【正文】 .... 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(jiǎn)介 ..................................... 19 電力系統(tǒng)弱阻尼產(chǎn)生原因 .................................. 20 低頻振蕩簡(jiǎn)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(jiǎn)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(lái) ............................................... 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(guó)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(yáng)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(lái)越突出。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(lái)了很多的危害，給我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成了巨大的損失。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。英國(guó)、澳大利亞、馬來(lái)西亞、芬蘭、丹麥、瑞典和意大利等國(guó)也有類似的大停電事故發(fā)生。新型的勵(lì)磁控制器能在小干擾的情況下改善穩(wěn)定性，而且同時(shí)適用于大干擾的情況下，可靠性高的勵(lì)磁系統(tǒng)是保證發(fā)電機(jī)安全發(fā)電，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性所必須的，對(duì)保證國(guó)民生產(chǎn)的安全進(jìn)行、保證人民生活的安全和有序，具有重大的意義。近年來(lái)又研制了微機(jī) PSS，用在來(lái)克丁頓抽水蓄能電站的 6臺(tái) 325MVA 機(jī)組上。為了解決系統(tǒng)電壓波動(dòng)，采用了高增益的快速電壓調(diào)節(jié)器以改善系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定及電壓穩(wěn)定，并在所有的大機(jī)組上都配置了 PSS，之后電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定。他們對(duì)新機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的要求是 :①高響應(yīng)勵(lì)磁系統(tǒng) 。這些方法著重于單個(gè)額定運(yùn)行點(diǎn)的考慮，而不計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行的魯棒特性，因此，對(duì)于像電力系統(tǒng)這樣的高度非線性系統(tǒng)難以保證其在較寬運(yùn)行范圍內(nèi)的穩(wěn)定，因此使 PSS 具有魯棒性成為近年來(lái)得研究重點(diǎn)。 電力 系統(tǒng) 穩(wěn)定 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分類 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題就是當(dāng)系統(tǒng)在某一正常運(yùn)行狀態(tài)下受到某種干擾后，能否經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后回到原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)或者過(guò)渡到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)問題。這里所說(shuō)的大干擾是區(qū)別與前面說(shuō)說(shuō)的小干擾而言的，比如短路、突然斷開線路或發(fā)電機(jī)等。 （ 2） 中間階段：在起始階段后，大約持續(xù) 5S 左右的時(shí)間段。 1929 年瑞典（ ASES） 公司首創(chuàng)了（ HVDC）技術(shù)。 采用串聯(lián)電容補(bǔ)償同樣也可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 此外，補(bǔ)償度過(guò)大還可能引起其他的問題，例如自勵(lì)磁現(xiàn)象。電力系統(tǒng)的故障特別是高壓輸電線路的故障大多數(shù)是短路故障，而且都是暫時(shí)性的短路故障。否則，會(huì)發(fā)生欠制動(dòng)，即制動(dòng)作用過(guò)小，發(fā)電機(jī)仍要失步；或者發(fā)生過(guò)制動(dòng)，即制動(dòng)過(guò)大，發(fā)電機(jī)雖在第一次振蕩中沒有失步，卻在切除故障和切除制動(dòng)電阻后的第二次振蕩中或以后失步了。自并勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)的缺點(diǎn)是它的勵(lì)磁電源 來(lái)自發(fā)電機(jī)端，受發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓變化的影響。同樣，電力系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的、維數(shù)很高的系統(tǒng)，MATLAB 必將成為分析電力系統(tǒng)問題的強(qiáng)大而有效工具。 （ 4） MATLAB 數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù) 該庫(kù)收集了巨量的數(shù)學(xué)函數(shù)及算法，從簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)函數(shù)如 sum、 sine、 cosine 和復(fù)數(shù)運(yùn)算，到復(fù)雜的函數(shù)如矩陣求逆、求特征值 、 Bessel 函數(shù)、FFT。 