設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器pss的設(shè)計(jì)與仿真分析

1、教學(xué)單位 寶雞文理學(xué)院 學(xué)生學(xué)號(hào) 201095014076 編 號(hào) dq2014dq076 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的參 數(shù)計(jì)算和仿真分析 學(xué)生姓名 王澤旸 專業(yè)名稱 電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 黨常亮 2014 年 5 月 10 日 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的參數(shù)計(jì)算和仿真分析摘要：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(jí)進(jìn)一步提高，裝機(jī)容量和用電負(fù)荷不斷增大，同時(shí)，風(fēng)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(yùn)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(lì)磁裝置的廣泛使用，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，

2、各國對(duì)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(diǎn)，低頻振蕩是影響電網(wǎng)穩(wěn)定性的重要因素，對(duì)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(lì)磁控制技術(shù)。它在勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中，引入領(lǐng)先于軸速度的附加信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)正阻尼轉(zhuǎn)矩，去克服原勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的負(fù)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一。本文先從理論出發(fā)，詳細(xì)分析了同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和磁鏈方程并推導(dǎo)了簡(jiǎn)單系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)的電磁功率方程以及同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)

3、方程。并在此基礎(chǔ)上建立單機(jī)無窮大系統(tǒng)的matlab模型，并將它作為研究對(duì)象，具體分析pss對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用，然后又分析了系統(tǒng)帶pss和不帶pss時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，最后對(duì)兩種情況進(jìn)行了比較，分析了pss的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，同時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)的未來提出了更高的挑戰(zhàn)。本文還介紹了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)原理和對(duì)電力系統(tǒng)造成的影響、使用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的好處。由于電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生頻率的振蕩，對(duì)我們的生產(chǎn)生活帶來了很多的危害，給我國的國民經(jīng)濟(jì)造成了巨大的損失。如果在電力系統(tǒng)中加入pss后會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高給予了很大的幫助。關(guān)鍵詞：低頻振蕩；負(fù)阻尼；電力系統(tǒng)穩(wěn)定器iiicalculation and sim

4、ulation analysis of parameters of power system stabilizerabstract：with the rapid development of chinas power industry, the size of the power system is increasing day by day, to further improve the voltage level, increasing installed capacity and electricity load, wind, solar and other new energy pow

5、er generation share of power generation the proportion of the increase of electricity the stable operation of the system becomes more and more prominent. with the interconnection of large power grids, doubled the capacity of the power system, as well as the widespread use of fast excitation device,

6、the problems of a large grid has been showing, britain and other countries have been large-scale blackouts, more and more countries the problems of large power grids concern the stability of large power grids has been the focus of the experts, low-frequency oscillation is an important factor affecti

7、ng grid stability, low frequency oscillation suppression will have a more mature approach as early as the 1970s, the most typical is power system stabilizer (pss).power system stabilizer (pss) is to suppress a low frequency oscillation of additional excitation control. it is the excitation voltage r

8、egulator, the introduction of axial velocity ahead of additional signals to produce a positive damping torque to overcome the primary excitation voltage regulator produced negative damping torque effect. improving power system damping, lowing frequency oscillation problem solving is to improve power

9、 system dynamic stability of the important measures.the 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 and synchronous generator

10、 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 stability of the system, and then analyzed the system with pss and without pss operation of the system, and fina

11、lly of the two cases were compared and analyzed the advantages and disadvantages of pss, while the future of the power system of a higher challenge.this paper describes the power system stabilizers design principles and the impact on the power system, the use of the benefits of power system stabiliz

12、er. 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.keywords ：low frequency oscillation；negative damping；power system stabilizer 目 錄1 緒論（1） 1.1 課題的意義（1） 1.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定（4） 1.2.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分

13、類（4） 1.2.2 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定的措施（5） 1.2.3 勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影響（7） 1.3 matlab的簡(jiǎn)介（8） 1.4 本論文的主要工作（10）2 同步發(fā)動(dòng)機(jī)方程（10） 2.1 同步發(fā)動(dòng)機(jī)的電壓方程（10）2.2 同步發(fā)電機(jī)的電磁功率方程（12） 2.2.1 隱級(jí)式發(fā)電機(jī)的電磁功率方程（12） 2.2.2 凸極式發(fā)電機(jī)的電磁功率方程（17）2.3 本章小結(jié)（19）3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器基本介紹（19）3.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器簡(jiǎn)介（19）3.2 電力系統(tǒng)弱阻尼產(chǎn)生原因（20）3.3 低頻振蕩簡(jiǎn)介（20）3.4 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器抑制低頻振蕩原理（21）3.5 本章小結(jié)（22）4 p

