【正文】 ，使發(fā)電機(jī)的電流和電壓無法控制地上升，直至發(fā)電機(jī)磁路飽和為止。這時(shí)電流、電壓相位關(guān)系的紊亂將引起某些保護(hù)裝置的誤動(dòng)作。這時(shí)，短路電流就會(huì)大于發(fā)電機(jī)端短路時(shí)的短路電流，這顯然是不合適的。首先，短路電流不能過大。一般來說，串聯(lián)電容補(bǔ)償度越大，線路等值電抗越小，對(duì)電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性越有利。因?yàn)樽詣?dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置在總投資中所占的比例相對(duì)較小，在提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性時(shí)會(huì)優(yōu)先考慮自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置。提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性 提高功率極限就要盡可能的提高和，減小電抗。這些工程給我們的生活帶來了很多的方便，同時(shí)它又向電力系統(tǒng)的穩(wěn)定提出了更高的要求，使我們面臨著更高的挑戰(zhàn)，特別是高壓穩(wěn)定和低頻區(qū)域間振蕩比以前更加重要。以此為起點(diǎn)各國(guó)建設(shè)了多條試驗(yàn)性高壓直流輸電技術(shù)。諸如現(xiàn)在流行的高壓直流輸電；更廣泛的運(yùn)用并聯(lián)電容器；負(fù)荷的組成和特性在發(fā)生變化。當(dāng)前，電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行趨勢(shì)產(chǎn)生了新的類型的穩(wěn)定性問題。這時(shí)候動(dòng)力設(shè)備中的過程將影響到電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程。在此期間發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)揮了作用。在這段時(shí)間里系統(tǒng)的保護(hù)和自動(dòng)裝置有一系列的動(dòng)作，例如切除線路的故障和重合閘、切除發(fā)電機(jī)等等。這種時(shí)間的長(zhǎng)短和系統(tǒng)的本身的本身的運(yùn)行狀況和擾動(dòng)的大小有關(guān)系。由此可以看出來，一個(gè)系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定情況和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及干擾的情況有關(guān)系，也就是說，一個(gè)系統(tǒng)在某個(gè)運(yùn)行情況下和干擾情況下是穩(wěn)定的，但是換了一個(gè)運(yùn)行情況或者干擾情況，系統(tǒng)有可能就是不穩(wěn)定的。所以說如果一個(gè)系統(tǒng)在受到大干擾的情況下還能過恢復(fù)到以前的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，我們就說這個(gè)系統(tǒng)是暫態(tài)穩(wěn)定的。暫態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)在某個(gè)運(yùn)行情況下突然受到大的干擾后，能否經(jīng)過暫態(tài)過程達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)或者恢復(fù)到原來的狀態(tài)。電力系統(tǒng)幾乎時(shí)時(shí)刻刻都受到小的干擾。2001年，我國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行與控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)制定的DL7552001《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》中將功角穩(wěn)定性分為下列三類：靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。如果能夠，則認(rèn)為系統(tǒng)在該正常運(yùn)行狀態(tài)下是穩(wěn)定的。但是這些控制方法雖然適合電力系統(tǒng)的非線性特性，設(shè)計(jì)出來的穩(wěn)定器具有較好的魯棒性的特點(diǎn)，但由于各種方法本身目前還存在一定程度的不足，因此研究具有固定結(jié)構(gòu)和參數(shù)固定的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器仍有重要的理論和實(shí)際應(yīng)用意義。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制，模糊控制。文獻(xiàn)〔17]. [18]通過詳細(xì)的仿真分析和理論分析說明發(fā)電機(jī)電磁功率和勵(lì)磁參考電壓之間的傳遞函數(shù)具有較好的不變性。許多專家和學(xué)者在PSS的魯棒性方面做了大量的研究，并取得了一些令人滿意方法。PSS經(jīng)過多年的發(fā)展己經(jīng)在國(guó)內(nèi)外取的了廣泛的應(yīng)用，已先后有多種控制方法用于PSS的設(shè)計(jì)，如最優(yōu)控制、模式分析、根軌跡靈敏度分析或幾種方法的組合應(yīng)用等。