\輸出和面向?qū)ο缶幊烫匦缘母呒壵Z言，它以矩陣作為基本的數(shù)據(jù)單元，既可以快速創(chuàng)建小程序完成簡單運算，也可以為了復(fù)雜應(yīng)用，編寫完整的大應(yīng)用程序。</p><p>　?。?）MATLAB工作環(huán)境 MATLAB工作環(huán)境主要包括一系列完成如管理工作空間的變量、數(shù)據(jù)輸入\ 輸出、M文件（MATLAB的應(yīng)用程序）的生成、調(diào)試、解釋的工具。</p&

62、gt;<p>　?。?）圖形句柄 圖形句柄是MATLAB的圖形處理系統(tǒng)，其中既包括二維、三維數(shù)據(jù)的可視化圖形表示、圖象處理的直觀顯示的高級命令，也包括定制圖形顯示、創(chuàng)建應(yīng)用程序完整的圖形用戶界面(GUI)命令。</p><p>　?。?）MATLAB數(shù)學函數(shù)庫 該庫收集了巨量的數(shù)學函數(shù)及算法，從簡單的數(shù)學函數(shù)如sum、sine、cosine和復(fù)數(shù)運算，到復(fù)雜的函數(shù)如矩陣求逆、求特征值、Be

63、ssel函數(shù)、FFT。</p><p>　　（5）MATLAB應(yīng)用程序接口(API) 它是一個允許用戶編寫與MATLAB交互的C 和FORTRON程序的庫，包括從MATLAB中調(diào)用程序、調(diào)用MATLAB作為計算引擎和讀\寫MAT文件。</p><p>　　總體來說，MATLAB是一種數(shù)值型計算軟件，它集科學計算、自動控制、信號處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和圖象處理等功能于一體，具有編程效率高、程序設(shè)計靈

64、活、圖形功能強等優(yōu)點。</p><p>　　1.4 本論文的主要工作</p><p>　　本文以電力系統(tǒng)穩(wěn)定器以提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定為研究內(nèi)容，在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，主要做了以下的工作。</p><p>　?。?）在查閱了大量參考文獻的基礎(chǔ)上，詳細分析了同步發(fā)電機的電壓方程和磁鏈方程。推導了簡單系統(tǒng)中同步發(fā)電機的電磁功率方程以及同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子運動方程。</

65、p><p>　?。?）研究了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器抑制電網(wǎng)振蕩抑制的原理。采用MATLAB建立單機無窮大系統(tǒng)模型,實現(xiàn)了利用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器來提高單機無窮大電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　?。?）分析了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的作用。</p><p><b>　　2 同步發(fā)動機方程</b></p><p>　　2.1 同步發(fā)動機的電壓方程

66、</p><p>　　對于abc坐標下的電壓方程，可將定子、轉(zhuǎn)子量分開，改寫為</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　式中，，可為；；</b></p><p>　　。對式（2-1）兩邊左乘矩陣</p><p><b>　?。?-

67、2） </b></p><p>　　其中，為派克變換矩陣，為單位陣，為零矩陣，則式（2-1）可化為</p><p>　　即 （2-3）</p><p><b>　　式中；</b></p><p><b>　　，其中可為。<

68、/b></p><p>　　式（2-3）中前面的負號是由于等值繞組的電流、電壓正方向定義和繞組相似，也是服從發(fā)電機慣例的。下面討論式（2-3）中這一項，將之化為坐標下變量表示。由矩陣乘積的微分性質(zhì)，有</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　由于</b></p>&l

69、t;p><b>　　（2-5）</b></p><p>　　將式（2-5）代入式（2-4）得</p><p><b>　?。?-6） </b></p><p>　　將式（2-6）代入式（2-3），得坐標下有名值電壓方程為</p><p><b>　?。?-7） </b>

70、;</p><p><b>　　式中，。</b></p><p>　　下面對式（2-7）作簡要的說明。</p><p>　?。?）式（2-7）右邊第一項通常稱為變壓器電動勢，是電磁感應(yīng)效應(yīng)引起的繞組電壓。</p><p>　?。?）式（2-7）右邊第二項稱為速度電動勢。當轉(zhuǎn)子靜止（=0）時，此項為零。這一項在坐標下沒有，

