【導(dǎo)讀】責(zé)任和法律后果，特此鄭重聲明。隨著我國(guó)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(jí)進(jìn)一步提高，的增大，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行變得越來越突出。隨著大電網(wǎng)的互聯(lián)，電力系統(tǒng)容量倍。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。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(lì)磁控制技術(shù)。題，是提高電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的重要措施之一。本文先從理論出發(fā)，詳細(xì)分析了同。及同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程。并在此基礎(chǔ)上建立單機(jī)無窮大系統(tǒng)的MATLAB模型，點(diǎn)，同時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)的未來提出了更高的挑戰(zhàn)。本文還介紹了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)。原理和對(duì)電力系統(tǒng)造成的影響、使用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的好處。由于電力系統(tǒng)在正常運(yùn)。成了巨大的損失。如果在電力系統(tǒng)中加入PSS后會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高給予了很大的

　　

【正文】 (222) 以上二式中 QDf MMM , 的定義同式（ 218） ~式（ 220）。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。 由式（ 213）、（ 214）、（ 217）、（ 221）、（ 222）可匯總得 0dq 坐標(biāo)下電感矩陣為 ?????????????????????????????????QDRRfQDfQDfqdRRSRRSSSLLMMLMMMMMMLLLLLLL00000230002300230000000000000 （ 223） 相應(yīng)的 0dq 坐標(biāo)下磁鏈方程為 ??????????????????????????fD QdqRRSRRSSSfD Qdq i iLLLL 00 （ 224） 顯然由式（ 223）可知， d 軸上的繞組與 q 軸上的繞組間相互是解耦的（互感為零）。而零軸磁鏈為 ? ?000 iL ??? 與 d 軸、 q 軸各繞組完全解耦而獨(dú)立。另外電感矩陣為定常稀疏矩陣，為分析計(jì)算提供了方便。式（ 224）中 0dqi 前面有一負(fù)號(hào)是由于 負(fù)值定子繞組電流產(chǎn)生正值相應(yīng)繞組磁鏈而引起的，故電感元素的符號(hào)與習(xí)慣相同，這點(diǎn)和 abc坐標(biāo)下的磁鏈方程相同。 同步發(fā)電機(jī)的電磁功率方程 隱級(jí)式發(fā)電機(jī)的電磁功率方程 隱級(jí)式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是對(duì)稱的，因而它的直軸同步電抗和交軸同步電抗是相等 15 的，即 qd xx ? 。 計(jì)及這個(gè)特點(diǎn)，并略去定子繞組的電阻，由方程式 dq jIxUE ?? 作出隱級(jí)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的向量圖（圖 21），可導(dǎo)出以不同電動(dòng)勢(shì)、電抗表示的隱級(jí)發(fā)電機(jī)的電磁功率方程。 圖 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行矢量圖（ 0?r ） （ 1） 以空載電動(dòng)勢(shì) qE 和同步電抗 dx 表示發(fā)電機(jī)時(shí) ????? ?? ??dqdddqq xIU xIUE0 （ 225） 發(fā)電機(jī)輸出的有功功率表示為： qqddqddqqqddqdqdEIUIUIUIUjIUIUjIIjUUIUP q?????????? ??)]()R e [ ()])(R e [ ()R e ( （ 226） 將式（ 225）代入式（ 226）中，可得 ?s i ndqd dqddqd qqdE x UExUExUUx UEUP q ????? （ 227） 式中， ?sinUUd ? 發(fā)電機(jī)有功功率的功 —角特性曲線為一正弦曲線，其最大值為dqE xUEPq ?(max)，也稱 為功率極限。該功角特性曲線多用于電力系統(tǒng)正常運(yùn)行及故障后穩(wěn)態(tài)運(yùn)行穩(wěn)定性的分析和計(jì)算。 （ 2） 以交軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì) 39。qE 和直軸暫態(tài)電抗 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(dòng)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(dòng)勢(shì) 39。qE 和直軸暫態(tài)電抗 39。dx 表示發(fā)電機(jī)，這種情況下 ?????????dqdddqq xIU xIUE0 39。39。 （ 228） 將上式代入式（ 226）中，可得 ????2s in)(2s inc o ss in)11(39。39。239。39。239。39。39。39。39。39。39。39。39。39。dddddqddddddqddqdddqddqdqqdqqddExxxxUxUEUxxxxxUExxUUxUExUUxUEUIUIUPq?????????????? （ 229） 暫態(tài)磁阻功率的出現(xiàn)帶來了功角特性計(jì)算的復(fù)雜化，很多情況下采取如下簡(jiǎn)化：以直軸暫態(tài)電抗 39。