14、ss的設(shè)計(jì)（22） 4.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)原理（23） 4.1.1 pss網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)（23） 4.1.2 汽輪機(jī)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)超前補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)（24）4.2 本章小結(jié)（26）5 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器matlab仿真分析（26）5.1 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的建立（26）5.2 模型運(yùn)行仿真分析（29）5.3 pss作用分析（32）5.4 本章小結(jié)（32）6 主要結(jié)論和展望（32）6.1 主要結(jié)論（32）6.2 展望未來（33）參考文獻(xiàn)（34） 致謝（35）附錄a（36）附錄b（38）1 緒論1.1 課題的意義 隨著大規(guī)模電力系統(tǒng)的發(fā)展以及快速勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用,系統(tǒng)阻尼不斷降低,導(dǎo)致電網(wǎng)中出現(xiàn)負(fù)阻尼或弱阻尼

15、低頻振蕩現(xiàn)象,系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行受到威脅。目前,提高電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一是采用在電力系統(tǒng)勵(lì)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(lì)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(lì)磁控制技術(shù)。它在勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中，引入領(lǐng)先于軸速度的附加信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)正阻尼轉(zhuǎn)矩，去克服原勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的負(fù)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(dòng)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(hào)，如發(fā)電機(jī)有功功率、轉(zhuǎn)速或頻率，加以處理，產(chǎn)生的附加信號(hào)加到勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生阻尼低頻振

16、蕩的附加力矩。研究背景隨著改革開放及經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，近三十年來我國的電力系統(tǒng)的規(guī)模和容量有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。我國是一個(gè)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(cuò)綜復(fù)雜的特點(diǎn)。電力系統(tǒng)在發(fā)展龐大的同時(shí)對(duì)穩(wěn)定性提出了更高的要求。改善和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性對(duì)國民經(jīng)濟(jì)有著十分重要的意義，電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定時(shí)，發(fā)電機(jī)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(huì)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。如2003的美加大停電，造成了美國東北的8個(gè)洲和加拿大的部分城市停電，整個(gè)城市都處于癱瘓狀態(tài)，給人民的生活帶來

17、了很大的影響，同時(shí)對(duì)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(shí)間的停電造成了巨大損失。1999年9月21日，我國臺(tái)灣集集大地震對(duì)于電力系統(tǒng)造成了非常大的破壞。這次震害的一個(gè)主要特點(diǎn)是高壓輸電塔的破壞，這在以前的地震記錄中是非常少見的。由于一個(gè)開關(guān)站、多個(gè)變電站以及345kv輸電線路的破壞，使得臺(tái)灣的南電北送受阻，造成臺(tái)灣彰化以北地區(qū)完全斷電，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)損失難以估計(jì)。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(xiàng)工作必須要落實(shí)到系統(tǒng)的各個(gè)部位。發(fā)

18、電機(jī)的勵(lì)磁控制因?yàn)榫哂屑瓤晒?jié)約投資，又能在正常運(yùn)行是減少電壓和頻率的波動(dòng)，改善動(dòng)態(tài)品質(zhì)和提高系統(tǒng)的抗干擾能力等特點(diǎn)。新型的勵(lì)磁控制器能在小干擾的情況下改善穩(wěn)定性，而且同時(shí)適用于大干擾的情況下，可靠性高的勵(lì)磁系統(tǒng)是保證發(fā)電機(jī)安全發(fā)電，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性所必須的，對(duì)保證國民生產(chǎn)的安全進(jìn)行、保證人民生活的安全和有序，具有重大的意義。我國電網(wǎng)建設(shè)落后于電源建設(shè)，現(xiàn)代化大機(jī)組的高放大倍數(shù)快速勵(lì)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(shí)施,低頻振蕩問題會(huì)逐步提上議事日程。電力市場(chǎng)的發(fā)展更增加了運(yùn)行條件的不可預(yù)知性。為了保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，有效地抑制低頻振蕩，研制開發(fā)實(shí)用

19、的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置成為當(dāng)務(wù)之急國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀電力系統(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(lì)磁系統(tǒng)的負(fù)阻尼作用引起的，還有的是由于遠(yuǎn)距離輸電線路中的串聯(lián)補(bǔ)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(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中增加e。負(fù)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(jī)都提供pss，己成為勵(lì)磁裝置的一個(gè)必備的部分，廣泛用于各系統(tǒng)中。近年來又研制了微機(jī)pss，用在來克丁頓抽水蓄能電站的6臺(tái)325mva機(jī)組上。原蘇聯(lián)實(shí)際上

