【正文】 其次要感謝我的同組同學(xué)對(duì)我無(wú)私的幫助，特別是在MATLAB軟件的使用方面，正因?yàn)槿绱宋也拍茼樌耐瓿稍O(shè)計(jì)，我要感謝我的母校，是母校給我們提供了優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我授過(guò)課的每一位老師，是你們教會(huì)我專業(yè)知識(shí)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是X老師仍然細(xì)心地糾正模型中的錯(cuò)誤。 在這里首先要感謝我的導(dǎo)師楊老師。 accepted May 23,2011。 WANG HaoJing1 amp。同時(shí)電力網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)發(fā)和商業(yè)化的運(yùn)營(yíng)使得電力系統(tǒng)的運(yùn)行越來(lái)越趨于極限，電力系統(tǒng)不穩(wěn)定的因素越來(lái)越多，特別是電壓的不穩(wěn)和低頻振蕩問(wèn)題更加嚴(yán)重，所以提出更有效的措施來(lái)解決問(wèn)題可以說(shuō)是當(dāng)務(wù)之急。結(jié)果顯示系統(tǒng)參數(shù)整定合理,并且系統(tǒng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器上附加具有合理參數(shù)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器后,對(duì)低頻振蕩的抑制有明顯的作用,能明顯地改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。本課題從基本理論出發(fā)，詳細(xì)分析同步發(fā)電機(jī)的電壓方程和磁鏈方程，推導(dǎo)出同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，并以此為依據(jù)，建立簡(jiǎn)單的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)。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。用PSS的目的是通過(guò)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制增強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)振蕩的阻尼來(lái)使電力輸送的穩(wěn)定極限提高。PSS ( power system stabilizer) 最早由美國(guó)學(xué)者F. P. demello和C. Concodri提出的。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。低頻振蕩是隨著電網(wǎng)互聯(lián)而產(chǎn)生的。6 主要結(jié)論和展望 主要結(jié)論發(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，－，故稱為低頻振蕩。 而未投入PSS 時(shí), 盡管采用了快速切除故障的措施, 系統(tǒng)仍失去了穩(wěn)定性。結(jié)果如下： 未加入PSS電機(jī)仿真波形 未加入PSS的功角仿真波形 未加入PSS時(shí)波形 加入PSS的仿真波形 加入PSS的功角仿真波形 加入PSS時(shí)的波形 PSS作用分析 以上實(shí)驗(yàn)對(duì)比可以清楚的看出對(duì)于這些小擾動(dòng)實(shí)驗(yàn),附加PSS后的系統(tǒng)振蕩次數(shù)明顯的少于未附加PSS時(shí)系統(tǒng)的振蕩次數(shù),附加PSS的系統(tǒng),在發(fā)生低頻振蕩的情況下能夠在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。模型運(yùn)行時(shí)間設(shè)置為10S,單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)在電壓出口端1S時(shí)發(fā)生三相接地短路。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的輸入采用轉(zhuǎn)子速度變化角dw。 勵(lì)磁環(huán)節(jié)參數(shù)。無(wú)窮大系統(tǒng)：230KV,100GVA,A相相角，X/R=10。 單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)圖中發(fā)電機(jī)900MVA，20KV，50HZ，pu，pu，pu，pu，pu，pu，pu，pu，s，s，s，H=，P=4pu。5 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器MATLAB仿真分析 簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)的建立 MATLAB PSB 提供了豐富的電力及電氣系統(tǒng)元件模型, 在Simulink 運(yùn)行環(huán)境下, 用戶只需應(yīng)用鼠標(biāo)拖放的方式將所需電氣元件的模塊添加到模型編輯窗口, 并將它們連接起來(lái), 就可以快速地組建仿真模型, 從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的仿真計(jì)算。 本章小結(jié)本章主要是初步介紹了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)原理，然后又介紹了PSS的設(shè)計(jì)和汽輪機(jī)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)超前補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，本章還推倒出了一系列的傳遞函數(shù)。超前網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償?shù)膫鬟f函數(shù)： 方框圖如下所示： 超前補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)方框圖寫出上圖的狀態(tài)方程為：其中、是超前網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)，是超前網(wǎng)絡(luò)的級(jí)數(shù)，線性化得：由圖。這種方法將會(huì)在下一章介紹。、以及，但是求不出來(lái)。在系統(tǒng)的階數(shù)比較高的情況下，很難運(yùn)用系統(tǒng)的解析式求出系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的所有的零點(diǎn)和極點(diǎn)。計(jì)算PSS實(shí)際上就是要求出、以及。、：超前網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)。PSS網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)復(fù)位相，用來(lái)消除時(shí)滯T0以后的補(bǔ)償效應(yīng)。 PSS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)PSS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)輔助的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)經(jīng)過(guò)PSS處理后送到電壓調(diào)節(jié)器的相加點(diǎn)，電壓調(diào)節(jié)器和發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組具有相位滯后。包括信號(hào)檢測(cè)和隨機(jī)噪聲在內(nèi)，其電平應(yīng)不超過(guò)正常輸出范圍的10%,⑥ 有一定保護(hù)措施，以保證在各種運(yùn)行狀態(tài)下(包括PSS故障)不會(huì)引起發(fā)電機(jī)過(guò)電壓和無(wú)功過(guò)負(fù)荷，也不會(huì)引起發(fā)電機(jī)勵(lì)磁不足或失去勵(lì)磁。