【正文】 到了90%，所以自動重合閘大大提高了輸電線路的可靠性，同時對提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性也有著相當大的作用。而且也可以使負荷中電機的端電壓快速回升，減小了電動機失速和停頓的危險。若發(fā)電機外部電抗呈容性，電樞反應可能起助磁作用，使發(fā)電機的電流和電壓無法控制地上升，直至發(fā)電機磁路飽和為止。這時，短路電流就會大于發(fā)電機端短路時的短路電流，這顯然是不合適的。一般來說，串聯(lián)電容補償度越大，線路等值電抗越小，對電力系統(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。以此為起點各國建設了多條試驗性高壓直流輸電技術。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。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。這種時間的長短和系統(tǒng)本身的的運行狀況和擾動的大小有關系。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。電力系統(tǒng)幾乎時時刻刻都受到小的干擾。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。神經(jīng)網(wǎng)絡、自適應控制，模糊控制。許多專家和學者在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機組高功率因數(shù)運行，致使廣東至香港聯(lián)絡線發(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。②配置PSS。在一段時間內(nèi)限制了發(fā)電機出力，這促使實行早已提出配置PSS的建議。日本為了增加系統(tǒng)阻尼，80年代大部分主力機組均已安裝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，即在小干擾時響應速度慢，以減小負阻尼:大干擾時響應速度快，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。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。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。我國電網(wǎng)建設落后于電源建設，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。地震中還有大量電力設備，特別是變電站和開關站設備遭到大量破壞。在我國2008年初的冰災也因大范圍、長時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。它抽取與此振蕩有關的信號，如發(fā)電機有功功率、轉速或頻率，加以處理，產(chǎn)生的附加信號加到勵磁調(diào)節(jié)器中，使發(fā)電機產(chǎn)生阻尼低頻振蕩的附加力矩。目前,提高電力系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一是采用在電力系統(tǒng)勵磁調(diào)節(jié)器上附加電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS ( Power System Stabilizer)的附加勵磁控制方案。如果在電力系統(tǒng)中加入PSS后會對系統(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)，詳細分析了同步發(fā)電機的電壓方程和磁鏈方程并推導了簡單系統(tǒng)中同步發(fā)電機的電磁功率方程以及同步發(fā)電機的轉子運動方程。 學位論文作者（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，電壓等級進一步提高，裝機容量和用電負荷不斷增大，同時，風能,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，各國對大電網(wǎng)存在的問題也越來越關注，其中大電網(wǎng)的穩(wěn)定性一直是專家們關注的重點，低頻振蕩是影響電網(wǎng)穩(wěn)定性的重要因素，對低頻振蕩抑制早在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）。并在此基礎上建立單機無窮大系統(tǒng)的MATLAB模型，并將它作為研究對象，具體分析PSS對系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用，然后又分析了系統(tǒng)帶PSS和不帶PSS時系統(tǒng)的運行情況，最后對兩種情況進行了比較，分析了PSS的優(yōu)點和缺點，同時對電力系統(tǒng)的未來提出了更高的挑戰(zhàn)。關鍵詞：低頻振蕩；負阻尼；電力系統(tǒng)穩(wěn)定器；設計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磁控制技術。 研究背景隨著改革開放及經(jīng)濟建設的發(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。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，造成了災難性的后果。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。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。隨著三峽工程的建設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。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。那時只是與快速勵磁配套，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)中最大單機容量已從300MW增大到火電機組1000MVA，原子能機組1700MVA。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。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。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[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。理論等現(xiàn)代控制技術在PSS的設計中得到了廣泛的應用。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。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。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。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。（3） 后期階段：中間階段以后的時間。 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。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。采用自動調(diào)節(jié)勵磁裝置可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，發(fā)電機裝設先進的調(diào)節(jié)器，就相當于縮短了發(fā)電機與系統(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，改善電力系統(tǒng)的結構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，同樣對提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定有幫助，相當于縮短了“電氣距離”。電力系統(tǒng)的故障切除時間等于繼電保護裝置的動作時間加上斷路器的動作時間。提高發(fā)電機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。運用電氣制動提高暫態(tài)穩(wěn)定性時，制動電阻的大小及投切時間要選擇得恰當。但是，隨著電力系統(tǒng)裝機容量的增大，快速保護的應用，故障切除時間的縮短，它勵可控硅勵磁系統(tǒng)的優(yōu)勢已不是很明顯。另外它勵可控硅勵磁系統(tǒng)與自并勵可控硅勵磁系統(tǒng)相比較，元部件多，又有旋轉部件，可靠性相對較低，運行維護量大。綜合考慮技術和經(jīng)濟兩方面因素，推薦在發(fā)電機組采用自并勵快速勵磁方式。現(xiàn)代控制理論界的專家們面對高維數(shù)的控制問題，渴求一種比當時流行的高級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注。MATLAB還擁有順序、選擇、循環(huán)等結構控制語句，并配以大量的運算符，可以編寫出符合結構化標準的具有面向對象特征的程序。 （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命令，也包括定制圖形顯示、創(chuàng)建應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，在總結前人研究成果的基礎上，主要做了以下的工作。采用MATLAB建立單機無窮大系統(tǒng)模型,實現(xiàn)了利用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器來提高單機無窮大電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。式（23）中前面的負號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)電機慣例的。（1）式（27）右邊第一項通常稱為變壓器電動勢，是電磁感應效應引起的繞組電壓。而當在旋轉坐標系上去觀察靜止的繞組時，二者間的相對運動引起了這一項。下面對式（29）中電感矩陣進行討論。對于隱極機，從而；對于凸極機，則是隨轉子位置而變化的參數(shù)。和分別稱為同步電機軸、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立。計及這個特點，并略去定子繞組的電阻，由方程式作出隱級發(fā)電機正常運行時的向量圖（圖21），可導出以不同電動勢、電抗表示的隱級發(fā)電機的電磁功率方程。 凸極式發(fā)電機的電磁功率方程 圖23所示為一凸極發(fā)電機的相量圖，由此圖可導出以不同電動勢和電抗表示凸極發(fā)電機時的電磁功率方程。掌握發(fā)電機轉子運動方程，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的信號，如發(fā)電機有功功率、轉速或頻率，加以處理，產(chǎn)生的附加信號加到勵磁調(diào)節(jié)器中，使發(fā)電機產(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)電機并列運行時，在擾動下發(fā)生發(fā)電機轉子間的相對搖擺，并在缺乏阻尼時持續(xù)振蕩導致。大致可分為局部模式振蕩和區(qū)域間模式振蕩兩種。（2） 負荷的波動,這相當于發(fā)電機遭遇一種波動的輸入量。用PSS的目的是通過發(fā)電機勵磁控制增強對系統(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)器及勵磁系統(tǒng)具有電磁慣性,則勵磁電壓在勵磁系統(tǒng)中將產(chǎn)生滯后于它的強迫分量,這種滯后會惡化系統(tǒng)阻尼,甚至引起振蕩。 勵磁控制示意圖 本章小結隨著大規(guī)模電力系統(tǒng)的發(fā)展以及快速勵磁系統(tǒng)的應用,系統(tǒng)阻尼不斷降低,導致電網(wǎng)中出現(xiàn)負阻尼或弱阻尼低頻振蕩現(xiàn)象,系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運行受到威脅。它在勵磁電壓調(diào)節(jié)器中，引入領先于軸速度的附加信號，產(chǎn)生一個正阻尼轉矩，去克服原勵磁電壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的負阻尼轉矩作用。在自動控制系統(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