【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ：調(diào)速器時(shí)間常數(shù) ：汽容時(shí)間常數(shù) ：中間再熱時(shí)間常數(shù)：高壓汽缸功率占汽輪機(jī)總功率的比率、：調(diào)速器輸出信號(hào)的限幅值 調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)和的選擇 當(dāng)，時(shí)的特征值計(jì)算下面我們以國(guó)產(chǎn)的30萬(wàn)千瓦的機(jī)組為例子進(jìn)行討論發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：（標(biāo)幺值） SSP360000/220型發(fā)電機(jī)的參數(shù)為： 200公里雙回路線的參數(shù)為： 穩(wěn)定運(yùn)行參數(shù)如下：發(fā)電機(jī)的輸出功率 功率因數(shù)機(jī)械功率 定子電勢(shì)功角 轉(zhuǎn)速端電壓 無(wú)限大母線電壓 把以上的數(shù)據(jù)帶入?？梢缘玫綖椋? 調(diào)速器和汽輪機(jī)的參數(shù)： 把上面的參數(shù)帶如。中。計(jì)算出全部的特征值。然后做出時(shí)，系統(tǒng)的特征值隨著變化的根軌跡。當(dāng)時(shí)，的系統(tǒng)的阻尼最大。這個(gè)時(shí)候，系統(tǒng)的全部特征值為： + + 當(dāng)，時(shí)的特征值計(jì)算當(dāng)，是系統(tǒng)的特征值全部位于右半平面，所以系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。這個(gè)時(shí)候系統(tǒng)的特征值為： ，+ +畫(huà)出，和，的根軌跡如下：圖31 根軌跡圖大擾動(dòng)的定義是在t=0時(shí)，雙回路線中某一處發(fā)生單相短路，t=，t=。當(dāng)在， 和， 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，的搖擺曲線圖33，的搖擺曲線從上面的圖33可以看出，盡管時(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。這樣就給我們有所啟示，在后面的研究中我們運(yùn)用的是當(dāng)時(shí)分析有PSS的情況下系統(tǒng)的狀態(tài)，而用其他的方法來(lái)提高后面的搖擺阻尼。第4章 PSS的設(shè)計(jì)本章主要介紹的是電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的定義，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)原理，分析電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應(yīng)用問(wèn)題，對(duì)我們下一章做一個(gè)基礎(chǔ)的鋪墊。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(lì)磁控制技術(shù)。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。用于提高電力系統(tǒng)阻尼、解決低頻振蕩問(wèn)題，是提高電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一。它抽取與此振蕩有關(guān)的信號(hào)，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(hào)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。 電力系統(tǒng)的穩(wěn)定一般用發(fā)電機(jī)之間的相對(duì)功角來(lái)判斷，功角和汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)系，然而速度的變化又會(huì)引起加速功率的變化，所以說(shuō)如果控制了加速功率就控制了功角。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。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)原理由于使用的信號(hào)不同和元件的不同，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）可以有各種不同的電路。但是根據(jù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的功能在一個(gè)系統(tǒng)可能發(fā)生的振蕩頻率范圍內(nèi)提供正阻尼力矩，所以說(shuō)各種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器都應(yīng)該滿足下面的要求:① 有良好的相頻特性，以合理、正確補(bǔ)償勵(lì)磁系統(tǒng)的相位滯后。② 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的投入與提出，均不影響發(fā)電機(jī)正常穩(wěn)態(tài)電壓水平。③ 在電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的工作過(guò)程中，不要過(guò)大的引起發(fā)電機(jī)電壓的波動(dòng)。④ 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸出的噪音電平應(yīng)盡可能的低。包括信號(hào)檢測(cè)和隨機(jī)噪聲在內(nèi)，其電平應(yīng)不超過(guò)正常輸出范圍的10%,⑥ 有一定保護(hù)措施，以保證在各種運(yùn)行狀態(tài)下(包括PSS故障)不會(huì)引起發(fā)電機(jī)過(guò)電壓和無(wú)功過(guò)負(fù)荷，也不會(huì)引起發(fā)電機(jī)勵(lì)磁不足或失去勵(lì)磁。⑥ 對(duì)于在原動(dòng)機(jī)功率調(diào)整速度較快的機(jī)組(例如燃汽輪機(jī)、水輪發(fā)電機(jī))上使用的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器還應(yīng)有防止“反調(diào)”的措施。 PSS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)輔助的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)經(jīng)過(guò)PSS處理后送到電壓調(diào)節(jié)器的相加點(diǎn)，電壓調(diào)節(jié)器和發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組具有相位滯后。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堋SS網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)復(fù)位相，用來(lái)消除時(shí)滯T0以后的補(bǔ)償效應(yīng)。因此，PSS網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)可表示如下：又因?yàn)橄聢D是以速度作為輔助穩(wěn)定信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)圖：圖41PSS網(wǎng)絡(luò)圖以為例子寫(xiě)出PSS的狀態(tài)方程如下：其中、是PSS的狀態(tài)變量。、：超前網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)，是復(fù)位時(shí)間常數(shù)：放大倍數(shù)計(jì)算PSS實(shí)際上就是要求出、以及。求解這些參數(shù)可以運(yùn)用根軌跡法和頻率相應(yīng)法。在系統(tǒng)的階數(shù)比較高的情況下，很難運(yùn)用系統(tǒng)的解析式求出系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的所有的零點(diǎn)和極點(diǎn)。所以，用一般的方法難于求解系統(tǒng)的根軌跡。、以及，但是求不出來(lái)。我們這里是運(yùn)用的MATLAB中的遺傳算法來(lái)求出的值。這種方法將會(huì)在下一章介紹。 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)由前面的圖26可以看出之間具有相位滯后，對(duì)于這種相位滯后我們可以運(yùn)用超前網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償。超前網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償?shù)膫鬟f函數(shù)： 方框圖如下所示：圖42超前補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)方框圖寫(xiě)出上圖的狀態(tài)方程為：其中、是超前網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)是超前網(wǎng)絡(luò)的級(jí)數(shù)線性化得：由圖?？