【正文】 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)。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。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。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。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。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。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。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。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。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)。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。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。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。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。首先，短路電流不能過大。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。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。若發(fā)電機(jī)外部電抗呈容性，電樞反應(yīng)可能起助磁作用，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。下面我們來介紹一下怎么樣來提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。因?yàn)楣收峡焖偾谐s短了故障的持續(xù)時(shí)間，從功角特性曲線可以看出減小了加速面積，增加了減速的面積，從而提高了發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)的故障切除時(shí)間等于繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間加上斷路器的動(dòng)作時(shí)間。采用自動(dòng)重合閘裝置，當(dāng)遇到故障時(shí)先切除線路，過一會(huì)兒再合上斷路器，如果這時(shí)候故障已經(jīng)消失了，則說明自動(dòng)重合閘成功。提高發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率也可以提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。電氣制動(dòng)就是當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障后迅速地投入電阻以消耗發(fā)電機(jī)的有功功率（增大電磁功率），從而減少功率的差額。運(yùn)用電氣制動(dòng)提高暫態(tài)穩(wěn)定性時(shí)，制動(dòng)電阻的大小及投切時(shí)間要選擇得恰當(dāng)。圖11有電氣制動(dòng)的曲線除了上述的措施之外，還有其他的方法來提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，比如在串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置中附加強(qiáng)行補(bǔ)償，在切除故障線路的同時(shí)來增大串聯(lián)補(bǔ)償電容的容抗，以補(bǔ)償由于切除故障線路而增加的線路電抗。但是，隨著電力系統(tǒng)裝機(jī)容量的增大，快速保護(hù)的應(yīng)用，故障切除時(shí)間的縮短，它勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)已不是很明顯。且由于變壓器容量的變更比交流勵(lì)磁機(jī)的變更更簡(jiǎn)單、容易，因而更經(jīng)濟(jì)，更容易滿足不同電力系統(tǒng)、不同電站的暫態(tài)穩(wěn)定水平對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)的不同要求。另外它勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)與自并勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)相比較，元部件多，又有旋轉(zhuǎn)部件，可靠性相對(duì)較低，運(yùn)行維護(hù)量大。當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓下降時(shí)其強(qiáng)勵(lì)能力下降，對(duì)電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定不利。綜合考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面因素，推薦在發(fā)電機(jī)組采用自并勵(lì)快速勵(lì)磁方式。 本文的主要研究工作本文主要研究的是PSS的設(shè)計(jì)原理和分析帶PSS系統(tǒng)的好處。最后通過分析無限大系統(tǒng)在帶PSS和不帶PSS的情況下，系統(tǒng)的運(yùn)行情況，得出了PSS的好處，對(duì)前途進(jìn)行了展望，同時(shí)也提出了一些需要解決的問題。要想電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，每一個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)該是穩(wěn)步運(yùn)行的，任何一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生了故障，都會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的影響。以免造成更大的損失。下圖是一個(gè)單機(jī)無限大母線系統(tǒng)的示意圖 圖21單機(jī)無限大母線系統(tǒng)示意圖電力系統(tǒng)是一個(gè)非常龐大的系統(tǒng)，以比較低的成本來使系統(tǒng)的順利運(yùn)行是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，如果能解決這一問題，將給我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)做出很大的貢獻(xiàn)。 帕克變換 帕克變換實(shí)際上以實(shí)際繞組變量規(guī)定出一組新的定子變量，如電流、電壓或者磁鏈。圖22同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型從數(shù)學(xué)意義上講，帕克變換沒有什么，只是一個(gè)坐標(biāo)變換而已，從abc坐標(biāo)變換到dq0坐標(biāo)，ua,ub,uc,ia,ib,ic,磁鏈a,磁鏈b,磁鏈c這些量都變換到dq0坐標(biāo)中。對(duì)于穩(wěn)態(tài)來說，這么一等效之后，iq,id正好就是一個(gè)常數(shù)了。它感應(yīng)一個(gè)電動(dòng)勢(shì)落后與該磁鏈90度。對(duì)于電壓或者磁鏈也可以用與上述相似的表達(dá)式寫出；例如，如果變換是唯一的，逆變換也存在，因而可以寫出那么可以用下列的式子來表示并且我們注意到了，表明變換是正交變換。所以無論是還是都可以用同樣的功率表達(dá)式。為了提高我國(guó)勵(lì)磁系統(tǒng)的精確程度，我國(guó)專家研究出了新的一種勵(lì)磁系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)可以運(yùn)用一階滯后環(huán)節(jié)來表示：其中：放大倍數(shù)：時(shí)間常數(shù)：端電壓的整定值：的頂值倍數(shù)圖24勵(lì)磁系統(tǒng)方框圖有一個(gè)非線性的限幅環(huán)節(jié)，在小干擾的情況下，由于勵(lì)磁電壓達(dá)不到頂值，可以不用考慮這個(gè)非線性環(huán)節(jié)。如下圖：圖27阻抗等效圖根據(jù)發(fā)電機(jī)的四階非線性模型可以寫出：由以上的式子可以得到：同時(shí) 雙回路線路中有一點(diǎn)發(fā)生短路這個(gè)時(shí)候所形成的網(wǎng)絡(luò)如圖所示：圖28回路中一點(diǎn)短路的示意圖可以寫出網(wǎng)絡(luò)方程為：設(shè)，帶入上面的式子可以得到： 計(jì)算、的值將上圖的型網(wǎng)絡(luò)化成型網(wǎng)絡(luò)：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(yùn)行狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候系統(tǒng)應(yīng)該有一下幾個(gè)部分組成，發(fā)電機(jī)、調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)、汽輪機(jī)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的非線性模型，便構(gòu)成了系統(tǒng)的非線性模型。 