dx 后的電動(dòng)勢(shì) 39。E 代替直軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì) 39。qE ；以向量 ?39。E 與 ?U 的夾角 39。? 代替? ，則 39。39。39。39。 sin?dE xUEP ? 。 17 凸極式發(fā)電機(jī)的電磁功率方程 圖 23所示為一凸極發(fā)電機(jī)的相量圖，由此圖可導(dǎo)出以不同電動(dòng)勢(shì)和電抗表示凸極發(fā)電機(jī)時(shí)的電磁功率方程。 圖 凸極發(fā)電機(jī)的相量圖 （ 1） 以空載電動(dòng)勢(shì)和同步電抗表示發(fā)電機(jī)：由圖（ 23）可見 ???????????qqdddqqxIUxIUE0 （ 230） 代入式 qqddE IUIUP ?? （ 230）得 ?? 2s in2s in2??????????????????????qdqddqqqdddqqExxxxUxUEUxUUxUEPq （ 231） （ 2） 以暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)和暫態(tài)電抗表示發(fā)電機(jī)：由圖（ 23） 得 ???????????qqdddqqxIUxIUE039。39。 （ 232） 將式 ?c o s39。39。39。39。 Ux xxExxEdddqddq ? ??????? 代入式（ 227），可得 ?? 2s in2s in 39。 39。239。 39。39。 ?? ???????dqdqdqE xxxxUxUEPq （ 233） 18 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的研究意義 同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程式，是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和計(jì)算中最基本的方程式，它用來描述系統(tǒng)在受擾動(dòng)情況下發(fā)電機(jī)組之間或發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是判斷系統(tǒng)受到擾動(dòng)后能否繼續(xù)保持穩(wěn)定運(yùn)行的基本依據(jù)。從式（ 236）中可看出，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的 運(yùn)動(dòng)情況取決于作用在其軸上的不平衡轉(zhuǎn)矩，而不平衡轉(zhuǎn)矩又取決于原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)矩與發(fā)電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩之差。一般情況下認(rèn)為，原動(dòng)機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩在機(jī)電暫態(tài)過程中保持不變，發(fā)電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩則與發(fā)電機(jī)的電磁特性、轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)特性、負(fù)荷特性以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此可以說它是電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和計(jì)算中最復(fù)雜的部分。掌握發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，基本上就掌握了分析電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。 19 3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器基本介紹 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器簡(jiǎn)介 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（ pss）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。 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)。 PSS的隔直環(huán)節(jié)使 t 趨于無窮大時(shí) PSS 的輸出為零，而過渡過程中，該環(huán)節(jié)使動(dòng)態(tài)信號(hào)順利通過，從而使 PSS 只在動(dòng)態(tài)中起作用。超前 —滯后環(huán)節(jié)可補(bǔ)償勵(lì)磁系統(tǒng)引起的相位滯后。放大環(huán)節(jié)的的放大倍數(shù) K 確保 ΔT有足夠的幅值。限幅環(huán)節(jié)可確保大干擾時(shí)PSS 的輸出不會(huì)造成電機(jī)端電壓的變化超標(biāo)。 圖 PSS 信號(hào)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(dòng)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。 低頻振蕩簡(jiǎn)介 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子角、轉(zhuǎn)速，以及相關(guān)電氣量，如線路功率、母線電壓等發(fā)生近似等幅或增幅的振蕩，因振蕩頻率較低，一般在 － ，故稱為低頻振蕩。