20、在50年代就開始采用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，不過那時(shí)沒有pss的名稱，當(dāng)時(shí)采用的附加反饋為發(fā)電機(jī)定子電流及其微分，成為強(qiáng)力式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。那時(shí)只是與快速勵(lì)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。加拿大用改進(jìn)勵(lì)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(lì)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定。pss己成為加拿大電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)必需的一個(gè)組成部分，如果pss退出，某些發(fā)電機(jī)的出力將限制在50%左右。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(jī)容量已從300mw增大到火電機(jī)組1000mva，原子能機(jī)組1700mva;

21、輸電線路阻抗增加大約30%。為了解決系統(tǒng)電壓波動(dòng)，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(jī)組上都配置了pss，之后電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定。日本為了增加系統(tǒng)阻尼，80年代大部分主力機(jī)組均已安裝pss，對(duì)于快速勵(lì)磁的中小型機(jī)組，部分采用雙通道調(diào)節(jié)器，即在小干擾時(shí)響應(yīng)速度慢，以減小負(fù)阻尼:大干擾時(shí)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(jìn)一步提高pss對(duì)多級(jí)振蕩的阻尼能力，已在美國取得專利。澳大利亞1973年在土木特電站發(fā)生了不衰減功率振蕩，當(dāng)時(shí)采取的措施是減負(fù)荷及增加發(fā)電機(jī)勵(lì)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(jī)低勵(lì)運(yùn)行，發(fā)生低頻

22、振蕩。在一段時(shí)間內(nèi)限制了發(fā)電機(jī)出力，這促使實(shí)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(shí)，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(yàn)的積累。 現(xiàn)在pss己被認(rèn)為是發(fā)電機(jī)整體不可分割的一個(gè)部分，每臺(tái)大型發(fā)電機(jī)投運(yùn)時(shí)必須有pss，并需進(jìn)行合適的調(diào)整。他們對(duì)新機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的要求是:高響應(yīng)勵(lì)磁系統(tǒng);配置pss。我國電力系統(tǒng)采用pss較晚。國內(nèi)第一臺(tái)pss于1980年在八盤峽電廠投入運(yùn)行。此后在湖南鳳灘電廠4臺(tái)l00mw 機(jī)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

23、廠350mw機(jī)組高功率因數(shù)運(yùn)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(jī)組配置了pss后，解決了當(dāng)時(shí)的低頻振蕩問題。在這之后，pss在我國的電力系統(tǒng)中越來越多的采用。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(jì)，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(gè)額定運(yùn)行點(diǎn)的考慮，而不計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行的魯棒特性，因此，對(duì)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(yùn)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(diǎn)。許多專家和學(xué)者在pss的魯棒性方面做了大量的研究，并取得了一些令人滿意方法。文獻(xiàn)1

24、6指出基于單機(jī)無窮大系統(tǒng)模型的經(jīng)典相位補(bǔ)償法具有較好的魯棒性。文獻(xiàn)17. 18通過詳細(xì)的仿真分析和理論分析說明發(fā)電機(jī)電磁功率和勵(lì)磁參考電壓之間的傳遞函數(shù)具有較好的不變性。文獻(xiàn)19引入概率的概念來考慮多個(gè)運(yùn)行條件下pss的動(dòng)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(jì)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(jì)出來的穩(wěn)定器具有較好的魯棒性的特點(diǎn)，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(shí)際應(yīng)用意義。1.2 電力系統(tǒng)穩(wěn)定1.2.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分類電力

25、系統(tǒng)穩(wěn)定性問題就是當(dāng)系統(tǒng)在某一正常運(yùn)行狀態(tài)下受到某種干擾后，能否經(jīng)過一定的時(shí)間后回到原來的運(yùn)行狀態(tài)或者過渡到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)問題。如果能夠，則認(rèn)為系統(tǒng)在該正常運(yùn)行狀態(tài)下是穩(wěn)定的。反之，若系統(tǒng)不能回到原來的運(yùn)行狀態(tài)或者不能建立一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，則說明系統(tǒng)的狀態(tài)變量沒有一個(gè)穩(wěn)定值，而是隨著時(shí)間不斷增大或者振蕩，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。2001年，我國電網(wǎng)運(yùn)行與控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)制定的dl755-2001電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定。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(dòng)恢復(fù)到初始運(yùn)行狀態(tài)的能力。電力系統(tǒng)幾乎時(shí)時(shí)

26、刻刻都受到小的干擾。例如：系統(tǒng)中負(fù)荷的小量變化；又如架空輸電線因風(fēng)吹擺動(dòng)引起的線間距離（影響線路電抗）的微小變化等等。暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在某個(gè)運(yùn)行情況下突然受到大的干擾后，能否經(jīng)過暫態(tài)過程達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)或者恢復(fù)到原來的狀態(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(jī)等。所以說如果一個(gè)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(yùn)行狀態(tài)，我們就說這個(gè)系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的。相反，如果一個(gè)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(yùn)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(gè)運(yùn)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(gè)系統(tǒng)

