【正文】 ?????????????????????????????????????????????????????????f D QabcQDfcbaQDQfDQDDDffQfDffcQcDcfbQbDbfaQaDafQcQbQaDcDbDafcfbfacccbcabcbbbaacabaaQDfcbaiiLLLLd e fiiiiiiLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL3322331233213311 （ 210） ? ?? ??????????????????????? ?1202c o s2c o s1202c o s2c o s2c o s2c o s??????tStScctStSbbtStSaaLLLLLLLLLLLLLLLcba （ 211） 式中 0?? tS LL ，從而 ccbbaa LLL , 恒為正值。同樣地對于隱極機，由于 0?tL ，定子互感為常量；對于凸極機，則定子互感隨轉(zhuǎn)子位置而變。 SSL 是對角陣，它反映了定子等值繞組 0,qd 間的互感為零，是相互解耦的，而且 SSL 是定常陣，不隨轉(zhuǎn)子位置而變化。 由式（ 210）和 ? ?? ???????????????????120c osc os120c osc osc osc os??????fcffccffbffbbffaffaafMMLLMMLLMMLL （ 218） 式中， fM 為定子繞組與轉(zhuǎn)子勵磁繞組 f 間的互感變化幅值， 0?fM 。由于 RSTSR LL ? 說明了 0dq 坐標下同步電機有名值方程中定子、轉(zhuǎn)子繞組間的互感不可逆，這個問題將在標幺制基值選取中予以解決。式（ 224）中 0dqi 前面有一負號是由于 負值定子繞組電流產(chǎn)生正值相應(yīng)繞組磁鏈而引起的，故電感元素的符號與習(xí)慣相同，這點和 abc 坐標下的磁鏈方程相同。該功角特性曲線多用于電力系統(tǒng)正常運行及故障后穩(wěn)態(tài)運行穩(wěn)定性的分析和計算。qE 和直軸暫態(tài)電抗 39。39。39。39。39。qE ；以向量 ?39。39。 圖 凸極發(fā)電機的相量圖 （ 1） 以空載電動勢和同步電抗表示發(fā)電機：由圖（ 23）可見 ???????????qqdddqqxIUxIUE0 （ 230） 代入式 qqddE IUIUP ?? （ 230）得 ?? 2s i n2s i n2??????????????????????qdqddqqqdddqqExxxxUxUEUxUUxUEPq （ 231） （ 2） 以暫態(tài)電動勢和暫態(tài)電抗表示發(fā)電機：由圖（ 23） 得 ???????????qqdddqqxIUxIUE039。39。239。從式（ 236）中可看出，發(fā)電機轉(zhuǎn)子的 運動情況取決于作用在其軸上的不平衡轉(zhuǎn)矩，而不平衡轉(zhuǎn)矩又取決于原動機輸入的機械轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機輸出的電磁轉(zhuǎn)矩之差。它在勵磁電壓調(diào)節(jié)器中，引入領(lǐng)先于軸速度的附加信號，產(chǎn)生一個正阻尼轉(zhuǎn)矩，去克服原勵磁電壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的負阻尼轉(zhuǎn)矩作用。 PSS的隔直環(huán)節(jié)使 t 趨于無窮大時 PSS 的輸出為零，而過渡過程中，該環(huán)節(jié)使動態(tài)信號順利通過，從而使 PSS 只在動態(tài)中起作用。 圖 PSS 信號作用向量圖 20 電力系統(tǒng)弱阻尼產(chǎn)生原因 目前， 大型發(fā)電機普遍采用集成電路和可控硅組成的勵磁調(diào)節(jié)器，從而使自動勵磁調(diào)節(jié)器 AVR 的時間常數(shù)縮短、增益大大提高， 加上品閘管直接勵磁快速勵磁系統(tǒng)的廣泛采用，使得電力系統(tǒng)的阻尼降低．這是造成低頻振蕩的直接原因。聯(lián)網(wǎng)初期，同步發(fā)電機之間聯(lián)系緊密，阻尼繞組可產(chǎn)生足夠的阻尼，低頻振蕩少有發(fā)生。 發(fā)電機產(chǎn)生低頻振蕩的原因可歸結(jié)為： （ 1） 發(fā)電機控制系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整不當 ,特別是在遠距離送電的情況下 ,調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)太高 ,當它產(chǎn)生的負阻尼轉(zhuǎn)矩大于發(fā)電機固有的正阻尼轉(zhuǎn)矩 ,發(fā)電機就可 能產(chǎn)生振蕩。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器抑制低頻振蕩原理 PSS ( power system stabilizer) 最早由美國學(xué)者 F. P. demello和 C. Concodri提出的。 PSS基于系統(tǒng)在某一平衡點處的近似線性化模型設(shè)計 ,針對性強 ,經(jīng)濟、簡單易行而且有效 ,獲得了普遍的 應(yīng)用。若電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的附加量在相位上與轉(zhuǎn)子角振蕩搖擺的相位同相或反相 ,則只能使轉(zhuǎn)子角振蕩的 幅值增大或減小而不能使轉(zhuǎn)子角振蕩消失 ,只有提供的附加量在相位上領(lǐng)先轉(zhuǎn)子角的振蕩角度才可能產(chǎn)生正阻尼轉(zhuǎn)矩 ,振蕩才能平息。 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。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。 （ 2） 負荷的波動 ,這相當于發(fā)電機遭遇一種波動的輸入量。大致可分為局部模式振蕩和區(qū)域間模式振蕩兩種。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(zhuǎn)子間的相對搖擺，并在缺乏阻尼時持續(xù)振蕩導(dǎo)致。