發(fā)電機(jī)非線性模型計(jì)算大擾動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行情況是用的非線性模型：其中：暫態(tài)電抗后的電勢(shì)的軸分量：軸暫態(tài)開路時(shí)間常數(shù)：阻尼系數(shù) 調(diào)節(jié)勵(lì)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(shí)間常數(shù)：端電壓的整定值 ：的頂值倍數(shù) 汽輪機(jī)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的非線性模型調(diào)速器輸出信號(hào)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(shí)間常數(shù) ：汽容時(shí)間常數(shù) ：中間再熱時(shí)間常數(shù)：高壓汽缸功率占汽輪機(jī)總功率的比率、：調(diào)速器輸出信號(hào)的限幅值 調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)和的選擇 當(dāng)，時(shí)的特征值計(jì)算下面我們以國(guó)產(chǎn)的30萬千瓦的機(jī)組為例子進(jìn)行討論發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：（標(biāo)幺值） SSP360000/220型發(fā)電機(jī)的參數(shù)為： 200公里雙回路線的參數(shù)為： 穩(wěn)定運(yùn)行參數(shù)如下：發(fā)電機(jī)的輸出功率 功率因數(shù)機(jī)械功率 定子電勢(shì)功角 轉(zhuǎn)速端電壓 無限大母線電壓 把以上的數(shù)據(jù)帶入。中。然后做出時(shí)，系統(tǒng)的特征值隨著變化的根軌跡。這個(gè)時(shí)候，系統(tǒng)的全部特征值為： + + 當(dāng)，時(shí)的特征值計(jì)算當(dāng)，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。當(dāng)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(dòng)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(shí)的系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，但是它的第一個(gè)搖擺的振幅要比小的多，所以從上圖可以得出較小的時(shí)間常數(shù)和較大的放大倍數(shù)能夠改善第一個(gè)搖擺的穩(wěn)定性。第4章 PSS的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)原理，分析電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的應(yīng)用問題，對(duì)我們下一章做一個(gè)基礎(chǔ)的鋪墊。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。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。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。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。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(jī)電壓的波動(dòng)。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)過電壓和無功過負(fù)荷，也不會(huì)引起發(fā)電機(jī)勵(lì)磁不足或失去勵(lì)磁。 PSS網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)輔助的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)經(jīng)過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。PSS網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)復(fù)位相，用來消除時(shí)滯T0以后的補(bǔ)償效應(yīng)。、：超前網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)，是復(fù)位時(shí)間常數(shù)：放大倍數(shù)計(jì)算PSS實(shí)際上就是要求出、以及。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)的開環(huán)傳遞函數(shù)的所有的零點(diǎn)和極點(diǎn)。、以及，但是求不出來。這種方法將會(huì)在下一章介紹。超前網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償?shù)膫鬟f函數(shù)： 方框圖如下所示：圖42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。 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)。第5章 遺傳算法在PSS中的應(yīng)用本章首先介紹MATLAB運(yùn)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(yùn)用遺傳算法工具箱解決PSS方面的一些問題。MATLAB主要運(yùn)用在數(shù)學(xué)建模與仿真、數(shù)學(xué)分析與可視化、科學(xué)與工程繪圖和用戶界面設(shè)計(jì)等。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C++ ，JAVA的支持。 MATLAB的特點(diǎn)MATLAB現(xiàn)在不再是“矩陣實(shí)驗(yàn)室”。具有一下的特點(diǎn)：（1）友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境MATLAB由一系列工具組成。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機(jī)查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。（2）簡(jiǎn)單易用的程序語言MATLAB一個(gè)高級(jí)的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C＋＋語言基礎(chǔ)上的，因此語法特征與C＋＋語言極為相似，而且更加簡(jiǎn)單，更加符合科技人員對(duì)數(shù)學(xué)表達(dá)式的書寫格式。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是MATLAB能夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。其擁有600多個(gè)工程中要用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的實(shí)現(xiàn)用戶所需的各種計(jì)算功能。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C和C++ 。MATLAB的這些函數(shù)集包括從最簡(jiǎn)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(fù)雜函數(shù)。（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(duì)圖形進(jìn)行標(biāo)注和打印?？捎糜诳茖W(xué)計(jì)算和工程繪圖。同時(shí)對(duì)一些特殊的可視化要求，例如圖形對(duì)話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。（5）應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱MATLAB對(duì)許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。目前，MATLAB已經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫(kù)接口、概率統(tǒng)計(jì)、樣