27、的暫態(tài)穩(wěn)定情況和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及干擾的情況有關(guān)系，也就是說，一個(gè)系統(tǒng)在某個(gè)運(yùn)行情況下和干擾情況下是穩(wěn)定的，但是換了一個(gè)運(yùn)行情況或者干擾情況，系統(tǒng)有可能就是不穩(wěn)定的。電力系統(tǒng)受到大的干擾，經(jīng)過一段時(shí)間后，會(huì)逐步趨向穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)或者趨于失步狀態(tài)。這種時(shí)間的長短和系統(tǒng)本身的的運(yùn)行狀況和擾動(dòng)的大小有關(guān)系。在分析大擾動(dòng)后的暫態(tài)過程有下列的三種不同的時(shí)間階段分類：（1） 起始階段：指故障后約1s內(nèi)的時(shí)間段。在這段時(shí)間里系統(tǒng)的保護(hù)和自動(dòng)裝置有一系列的動(dòng)作，例如切除線路的故障和重合閘、切除發(fā)電機(jī)等等。（2） 中間階段：在起始階段后，大約持續(xù)5s左右的時(shí)間段。在此期間發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)揮了作用。（3）

28、后期階段：中間階段以后的時(shí)間。這時(shí)候動(dòng)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(dòng)裝置切除部分負(fù)荷等操作。當(dāng)前，電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行趨勢(shì)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(shí)期，對(duì)電力的需求程度空前強(qiáng)烈。諸如現(xiàn)在流行的高壓直流輸電；更廣泛的運(yùn)用并聯(lián)電容器；負(fù)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(diǎn)各國建設(shè)了多條試驗(yàn)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(gè)，第一個(gè)為舟山實(shí)驗(yàn)性直流輸電工程，葛洲壩-上海為第一個(gè)高壓直流輸電工程。這些工程給我們的生活帶來了很多的方

29、便，同時(shí)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。1.2.2 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定的措施提高電力系統(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(jī)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的振蕩幅度。提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性提高功率極限就要盡可能的提高和，減小電抗。采用自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，發(fā)電機(jī)裝設(shè)先進(jìn)的調(diào)節(jié)器，就相當(dāng)于縮短了發(fā)電機(jī)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?yàn)樽詣?dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置在總投資中所占的比例相對(duì)較小，在提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性時(shí)會(huì)優(yōu)先考慮自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置。采用串聯(lián)電容補(bǔ)償同樣也

30、可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般來說，串聯(lián)電容補(bǔ)償度越大，線路等值電抗越小，對(duì)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(dāng)補(bǔ)償度過大時(shí)，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(shí)，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(shí)，短路電流就會(huì)大于發(fā)電機(jī)端短路時(shí)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(shí)電流、電壓相位關(guān)系的紊亂將引起某些保護(hù)裝置的誤動(dòng)作。此外，補(bǔ)償度過大還可能引起其他的問題，例如自勵(lì)磁現(xiàn)象。若發(fā)電機(jī)外部電抗呈容性，電樞反應(yīng)可能起助磁作用，使發(fā)電機(jī)的電流和電壓無法控制地上升，直至發(fā)電機(jī)磁路飽和為

31、止。同時(shí)，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(duì)提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定有幫助，相當(dāng)于縮短了“電氣距離”。下面我們來介紹一下怎么樣來提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性?？焖偾谐收蠈?duì)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?yàn)楣收峡焖偾谐s短了故障的持續(xù)時(shí)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(jī)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。而且也可以使負(fù)荷中電機(jī)的端電壓快速回升，減小了電動(dòng)機(jī)失速和停頓的危險(xiǎn)。電力系統(tǒng)的故障切除時(shí)間等于繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間加上斷路器的動(dòng)作時(shí)間。電力系統(tǒng)的故障特別是高壓輸電線路的

32、故障大多數(shù)是短路故障，而且都是暫時(shí)性的短路故障。采用自動(dòng)重合閘裝置，當(dāng)遇到故障時(shí)先切除線路，過一會(huì)兒再合上斷路器，如果這時(shí)候故障已經(jīng)消失了，則說明自動(dòng)重合閘成功。在我們實(shí)際的生活中，自動(dòng)重合閘成功的概率達(dá)到了90%，所以自動(dòng)重合閘大大提高了輸電線路的可靠性，同時(shí)對(duì)提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性也有著相當(dāng)大的作用。提高發(fā)電機(jī)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(jī)輸出的電磁功率先介紹一下電氣制動(dòng)。電氣制動(dòng)就是當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障后迅速地投入電阻以消耗發(fā)電機(jī)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(shí)，也切除了電阻。運(yùn)用電氣制動(dòng)提高暫態(tài)穩(wěn)定性時(shí)，制動(dòng)電阻的大小及投切時(shí)間要選