放大環(huán)節(jié)的的放大倍數(shù) K 確保 ΔT有足夠的幅值。它抽取與此振蕩有關(guān)的信號，如發(fā)電機有功功率、轉(zhuǎn)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。掌握發(fā)電機轉(zhuǎn)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。39。 Ux xxExxEdddqddq ? ??????? 代入式（ 227），可得 ?? 2s i n2s i n 39。 （ 232） 將式 ?c o s39。 sin?dE xUEP ? 。? 代替? ，則 39。dx 后的電動勢 39。39。39。39。39。qE 和直軸暫態(tài)電抗 39。 計及這個特點，并略去定子繞組的電阻，由方程式 dq jIxUE ?? 作出隱級發(fā)電機正常運行時的向量圖（圖 21），可導(dǎo)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。而零軸磁鏈為 ? ?000 iL ??? 與 d 軸、 q 軸各繞組完全解耦而獨立。 ? ?? ? ? ?? ? ? ????????????????????????????120s i n90c os120s i n90c oss i n90c os??????QcccbbbaaaQMMLLMMLLMMLL （ 220） 式中， QM 為定子繞組與 q 軸阻尼繞組 Q 間的互感變化幅值， 0?QM 。 13 由式????????? ???? ???? ????...0,c o n s tLd e fLc o n s tLd e fLc o n s tLd e fiLQDDDfiiiiiffff QDcba （ 215） ???????????RfDDfQffDDQMLLLLLL00 (216) 以及式（ 210）可知 ????????????QDRRfRRLLMMLLL000022 (217) 式中， QDf LLL , 及 RM 定義同式（ 210）與式（ 216）。 dL 和 qL 分別稱為同步電機 d 軸、 q 軸的同步電感。對于隱極機， 0?tL ，從而 .c o n s tLLLL Sccbbaa ???? ；對于凸極機， 0?tL ，則 ccbbaa LLL , 是隨轉(zhuǎn)子位置而變化的參數(shù)。 下面對式（ 29）中電感矩陣進行討論。而當在旋轉(zhuǎn)坐標系 dq 上去觀察靜止的 abc 繞組時，二者間的相對運動引起了這一項。 （ 1）式（ 27）右邊第一項通常稱為變壓器電動勢，是電磁感應(yīng)效應(yīng)引起的繞組電壓。 式（ 23）中 0dqi 前面的 負號是由于 0dq 等值繞組的電流、電壓正方向定義和 abc 繞組相似，也是服從發(fā)電機慣例的。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。 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。 （ 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(yīng)用程序完整的圖形用戶界面 (GUI)命令。 MATLAB 還擁有順序、選擇、循環(huán)等結(jié)構(gòu)控制語句，并配以大量的運算符，可以編寫出符合結(jié)構(gòu)化標準的具有面向?qū)ο筇卣鞯某绦颉，F(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(guān)注。 綜合考慮技術(shù)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。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(zhuǎn)部件，可靠性相對較低，運行維護量大。但是，隨著電力系統(tǒng)裝機容量的增大，快速保護的應(yīng)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。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。 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。 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。 同時，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，同樣對提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定有幫助，相當于縮短了 “電氣距離 ”。而且，短路電流還可能呈容性電流。但是的增大還受到了很多條件的限制。 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(shè)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。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。 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。 （ 3） 后期階段：中間階段以后的時間。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。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。例如：系統(tǒng)中負荷 的小量變化；又如架空輸電線因風(fēng)吹擺動引起的線間距離（影響線路電抗）的微小變化等等。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。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。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。在這之后， PSS 在我國的電力系統(tǒng)中越來越多的采用。 我國電力系統(tǒng)采用 PSS 較晚。 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