1984年初，由于香港青山電廠350MW機(jī)組高功率因數(shù)運(yùn)行，致使廣東至香港聯(lián)絡(luò)線發(fā)生低頻功率振蕩，1984年底在青山電廠機(jī)組配置了PSS后，解決了當(dāng)時(shí)的低頻振蕩問題。國(guó)內(nèi)第一臺(tái)PSS于1980年在八盤峽電廠投入運(yùn)行。②配置PSS。 現(xiàn)在PSS己被認(rèn)為是發(fā)電機(jī)整體不可分割的一個(gè)部分，每臺(tái)大型發(fā)電機(jī)投運(yùn)時(shí)必須有PSS，并需進(jìn)行合適的調(diào)整。在一段時(shí)間內(nèi)限制了發(fā)電機(jī)出力，這促使實(shí)行早己提出配置PSS的建議。澳大利亞1973年在土木特電站發(fā)生了不衰減功率振蕩，當(dāng)時(shí)采取的措施是減負(fù)荷及增加發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。日本為了增加系統(tǒng)阻尼，80年代大部分主力機(jī)組均己安裝PSS，對(duì)于快速勵(lì)磁的中小型機(jī)組，部分采用雙通道調(diào)節(jié)器，即在小千擾時(shí)響應(yīng)速度慢，以減小負(fù)阻尼:大干擾時(shí)響應(yīng)速度快，以提高暫態(tài)性能。輸電線路阻抗增加大約30%。PSS己成為加拿大電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)必需的一個(gè)組成部分，如果PSS退出，某些發(fā)電機(jī)的出力將限制在50%左右。未明確提出低頻振蕩和阻尼力矩的概念。原蘇聯(lián)實(shí)際上在50年代就開始采用電力系統(tǒng)穩(wěn)定器，不過那時(shí)沒有PSS的名稱，當(dāng)時(shí)采用的附加反饋為發(fā)電機(jī)定子電流及其微分，成為強(qiáng)力式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。負(fù)反饋以提高電力系統(tǒng)阻尼，稱為PSS，開始主要在西部系統(tǒng)采用，近年來GE公司、西屋公司等制造廠生產(chǎn)的大型發(fā)電機(jī)都提供PSS，己成為勵(lì)磁裝置的一個(gè)必備的部分，廣泛用于各系統(tǒng)中。經(jīng)過分析和研究，這些低頻振蕩有的是由勵(lì)磁系統(tǒng)的負(fù)阻尼作用引起的，還有的是由于遠(yuǎn)距離輸電線路中的串聯(lián)補(bǔ)償電容(1040Hz)引起的。為了保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，有效地抑制低頻振蕩，研制開發(fā)實(shí)用的電力系統(tǒng)穩(wěn)定裝置成為當(dāng)務(wù)之急。隨著三峽工程的建設(shè)和西電東送工程的逐步實(shí)施,低頻振蕩問題會(huì)逐步提上議事日程。新型的勵(lì)磁控制器能在小干擾的情況下改善穩(wěn)定性，而且同時(shí)適用于大干擾的情況下，可靠性高的勵(lì)磁系統(tǒng)是保證發(fā)電機(jī)安全發(fā)電，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性所必須的，對(duì)保證國(guó)民生產(chǎn)的安全進(jìn)行、保證人民生活的安全和有序，具有重大的意義。提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性這項(xiàng)工作必須要落實(shí)到系統(tǒng)的各個(gè)部位。由于一個(gè)開關(guān)站、多個(gè)變電站以及345kV輸電線路的破壞，使得臺(tái)灣的南電北送受阻，造成臺(tái)灣彰化以北地區(qū)完全斷電，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)損失難以估計(jì)。1999年9月21日，我國(guó)臺(tái)灣集集大地震對(duì)于電力系統(tǒng)造成了非常大的破壞。英國(guó)、澳大利亞、馬來西亞、芬蘭、丹麥、瑞典和意大利等國(guó)也有類似的大停電事故發(fā)生。近20年來，世界范圍內(nèi)發(fā)生了多起電力系統(tǒng)的大面積的停電事故，造成了災(zāi)難性的后果。電力系統(tǒng)在發(fā)展龐大的同時(shí)對(duì)穩(wěn)定性提出了更高的要求。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)原理及使用畢業(yè)論文目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒論 1 研究背景及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 1 研究背景 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定 3 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分類 3 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定的措施 4 勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的影響 5 本文的主要研究工作 6第2章 無限大系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 7 帕克變換 7 無限大系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 9 