33、擇得恰當(dāng)。否則，會(huì)發(fā)生欠制動(dòng)，即制動(dòng)作用過小，發(fā)電機(jī)仍要失步；或者發(fā)生過制動(dòng)，即制動(dòng)過大，發(fā)電機(jī)雖在第一次振蕩中沒有失步，卻在切除故障和切除制動(dòng)電阻后的第二次振蕩中或以后失步了。圖1.1有電氣制動(dòng)的曲線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(bǔ)償裝置中附加強(qiáng)行補(bǔ)償，在切除故障線路的同時(shí)來增大串聯(lián)補(bǔ)償電容的容抗，以補(bǔ)償由于切除故障線路而增加的線路電抗。1.2.3 勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影響 它勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)主要的優(yōu)點(diǎn)是在發(fā)電站出口附近發(fā)生短路故障時(shí)，強(qiáng)勵(lì)能力強(qiáng)，有利于提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平，在故障切除時(shí)間比較長、系統(tǒng)容量相對(duì)小的50、60年代這一優(yōu)點(diǎn)是很突

34、出的。但是，隨著電力系統(tǒng)裝機(jī)容量的增大，快速保護(hù)的應(yīng)用，故障切除時(shí)間的縮短，它勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)已不是很明顯。自并勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，元部件少，其勵(lì)磁電源來自機(jī)端變壓器，無旋轉(zhuǎn)部件，運(yùn)行可靠性高，維護(hù)工作量小。且由于變壓器容量的變更比交流勵(lì)磁機(jī)的變更更簡(jiǎn)單、容易，因而更經(jīng)濟(jì)，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(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)的不同要求。它勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)的缺點(diǎn)是由于交流勵(lì)磁機(jī)是非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，難以標(biāo)準(zhǔn)化，即使是同容量的發(fā)電機(jī),尤其是水輪發(fā)電機(jī)，由于水頭、轉(zhuǎn)速的不同，強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)的不同，交流勵(lì)磁機(jī)的容量、尺寸也不同，因此，價(jià)格較自并勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)貴。另外它勵(lì)可控硅勵(lì)磁系

35、統(tǒng)與自并勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)相比較，元部件多，又有旋轉(zhuǎn)部件，可靠性相對(duì)較低，運(yùn)行維護(hù)量大。自并勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)的缺點(diǎn)是它的勵(lì)磁電源來自發(fā)電機(jī)端，受發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓變化的影響。當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓下降時(shí)其強(qiáng)勵(lì)能力下降，對(duì)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(hù)的應(yīng)用，故障切除時(shí)間的縮短，且自并勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)可以通過變壓器靈活地選擇強(qiáng)勵(lì)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。綜合考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面因素，推薦在發(fā)電機(jī)組采用自并勵(lì)快速勵(lì)磁方式。為驗(yàn)證其正確性，通過穩(wěn)定計(jì)算研究了滿發(fā)時(shí)發(fā)電機(jī)組采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式的穩(wěn)定情況，計(jì)算結(jié)果表明，發(fā)電機(jī)組采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式可滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，但必須同

36、時(shí)加裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(pss)。1.3 matlab的簡(jiǎn)介 matlab簡(jiǎn)介：matlab一詞是由matrix和laboratory復(fù)合生成的，原意是矩陣實(shí)驗(yàn)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(qiáng)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(duì)高維數(shù)的控制問題，渴求一種比當(dāng)時(shí)流行的高級(jí)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(gè)相對(duì)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(qiáng)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(xiàng)工作

37、，在matlab環(huán)境下，開發(fā)了matlab simulinktoolboxpower 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。matlab語言以矩陣為基本的數(shù)據(jù)單位，它提供了強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算功能，幾乎所有常用的矩陣運(yùn)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(yùn)算符，可以編寫出符合結(jié)構(gòu)化標(biāo)準(zhǔn)的具有面向?qū)ο筇卣鞯某绦?。matlab 的工作環(huán)境包括命令控制窗口、程序編輯器等，用戶既可以通過命令控制窗口直接執(zhí)行命令，也可通過建立matlab 腳本文件或函數(shù)文件執(zhí)行程序中的命令。 m

38、atlab 系統(tǒng)主要包括以下五個(gè)部分：（1） matlab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?jí)語言，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(jiǎn)單運(yùn)算，也可以為了復(fù)雜應(yīng)用，編寫完整的大應(yīng)用程序。（2） 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。 （3） 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(jí)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