71、是因為在坐標下觀察繞組，二者間是相對靜止的。而當在旋轉(zhuǎn)坐標系上去觀察靜止的繞組時，二者間的相對運動引起了這一項。物理上速度電動勢項反映了由于轉(zhuǎn)子運動，使定子繞組切割磁力線而引起的電動勢，它在定子、轉(zhuǎn)子間能量交換中起主要作用。</p><p>　?。?）式（2-7）右邊第三項是歐姆電壓項，反映了相應(yīng)繞組的電阻壓降。</p><p>　　2.2 同步發(fā)電機的磁鏈方程</p>&l

72、t;p>　　坐標下的磁鏈方程可改寫為</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　與電壓方程相似，兩邊左乘矩陣</p><p>　　并在式（2-8）右邊兩矩陣間插入項，經(jīng)整理后可得</p><p><b>　　（2-9）</b></p><p>

73、　　上式中電感矩陣下標S和R分別表示定子和轉(zhuǎn)子。</p><p>　　下面對式（2-9）中電感矩陣進行討論。</p><p>　　定子繞組的自感與互感。</p><p><b>　　根據(jù)</b></p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b&g

74、t;　　（2-11）</b></p><p>　　式中，從而恒為正值。為軸領(lǐng)先于軸的角度。對于隱極機，，從而；對于凸極機，，則是隨轉(zhuǎn)子位置而變化的參數(shù)。</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　式中，從而定子互感恒為負值。同樣地對于隱極機，由于，定子互感為常量；對于凸極機，則定子互感隨轉(zhuǎn)子位置而變。&l

75、t;/p><p><b>　　可導出</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　式中 （2-14）</p><p>　　定義與式（2-11）和式（2-12）相同。和分別稱為同步電機軸、軸的

76、同步電感。對于隱極機，從而。是對角陣，它反映了定子等值繞組間的互感為零，是相互解耦的，而且是定常陣，不隨轉(zhuǎn)子位置而變化。</p><p>　　轉(zhuǎn)子繞組的自感與互感。</p><p>　　由式 （2-15）</p><p><b>　　(2-16)</b></p>&

77、lt;p>　　以及式（2-10）可知</p><p><b>　　(2-17)</b></p><p>　　式中，及定義同式（2-10）與式（2-16）。</p><p>　　定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組間的互感和。</p><p><b>　　由式（2-10）和</b></p><

78、p><b>　　（2-18）</b></p><p>　　式中，為定子繞組與轉(zhuǎn)子勵磁繞組間的互感變化幅值，。</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　式中，為定子繞組與軸阻尼繞組D間的互感變化幅值，。</p><p><b>　?。?-20）</b

79、></p><p>　　式中，為定子繞組與軸阻尼繞組間的互感變化幅值，。</p><p><b>　　可得</b></p><p><b>　　（2-21）</b></p><p><b>　　(2-22)</b></p><p>　　以上二式中的

80、定義同式（2-18）~式（2-20）。由于 說明了坐標下同步電機有名值方程中定子、轉(zhuǎn)子繞組間的互感不可逆，這個問題將在標幺制基值選取中予以解決。</p><p>　　由式（2-13）、（2-14）、（2-17）、（2-21）、（2-22）可匯總得坐標下電感矩陣為</p><p><b>　?。?-23）</b></p><p>　　相應(yīng)的坐標下

81、磁鏈方程為</p><p><b>　?。?-24）</b></p><p>　　顯然由式（2-23）可知，軸上的繞組與軸上的繞組間相互是解耦的（互感為零）。而零軸磁鏈為</p><p>　　與軸、軸各繞組完全解耦而獨立。另外電感矩陣為定常稀疏矩陣，為分析計算提供了方便。式（2-24）中前面有一負號是由于負值定子繞組電流產(chǎn)生正值相應(yīng)繞組磁鏈而引

82、起的，故電感元素的符號與習慣相同，這點和坐標下的磁鏈方程相同。</p><p>　　2.3 同步發(fā)電機的電磁功率方程</p><p>　　2.3.1 隱級式發(fā)電機的電磁功率方程</p><p>　　隱級式發(fā)電機的轉(zhuǎn)子是對稱的，因而它的直軸同步電抗和交軸同步電抗是相等的，即。計及這個特點，并略去定子繞組的電阻，由方程式作出隱級發(fā)電機正常運行時的向量圖（圖2-1），可導