發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型 9 勵(lì)磁系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 11 汽輪機(jī)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 12 負(fù)荷方程 13 線路正常運(yùn)行 13 雙回路線路中有一點(diǎn)發(fā)生短路 14 計(jì)算、的值 14第3章 無限大系統(tǒng)暫態(tài)分析 16 系統(tǒng)各個(gè)部分的非線性模型 16 發(fā)電機(jī)非線性模型 16 調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)的非線性模型 16 汽輪機(jī)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的非線性模型 16 調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)和的選擇 17 當(dāng)，時(shí)的特征值計(jì)算 17 當(dāng)，時(shí)的特征值計(jì)算 18第4章 PSS的設(shè)計(jì) 21 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)原理 21 PSS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 21 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) 22 本章小結(jié) 24第5章 遺傳算法在PSS中的應(yīng)用 25 MATLAB的概述 25 MATLAB的特點(diǎn) 25 MATLAB的啟動(dòng)與退出 27 MATLAB遺傳算法工具箱 27 遺傳算法工具箱求解的方法 28 幾個(gè)參數(shù)的確定 28 PSS網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算 28 汽輪機(jī)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的超前補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算 29 求矩陣的特征值 30 在含有PSS的情況下系統(tǒng)的狀態(tài) 32 主要結(jié)論和展望 34 主要結(jié)論 34 展望未來 34附 錄 35參考文獻(xiàn) 44致 謝 45第1章 緒論 研究背景及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 研究背景隨著改革開放及經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，近三十年來我國(guó)的電力系統(tǒng)的規(guī)模和容量有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。我國(guó)是一個(gè)地域遼闊的大國(guó)，能源資源分布很不均勻，這就決定了我國(guó)的電力系統(tǒng)錯(cuò)綜復(fù)雜的特點(diǎn)。改善和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有著十分重要的意義，電力系統(tǒng)失去穩(wěn)定時(shí)，發(fā)電機(jī)不能正常發(fā)電，用戶不能正常用電，并引起系統(tǒng)參數(shù)巨大變化，往往會(huì)造成大面積的停電事故。如2003的美加大停電，造成了美國(guó)東北的8個(gè)洲和加拿大的部分城市停電，整個(gè)城市都處于癱瘓狀態(tài)，給人民的生活帶來了很大的影響，同時(shí)對(duì)工業(yè)、農(nóng)業(yè)很多方面造成了巨大的損失。在我國(guó)2008年初的冰災(zāi)也因大范圍、長(zhǎng)時(shí)間的停電造成了巨大損失。這次震害的一個(gè)主要特點(diǎn)是高壓輸電塔的破壞，這在以前的地震記錄中是非常少見的。地震中還有大量電力設(shè)備，特別是變電站和開關(guān)站設(shè)備遭到大量破壞。發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制因?yàn)榫哂屑瓤晒?jié)約投資，又能在正常運(yùn)行是減少電壓和頻率的波動(dòng)，改善動(dòng)態(tài)品質(zhì)和提高系統(tǒng)的抗干擾能力等特點(diǎn)。我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)落后于電源建設(shè)，現(xiàn)代化大機(jī)組的高放大倍數(shù)快速勵(lì)磁系統(tǒng)采用之后，振蕩現(xiàn)象更加明顯。電力市場(chǎng)的發(fā)展更增加了運(yùn)行條件的不可預(yù)知性。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 電力系統(tǒng)中發(fā)生過低頻振蕩。美國(guó)是電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）的發(fā)源地，在60年代因聯(lián)絡(luò)線低頻振蕩引起線路跳閘而造成系統(tǒng)故障，1969年開始在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中增加e。近年來又研制了微機(jī)PSS，用在來克丁頓抽水蓄能電站的6臺(tái)325MVA機(jī)組上。那時(shí)只是與快速勵(lì)磁配套，用以抑制大干擾后的振蕩。