其產(chǎn)生的原因主要為電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時(shí)，在擾動(dòng)下發(fā)生發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間的相對(duì)搖擺，并在缺乏阻尼時(shí)持續(xù)振蕩導(dǎo)致。低頻振蕩是隨著電網(wǎng)互聯(lián)而產(chǎn)生的 。聯(lián)網(wǎng)初期，同步發(fā)電機(jī)之間聯(lián)系緊密，阻尼繞組可產(chǎn)生足夠的阻尼，低頻振蕩少有發(fā)生。隨著電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)模的擴(kuò)大，高放大倍數(shù)快速勵(lì)磁技術(shù)的廣泛采用，以及受經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保等因素影響下電網(wǎng)的運(yùn)行更加接近穩(wěn)定極限，在世界各地許多電網(wǎng)陸續(xù)觀察到低頻振蕩。大致可分為局部模式振蕩和區(qū)域間模式振蕩兩種。一般來說，涉及機(jī)組越多、區(qū)域越廣，則振蕩頻率越低。 發(fā)電機(jī)產(chǎn)生低頻振蕩的原因可歸結(jié)為： （ 1） 發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整不當(dāng) ,特別是在遠(yuǎn)距離送電的情況下 ,調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)太高 ,當(dāng)它產(chǎn)生的負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩大于發(fā)電機(jī)固有的正阻尼轉(zhuǎn)矩 ,發(fā)電機(jī)就可 能產(chǎn)生振蕩。其他的如調(diào)解器參數(shù)整定不當(dāng) ,水系統(tǒng)與機(jī)電調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)配合不當(dāng) ,并聯(lián)于同一母線上的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁參數(shù)設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)?,都可能引起發(fā)電機(jī)的機(jī)電低頻振蕩。 （ 2） 負(fù)荷的波動(dòng) ,這相當(dāng)于發(fā)電機(jī)遭遇一種波動(dòng)的輸入量。 （ 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(huì)引起振蕩。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器抑制低頻振蕩原理 PSS ( power system stabilizer) 最早由美國(guó)學(xué)者 F. P. demello和 C. Concodri提出的。其基本 原理是在自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上 ,輔以轉(zhuǎn)速偏差 Δω、功率偏差 ΔPe、頻率偏差 Δf中的一種或兩種信號(hào)作為附加控制 ,產(chǎn)生與 Δω同軸的附加力矩 ,增加對(duì)低頻振 21 蕩的阻尼 ,以增強(qiáng)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。用 PSS的目的是通過發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制增強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)振蕩的阻尼來使電力輸送的穩(wěn)定極限提高。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(hào)和機(jī)端電壓一起作為勵(lì)磁系統(tǒng)的輸入。 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(duì)性強(qiáng) ,經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單易行而且有效 ,獲得了普遍的 應(yīng)用。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器對(duì)于低頻振蕩具有良好的抑制能力 ,不但可以抑制低頻振蕩 ,而且可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。 由于電壓調(diào)節(jié)器采用電壓作為控制量 ,且調(diào)節(jié)器及勵(lì)磁系統(tǒng)具有電磁慣性 ,則勵(lì)磁電壓在勵(lì)磁系統(tǒng)中將產(chǎn)生滯后于它的強(qiáng)迫分量 ,這種滯后會(huì)惡化系統(tǒng)阻尼 ,甚至引起振蕩。因此 ,在長(zhǎng)線送電、負(fù)荷較重的情況下 ,若轉(zhuǎn)子角出現(xiàn)振蕩 ,電壓調(diào)節(jié)器提供的附加量的相位是落后于角度振蕩的 ,它的一個(gè)分量與轉(zhuǎn)速相位相反 ,產(chǎn)生了負(fù)阻尼轉(zhuǎn)矩 ,這就使得角度振蕩加劇。若電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的附加量在相位上與轉(zhuǎn)子角振蕩搖擺的相位同相或反相 ,則只能使轉(zhuǎn)子角振蕩的 幅值增大或減小而不能使轉(zhuǎn)子角振蕩消失 ,只有提供的附加量在相位上領(lǐng)先轉(zhuǎn)子角的振蕩角度才可能產(chǎn)生正阻尼轉(zhuǎn)矩 ,振蕩才能平息。 PSS 采取轉(zhuǎn)速偏差 △ 、頻率偏差 (△ ) 、加速功率偏差 (△ Pa)和電功率偏差 (△ Pe)中的 1 個(gè)信號(hào)或 2 個(gè)信號(hào)作為 AVR 的附加輸入，增加正阻尼，不降低勵(lì)磁系統(tǒng)電壓環(huán)的增益、不影響勵(lì)磁系統(tǒng)的暫態(tài)性能、