83、出以不同電動勢、電抗表示的隱級發(fā)電機的電磁功率方程。 </p><p>　　圖2.1 穩(wěn)態(tài)運行矢量圖（）</p><p>　　以空載電動勢和同步電抗表示發(fā)電機時 </p><p><b>　?。?-25）</b></p><p>　　發(fā)電機輸出的有功功率表示為： </p><p><b>

84、;　?。?-26）</b></p><p>　　將式（2-25）代入式（2-26）中，可得 </p><p><b>　?。?-27）</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　發(fā)電機有功功率的功—角特性曲線為一正弦曲線，其最大值為，也稱</p>

85、<p>　　為功率極限。該功角特性曲線多用于電力系統(tǒng)正常運行及故障后穩(wěn)態(tài)運行穩(wěn)定性的分析和計算。 </p><p>　　以交軸暫態(tài)電動勢和直軸暫態(tài)電抗表示發(fā)電機 </p><p>　　圖2.2 暫態(tài)空間矢量圖 </p><p>　　在分析暫態(tài)穩(wěn)定或近似地分析某些有自動調(diào)節(jié)勵磁裝置的靜態(tài)穩(wěn)定時，往往以交軸暫態(tài)電動勢和直軸暫態(tài)電抗表示發(fā)電機，這種情況下 &

86、lt;/p><p><b>　?。?-28）</b></p><p>　　將上式代入式（2-26）中，可得 </p><p><b>　?。?-29）</b></p><p>　　暫態(tài)磁阻功率的出現(xiàn)帶來了功角特性計算的復(fù)雜化，很多情況下采取如下簡化：以直軸暫態(tài)電抗后的電動勢代替直軸暫態(tài)電動勢；以

87、向量與的夾角代替，則。</p><p>　　2.3.2 凸極式發(fā)電機的電磁功率方程</p><p>　　圖2-3所示為一凸極發(fā)電機的相量圖，由此圖可導出以不同電動勢和電抗表示凸極發(fā)電機時的電磁功率方程。</p><p>　　圖2.3 凸極發(fā)電機的相量圖 </p><p>　　以空載電動勢和同步電抗表示發(fā)電機：由圖（2-3）可見</p&g

88、t;<p><b>　?。?-30）</b></p><p>　　代入式（2-30）得</p><p><b>　?。?-31）</b></p><p>　?。?）以暫態(tài)電動勢和暫態(tài)電抗表示發(fā)電機：由圖（2-3） </p>

89、<p>　　得 </p><p><b>　　（2-32） </b></p><p>　　將式代入式（2-27），可得</p><p><b>　　（2-33） </b></p><

90、p>　　2.4.2 發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程的研究意義</p><p>　　同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程式，是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和計算中最基本的方程式，它用來描述系統(tǒng)在受擾動情況下發(fā)電機組之間或發(fā)電機與系統(tǒng)之間的相對運動，是判斷系統(tǒng)受到擾動后能否繼續(xù)保持穩(wěn)定運行的基本依據(jù)。從式（2-36）中可看出，發(fā)電機轉(zhuǎn)子的運動情況取決于作用在其軸上的不平衡轉(zhuǎn)矩，而不平衡轉(zhuǎn)矩又取決于原動機輸入的機械轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機輸出的電磁轉(zhuǎn)矩之差。一

91、般情況下認為，原動機的輸入轉(zhuǎn)矩在機電暫態(tài)過程中保持不變，發(fā)電機輸出的電磁轉(zhuǎn)矩則與發(fā)電機的電磁特性、轉(zhuǎn)子運動特性、負荷特性以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此可以說它是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和計算中最復(fù)雜的部分。掌握發(fā)電機轉(zhuǎn)子運動方程，基本上就掌握了分析電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。</p><p>　　3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器基本介紹</p><p>　　3.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器簡介</p><p>

