【文章內(nèi)容簡介】 (321)在上面的方程式中，、以標幺值表示，t以秒表示，以秒表示，以弧度表示。如果發(fā)電機正常運轉(zhuǎn)時遭到干擾，各狀態(tài)量均產(chǎn)生偏差，各狀態(tài)偏差、及表示如下[8]： (322)上也可寫成： (323)其中： (324) (325) (326)其中： (327) (328) (329)其中： (330) (331)上述式子組成了同步電機數(shù)學模型如圖32所示：圖32 同步電機數(shù)學模型上述各式中的下腳標0 表示初始穩(wěn)態(tài)，為同步發(fā)電機直軸同步電抗，為同步發(fā)電機的直軸暫態(tài)電抗,為同步發(fā)電機交軸同步電抗。的表達式為： (332)上述式中的 為升壓變壓器電抗與線路電抗之和，上述式中下標0表示穩(wěn)態(tài)初始值；式中、分別為發(fā)電機的外功角和暫態(tài)電勢對電磁轉(zhuǎn)矩的影響；、分別為外功角和暫態(tài)電勢的變化對q 軸電勢的影響；而、分別為外功角和q軸暫態(tài)電勢的變化對機端電壓的影響[9]。由于反映的是發(fā)電機轉(zhuǎn)子在同步小振蕩時功角的變化對發(fā)電機定子電壓的影響，而定子電壓偏差通常是勵磁調(diào)節(jié)器電壓反饋調(diào)節(jié)的主要依據(jù)，通過它可將勵磁調(diào)節(jié)問題和轉(zhuǎn)子的擺動聯(lián)系起來。另外，發(fā)電機的功角通過和對q 軸的暫態(tài)電勢產(chǎn)生影響，并由此影響發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩，但由于電磁慣性的存在，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的變化將滯后于功角的變化，這正是產(chǎn)生負阻尼的原因。為了便于分析問題，我們僅考慮圖32中的電磁環(huán)節(jié)，勵磁控制系統(tǒng)對發(fā)電機電磁功率的影響，即轉(zhuǎn)子角度偏差產(chǎn)生電壓偏差引起的電壓調(diào)節(jié)器作用所產(chǎn)生的功率分量，得到圖33所示：圖33 轉(zhuǎn)矩與電動勢間傳遞函數(shù)框圖整個勵磁系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)可表示為： (333) (334) (335)將、代入上式得： (336)將s=代入式(336)后，經(jīng)過簡化可得：因快速系統(tǒng)的很小，可以認為，而因而略去分母中第一項，則： (337)設(shè)則： (338)因s=，式子(338)可以表示為： (339)式子(339)表明，因磁鏈變化(包括電壓調(diào)節(jié)器的作用)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩可以分成兩個部分量，即與成比例的同步轉(zhuǎn)矩及與轉(zhuǎn)速成比例的阻尼轉(zhuǎn)矩，其中： (340) (341)設(shè)，則：及分別稱為同步轉(zhuǎn)矩系數(shù)及阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)。式(340)、式(341)表示有電壓調(diào)節(jié)器時的同步及阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)，它們與K5有關(guān)。在大功角的條件下，由于 0，由積分環(huán)節(jié)產(chǎn)生的附加同步力矩和阻尼力矩都為負；而在小功角的條件下，雖然由積分環(huán)節(jié)產(chǎn)生的和相關(guān)的附加同步力矩和阻尼力矩都為正，但由積分環(huán)節(jié)產(chǎn)生的和相關(guān)的附加負阻尼力矩大于由積分環(huán)節(jié)產(chǎn)生的和相關(guān)的附加正阻尼力矩。