梢郧蟪龅膫鬟f函數(shù)：利用上述的公式可以求出、和。 本章小結(jié)本章主要是初步介紹了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)原理，然后又介紹了PSS的設(shè)計(jì)和汽輪機(jī)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)超前補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，本章還推倒出了一系列的傳遞函數(shù)。在下一章中，我們主要一些參數(shù)的計(jì)算，并介紹遺傳算法的相關(guān)計(jì)算。第5章 遺傳算法在PSS中的應(yīng)用本章首先介紹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(wèn)題。 MATLAB的概述MATLAB是目前世界上最流行的、應(yīng)用最為廣泛的工程計(jì)算和仿真軟件，它有效地將計(jì)算、可視化和編程集中一個(gè)易于開(kāi)發(fā)的環(huán)境。MATLAB主要運(yùn)用在數(shù)學(xué)建模與仿真、數(shù)學(xué)分析與可視化、科學(xué)與工程繪圖和用戶界面設(shè)計(jì)等。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C++ ，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫(xiě)的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛(ài)好者都編寫(xiě)了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。 MATLAB的特點(diǎn)MATLAB現(xiàn)在不再是“矩陣實(shí)驗(yàn)室”。它已經(jīng)發(fā)展成為具有廣泛應(yīng)用前景的計(jì)算機(jī)高級(jí)編程語(yǔ)言。具有一下的特點(diǎn)：（1）友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境MATLAB由一系列工具組成。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級(jí)，MATLAB的用戶界面也越來(lái)越精致，更加接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性更強(qiáng)，操作更簡(jiǎn)單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡(jiǎn)單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過(guò)編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。（2）簡(jiǎn)單易用的程序語(yǔ)言MATLAB一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語(yǔ)言，它包含控制語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫(xiě)好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M文件）后再一起運(yùn)行。新版本的MATLAB語(yǔ)言是基于最為流行的C＋＋語(yǔ)言基礎(chǔ)上的，因此語(yǔ)法特征與C＋＋語(yǔ)言極為相似，而且更加簡(jiǎn)單，更加符合科技人員對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的書(shū)寫(xiě)格式。使之更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。而且這種語(yǔ)言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是MATLAB能夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。（3）強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力MATLAB是一個(gè)包含大量計(jì)算算法的集合。其擁有600多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計(jì)算中的最新研究成果，而前經(jīng)過(guò)了各種優(yōu)化和容錯(cuò)處理。在通常情況下，可以用它來(lái)代替底層編程語(yǔ)言，如C和C++ 。在計(jì)算要求相同的情況下，使用MATLAB的編程工作量會(huì)大大減少。MATLAB的這些函數(shù)集包括從最簡(jiǎn)單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問(wèn)題其大致包括矩陣運(yùn)算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號(hào)運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程中的優(yōu)化問(wèn)題、稀疏矩陣運(yùn)算、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作以及建模動(dòng)態(tài)仿真等。（4）出色的圖形處理功能MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來(lái)，并且可以對(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫(huà)和表達(dá)式作圖。可用于科學(xué)計(jì)算和工程繪圖。新版本的MATLAB對(duì)整個(gè)圖形處理功能作了很大的改進(jìn)和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而且對(duì)于一些其他軟件所沒(méi)有的功能（例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等），MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時(shí)對(duì)一些特殊的可視化要求，例如圖形對(duì)話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。另外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶界面（GUI）的制作上作了很大的改善，對(duì)這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。（5）應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱MATLAB對(duì)許多專門(mén)的領(lǐng)域都開(kāi)發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。一般來(lái)說(shuō)，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開(kāi)發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評(píng)估不同的方法而不需要自己編寫(xiě)代碼。目前，MATLAB已經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫(kù)接口、概率統(tǒng)計(jì)、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、信號(hào)處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識(shí)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、LMI控制、魯棒控制、模型預(yù)測(cè)、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、定點(diǎn)仿真、DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。（6）實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái)新版本的MATLAB可以利用MATLAB編譯器和C/C++數(shù)學(xué)庫(kù)和圖形庫(kù)，將自己的MATLAB程序自動(dòng)轉(zhuǎn)換為獨(dú)立于MATLAB運(yùn)行的C和C++代碼。允許用戶編寫(xiě)可以和MATLAB進(jìn)行交互的C或C++語(yǔ)言程序。另外，MATLAB網(wǎng)頁(yè)服務(wù)程序還容許在Web應(yīng)用中使用自己的MATLAB數(shù)學(xué)和圖形程序。MATLAB的一個(gè)重要特色就是具有一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。工具箱是MATLAB函數(shù)的子程序庫(kù)，每一個(gè)工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定制的，