92、;　　電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（pss）是為抑制低頻振蕩而研究的一種附加勵磁控制技術(shù)。它在勵磁電壓調(diào)節(jié)器中，引入領(lǐng)先于軸速度的附加信號，產(chǎn)生一個正阻尼轉(zhuǎn)矩，去克服原勵磁電壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的負阻尼轉(zhuǎn)矩作用。用于提高電力系統(tǒng)阻尼、解決低頻振蕩問題，是提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一。它抽取與此振蕩有關(guān)的信號，如發(fā)電機有功功率、轉(zhuǎn)速或頻率，加以處理，產(chǎn)生的附加信號加到勵磁調(diào)節(jié)器中，使發(fā)電機產(chǎn)生阻尼低頻振蕩的附加力矩。</p><p

93、>　　圖3.1 PSS結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　由圖3.1可知，PSS實質(zhì)上是關(guān)于P、n或f的反饋環(huán)節(jié)，使發(fā)電機勵磁系統(tǒng)構(gòu)成了雙閉環(huán)系統(tǒng)，其內(nèi)環(huán)是關(guān)于電壓的控制環(huán)；外環(huán)是關(guān)于P、n或f的控制環(huán)。PSS的隔直環(huán)節(jié)使t趨于無窮大時PSS的輸出為零，而過渡過程中，該環(huán)節(jié)使動態(tài)信號順利通過，從而使PSS只在動態(tài)中起作用。超前—滯后環(huán)節(jié)可補償勵磁系統(tǒng)引起的相位滯后。放大環(huán)節(jié)的的放大倍數(shù)K確保ΔT有足夠的幅值。限

94、幅環(huán)節(jié)可確保大干擾時PSS的輸出不會造成電機端電壓的變化超標。 </p><p>　　圖3.2 PSS信號作用向量圖</p><p>　　3.2 電力系統(tǒng)弱阻尼產(chǎn)生原因</p><p>　　目前，大型發(fā)電機普遍采用集成電路和可控硅組成的勵磁調(diào)節(jié)器，從而使自動勵磁調(diào)節(jié)器AVR的時間常數(shù)縮短、增益大大提高， 加上品閘管直接勵磁快速勵磁系統(tǒng)的廣泛采用，使得電力系統(tǒng)的阻尼

95、降低．這是造成低頻振蕩的直接原因。</p><p>　　3.3 低頻振蕩簡介</p><p>　　發(fā)電機的轉(zhuǎn)子角、轉(zhuǎn)速，以及相關(guān)電氣量，如線路功率、母線電壓等發(fā)生近似等幅或增幅的振蕩，因振蕩頻率較低，一般在0.1－2.5Hz，故稱為低頻振蕩。其產(chǎn)生的原因主要為電力系統(tǒng)中發(fā)電機并列運行時，在擾動下發(fā)生發(fā)電機轉(zhuǎn)子間的相對搖擺，并在缺乏阻尼時持續(xù)振蕩導致。低頻振蕩是隨著電網(wǎng)互聯(lián)而產(chǎn)生的。聯(lián)網(wǎng)初期

96、，同步發(fā)電機之間聯(lián)系緊密，阻尼繞組可產(chǎn)生足夠的阻尼，低頻振蕩少有發(fā)生。隨著電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)模的擴大，高放大倍數(shù)快速勵磁技術(shù)的廣泛采用，以及受經(jīng)濟性、環(huán)保等因素影響下電網(wǎng)的運行更加接近穩(wěn)定極限，在世界各地許多電網(wǎng)陸續(xù)觀察到低頻振蕩。大致可分為局部模式振蕩和區(qū)域間模式振蕩兩種。一般來說，涉及機組越多、區(qū)域越廣，則振蕩頻率越低。</p><p>　　發(fā)電機產(chǎn)生低頻振蕩的原因可歸結(jié)為：</p><p>

97、　　（1） 發(fā)電機控制系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整不當,特別是在遠距離送電的情況下,調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)太高,當它產(chǎn)生的負阻尼轉(zhuǎn)矩大于發(fā)電機固有的正阻尼轉(zhuǎn)矩,發(fā)電機就可能產(chǎn)生振蕩。其他的如調(diào)解器參數(shù)整定不當,水系統(tǒng)與機電調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)配合不當,并聯(lián)于同一母線上的發(fā)電機勵磁參數(shù)設(shè)計不當?shù)?都可能引起發(fā)電機的機電低頻振蕩。</p><p>　?。?） 負荷的波動,這相當于發(fā)電機遭遇一種波動的輸入量。</p><p&g

