【正文】 ............................... 21 汽輪機及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)超前補償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計 ........................ 22 本章小結(jié) ..................................................................................................... 24 5 PSS 的 MATLAB仿真分析 ............................................................ 25 MATLAB 的概述 ........................................................................................... 25 幾個參數(shù)的確定 ....................................................................................... 25 PSS 網(wǎng)絡(luò)的計算 ............................................................................ 25 汽輪機及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的超前補償網(wǎng)絡(luò)的計算 .................... 26 求矩陣 A 的特征值 ........................................................................ 27 在含有 PSS 的情況下系統(tǒng)的狀態(tài) ...................................................... 28 主要結(jié)論 ..................................................................................................... 30 致謝 ................................................................................................... 31 參考文獻 ............................................................................................ 32 附錄 A 外文文獻原文 ....................................................................... 33 附錄 B 外文文獻譯文 ....................................................................... 36 VIII 附錄 C 附加圖表 ............................................................................... 38 附錄 D 主要源程序 ........................................................................... 39 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1 1 緒論 研究背景及國內(nèi)外相關(guān)現(xiàn)狀 研究背景 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。 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。如 20xx 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 20xx 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。 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。 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。 國內(nèi)外研究狀況 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(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， 己成為勵磁裝置電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 PSS 的設(shè)計與仿真 2 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。 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 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 。 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)電機的出力將限制在 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。 日本為了增加系統(tǒng)阻尼， 80 年代大部分主力機組均己安裝 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，即在小千擾時響應(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。 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，這促使實行早己提出配置 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。 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 PSS。 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)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，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(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 [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江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 3 力系統(tǒng)的非線性特性，設(shè)計出來的穩(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。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定 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。 20xx 年，我國電網(wǎng)運行與控制標準化技術(shù)委員會制定的 DL75520xx《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 。 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。 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)的本身的本身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： （ 1）起始階段：指故障后約 1S 內(nèi)的時間段。在這段時間里系統(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。 （ 2）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。 （ 3）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。 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電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 PSS 的設(shè)計與仿真 4 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