【正文】 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。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)。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。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。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。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。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)。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。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。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。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。電力系統(tǒng)幾乎時(shí)時(shí)刻刻都受到小的干擾。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。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制，模糊控制。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。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。②配置PSS。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。 學(xué)位論文作者（簽名）： 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，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）。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)。關(guān)鍵詞：低頻振蕩；負(fù)阻尼；電力系統(tǒng)穩(wěn)定器；設(shè)計(jì)VAbstractWith the rapid development of China39。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)。 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。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。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。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。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。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。那時(shí)只是與快速勵(lì)磁配套，用以抑制大干擾后的振蕩。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。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。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。我國電力系統(tǒng)采用PSS較晚。在這之后，PSS在我國的電力系統(tǒng)中越來越多的采用。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。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。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。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。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。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。（3） 后期階段：中間階段以后的時(shí)間。 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。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。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。但是的增大還受到了很多條件的限制。而且，短路電流還可能呈容性電流。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”。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。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。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)間要選擇得恰當(dāng)。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。另外它勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(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。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?，F(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。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筇卣鞯某绦颉? （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戶界面(GUI)命令。 本論文的主要工作本文以電力系統(tǒng)穩(wěn)定器以提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定為研究內(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。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。式（23）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。（1）式（27）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。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)。下面對(duì)式（29）中電感矩陣進(jìn)行討論。對(duì)于隱極機(jī)，從而；對(duì)于凸極機(jī)，則是隨轉(zhuǎn)子位置而變化的參數(shù)。和分別稱為同步電機(jī)軸、軸的同步電感。由式 （215） (216)以及式（210）可知 (217)式中，及定義同式（210）與式（216）。 （220）式中，為定子繞組與軸阻尼繞組間的互感變化幅值。而零軸磁鏈為與軸、軸各繞組完全解耦而獨(dú)立。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21），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。 凸極式發(fā)電機(jī)的電磁功率方程 圖23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)的電磁功率方程。掌握發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，基本上就掌握了分析電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。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。放大環(huán)節(jié)的的放大倍數(shù)K確保ΔT有足夠的幅值。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。大致可分為局部模式振蕩和區(qū)域間模式振蕩兩種。（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。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。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。 勵(lì)磁控制示意圖 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。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。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，反饋控制是一種最基本的方法，如果把這種方法用在電力系統(tǒng)中，用輔助的穩(wěn)定信號(hào)來控制電力系統(tǒng)的加速功率，那么就可以控制速度，這樣就