39、戶界面(gui)命令。（4） matlab數(shù)學(xué)函數(shù)庫 該庫收集了巨量的數(shù)學(xué)函數(shù)及算法，從簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)函數(shù)如sum、sine、cosine和復(fù)數(shù)運(yùn)算，到復(fù)雜的函數(shù)如矩陣求逆、求特征值、bessel函數(shù)、fft。（5） matlab應(yīng)用程序接口(api) 它是一個(gè)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(jì)算引擎和讀寫mat文件?？傮w來說，matlab是一種數(shù)值型計(jì)算軟件，它集科學(xué)計(jì)算、自動(dòng)控制、信號(hào)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(jì)靈活、圖形功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。1.4 本論文的主要工作本文以電力系統(tǒng)穩(wěn)定器以

40、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定為研究?jī)?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。（1） 在查閱了大量參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和磁鏈方程。 推導(dǎo)了簡(jiǎn)單系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)的電磁功率方程以及同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程。（2） 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(jī)無窮大系統(tǒng)模型,實(shí)現(xiàn)了利用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器來提高單機(jī)無窮大電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（3） 分析了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的作用。2 同步發(fā)動(dòng)機(jī)方程2.1 同步發(fā)動(dòng)機(jī)的電壓方程對(duì)于abc坐標(biāo)下的電壓方程，可將定子、轉(zhuǎn)子量分開，改寫為 （2-1）式中，可為； ； 。對(duì)式（2-1）兩邊左乘矩陣 （2-2）其中，為派克變

41、換矩陣，為單位陣，為零矩陣，則式（2-1）可化為即 （2-3）式中； ，其中可為。式（2-3）中前面的負(fù)號(hào)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(jī)慣例的。下面討論式（2-3）中這一項(xiàng)，將之化為坐標(biāo)下變量表示。由矩陣乘積的微分性質(zhì)，有 （2-4）由于 （2-5）將式（2-5）代入式（2-4）得 （2-6） 將式（2-6）代入式（2-3），得坐標(biāo)下有名值電壓方程為 （2-7） 式中，。下面對(duì)式（2-7）作簡(jiǎn)要的說明。（1）式（2-7）右邊第一項(xiàng)通常稱為變壓器電動(dòng)勢(shì)，是電磁感應(yīng)效應(yīng)引起的繞組電壓。（2）式（2-7）右邊第二項(xiàng)稱為速度電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止（=0）時(shí)，此項(xiàng)為零。這一項(xiàng)

42、在坐標(biāo)下沒有，是因?yàn)樵谧鴺?biāo)下觀察繞組，二者間是相對(duì)靜止的。而當(dāng)在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上去觀察靜止的繞組時(shí)，二者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起了這一項(xiàng)。物理上速度電動(dòng)勢(shì)項(xiàng)反映了由于轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，使定子繞組切割磁力線而引起的電動(dòng)勢(shì)，它在定子、轉(zhuǎn)子間能量交換中起主要作用。（3）式（2-7）右邊第三項(xiàng)是歐姆電壓項(xiàng)，反映了相應(yīng)繞組的電阻壓降。2.2 同步發(fā)電機(jī)的電磁功率方程2.2.1 隱級(jí)式發(fā)電機(jī)的電磁功率方程隱級(jí)式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是對(duì)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(jì)及這個(gè)特點(diǎn)，并略去定子繞組的電阻，由方程式作出隱級(jí)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的向量圖（圖2-1），可導(dǎo)出以不同電動(dòng)勢(shì)、電抗表示的隱級(jí)發(fā)電機(jī)的電磁功率方程。

43、圖2.1 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行矢量圖（）（1） 以空載電動(dòng)勢(shì)和同步電抗表示發(fā)電機(jī)時(shí) （2-25）發(fā)電機(jī)輸出的有功功率表示為： （2-26）將式（2-25）代入式（2-26）中，可得 （2-27）式中，發(fā)電機(jī)有功功率的功角特性曲線為一正弦曲線，其最大值為，也稱為功率極限。該功角特性曲線多用于電力系統(tǒng)正常運(yùn)行及故障后穩(wěn)態(tài)運(yùn)行穩(wěn)定性的分析和計(jì)算。 （2） 以交軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)和直軸暫態(tài)電抗表示發(fā)電機(jī) 圖2.2 暫態(tài)空間矢量圖 在分析暫態(tài)穩(wěn)定或近似地分析某些有自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的靜態(tài)穩(wěn)定時(shí)，往往以交軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)和直軸暫態(tài)電抗表示發(fā)電機(jī)，這種情況下 （2-28）將上式代入式（2-26）中，可得 （2-29）隱級(jí)式發(fā)電機(jī)的