加拿大用改進(jìn)勵(lì)磁系統(tǒng)性能作為提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定的基本措施，采用高增益快速勵(lì)磁系統(tǒng)以提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定，采用PSS以提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。德國(guó)西部電力系統(tǒng)從70年代到80年代末期，系統(tǒng)中最大單機(jī)容量已從300MW增大到火電機(jī)組1000MVA，原子能機(jī)組1700MVA。為了解決系統(tǒng)電壓波動(dòng)，采用了高增益的快速電壓調(diào)節(jié)器以改善系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定及電壓穩(wěn)定，并在所有的大機(jī)組上都配置了PSS，之后電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定。近年來研制的模糊控制PSS，進(jìn)一步提高PSS對(duì)多級(jí)振蕩的阻尼能力，已在美國(guó)取得專利。1974年由于某330KV線路并聯(lián)電抗器故障退出，使利得爾發(fā)電機(jī)低勵(lì)運(yùn)行，發(fā)生低頻振蕩。1975年維多利亞送電至南威爾士及斯諾威的抽水蓄能電站時(shí)，多次發(fā)生低頻功率振蕩，在這之后立即采取措施，投入PSS取得了良好的效果，隨著經(jīng)驗(yàn)的積累。他們對(duì)新機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的要求是:①高響應(yīng)勵(lì)磁系統(tǒng)。我國(guó)電力系統(tǒng)采用PSS較晚。此后在湖南鳳灘電廠4臺(tái)l00MW 機(jī)組上安裝了PSS，使鳳灘至益陽間線路輸送功率從160MW增至273MW以上。在這之后，PSS在我國(guó)的電力系統(tǒng)中越來越多的采用。這些方法著重于單個(gè)額定運(yùn)行點(diǎn)的考慮，而不計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行的魯棒特性，因此，對(duì)于像電力系統(tǒng)這樣的高度非線性系統(tǒng)難以保證其在較寬運(yùn)行范圍內(nèi)的穩(wěn)定，因此使PSS具有魯棒性成為近年來得研究重點(diǎn)。文獻(xiàn)[16]指出基于單機(jī)無窮大系統(tǒng)模型的經(jīng)典相位補(bǔ)償法具有較好的魯棒性。文獻(xiàn)[19]引入概率的概念來考慮多個(gè)運(yùn)行條件下PSS的動(dòng)態(tài)性能，從而保證PSS的魯棒性。理論等現(xiàn)代控制技術(shù)在PSS的設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。 電力系統(tǒng)穩(wěn)定 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的分類電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題就是當(dāng)系統(tǒng)在某一正常運(yùn)行狀態(tài)下受到某種干擾后，能否經(jīng)過一定的時(shí)間后回到原來的運(yùn)行狀態(tài)或者過渡到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)問題。反之，若系統(tǒng)不能回到原來的運(yùn)行狀態(tài)或者不能建立一個(gè)新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，則說明系統(tǒng)的狀態(tài)變量沒有一個(gè)穩(wěn)定值，而是隨著時(shí)間不斷增大或者振蕩，系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定是指電力系統(tǒng)受到小干擾后，不發(fā)生自發(fā)振蕩或非周期性失步，自動(dòng)恢復(fù)到初始運(yùn)行狀態(tài)的能力。例如：系統(tǒng)中負(fù)荷的小量變化；又如架空輸電線因風(fēng)吹擺動(dòng)引起的線間距離（影響線路電抗）的微小變化等等。這里所說的大干擾是區(qū)別與前面說說的小干擾而言的，比如短路、突然斷開線路或發(fā)電機(jī)等。相反，如果一個(gè)系統(tǒng)在受到大的干擾的情況下不能夠恢復(fù)到以前的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，出現(xiàn)了諸如電壓、電流、相角不斷振蕩的情況，我們就說系統(tǒng)在這個(gè)運(yùn)行狀態(tài)下不能夠保持暫態(tài)穩(wěn)定。電力系統(tǒng)受到大的干擾，經(jīng)過一段時(shí)間后，會(huì)逐步趨向穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)或者趨于失步狀態(tài)。在分析大擾動(dòng)后的暫態(tài)過程有下列的三種不同的時(shí)間階段分類：（1）起始階段：指故障后約1S內(nèi)的時(shí)間段。（2）中間階段：在起始階段后，大約持續(xù)5S左右的時(shí)間段。（3）后期階段：中間階段以后的時(shí)間。另外，系統(tǒng)中還將由于頻率和電壓的下降，發(fā)生自動(dòng)裝置切除部分負(fù)荷等操作。 目前我國(guó)正處于飛速發(fā)展的時(shí)期，對(duì)電力