【正文】 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 。2??1?1圖 2 71 PSS 穩(wěn)定信號示意圖 )( s?? uPS S?u REF?)( suG?)( sEde?勵磁系統(tǒng)?P S S??? 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 139 如圖 2 72 所示， PSS 產(chǎn)生的一個電壓信號U P SS?領先角度分量為? 1角度，則經(jīng)過勵磁調節(jié)器和發(fā)電機的磁場后，U P SS?產(chǎn)生的電磁轉矩M P SS?剛好落在速度軸（??）上如果M P SS?足夠大，則它和端電壓為信號的勵磁調節(jié)器產(chǎn)生的轉矩M e39。變化（也就是電磁轉矩M e 2?）滯后于U G??變化，因而產(chǎn)生了負阻尼轉矩分量。39。39。39。 Ixx ddd )(39。U qG 39。0331 ?勵磁系統(tǒng) ??U R E F???E q39。 ?電力系統(tǒng)穩(wěn)定又分為暫態(tài)穩(wěn)定與動態(tài)穩(wěn)定。 電力系統(tǒng)中也有不包含轉子角差的振蕩過程。一個穩(wěn)定的電力在受到干擾時，系統(tǒng)內(nèi)的同步發(fā)電機經(jīng)過一段動態(tài)過程后，或者回到原始運行狀態(tài)；或者逐漸達到一個新的運行狀態(tài)，而不致失去同步。 這種并聯(lián)校正的轉子電壓負反饋網(wǎng)絡稱為勵磁穩(wěn)定器， 由于它有增加阻尼，抑止超調和消除振蕩的作用，故又稱為 阻尼器 。 ? 在發(fā)電機的勵磁控制系統(tǒng)中，一般都附有勵磁控制系統(tǒng)穩(wěn)定器，作為改善發(fā)電機空載運行穩(wěn)定性的重要部件。 這可以在發(fā)電機轉子電壓 uE處增加一條電壓速率負反饋回路，同樣將其換算到 Ede處后，其傳遞函數(shù)為)1( sTsK FF ?，典型補償系統(tǒng)框圖如圖 2 63 所示。0U REF?U 勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器 129 （二）勵磁控制系統(tǒng)空載穩(wěn)定性的改善 ? 要想改善勵磁控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，必須改變發(fā)電機極點與勵磁機極點間根軌跡的射出角，使之只處于虛軸的左半平面。01 ?sTKRR?1sTKFF?1U REF??U GU RE de)( a)( bs 勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器 128 圖 2 64 具有轉子電壓速率反饋的勵磁系統(tǒng)框圖的簡化 )( c?? ?? ?? ?sTsTKsTKKdEEAGA39。01 ?sTKRR?1sTKFF?1KsTGd39。 勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器 126 圖 2 63 典型補償系統(tǒng)的框圖 ?????sTKAA?1 sTKEE?1sTKdG39。可解得 1044?k即241?KK RA 由s 2項的輔助多項式可計算根軌跡與虛軸的交點為 + ，－j6 .28 。1)()(1( ?????? KKKsTSTSTKST RGARdoEEA 用給定值帶入，得 )( 23 ????? sssK 由0?dsdk及 k0 解得7 7 ??s，這就是根軌跡在實軸上的分離點。 ?，sT E ?，sT R ?，1?K E，1?K G 由圖 2 6 1 可求得系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 )25)()(()()(????sssKKKsHsG RGA)25)()(( ????sssK 式中 KKKK ? 開環(huán)極點為 s= － ， s= － ， s= － 25 ，它們是根軌跡的起始點。?KsT EE ?1U EE??)(bU deU EEKsT EE ?1)(cEde圖 2 61 勵磁控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)框圖 sTKRR?1?sTKAA?1 sTK EE ?1sTKdG39。 在圖 2 61 中，如果采用)( sG表示前向傳遞函數(shù)，)( sH表示反饋傳遞函數(shù)，該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 )()(1)()()(sHsGsGsUsUR E FG?? 勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器 121 圖 2 60 他勵直流勵磁機傳遞函數(shù) ( a ) 他勵直流勵磁機的傳遞函數(shù)框圖 ( b) 他勵直流勵磁機規(guī)格化框圖 ( c ) 不計飽和他勵直流勵磁機規(guī)格化框圖 )(aU ES E39。用K G表示發(fā)電機的放大系數(shù) sTKsGdoGG39。其空載時的時間常數(shù)為T do39。 勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器 119 （三）同步發(fā)電機的傳遞函數(shù) 發(fā)電機端電壓的穩(wěn)態(tài)幅值被認為與其轉子勵磁電壓成正比。 功率放大單元是晶閘管整流器 ， 工作是斷續(xù)的，有可能造成輸出平均電壓u d滯后于觸發(fā)器控制電壓 信號u SM。數(shù)值通常在 ～ 。 ? 電壓測量比較單元由測量變壓器、整流濾波電路及測量比較電路組成。