【正文】 的逐步實(shí)施 ,低頻振蕩問題會(huì)逐步提上議事日程。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。 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)組均己安裝 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，即在小千擾時(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)行早己提出配置 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(zhǎng)短和系統(tǒng)的本身的本身的運(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(shì)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)性高壓直電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 PSS 的設(shè)計(jì)與仿真 4 流輸電技術(shù)。 提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性 qM dEUPX? (11) 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。 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。 PPⅠa00?cr? ?PⅡPⅢbcdek ’lim?c?PTfgP’Ⅱ 圖 11 有電氣制動(dòng)的曲線 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(jiǎn)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。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 PSS 的設(shè)計(jì)與仿真 6 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?jī)?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。 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。以免造成更大的損失。 帕克變換 帕克變換實(shí)際上以實(shí)際繞組變量規(guī)定出一組新的定子變量，如電流、電壓或者磁鏈 。對(duì)于穩(wěn)態(tài)來說，這么一等效之后， iq,id正好就是一個(gè)常數(shù)了。 對(duì)于電壓或者磁鏈也可以用與上述相似的表達(dá)式寫出；例如， 0dq abcV PV? (25) abcodq P?? ? (26) 如果變換 P 是唯一的，逆變換也存在，因而可以寫出 1 0abc dqi P i?? (27) 那么 1P? 可以用下列的式子來表示 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 11c os si n22 1 2 2c os si n3 3 321 2 2c os si n332P???????????????? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ??? (28) 并且我們注意到了 1 tPP? ? ， 表明變換 P 是正交變換 。 39。3 0 0 011q F Dq d d dKEEK T T TE ??? ? ?? ? ? ? ? (210) 39。0 0 01 39。 39。05 0 000 39。1Ie q e d eK R x x x x? ? ? ? (219) 39。qx ：交軸同步電抗 e t lR R R?? ：變壓器和輸電線的總電阻 e t lx x x?? ：變壓器和輸電線的總電抗 ? ：無限大母線電壓與參考軸的夾角 ? ：發(fā)電機(jī)交軸與參考軸的夾角 V? ：無限大母線的電壓 TV ： 發(fā)電機(jī)端電壓 dV ： TV 的直軸分量 qV ： TV 的交軸分量 dI ：電樞電流的直軸分量 qI ：電樞電流的分軸分量 39。qE1K5K6K4K2KST J1SB?? ????? ??mT 1eT 2eT aT ? ? TV? 圖 23 同步發(fā)電機(jī)線性化模型圖 勵(lì)磁系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 在我國長(zhǎng)期以來分析電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性都是以暫態(tài)電抗（ 39。 調(diào) 節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)可以運(yùn)用一階滯后環(huán)節(jié)來表示： ? ?FD e R T F D eE K V V E T? ? ? ????? (221) 444444FDFD FD FDFDC E CE E C E CC E C???? ? ? ??? ? ??? (222) 其中 eK ：放大倍數(shù) eT ：時(shí)間常數(shù) RV ：端電壓的整定值 4C ： FDE 的頂值倍數(shù) 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 PSS 的設(shè)計(jì)與仿真 12 STKee?1TVRV ??? FDE4C 4C? 圖 24 勵(lì)磁系統(tǒng)方框圖 FDE 有一個(gè)非線性的限幅環(huán)節(jié)，在小干擾的情況下，由 于勵(lì)磁電壓達(dá)不到頂值，可以不用考慮這個(gè)非線性環(huán)節(jié)。3 231 rhM M M T?? ??? ? ??? (226) 39。 39。11239。d d d d qV E rI x I? ? ? (231) 39。 39。s i nq d e d d eI E V r R I x X????? ? ? ? ??? (234) 同時(shí) 22T d qV V V?? 