98、t;　?。?） 受端系統(tǒng)的發(fā)電機帶輕載情況下的自發(fā)振蕩,即在某種條件下,發(fā)電機定子電流具有助磁作用,而它產(chǎn)生的負阻尼會引起振蕩。</p><p>　　3.4 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器抑制低頻振蕩原理</p><p>　　PSS ( power system stabilizer) 最早由美國學者F. P. demello和C. Concodri提出的。其基本原理是在自動電壓調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上,輔以轉(zhuǎn)速偏差

99、Δω、功率偏差ΔPe、頻率偏差Δf中的一種或兩種信號作為附加控制,產(chǎn)生與Δω同軸的附加力矩,增加對低頻振蕩的阻尼,以增強電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。用PSS的目的是通過發(fā)電機勵磁控制增強對系統(tǒng)振蕩的阻尼來使電力輸送的穩(wěn)定極限提高。它抽取角速度,功率或頻率等鎮(zhèn)定參量,經(jīng)過主要由放大、復(fù)位和超前滯后等環(huán)節(jié)組成的校正環(huán)節(jié)處理后將產(chǎn)生的附加勵磁控制信號和機端電壓一起作為勵磁系統(tǒng)的輸入。PSS基于系統(tǒng)在某一平衡點處的近似線性化模型設(shè)計,針對性強,經(jīng)濟、

100、簡單易行而且有效,獲得了普遍的應(yīng)用。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器對于低頻振蕩具有良好的抑制能力,不但可以抑制低頻振蕩,而且可以改善系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)。</p><p>　　由于電壓調(diào)節(jié)器采用電壓作為控制量,且調(diào)節(jié)器及勵磁系統(tǒng)具有電磁慣性,則勵磁電壓在勵磁系統(tǒng)中將產(chǎn)生滯后于它的強迫分量,這種滯后會惡化系統(tǒng)阻尼,甚至引起振蕩。因此,在長線送電、負荷較重的情況下,若轉(zhuǎn)子角出現(xiàn)振蕩,電壓調(diào)節(jié)器提供的附加量的相位是落后于角度振蕩的,它的一個

101、分量與轉(zhuǎn)速相位相反,產(chǎn)生了負阻尼轉(zhuǎn)矩,這就使得角度振蕩加劇。若電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的附加量在相位上與轉(zhuǎn)子角振蕩搖擺的相位同相或反相,則只能使轉(zhuǎn)子角振蕩的幅值增大或減小而不能使轉(zhuǎn)子角振蕩消失,只有提供的附加量在相位上領(lǐng)先轉(zhuǎn)子角的振蕩角度才可能產(chǎn)生正阻尼轉(zhuǎn)矩,振蕩才能平息。</p><p>　　PSS采取轉(zhuǎn)速偏差△ 、頻率偏差(△ ) 、加速功率偏差(△Pa)和電功率偏差(△Pe)中的1個信號或2個信號作為AVR的附加輸入

102、，增加正阻尼，不降低勵磁系統(tǒng)電壓環(huán)的增益、不影響勵磁系統(tǒng)的暫態(tài)性能、電路簡單、效果良好，國內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　圖3.3 勵磁控制示意圖</p><p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　隨著大規(guī)模電力系統(tǒng)的發(fā)展以及快速勵磁系統(tǒng)的應(yīng)用,系統(tǒng)阻尼不斷降低,導致電網(wǎng)中出現(xiàn)負阻尼或弱阻尼低頻振蕩現(xiàn)象,系

103、統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運行受到威脅。目前,提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一是采用在電力系統(tǒng)勵磁調(diào)節(jié)器上附加電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS ( Power System Stabilizer)的附加勵磁控制方案。PSS在勵磁電壓調(diào)節(jié)器中引入附加信號,產(chǎn)生一個正阻尼轉(zhuǎn)矩,去克服原勵磁電壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的負阻尼轉(zhuǎn)矩作用,以此實現(xiàn)對振蕩的抑制。</p><p><b>　　4 PSS的設(shè)計</b></p&g

