【正文】 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。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。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。 i 目錄 摘要 ........................................................ I ABSTRACT ................................................. II 1 緒論 ...................................................... 1 課題的意義 .............................................. 1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定 ............................................ 3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分類 ................................ 3 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定的措施 .............................. 4 勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影響 ........................ 5 MATLAB 的簡介 ............................................ 6 本論文的主要工作 ........................................ 6 2 同步發(fā)動(dòng)機(jī)方程 ............................................ 8 同步發(fā)動(dòng)機(jī)的電壓方程 .................................... 8 同步發(fā)電機(jī)的磁鏈方程 .................................... 9 同步發(fā)電機(jī)的電磁功率方程 ................................ 13 隱級(jí)式發(fā)電機(jī)的電磁功率方程 ......................... 13 凸極式發(fā)電機(jī)的電磁功率方程 ......................... 15 同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 ................................ 16 同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 ........................... 16 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的研究意義 ....................... 17 本章小結(jié) ............................................... 18 ii 3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器基本介紹 ................................... 19 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器簡介 ..................................... 19 電力系統(tǒng)弱阻尼產(chǎn)生原因 .................................. 20 低頻振蕩簡介 ........................................... 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) ................................................ 22 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)原理 ................................ 22 PSS 網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) ..................................... 22 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) ............... 23 本章小結(jié) ............................................... 25 5 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 MATLAB 仿真分析 ............................. 26 簡單電力系統(tǒng)的建立 ..................................... 26 模型運(yùn)行仿真分析 ....................................... 29 PSS 作用分析 ............................................ 32 本章小結(jié) ............................................... 32 6 主要結(jié)論和展望 ........................................... 33 主要結(jié)論 ............................................... 33 展望未來 ............................................... 33 致謝 ....................................................... 34 參考文獻(xiàn) ................................................... 35 附錄 ....................................................... 36 iii 附錄 A 外文文獻(xiàn)原文 ........................................ 36 附錄 B 外文文獻(xiàn)翻譯 ........................................ 38 附錄 C 主要源程序 .......................................... 41 I 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。 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。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。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。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。 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。在我國 2020 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。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。 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。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) 2 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。 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。 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。 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。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。② 配置 PSS。 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。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。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制，模糊控制。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。電力系統(tǒng)幾乎時(shí)時(shí)刻刻都受到小的干擾。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。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。 當(dāng)前，電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行趨勢產(chǎn)生了新的類型的穩(wěn)定性問題。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)。 提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性 qM dEUP X? 提高功率極限就要盡可能的提高 qE 和 U ，減小電抗 dX 。一般來說，串聯(lián)電容補(bǔ)償度 cK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。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。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。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。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。 5 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。 圖 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。且由于變壓器容量的變更比交流勵(lì)磁機(jī)的變更更簡單、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。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。 MATLAB 的簡介 MATLAB 簡介： MATLAB 一詞是由 Matrix 和 Laboratory 復(fù)合生成的，原意是矩陣實(shí)驗(yàn)室。加拿大魁北克電力公司的專家們首先作了此項(xiàng)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。 MATLAB 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。 （ 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。 推導(dǎo)了簡單系統(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。 8 2 同步 發(fā)動(dòng)機(jī) 方程 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 ripu ?? ? ，可將定子、轉(zhuǎn)子量分開，改寫為 ???????????????????? ????????? fD Qab cfD Qab cfD Qab cfD Qab c i irrppuu （ 21） 式中， ? ? ? ?TQDffDQTcbaabc ffffffff , ?? ， f 可為 iu ,? ； ? ?cbaabc rrrdiagr ,? ； ? ?QDffDQ rrrdiagr ,? 。由矩陣乘積的微分性質(zhì)，有 9 ? ? ? ? ? ?010 dqdqabcabcabc DpDppDDpDp ????????? ? （ 24） 由于 ? ? ?????????????????????