雙回路線路中有一點(diǎn)發(fā)生短路 這個(gè)時(shí)候所 形成的網(wǎng)絡(luò)如圖所示： 12 圖 28 回路中一點(diǎn)短路的示意圖 可以寫出網(wǎng)絡(luò)方程為： 1 1 1 2 ja TI Y V Y e V?? ??? (235) 1 1 1 2() jq d q dI jI Y V jV Y e V?? ?? ? ? ? (236) 設(shè) 11Yj???? ， 12Yj???? 帶入上面的式子可以 得到： 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?39。39。1 c os si n 1c os si nd d qd d dd d qr x E E V VI r x x rx r E E V V? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ???????? ? ? ? ? ? ????? ? ? ? ?????? ? ? ? ??? (237) ? ? ? ?39。c o s s in 1q d q d d dI E E V V r x I x r? ? ? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? (238) 計(jì)算 ? 、 ? 、 ? 、 ? 的值 0. 00 53 1 0. 19 61 1TTR jX j? ? ? 0. 05 83 45 0. 29 17 35LLR jX j? ? ? 將上圖的 Y 型網(wǎng)絡(luò)化成 ? 型網(wǎng)絡(luò)： 123 圖 29 Y?? 的示意圖 那么可以得到 ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?120 .0 0 5 3 1 0 .1 9 6 1 1 0 .0 5 8 3 4 5 0 .2 9 1 7 3 5 ( 0 .0 5 8 3 4 5 0 .2 9 1 7 3 5 )0 .0 0 5 3 1 0 .1 9 6 1 1 0 .1 1 6 6 9 0 .5 8 3 4 7 0 .0 5 8 3 4 5 0 .2 9 1 7 3 5 0 .1 1 6 6 9 0 .5 8 3 4 7jjZjj j j j? ? ???? ? ? ? ?0 .1 3 2 4 0 .2 9 1 7 3 5j?? 13 ?? 所以 11 0 .2 6 0 2 7 2 .5 2 9 9 5Yj?? 12 0 .0 8 7 3 5 7 0 .8 4 3 3 2Yj? ? ? 所以 ?? ? ?? ? ?? ? ? 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 PSS 的設(shè)計(jì)與仿真 16 3 無限大系統(tǒng)暫態(tài)分析 本章主要討論的是電力系統(tǒng)在沒有電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（ PSS）的情況下系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候系統(tǒng)應(yīng)該有一下幾個(gè)部分組成，發(fā)電機(jī)、調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)、汽輪機(jī)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的非線性模型，便構(gòu)成了系統(tǒng)的非線性模型。 39。 39。 39。E 的 d 軸分量 39。0 ? 39。 13?? 把上面的參數(shù)帶如。然后做出 , seceT ? 時(shí)，系統(tǒng)的特征值隨著 eK 變化的根軌跡。 當(dāng)在 ? ， 25eK? 和 ? ， 100eK ? 兩種情況下 ,帶入附錄 1 的程序 RL 中可以求出 系統(tǒng)在大的擾動(dòng)情況下的性能圖如 下： 圖 32 ? ， 25eK? 的搖 擺曲線電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 PSS 的設(shè)計(jì)與仿真 20 圖 33 ? ， 100eK ? 的搖擺曲線 從上面的圖 33 可以看出，盡管 , 100eeT s K??時(shí)的系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，但是它的第一個(gè)搖擺的振幅要比 , 25eeT s K??小的多， 所以 從上圖可以得出較小的時(shí)間常數(shù)和較大的放大倍數(shù)能夠改善第一個(gè)搖擺的穩(wěn)定性。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，這樣就對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定行有了很大的改善。 ③ 在電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的工作過程中，不要過大的引起發(fā)電機(jī)電壓的波動(dòng)。 輔助信號(hào)具有補(bǔ)償這種滯后的相位的功能，PSS 網(wǎng)絡(luò)必須有超前補(bǔ)償?shù)墓δ?。求解這些參數(shù)可以運(yùn)用根軌跡法和頻率相應(yīng)法。我們這里是運(yùn)用的 MATLAB 中的遺傳算法來求出 0K 的值。55661( ) ( )1 ngTSG S T TTS?????????? (44) 方框圖如下所示： 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 R??gu 1u ST TT 6 6511 ?? 65 TT ST TT 6 6511 ?? 65 TT 39。11 1 1g rhs ch rhK T ST S T S T S??? ? ? (414) 利用上述的公式可以求出 5T 、 6T 和 39。 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 5 PSS 的 MATLAB 仿真分析 本章首先介紹 MATLAB 運(yùn)用的方法和一些基本的操作，然后介紹遺傳算法工具箱，最后我們要運(yùn)用遺傳算法工具箱解決 PSS 方面的一些問題。在新的版本中也加入了對(duì) C， FORTRAN， C++ ， JAVA的支持。039。30 0 . 0 5 0 . 2 7 5 3 9 8 . 3 7 5 0 . 9 0 7 32 2 1 1 . 2 6 0 . 2 7 5 3 9 8 . 3 7 5 0 . 0 5edx x d eT K TK T T?