因此，總體而言，積分環(huán)節(jié)的引進，進一步降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加大了機組的負阻尼。至此，可以看到，采用常規(guī)的PI 型電壓反饋的勵磁調(diào)節(jié)器，除了在小功率角處有一點形響不太大的例外，在大部分運行區(qū)，勵磁調(diào)節(jié)在對發(fā)電機電壓質(zhì)量保證的同時，也起著保證發(fā)電機同步力矩的作用。然而由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子電磁慣性的滯后作用，這種調(diào)節(jié)將會引起對發(fā)電機轉(zhuǎn)子擺動的負阻尼效應(yīng)，產(chǎn)生不利于發(fā)電機穩(wěn)定運行的影響。除此之外，勵磁調(diào)節(jié)器中的積分環(huán)節(jié)的滯后，從總體上看也是起著加大機組負阻尼的作用。當發(fā)電機運行到某小功角時會出現(xiàn) 0的局面。從物理意義上理解，即： (342)即功角增大，發(fā)電機端電壓升高。如果由于某種原因引發(fā)了一個的功角變化，即轉(zhuǎn)子有了一個加速向前的擺動，由此引起發(fā)電機端電壓變化，即電壓升高；這時勵磁調(diào)節(jié)器將做出使轉(zhuǎn)子勵磁電壓降低的反應(yīng)。顯然勵磁調(diào)節(jié)器的這種反應(yīng)減小了電機的同步力矩，是不利于限制轉(zhuǎn)子擺幅的。從這里我們可以看到，在維持發(fā)電機端電壓恒定和保證發(fā)電機穩(wěn)定運行，這兩種對勵磁調(diào)節(jié)的需求之間是存在著一定矛盾的，在實際的生產(chǎn)中必需對二者進行協(xié)調(diào)。當發(fā)電機運行在大功率角時， 0，此時： (343)如轉(zhuǎn)子有一個加速向前的擺動，此時發(fā)電機電壓下降，勵磁調(diào)節(jié)器作用于增加勵磁電壓，這雖然是我們所需要的，然而，由于轉(zhuǎn)子電磁慣性或調(diào)節(jié)器滯后環(huán)節(jié)(如積分環(huán)節(jié)) 的存在，這一調(diào)節(jié)作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流變化在相位上將滯后于發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓的變化，以至當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)而向回擺動時，此時轉(zhuǎn)子電流仍然很大，這將使得發(fā)電機電磁力矩仍具有很大的數(shù)值，其影響是使回擺力度增大，從而使轉(zhuǎn)子擺幅加大；如此轉(zhuǎn)子在擺動過程中因上述滯后效應(yīng)而使擺動能量逐次積累而不斷加大，從而又使擺幅不斷加大，形成的結(jié)果正是自發(fā)振蕩，這就是負阻尼形成的物理機制。 Power System Stabilizator的傳遞函數(shù)如前所述，勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機繞組具有相位滯后的特性，這個滯后的相位角可以被表達為： (344)式中，是低頻振蕩頻率， 。、分別代表勵磁系統(tǒng)時間常數(shù)的增益和慣性時間常數(shù)。，為輸電線路電抗。為了抵消這個滯后相角，PSS必須有超前環(huán)節(jié)。通常超前環(huán)節(jié)是兩級，其傳遞函數(shù)可以表示為：PSS是為了抑制低頻振蕩而設(shè)置的，正常運行時，PSS不應(yīng)當起作用，在低頻振蕩發(fā)生時，PSS才起作用，只有這樣才不致影響正常運行時勵磁控制系統(tǒng)的常規(guī)功能。為了使得采用附加信號的PSS不致對發(fā)電機的電壓產(chǎn)生持續(xù)的影響，PSS還需要一個隔離信號穩(wěn)態(tài)值的環(huán)節(jié)，.