③ 在電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的工作過(guò)程中，不要過(guò)大的引起發(fā)電機(jī)電壓的波動(dòng)。但是根據(jù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的功能在一個(gè)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(shuō)各種電力系統(tǒng)穩(wěn)定器都應(yīng)該滿足下面的要求:① 有良好的相頻特性，以合理、正確補(bǔ)償勵(lì)磁系統(tǒng)的相位滯后。在自動(dòng)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(hào)來(lái)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(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定行有了很大的改善。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。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。PSS在勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器中引入附加信號(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,以此實(shí)現(xiàn)對(duì)振蕩的抑制。 勵(lì)磁控制示意圖 本章小結(jié)隨著大規(guī)模電力系統(tǒng)的發(fā)展以及快速勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用,系統(tǒng)阻尼不斷降低,導(dǎo)致電網(wǎng)中出現(xiàn)負(fù)阻尼或弱阻尼低頻振蕩現(xiàn)象,系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行受到威脅。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。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。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。用PSS的目的是通過(guò)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制增強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)振蕩的阻尼來(lái)使電力輸送的穩(wěn)定極限提高。 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。（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。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。大致可分為局部模式振蕩和區(qū)域間模式振蕩兩種。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。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。 PSS信號(hào)作用向量圖 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。放大環(huán)節(jié)的的放大倍數(shù)K確保ΔT有足夠的幅值。PSS的隔直環(huán)節(jié)使t趨于無(wú)窮大時(shí)PSS的輸出為零，而過(guò)渡過(guò)程中，該環(huán)節(jié)使動(dòng)態(tài)信號(hào)順利通過(guò)，從而使PSS只在動(dòng)態(tài)中起作用。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。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。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。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。 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。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。計(jì)及這個(gè)特點(diǎn)，并略去定子繞組的電阻，由方程式作出隱級(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。式（224）中前面有一負(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)和坐標(biāo)下的磁鏈方程相同。而零軸磁鏈為與軸、軸各繞組完全解耦而獨(dú)立。由于 說(shuō)明了坐標(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(wèn)題將在標(biāo)幺制基值選取中予以解決。 （220）式中，為定子繞組與軸阻尼繞組間的互感變化幅值。由式（210）和 （218）式中，為定子繞組與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組間的互感變化幅值。由式 （215） (216)以及式（210）可知 (217)式中，及定義同式（210）與式（216）。是對(duì)角陣，它反映了定子等值繞組間的互感為零，是相互解耦的，而且是定常陣，不隨轉(zhuǎn)子位置而變化。和分別稱為同步電機(jī)軸、軸的同步電感。同樣地對(duì)于隱極機(jī)，由于，定子互感為常量；對(duì)于凸極機(jī)，則定子互感隨轉(zhuǎn)子位置而變。對(duì)于隱極機(jī)，從而；對(duì)于凸極機(jī)，則是隨轉(zhuǎn)子位置而變化的參數(shù)。根據(jù) （210） （211）式中，從而恒為正值。下面對(duì)式（29）中電感矩陣進(jìn)行討論。（3）式（27）右邊第三項(xiàng)是歐姆電壓項(xiàng)，反映了相應(yīng)繞組的電阻壓降。而當(dāng)在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上去觀察靜止的繞組時(shí)，二者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起了這一項(xiàng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止（=0）時(shí)，此項(xiàng)為零。（1）式（27）右邊第一項(xiàng)通常稱為變壓器電動(dòng)勢(shì)，是電磁感應(yīng)效應(yīng)引起的繞組電壓。由矩陣乘積的微分性質(zhì)，有 （24）由于 （25）將式（25）代入式（24）得 （26） 將式（26）代入式（23），得坐標(biāo)下有名值電壓方程為 （27） 式中。式（23）中前面的負(fù)號(hào)是由于等值繞組的電流、電壓正方向定義和繞組相似，也是服從發(fā)電機(jī)慣例的。2 同步發(fā)動(dòng)機(jī)方程 同步發(fā)動(dòng)機(jī)的電壓方程對(duì)于abc坐標(biāo)下的電壓方程，可將定子、轉(zhuǎn)子量分開(kāi)，改寫為 （21）式中，可為；；。采用MATLAB建立單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)模型,實(shí)現(xiàn)了利用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器來(lái)提高單機(jī)無(wú)窮大電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。