【正文】 .......................................................... 33 6 主要結(jié)論和展望 ............................................................................................................. 34 主要結(jié)論 ............................................................................................................... 34 展望未來 ............................................................................................................... 35 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 36 致 謝 ................................................................................................................................... 38 1 1 緒論 課題的意義 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。 學(xué)位論文作者（簽名）： I 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(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。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，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。 發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制因?yàn)榫哂屑瓤晒?jié)約投資，又能在正常運(yùn)行是減少電壓和頻率的波動，改善動態(tài)品質(zhì)和提高系統(tǒng)的抗干擾能力等特點(diǎn)。輸電線路 阻抗增加大約 30%。 PSS 經(jīng)過多年的發(fā)展己經(jīng)在國內(nèi)外取的了廣泛的應(yīng)用，已先后有多種控制方法用于 PSS 的設(shè)計(jì)，如最優(yōu)控制、模式分析、根軌跡靈敏度分析或幾種方法的組合 應(yīng)用等。 暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在某個(gè)運(yùn)行情況下突然受到大的干擾后，能否經(jīng)過暫態(tài)過程達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)或者恢復(fù)到原來的狀態(tài)。諸如現(xiàn)在流行的高壓直流輸電；更廣泛的運(yùn)用并聯(lián)電容器；負(fù)荷的組成和特性在發(fā)生變化。這時(shí)電流、電壓相位關(guān)系的紊亂將引起某些保護(hù)裝置的誤動作。否則，會發(fā)生欠制動，即制動作用過小，發(fā)電機(jī)仍要失步；或者發(fā)生過制動，即制動過大，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電阻后的第二次振蕩中或以后失步了。同樣，電力系統(tǒng)是一個(gè)相對復(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。 （ 3）分析了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的作用。 （ 1） 定子繞組的自感與互感 SSL 。 可得 14 ????????????00000012 QDfSR MMMDLL （ 221） ?????????????? ?023000230023121QDfRSMMMDLL (222) 以上二式中 QDf MMM , 的定義同式（ 218） ~式（ 220）。 （ 228） 將上式代入式（ 226）中，可得 ????2s i n)(2s i nc o ss i n)11(39。E 代替直軸暫態(tài)電動勢 39。 39。限幅環(huán)節(jié)可確保大干擾時(shí)PSS 的輸出不會造成電機(jī)端電壓的變化超標(biāo)。它抽取角速度 ,功率或頻率等鎮(zhèn)定參量 ,經(jīng)過主要由放大、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)磁控制信號和機(jī)端電壓一起作為勵(lì)磁系統(tǒng)的輸入。 （ 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)阻尼會引起振蕩。 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)。39。39。dx 表示發(fā)電機(jī) 16 圖 暫態(tài)空間矢量圖 在分析暫態(tài)穩(wěn)定或近似地分析某些有自 動調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的靜態(tài)穩(wěn)定時(shí)，往往以交軸暫態(tài)電動勢 39。 （ 3） 定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組間的互感 SRL 和 RSL 。物理上速度電動勢項(xiàng)反映了由于轉(zhuǎn)子運(yùn)動，使定子繞組切割磁力線而引起的電動勢，它在定子、轉(zhuǎn)子間能量交換中起主要作用。 （ 1）在查閱了大量參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和磁鏈方程。為驗(yàn)證其正確性，通過穩(wěn)定計(jì)算研究了滿發(fā)時(shí)發(fā)電機(jī)組采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式的穩(wěn)定情況，計(jì)算結(jié)果表明，發(fā)電機(jī)組采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式可滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，但必須同時(shí)加裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 (PSS)。說到提高發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率先介紹一下電氣制動。首先，短路電流不能過大。這時(shí)候動力設(shè)備中的過程將影響到電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程。 2021 年，我國電網(wǎng)運(yùn)行與控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會制定的 DL7552021《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》中將功角穩(wěn)定性分為下列三類：靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定。國內(nèi)第一臺 PSS 于 1980 年在八盤峽電廠投入運(yùn)行。未明確提出低頻振蕩和阻尼力矩的概念。這次震害的一個(gè)主要特點(diǎn)是高壓輸電塔的破壞，這 2 在以前的地震記錄中是非常少見的。 同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程 ....................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。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）。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)動態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一。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，對保證國民生產(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。為了解決系統(tǒng)電壓波動，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。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得研究重點(diǎn)。這里所說的大干擾是區(qū)別與前面說說的小干擾而言的，比如短路、突然斷開線路或發(fā)電機(jī)等。 1929 年瑞典（ ASES）公司首創(chuàng)了（ HVDC）技術(shù)。 此外，補(bǔ)償度過大還可能引起其他的問題，例如自勵(lì)磁現(xiàn)象。 7 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。加拿大魁北克電力公司的專家們首先作了此項(xiàng)工作，在 MATLAB 環(huán)境下，開發(fā)了 MATLAB\ Simulink\Toolbox\Power blockset(即電力系統(tǒng)分析模塊 ) ，并建立了電力系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備庫。 10 2 同步發(fā)動機(jī)方程 同步發(fā)動機(jī)的電壓方程 對于 abc 坐標(biāo)下的電壓方程 ripu ?? ? ，可將定子、轉(zhuǎn)子量分開，改寫為 ???????????????????? ?????????f D Qabcf D Qabcf D Qabcf D Qabc i irrppuu （ 21） 式中， ? ? ? ?TQDff DQTcbaabc ffffffff , ?? ， f 可為 iu ,? ； ? ?cbaabc rrrdiagr ,? ； ? ?QDff D Q rrrd ia gr ,? 。 根據(jù) 12 ? ?? ?? ?? ??????? ??????????? ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????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。由于 RSTSR LL ? 說明了 0dq 坐標(biāo)下同步電機(jī)有名值方程中定子、轉(zhuǎn)子繞組間的互感不可逆，這個(gè)問題將在標(biāo)幺制基值選取中予以解決。39。qE ；以向量 ?39。239。 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(jī)普遍采用集成電路和可控硅組成的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，從而使自動勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 AVR 的時(shí)間常數(shù)縮短、增益大大提高， 加上品閘管直接勵(lì)磁快速勵(lì)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。 PSS基于系統(tǒng)在某一平衡點(diǎn)處的近似線性化模型設(shè)計(jì) ,針對性強(qiáng) ,經(jīng)濟(jì)、簡單易行而且有效 ,獲得了普遍的 應(yīng)用。 （ 2） 負(fù)荷的波動 ,這相當(dāng)于發(fā)電機(jī)遭遇一種波動的輸入量。它抽取與此振蕩有關(guān)的信號，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。 （ 232） 將式 ?c o s39。39。qE 和直軸暫態(tài)電抗 39。 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