【文章內(nèi)容簡介】 其中：放大倍數(shù)：時間常數(shù)：端電壓的整定值：的頂值倍數(shù)圖24勵磁系統(tǒng)方框圖有一個非線性的限幅環(huán)節(jié)，在小干擾的情況下，由于勵磁電壓達不到頂值，可以不用考慮這個非線性環(huán)節(jié)。因此,調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)的線性化模型為： 汽輪機及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的數(shù)學模型汽輪機及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方框圖可以用下列的表示圖25汽輪機及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖汽輪機及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的狀態(tài)方程如下： 調(diào)速器輸出信號的限幅環(huán)節(jié)可以表示如下： 其中：調(diào)速器放大倍數(shù)：調(diào)速器時間常數(shù) ：汽容時間常數(shù)：中間再熱時間常數(shù)：高壓汽缸功率占汽輪機總功率的比率、：調(diào)速器輸出信號的限幅值總結(jié)上述的結(jié)果可以得到電力系統(tǒng)的數(shù)學模型 負荷方程同步發(fā)電機經(jīng)過升壓變壓器和雙回路線路的示意圖如下所示圖26無限大系統(tǒng)圖 線路正常運行線路正常運行時，可以用一個阻抗來表示。如下圖：圖27阻抗等效圖根據(jù)發(fā)電機的四階非線性模型可以寫出： 由以上的式子可以得到： 同時 雙回路線路中有一點發(fā)生短路這個時候所形成的網(wǎng)絡如圖所示：圖28回路中一點短路的示意圖可以寫出網(wǎng)絡方程為： 設，帶入上面的式子可以得到： 計算、的值將上圖的型網(wǎng)絡化成型網(wǎng)絡：圖29 的示意圖那么可以得到所以所以 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)的運行狀態(tài)，這個時候系統(tǒng)應該有一下幾個部分組成，發(fā)電機、調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)、汽輪機及其調(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。 系統(tǒng)各個部分的非線性模型計算大擾動時系統(tǒng)的運行狀態(tài)，我們一般用的是系統(tǒng)的非線性模型。 發(fā)電機非線性模型計算大擾動時系統(tǒng)的運行情況是用的非線性模型： 其中：暫態(tài)電抗后的電勢的軸分量：軸暫態(tài)開路時間常數(shù)：阻尼系數(shù) 調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)的非線性模型調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以用一階滯后環(huán)節(jié)表示： 其中：放大倍數(shù) ：時間常數(shù)：端電壓的整定值 ：的頂值倍數(shù) 汽輪機及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的非線性模型 調(diào)速器輸出信號的限幅環(huán)節(jié)可以表示如下： 其中：調(diào)速器放大倍數(shù) ：調(diào)速器時間常數(shù) ：汽容時間常數(shù) ：中間再熱時間常數(shù)：高壓汽缸功率占汽輪機總功率的比率、：調(diào)速器輸出信號的限幅值 調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)參數(shù)和的選擇 當，時的特征值計算下面我們以國產(chǎn)的30萬千瓦的機組為例子進行討論發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：（標幺值） SSP360000/220型發(fā)電機的參數(shù)為： 200公里雙回路線的參數(shù)為： 穩(wěn)定運行參數(shù)如下：發(fā)電機的輸出功率 功率因數(shù)機械功率 定子電勢功角 轉(zhuǎn)速端電壓 無限大母線電壓 把以上的數(shù)據(jù)帶入。可以得到為： 調(diào)速器和汽輪機的參數(shù)： 把上面的參數(shù)帶如。中。計算出全部的特征值。然后做出時，系統(tǒng)的特征值隨著變化的根軌跡。當時，的系統(tǒng)的阻尼最大。這個時候，系統(tǒng)的全部特征值為： + + 當，時的特征值計算當，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。這個時候系統(tǒng)的特征值為： ，+ +畫出，和，的根軌跡如下：圖31 根軌跡圖大擾動的定義是在t=0時，雙回路線中某一處發(fā)生單相短路，t=，t=。當在， 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，盡管時的系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，但是它的第一個搖擺的振幅要比小的多，所以從上圖可以得出較小的時間常數(shù)和較大的放大倍數(shù)能夠改善第一個搖擺的穩(wěn)定性。這樣就給我們有所啟示，在后面的研究中我們運用的是當時分析有PSS的情況下系統(tǒng)的狀態(tài)，而用其他的方法來提高后面的搖擺阻尼。4 PSS的設計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)定器的設計原理，分析電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應用問題，對我們下一章做一個基礎的鋪墊。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器就是為抑制低頻振蕩而研究的一種附加勵磁控制技術。它在勵磁電壓調(diào)節(jié)器中，引入領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。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。它抽取與此振蕩有關的信號，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。 電力系統(tǒng)的穩(wěn)定一般用發(fā)電機之間的相對功角來判斷，功角和汽輪機的轉(zhuǎn)速有關系，然而速度的變化又會引起加速功率的變化，所以說如果控制了加速功率就控制了功角。