其傳遞函數(shù)為KcTs/(1+Ts)，它是一個實際的微分環(huán)節(jié)，只提取變化量而隔離穩(wěn)態(tài)值。式中Kc是PSS的放大倍數(shù)，用以調(diào)節(jié)所提供的阻尼的大小，使用時按需要來整定。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器本文主要研究的是以發(fā)電機轉(zhuǎn)速為輸入信號的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。 發(fā)電機軸轉(zhuǎn)速信號穩(wěn)定器轉(zhuǎn)速信號穩(wěn)定器與發(fā)電機的連接，轉(zhuǎn)速信號通過穩(wěn)定器(其傳遞函數(shù)為)送到電壓調(diào)節(jié)器參考點。由穩(wěn)定器提供的附加電磁轉(zhuǎn)矩為： (345)其中： (346)是穩(wěn)定器作用必須經(jīng)過的設(shè)備的傳遞函數(shù)，它反映了勵磁系統(tǒng)，發(fā)電機及電力系統(tǒng)的特性。環(huán)節(jié)具有下述性質(zhì)：(1)由于系數(shù)是隨著負荷的增加而增大的，而是隨著負荷的增大而減小的，因而的增益是隨負荷的增大而增大的。所以我們說，穩(wěn)定器的作用，即穩(wěn)定器產(chǎn)生的阻尼轉(zhuǎn)矩也是隨負荷增加而增大的。這是所希望的，有利于穩(wěn)定器的適應(yīng)性。(2)因為、也隨線路阻抗而改變： (347) (348)數(shù)值較大，數(shù)值較小，當系統(tǒng)結(jié)構(gòu)增強時，即線路阻抗減小時，增大，而減小，的增益增大，也即是穩(wěn)定器的作用增大，增大，并且的相位滯后也要增大(因為)變大。 速度信號穩(wěn)定器利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最強(最小)及滿負荷的運行方式來調(diào)整參數(shù)。因為這時穩(wěn)定器回路具有最大增益，同時它要補償?shù)臏蠼亲畲?。注意，這是從安全的角度，即從避免因穩(wěn)定器作用過強產(chǎn)生振蕩的角度提出來的。但是，當發(fā)電機與系統(tǒng)聯(lián)系變?nèi)鯐r，也就是更需要穩(wěn)定器的阻尼作用時，它的作用卻減小了，這是以速度為信號的穩(wěn)定器的第一個特點。它的第二個特點是，為了補償勵磁系統(tǒng)的相位滯后，以速度為信號的穩(wěn)定器必須采用領(lǐng)先網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)高頻段的增益較大，因而對于噪聲干擾要特別加以考慮，尤其是轉(zhuǎn)軸本身的扭轉(zhuǎn)振蕩(大約在20周期左右)，通過轉(zhuǎn)速信號傳人穩(wěn)定器，使振蕩加劇，這時就需要設(shè)置專門的帶阻濾波器。第三個特點是，轉(zhuǎn)速的測量是用機械的方法，比起電氣量(如頻率)要困難，精度也不高。而且有時為了避免引入轉(zhuǎn)軸本身扭轉(zhuǎn)振蕩，還需要將測量轉(zhuǎn)速的傳感器裝置在大軸扭轉(zhuǎn)振蕩的波節(jié)處，這也增加測轉(zhuǎn)速的麻煩。 電功率信號穩(wěn)定器前面已經(jīng)分析過，以電功率負值為信號的穩(wěn)定器，當原動機功率不變時，它相當于過剩功率或加速功率，所以穩(wěn)定器網(wǎng)絡(luò)所需補償?shù)慕嵌葴p小，甚至具有相角滯后特性，也就是說，對高頻端增益將衰減，這對于防止軸扭轉(zhuǎn)振蕩，干擾及噪聲有很大的好處。這是以功率為信號的穩(wěn)定器最大優(yōu)點。但是當快速增加或減小原動機的功率時，它的“反調(diào)作用”是有害的，尤其是當工作到人工穩(wěn)定區(qū)時，這種反調(diào)作用會使靜態(tài)功率極限下降。所以對遠距離送電的發(fā)電機組，使用這種信號仍不夠滿足需求。由于電功率穩(wěn)定器，要使功率信號通過滯后網(wǎng)絡(luò)或是積分環(huán)節(jié)變成速度信號，