44、轉(zhuǎn)子是對(duì)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(jì)及這個(gè)特點(diǎn)，并略去定子繞組的電阻，由方程式作出隱級(jí)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的向量圖（圖2-1），可導(dǎo)出以不同電動(dòng)勢(shì)、電抗表示的隱級(jí)發(fā)電機(jī)的電磁功率方程。 圖2.1 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行矢量圖（）（3） 以空載電動(dòng)勢(shì)和同步電抗表示發(fā)電機(jī)時(shí) （2-25）發(fā)電機(jī)輸出的有功功率表示為： （2-26）將式（2-25）代入式（2-26）中，可得 （2-27）式中，發(fā)電機(jī)有功功率的功角特性曲線為一正弦曲線，其最大值為，稱為功率極限。該功角特性曲線多用于電力系統(tǒng)正常運(yùn)行及故障后穩(wěn)態(tài)運(yùn)行穩(wěn)定性的分析和計(jì)算。 （4） 以交軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)和直軸暫態(tài)電抗表示發(fā)電機(jī) 圖2.2

45、暫態(tài)空間矢量圖 在分析暫態(tài)穩(wěn)定或近似地分析某些有自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的靜態(tài)穩(wěn)定時(shí)，往往以交軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)和直軸暫態(tài)電抗表示發(fā)電機(jī)，這種情況下 （2-28）將上式代入式（2-26）中，可得 （2-29）暫態(tài)磁阻功率的出現(xiàn)帶來了功角特性計(jì)算的復(fù)雜化，很多情況下采取如下簡(jiǎn)化：以直軸暫態(tài)電抗后的電動(dòng)勢(shì)代替直軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)；以向量與的夾角代替，則。暫態(tài)磁阻功率的出現(xiàn)帶來了功角特性計(jì)算的復(fù)雜化，很多情況下采取如下簡(jiǎn)化：以直軸暫態(tài)電抗后的電動(dòng)勢(shì)代替直軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)；以向量與的夾角代替，則。2.2.2 凸極式發(fā)電機(jī)的電磁功率方程 2-3所示為一凸極發(fā)電機(jī)的相量圖，由此圖可導(dǎo)出以不同電動(dòng)勢(shì)和電抗表示凸極發(fā)電機(jī)時(shí)的電磁功率

46、方程。 圖2.3 凸極發(fā)電機(jī)的相量圖 （1） 以空載電動(dòng)勢(shì)和同步電抗表示發(fā)電機(jī)：由圖（2-3）可見 （2-30）代入式（2-30）得 （2-31） （2）以暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)和暫態(tài)電抗表示發(fā)電機(jī)：由圖（2-3） 得 （2-32） 將式代入式（2-27），可得 （2-33） 2.3 本章小結(jié)本章主要介紹了同步發(fā)電機(jī)電壓方程、磁鏈方程、電磁功率方程、轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的相關(guān)推導(dǎo)及其基本表達(dá)式。同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)最主要的電源，對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性起主導(dǎo)作用。因此電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究主要是研究同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。而同步發(fā)電機(jī)的電壓、轉(zhuǎn)子頻率以及電磁功率的變化是研究系統(tǒng)小擾動(dòng)穩(wěn)定性的重要環(huán)節(jié)，是建立動(dòng)態(tài)狀態(tài)變量的基

47、礎(chǔ)。掌握這些方程，對(duì)于后續(xù)建立同步發(fā)電機(jī)模型具有重要的意義。 3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器基本介紹3.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器簡(jiǎn)介 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(lì)磁控制技術(shù)。它在勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中，引入領(lǐng)先于軸速度的附加信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)正阻尼轉(zhuǎn)矩，去克服原勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的負(fù)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(dòng)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(hào)，如發(fā)電機(jī)有功功率、轉(zhuǎn)速或頻率，加以處理，產(chǎn)生的附加信號(hào)加到勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生阻尼低頻振蕩的附加力矩。 圖3.1 pss結(jié)構(gòu)示意圖由圖3.1可知，pss實(shí)質(zhì)上是關(guān)于p、n或f的反饋環(huán)節(jié)，

48、使發(fā)電機(jī)勵(lì)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(shí)pss的輸出為零，而過渡過程中，該環(huán)節(jié)使動(dòng)態(tài)信號(hào)順利通過，從而使pss只在動(dòng)態(tài)中起作用。超前滯后環(huán)節(jié)可補(bǔ)償勵(lì)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t有足夠的幅值。限幅環(huán)節(jié)可確保大干擾時(shí)pss的輸出不會(huì)造成電機(jī)端電壓的變化超標(biāo)。 圖3.2 pss信號(hào)作用向量圖3.2 電力系統(tǒng)弱阻尼產(chǎn)生原因目前，大型發(fā)電機(jī)普遍采用集成電路和可控硅組成的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，從而使自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器avr的時(shí)間常數(shù)縮短、增益大大提高， 加上品閘管直接勵(lì)磁快速勵(lì)磁系統(tǒng)的廣泛采用，使得電力系統(tǒng)的阻尼降低