7 （ 3） 分析了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的作用。 （ 2） 式 （ 27） 右邊第二項(xiàng)稱為速度電動(dòng)勢(shì)。 （ 1） 定子繞組的自感與互感 SSL 。對(duì)于隱極機(jī) 0?tL ，從而 qd LL? 。 可得 ????????????00000012 QDfSR MMMDLL （ 221） ?????????????? ?023000230023121QDfRSMMMDLL (222) 以上二式中 QDf MMM , 的定義同式 （ 218） ~式（ 220）。 圖 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行矢量圖（ 0?r ） （ 1） 以空載電動(dòng)勢(shì) qE 和同步電抗 dx 表示發(fā)電機(jī)時(shí) ????? ?? ??dqdddqq xIU xIUE0 （ 225） 14 發(fā)電機(jī)輸出的有功功率表示為： qqddqddqqqddqdqdEIUIUIUIUjIUIUjIIjUUIUP q?????????? ??)]()R e [ ()])(R e [ ()R e ( （ 226） 將式 （ 225） 代入式 （ 226） 中，可得 ?s i ndqd dqddqd qqdE x UExUExUUx UEUP q ????? （ 227） 式中， ?sinUUd ? 發(fā)電機(jī)有功功率的功 — 角特性曲線為一正弦曲線，其最大值為dqE xUEPq ?(max)，也稱 為功率極限。 （ 228） 15 將上式代入式 （ 226） 中，可得 ????2s in)(2s inc o ss in)11(39。39。E 代替直軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì) 39。 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。 39。從式（ 236）中可看出，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩之差。 19 3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 基本 介紹 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器簡(jiǎn)介 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（ pss）是為抑制低頻振蕩而研究的一種附加勵(lì)磁控制技術(shù)。限幅環(huán)節(jié)可確保大干擾時(shí) PSS 的輸出不會(huì)造成電機(jī)端電壓的變化超標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，涉及機(jī)組越多、區(qū)域越廣，則振蕩頻率越低。它抽取角速度 ,功率或頻率等鎮(zhèn)定參量 ,經(jīng)過(guò)主要由放大、復(fù)位和超前滯后等環(huán)節(jié)組成的校正環(huán)節(jié)處理后將產(chǎn)生的附加勵(lì)磁控制信號(hào)和機(jī)端電壓一起作為勵(lì)磁系統(tǒng)的輸入。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。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(lái)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。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。因此 ,在長(zhǎng)線送電、負(fù)荷較重的情況下 ,若轉(zhuǎn)子角出現(xiàn)振蕩 ,電壓調(diào)節(jié)器提供的附加量的相位是落后于角度振蕩的 ,它的一個(gè)分量與轉(zhuǎn)速相位相反 ,產(chǎn)生了負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩 ,這就使得角度振蕩加劇。 （ 3） 受端系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)帶輕載情況下的自發(fā)振蕩 ,即在某種條件下 ,發(fā)電機(jī)定子電流具有助磁作用 ,而它產(chǎn)生的負(fù)阻尼會(huì)引起振蕩。低頻振蕩是隨著電網(wǎng)互聯(lián)而 產(chǎn)生的。 圖 PSS結(jié)構(gòu)示意圖 由圖 可知， PSS 實(shí)質(zhì)上是關(guān)于 P、 n或 f 的反饋環(huán)節(jié)，使發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)構(gòu)成了雙閉環(huán)系統(tǒng)，其內(nèi)環(huán)是關(guān)于電壓的控制環(huán)；外環(huán)是關(guān)于 P、 n或 f的控制環(huán)。同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)最主要的電源，對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性起主導(dǎo)作用。 ?? ???????dqdqdqE xxxxUxUEPq （ 233） 同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程為 ??????????mmemmdtdTTdtdJ???22 （ 234） 式中， mT 為原動(dòng)機(jī)加于電機(jī)軸的機(jī)械力矩； eT 為發(fā)電機(jī)電磁力矩， mT 和 eT 單位均為 mN? ；m? 為轉(zhuǎn)子機(jī)械角位移，它和電角度 e? （或 ? ）的關(guān)系為 ppem pp // ??? ?? ，單位為 rad ；