104、t;<p>　　電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（pss）就是為抑制低頻振蕩而研究的一種附加勵磁控制技術(shù)。它在勵磁電壓調(diào)節(jié)器中，引入領(lǐng)先于軸速度的附加信號，產(chǎn)生一個正阻尼轉(zhuǎn)矩，去克服原勵磁電壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的負阻尼轉(zhuǎn)矩作用。用于提高電力系統(tǒng)阻尼、解決低頻振蕩問題，是提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一。它抽取與此振蕩有關(guān)的信號，如發(fā)電機有功功率、轉(zhuǎn)速或頻率，加以處理，產(chǎn)生的附加信號加到勵磁調(diào)節(jié)器中，使發(fā)電機產(chǎn)生阻尼低頻振蕩的附加力矩。<

105、/p><p>　　電力系統(tǒng)的穩(wěn)定一般用發(fā)電機之間的相對功角來判斷，功角和汽輪機的轉(zhuǎn)速有關(guān)系，然而速度的變化又會引起加速功率的變化，所以說如果控制了加速功率就控制了功角。在自動控制系統(tǒng)中，反饋控制是一種最基本的方法，如果把這種方法用在電力系統(tǒng)中，用輔助的穩(wěn)定信號來控制電力系統(tǒng)的加速功率，那么就可以控制速度，這樣就對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定行有了很大的改善。</p><p>　　4.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設(shè)計

106、原理</p><p>　　由于使用的信號不同和元件的不同，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）可以有各種不同的電路。但是根據(jù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的功能在一個系統(tǒng)可能發(fā)生的振蕩頻率范圍內(nèi)提供正阻尼力矩，所以說各種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器都應(yīng)該滿足下面的要求:</p><p>　?、?有良好的相頻特性，以合理、正確補償勵磁系統(tǒng)的相位滯后。</p><p>　?、?電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的投入與提出，均不影

107、響發(fā)電機正常穩(wěn)態(tài)電壓水平。</p><p>　?、?在電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的工作過程中，不要過大的引起發(fā)電機電壓的波動。</p><p>　?、?電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸出的噪音電平應(yīng)盡可能的低。包括信號檢測和隨機噪聲在內(nèi)，其電平應(yīng)不超過正常輸出范圍的10%,</p><p>　?、?有一定保護措施，以保證在各種運行狀態(tài)下(包括PSS故障)不會引起發(fā)電機過電壓和無功過負荷，也不

108、會引起發(fā)電機勵磁不足或失去勵磁。</p><p>　?、?對于在原動機功率調(diào)整速度較快的機組(例如燃汽輪機、水輪發(fā)電機)上使用的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器還應(yīng)有防止“反調(diào)”的措施。</p><p>　　4.1.1 PSS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計PSS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計</p><p>　　輔助的網(wǎng)絡(luò)信號經(jīng)過PSS處理后送到電壓調(diào)節(jié)器的相加點，電壓調(diào)節(jié)器和發(fā)電機的勵磁繞組具有相位滯后。輔助信號具有補償

109、這種滯后的相位的功能，PSS網(wǎng)絡(luò)必須有超前補償?shù)墓δ堋?lt;/p><p>　　PSS網(wǎng)絡(luò)具有一個復(fù)位相，用來消除時滯T0以后的補償效應(yīng)。因此，PSS網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)可表示如下：</p><p><b>　　又因為</b></p><p>　　下圖是以速度作為輔助穩(wěn)定信號的網(wǎng)絡(luò)圖：</p><p>　　圖4.1 PSS網(wǎng)絡(luò)圖&

110、lt;/p><p>　　以為例子寫出PSS的狀態(tài)方程如下：</p><p>　　其中、是PSS的狀態(tài)變量。、：超前網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)，。是復(fù)位時間常數(shù)，：放大倍數(shù)。</p><p>　　計算PSS實際上就是要求出、、以及。求解這些參數(shù)可以運用根軌跡法和頻率相應(yīng)法。</p><p>　　在系統(tǒng)的階數(shù)比較高的情況下，很難運用系統(tǒng)的解析式求出系統(tǒng)的開環(huán)傳遞