【文章內(nèi)容簡介】 擬出我國絕大部分的勵磁系統(tǒng)，對提高我們勵磁系統(tǒng)的精度有著至關重要的作用。調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)可以運用一階滯后環(huán)節(jié)來表示：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)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上述的結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 第3章 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)電機組的結構參數(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 轉速端電壓 無限大母線電壓 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。第4章 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（pss）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)生一個正阻尼轉矩，去克服原勵磁電壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的負阻尼轉矩作用。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%,⑥ 有一定保護措施，以保證在各種運行狀態(tài)下(包括PSS故障)不會引起發(fā)電機過電壓和無功過負荷，也不會引起發(fā)電機勵磁不足或失去勵磁。⑥ 對于在原動機功率調(diào)整速度較快的機組(例如燃汽輪機、水輪發(fā)電機)上使用的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器還應有防止“反調(diào)”的措施。 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?。PSS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。 本章小結本章主要是初步介紹了電力系統(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。第5章 遺傳算法在PSS中的應用本章首先介紹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?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序導入到MATLAB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。 MATLAB的特點MATLAB現(xiàn)在不再是“矩陣實驗室”。它已經(jīng)發(fā)展成為具有廣泛應用前景的計算機高級編程語言。具有一下的特點：（1）友好的工作平臺和編程環(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，MATLAB的用戶界面也越來越精致，更加接近Windows的標準界面，人機交互性更強，操作更簡單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進行出錯原因分析。（2）簡單易用的程序語言MATLAB一個高級的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結構、輸入和輸出和面向對象編程特點。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個較大的復雜的應用程序（M文件）后再一起運行。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C＋＋語言基礎上的，因此語法特征與C＋＋語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員對數(shù)學表達式的書寫格式。使之更利于非計算機專業(yè)的科技人員使用。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強，這也是MATLAB能夠深入到科學研究及工程計算各個領域的重要原因。（3）強大的科學計算機數(shù)據(jù)處理能力MATLAB是一個包含大量計算算法的集合。其擁有600多個工程中要用到的數(shù)學運算函數(shù)，可以方便的實現(xiàn)用戶所需的各種計算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯處理。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C和C++ 。在計算要求相同的情況下，使用MATLAB的編程工作量會大大減少。MATLAB的這些函數(shù)集包括從最簡單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運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、符號運算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、工程中的優(yōu)化問題、稀疏矩陣運算、復數(shù)的各種運算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學運算、多維數(shù)組操作以及建模動態(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，并且可以對圖形進行標注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖。可用于科學計算和工程繪圖。新版本的MATLAB對整個圖形處理功能作了很大的改進和完善，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