49、這是造成低頻振蕩的直接原因。3.3 低頻振蕩簡(jiǎn)介發(fā)電機(jī)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0.12.5hz，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(jī)并列運(yùn)行時(shí)，在擾動(dòng)下發(fā)生發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間的相對(duì)搖擺，并在缺乏阻尼時(shí)持續(xù)振蕩導(dǎo)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，同步發(fā)電機(jī)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(kuò)大，高放大倍數(shù)快速勵(lì)磁技術(shù)的廣泛采用，以及受經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保等因素影響下電網(wǎng)的運(yùn)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

50、蕩兩種。一般來說，涉及機(jī)組越多、區(qū)域越廣，則振蕩頻率越低。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生低頻振蕩的原因可歸結(jié)為：（1） 發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整不當(dāng),特別是在遠(yuǎn)距離送電的情況下,調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)太高,當(dāng)它產(chǎn)生的負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩大于發(fā)電機(jī)固有的正阻尼轉(zhuǎn)矩,發(fā)電機(jī)就可能產(chǎn)生振蕩。其他的如調(diào)解器參數(shù)整定不當(dāng),水系統(tǒng)與機(jī)電調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)配合不當(dāng),并聯(lián)于同一母線上的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁參數(shù)設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)?都可能引起發(fā)電機(jī)的機(jī)電低頻振蕩。（2） 負(fù)荷的波動(dòng),這相當(dāng)于發(fā)電機(jī)遭遇一種波動(dòng)的輸入量。（3） 受端系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)帶輕載情況下的自發(fā)振蕩,即在某種條件下,發(fā)電機(jī)定子電流具有助磁作用,而它產(chǎn)生的負(fù)阻尼會(huì)引起振蕩。3.4 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器抑制低頻振蕩原

51、理pss ( power system stabilizer) 最早由美國學(xué)者f. p. demello和c. concodri提出的。其基本原理是在自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上,輔以轉(zhuǎn)速偏差、功率偏差pe、頻率偏差f中的一種或兩種信號(hào)作為附加控制,產(chǎn)生與同軸的附加力矩,增加對(duì)低頻振蕩的阻尼,以增強(qiáng)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。用pss的目的是通過發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制增強(qiáng)對(duì)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(lì)磁控制信號(hào)和機(jī)端電壓一起作為勵(lì)磁系統(tǒng)的輸入。pss基于系統(tǒng)在某一平衡點(diǎn)處的近似線性化模型設(shè)計(jì),針對(duì)

52、性強(qiáng),經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)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(duì)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(dòng)態(tài)品質(zhì)。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(lì)磁系統(tǒng)具有電磁慣性,則勵(lì)磁電壓在勵(lì)磁系統(tǒng)中將產(chǎn)生滯后于它的強(qiáng)迫分量,這種滯后會(huì)惡化系統(tǒng)阻尼,甚至引起振蕩。因此,在長線送電、負(fù)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(gè)分量與轉(zhuǎn)速相位相反,產(chǎn)生了負(fù)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

53、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。 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(gè)信號(hào)或2個(gè)信號(hào)作為avr的附加輸入，增加正阻尼，不降低勵(lì)磁系統(tǒng)電壓環(huán)的增益、不影響勵(lì)磁系統(tǒng)的暫態(tài)性能、電路簡(jiǎn)單、效果良好，國內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用。圖3.3 勵(lì)磁控制示意圖3.5 本章小結(jié)隨著大規(guī)模電力系統(tǒng)的發(fā)展以及快速勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用,系統(tǒng)阻尼不斷降低,導(dǎo)致電網(wǎng)中出現(xiàn)負(fù)阻尼或弱阻尼低頻振蕩現(xiàn)象,系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行受到威脅。目前,提高電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一是采用在電力系統(tǒng)勵(lì)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(lì)磁控制方案。pss在勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中引入附加信號(hào),產(chǎn)生一個(gè)正阻尼轉(zhuǎn)矩,去克服原勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩作用,以此實(shí)現(xiàn)對(duì)振蕩的抑制。4 pss的設(shè)計(jì)本章主要介紹的是電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的定義，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)原理，分析電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應(yīng)用問題，對(duì)我們下一章做一個(gè)基礎(chǔ)的鋪墊。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(lì)磁控制技術(shù)。它在勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中，引入領(lǐng)先于軸速度的附加信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)正阻尼轉(zhuǎn)矩