【正文】 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。 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)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(1040Hz)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。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:①高響應(yīng)勵(lì)磁系統(tǒng)。②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)[16]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。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分類電力系統(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DL7552001《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)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)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） 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。 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”?？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故障大多數(shù)是短路故障，而且