【正文】 .................................................... 11 同步發(fā)電機(jī)的電磁功率方程 ............................................................................... 14 隱級(jí)式發(fā)電機(jī)的電磁功率方程 ................................................................. 14 凸極式發(fā)電機(jī)的電磁功率方程 ................................................................. 17 同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 ................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 ....................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的研究意義 ............................................................. 18 3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器基本介紹 ............................................................................................. 19 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器簡(jiǎn)介 ........................................................................................... 19 電力系統(tǒng)弱阻尼產(chǎn)生原因 ................................................................................... 20 低頻振蕩簡(jiǎn)介 ....................................................................................................... 20 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器抑制低頻振蕩原理 ................................................................... 20 本章小結(jié) ............................................................................................................... 21 4 PSS 的設(shè)計(jì) .................................................................................................................... 23 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)原理 ............................................................................... 23 PSS 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) PSS 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) .............................................................. 24 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) ............................................. 25 本章小結(jié) ............................................................................................................... 26 V 5 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 MATLAB 仿真分析 ........................................................................... 27 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的建立 ........................................................................................... 27 模型運(yùn)行仿真分析 ............................................................................................... 30 PSS 作用分析 ...................................................................................................... 33 本章小結(jié) ............................................................................................................... 33 6 主要結(jié)論和展望 ............................................................................................................. 34 主要結(jié)論 ............................................................................................................... 34 展望未來(lái) ............................................................................................................... 35 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 36 致 謝 ................................................................................................................................... 38 1 1 緒論 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(wèn)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。 研究背景 隨著改革開(kāi)放及經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，近三十年來(lái)我國(guó)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(guó)是一個(gè)地域遼闊的大國(guó)，能源資源分布很不均勻，這就決定了我國(guó)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(guó)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(lái)，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 2021 的美加大停電，造成了美國(guó)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(lái)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(guó)、澳大利亞、馬來(lái)西亞、芬蘭、丹麥、瑞典和意大利等國(guó)也有類似的大停電事故發(fā)生。在我國(guó) 2021 年初的冰災(zāi)也因大范圍、長(zhǎng)時(shí)間的停電造成了巨大損失。 1999 年 9 月 21 日，我國(guó)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 2 在以前的地震記錄中是非常少見(jiàn)的。由于一個(gè)開(kāi)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(kāi)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(guó)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(guó)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(wèn)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(kāi)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(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 電力系統(tǒng)中發(fā)生過(guò)低頻振蕩。經(jīng)過(guò)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(guó)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(kāi)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(kāi)始主要在西部系統(tǒng)采用，近年來(lái) 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(lái)又研制了微機(jī) PSS，用在來(lái)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(kāi)始采用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，不過(guò)那時(shí)沒(méi)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 3 些發(fā)電機(jī)的出力將限制在 50%左右。 德國(guó)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(lái)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(guó)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(guó)電力系統(tǒng)采用 PSS 較晚。國(guó)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(yáng)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(wèn)題。在這之后， PSS 在我國(guó)的電力系統(tǒng)中越來(lái)越多的采用。 PSS 經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展己經(jīng)在國(guó)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