根據(jù)上述情況有下列關系： ?EEKu ? （ 2 29 ） 勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器 116 不計飽和時，iGLiKu EEEEEEE1?? （ 2 30 ） 式中G1為 （圖 2 5 9 ） 中直線的斜率。他勵繞組的電壓平衡方程式為dtdLiRuEEEEEEEE??? 當不計轉速變化時，近似地認為勵磁機電壓u E正比于?E。 勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器 112 一 、 勵磁自動控制系統(tǒng)響應曲線的一般討論 過調量 —a 1（標幺值）是響應曲線超過穩(wěn)態(tài)響應的最大值； 上升時間 —tr是響應曲線自 10% 穩(wěn)態(tài)響應值上升到 90% 穩(wěn)態(tài)響應值時所需的時間 穩(wěn)定時間 —ts是對應一個階躍函數(shù)的響應時間，在此以后響應曲線的值222)()(??? nn ssKsRsC??? 勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器 113 trstutsa1a 2圖 2 56 時域特性曲線 stoU ftstr 圖 2 57 強行勵磁時的響應曲線 勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器 114 二、勵磁控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 在第二節(jié)中我們討論了同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)，勵磁方式多種多樣。 （四） V/Hz（伏 /赫）限制器 V/Hz（伏 /赫）限制器，用于 防止發(fā)電機的端電壓與頻率的比值過高， 避免發(fā)電機及與其相連的主變壓器鐵心飽和而引起的過熱。 輸出到負競比端 勵磁調節(jié)器內(nèi)設置的瞬時電流限制器檢測勵磁機的勵磁電流，一旦該值超過發(fā)電機允許的強勵頂值，限制器輸出立即由正變負。 勵磁調節(jié)器原理 輸出到正競比端 104 唯有采用高勵磁頂值的方法才能提高勵磁機輸出電壓的起始增長速度 由于電力系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，大容量發(fā)電機組的勵磁系統(tǒng)必須具有高起始響應的性能。 勵磁調節(jié)器原理 103 ? 最小勵磁限制器首先檢測發(fā)電機的現(xiàn)行功率運行點（ P、 Q），并與最小勵磁限制線加以比較，若現(xiàn)行功率運行點高于最小勵磁限制線，則輸出一個負值電壓，其電位低于綜合信號放大器正競比門的其他輸入，最小勵磁限制器的輸出被封鎖，不起作用；若功率開關運行點低于最小勵磁限制線，則輸出正電壓，其電位高于綜合信號放大器正競比門的其他輸入，欠勵限制信號起作用，迫使功率運行點（ P、 Q）上移或不再下移。 勵磁調節(jié)器原理 102 留有適當?shù)脑Ａ? ? 在 PQ平面上，繪制出發(fā)電機運行容量曲線和臨界失步曲線，再在兩曲線圍定的公共區(qū)域內(nèi)留有適當?shù)脑Ａ浚ㄒ粭l最小勵磁限制線，如圖 244所示。因此，隨著發(fā)電機進相程度的增大，要維持發(fā)電機端部元件的溫度不超過允許值，其出力便要相應的降低。 B 曲線外側的陰影區(qū)屬不穩(wěn)定區(qū)，而圓內(nèi)任意點屬穩(wěn)定區(qū)。此圓圓心在Q軸上，即?????????????????deGXXU,11202，半徑??????????deGXXUR1122, 如 圖 2 44所示曲線 B 。 ，代入以上兩式得 ?????????????????????????????????????GdeGdeGmGdeGmXXUXXUQXXUP??21121122112222co ss i n (2 24 ) 消去上式中的G?，得 22222 112112?????????????????????????????????deGdeGmmXXUXXUQP （ 2 25 ） 勵磁調節(jié)器原理 98 (2 25 ) 式表示在靜態(tài)穩(wěn)定極限情況下，有功功率極限mP和無功功率極限mQ之間的函數(shù)關系，發(fā)電機進相運行必須滿足靜穩(wěn)定條件。 95 發(fā)電機輸出功率為 ? ? ? ?GGGGGGGG s i ns i nc osc osIUc osIUP ?????? ???? ? ? ? ?GGGGGGGG s i nc osc oss i nIUs i nIUQ ?????? ???? 因為 ? ? eGGdG X/c osUc osUIs i nI ??? ??? 且 dGGqG X/s i nUIc o sI ?? ?? 勵磁調節(jié)器原理 96 把此關系代入（ 2 20 ）式和（ 2 21 ）式中，經(jīng)整理可以得到 GeGGdeGGXUUXXUP ??? s i nc o ss i n ??????????? 21122 (2 22) GeGGdeGdeGGXUUXXUXXUQ ??? c o sc o sc o s ????????????????????? 211211222 (2 23) 由 (2 23) 和（ 2 23 ）式可知，GP、GQ是 ? 和G?的函數(shù)。發(fā)電機進相運行時受靜態(tài)穩(wěn)定極限的限制。輔助控制與勵磁調節(jié)器正常情況下的自動控制的區(qū)別是， 輔助控制不參與正常情況下的自動控制 ，僅在發(fā)生非正常運行工況，需要勵磁調節(jié)器具有某些特有的限制功能時，通過信號綜合放大電路中的競比電路