在自動控制系統(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)定器的設計原理由于使用的信號不同和元件的不同，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，所以說各種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器都應該滿足下面的要求:① 有良好的相頻特性，以合理、正確補償勵磁系統(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)定器的工作過程中，不要過大的引起發(fā)電機電壓的波動。④ 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸出的噪音電平應盡可能的低。包括信號檢測和隨機噪聲在內(nèi)，其電平應不超過正常輸出范圍的10%。 PSS網(wǎng)絡的設計輔助的網(wǎng)絡信號經(jīng)過PSS處理后送到電壓調(diào)節(jié)器的相加點，電壓調(diào)節(jié)器和發(fā)電機的勵磁繞組具有相位滯后。輔助信號具有補償這種滯后的相位的功能，PSS網(wǎng)絡必須有超前補償?shù)墓δ堋SS網(wǎng)絡具有一個復位相，用來消除時滯T0以后的補償效應。因此，PSS網(wǎng)絡的傳遞函數(shù)可表示如下： 又因為下圖是以速度作為輔助穩(wěn)定信號的網(wǎng)絡圖：圖41PSS網(wǎng)絡圖以為例子寫出PSS的狀態(tài)方程如下： 其中、是PSS的狀態(tài)變量。、：超前網(wǎng)絡的時間常數(shù)，是復位時間常數(shù)：放大倍數(shù)計算PSS實際上就是要求出、以及。求解這些參數(shù)可以運用根軌跡法和頻率相應法。在系統(tǒng)的階數(shù)比較高的情況下，很難運用系統(tǒng)的解析式求出系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)的所有的零點和極點。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。我們這里是運用的MATLAB中的遺傳算法來求出的值。這種方法將會在下一章介紹。 汽輪機及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)超前補償網(wǎng)絡的設計由前面的圖26可以看出之間具有相位滯后，對于這種相位滯后我們可以運用超前網(wǎng)絡補償。超前網(wǎng)絡補償?shù)膫鬟f函數(shù)： 方框圖如下所示：圖42超前補償網(wǎng)絡方框圖寫出上圖的狀態(tài)方程為： 其中、是超前網(wǎng)絡的時間常數(shù)是超前網(wǎng)絡的級數(shù)線性化得： 由圖。可以求出的傳遞函數(shù)： 利用上述的公式可以求出、和。 本章小結(jié)本章主要是介紹了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設計原理，然后又介紹了PSS的設計和汽輪機及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)超前補償網(wǎng)絡的設計，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)的計算，并介紹遺傳算法的相關計算。 5 PSS的MATLAB仿真分析本章首先介紹MATLAB運用的方法和一些基本的操作，然后介紹遺傳算法工具箱，最后我們要運用遺傳算法工具箱解決PSS方面的一些問題。 MATLAB的概述MATLAB是目前世界上最流行的、應用最為廣泛的工程計算和仿真軟件，它有效地將計算、可視化和編程集中一個易于開發(fā)的環(huán)境。MATLAB主要運用在數(shù)學建模與仿真、數(shù)學分析與可視化、科學與工程繪圖和用戶界面設計等。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點,使MATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C++ ，JAVA的支持。可以直接調(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。 幾個參數(shù)的確定 PSS網(wǎng)絡的計算同步功率系數(shù)固有振蕩頻率當時， 汽輪機及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的超前補償網(wǎng)絡的計算通路的相位滯后角度為取，那么這里的確定我們是運用的遺傳算法，我們知道遺傳算法具有取最優(yōu)解的特點，本課題我們把（范圍是1）帶入到myfun（附錄5）程序中，然后通過計算求出，然后比較所求出的，我們的要求是求出的最小值，然后GA工具箱會返回給我們一個最小值，這個時候就是我們要求的最優(yōu)值。在GA工具箱中參數(shù)的設置如下所示：圖51 GA工具箱設置圖設置完成以后我們可以按一下start。 求矩陣的特征值將的值帶入下面的矩陣得到上述矩陣的全部特征值： 畫出上述特征值的曲線：圖52 特征值根曲線 在含有PSS的情況下系統(tǒng)的狀態(tài)狀態(tài)方程的詳細表示式（非線性表達式）為： 根據(jù)以上的系統(tǒng)模型公式可以運用MATLAB編程，得到程序附錄3，所以得到以下的功角曲線：圖53 功角特性曲線圖54 變化曲線 主要結(jié)論本章主要分析了電力系統(tǒng)的特點，說明了現(xiàn)代的電力系統(tǒng)存在的種種問題，提出提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要性。通過分析了國內(nèi)外多種提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，總結(jié)出PSS的應用范圍比較廣泛，而且取得了不錯的效果。所以我們通過對無限大系統(tǒng)母線在附加PSS和不加PSS兩種狀態(tài)下系統(tǒng)運行情況的比較，得出了PSS在抑制系統(tǒng)低頻振蕩方面具有明顯的效果，通過兩幅圖的比較也可以看出在附加PSS的系統(tǒng)振蕩會很快的趨于平緩，而未加PSS的系統(tǒng)則一直振蕩。通過以上的分析我們又總結(jié)出了PSS的一些不足點：首先，PSS的參數(shù)的整定是在某一個低頻振蕩的條件下計算的，如果頻率振蕩更加嚴重，在低頻振蕩的環(huán)境下計算出來的數(shù)據(jù)有可能在其他的情況下不是很適用；還有PSS的安裝地點應該也是一個比較重要的問題；另外PSS的種類繁多，對一個機組裝PSS時有必要做測試，這樣也浪費了大量的時間，從經(jīng)濟方面考慮又存在這問題。隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，人們對供電的可靠性和穩(wěn)定性日益提高。同時電力網(wǎng)絡的開發(fā)和商業(yè)化的運營使得電力系統(tǒng)的運行越來越趨于極限，電力系統(tǒng)不穩(wěn)定的因素越來越多，特別