勵磁ESS和PSS穩(wěn)定器

1、1第五節(jié)第五節(jié) 勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器一、二階控制系統(tǒng)動態(tài)性能評價一、二階控制系統(tǒng)動態(tài)性能評價過調量（超調量）、上升時間、穩(wěn)定時間過調量（超調量）、上升時間、穩(wěn)定時間222)()(nnssKsRsC1臨界阻尼臨界阻尼1欠阻尼欠阻尼1過阻尼過阻尼2二、勵磁控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)二、勵磁控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)勵磁系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)與與勵磁控制系統(tǒng)勵磁控制系統(tǒng)勵磁機飽和曲線勵磁機飽和曲線勵磁勵磁調節(jié)器調節(jié)器3勵磁勵磁調節(jié)器調節(jié)器勵磁機勵磁機綜合放大及移相綜合放大及移相發(fā)電機發(fā)電機測量比較測量比較測量比較：測量比較：測量變壓器、整流濾波、測量變壓器、整流濾波、測量比較。主要是測量比較。主要是整流濾波環(huán)節(jié)整流濾波環(huán)

2、節(jié)綜合放大及移相：綜合放大及移相：運放，時延很小，運放，時延很小，時間常數(shù)可忽略時間常數(shù)可忽略勵磁機：勵磁機：主要是考慮主要是考慮飽和飽和發(fā)電機：發(fā)電機：考慮空載，近似采用考慮空載，近似采用線性模型線性模型4典型參數(shù)：典型參數(shù)：1104. 069. 038. 80GEREdoAKKsTsTsTsT開環(huán)傳函：開環(huán)傳函：2545. 112. 02545. 112. 032. 4)()(sssKsssKKKsHsGRGA開環(huán)極點：開環(huán)極點：2545. 112. 0sss52545. 112. 0sss很明顯：很明顯： 勵磁機的時間常數(shù)對應的極點太靠近勵磁機的時間常數(shù)對應的極點太靠近原點，原點，動態(tài)性

3、能不理想動態(tài)性能不理想 閉環(huán)增益增大后，根軌跡轉入右半平閉環(huán)增益增大后，根軌跡轉入右半平面，面，系統(tǒng)不穩(wěn)定系統(tǒng)不穩(wěn)定。但較小的閉環(huán)增益，。但較小的閉環(huán)增益，不能很好保證閉環(huán)調節(jié)精度不能很好保證閉環(huán)調節(jié)精度閉環(huán)性能需要改善：閉環(huán)性能需要改善： 引入轉子電壓微分負反饋，改變開環(huán)零極點分布引入轉子電壓微分負反饋，改變開環(huán)零極點分布勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器（勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器（Excitation System Stabilizer, ESS）閉環(huán)根軌跡始于開環(huán)極點，止于開環(huán)零點閉環(huán)根軌跡始于開環(huán)極點，止于開環(huán)零點62545. 112. 0sss原系統(tǒng)：原系統(tǒng)：引入反饋后系統(tǒng)：引入反饋后系統(tǒng)：系統(tǒng)將有系統(tǒng)將有4個極

4、點，個極點，3個零點，選?。簜€零點，選?。簾o零點無零點25112. 0FT三、勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器三、勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器7勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器（勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器（ESS）通過引入三個零點將閉環(huán)根軌跡通過引入三個零點將閉環(huán)根軌跡引到左半平面，大大提高了穩(wěn)定性以及閉環(huán)調節(jié)精度引到左半平面，大大提高了穩(wěn)定性以及閉環(huán)調節(jié)精度目前帶有勵磁機的勵磁調節(jié)器都安裝有目前帶有勵磁機的勵磁調節(jié)器都安裝有ESSsTsKFF18第六節(jié)第六節(jié) 電力系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)定器電力系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)定器jjjjjj阻尼較弱阻尼較弱負阻尼負阻尼9電力系統(tǒng)的阻尼較弱或為負：電力系統(tǒng)的阻尼較弱或為負：u 在某種情況下高放大倍數(shù)、高起始響應的勵磁調節(jié)器在某種情況下高放

5、大倍數(shù)、高起始響應的勵磁調節(jié)器（快速勵磁）（快速勵磁）u 長距離輸電線路長距離輸電線路u 重載線路重載線路u 弱聯(lián)電力系統(tǒng)弱聯(lián)電力系統(tǒng)為了增強電力系統(tǒng)阻尼，引入電力系統(tǒng)穩(wěn)定器為了增強電力系統(tǒng)阻尼，引入電力系統(tǒng)穩(wěn)定器Power System Stabilizer (PSS)當電力系統(tǒng)的阻尼較弱或為負時，就會產生當電力系統(tǒng)的阻尼較弱或為負時，就會產生低頻振蕩低頻振蕩 0.22Hz，超低頻振蕩超低頻振蕩0.1Hz左右及以下，左右及以下，次同步振蕩次同步振蕩1040Hz10一、同步發(fā)電機模型一、同步發(fā)電機模型qEGU1LUU2LUdx1TxLxLx2Tx2211TLTeXXXX111、基本方程、基本方

6、程sincosUUUUdqqqeqGdddqedGqXIXIUUXIEXIUUsincosedqdeqqXXUEIXXUI00sincosqqGdddqGqIXUIXEU122、轉子運動方程、轉子運動方程eePM 近似：近似：qGqdGdeeIUIUPMqdGqGdGejIIjUUIUS21qeEKKM21qeeEMKMKsTMMJems0DMMdtdTemJ133、勵磁繞組方程、勵磁繞組方程合成磁鏈合成磁鏈fdfdFmdqxxE0產生磁鏈產生磁鏈fdIfdmdqIxE 定子側等值電勢定子側等值電勢fdUfdfdmddeUrxE2ddFmdxxxxdtdTIrUfddofdfdfddtdETE

7、EqdoqdedddqqIxxEEdddqdodeIxxEsTE14331KEsTKKEdedoq043sinUxxxxKxxxxKedddeded144、機端電壓方程、機端電壓方程222GqGdGUUUGqqGqGdGGdGUUUUUUU000065qGEKKU5、綜合、綜合21qeEKKM4331KEsTKKEdedoq65qGEKKUsTMMJems01521qeEKKM4331KEsTKKEdedoq65qGEKKUsTMMJems0421KKKP6KP5KP003 constKdeEREFUPSSD16u 假定假定qE恒定恒定0qEdeEREFU1020)()(KsTsMsJmJTK

8、js100D0D1020)()(KDssTsMsJmJJTKTDDs24102分析：系統(tǒng)穩(wěn)定分析：系統(tǒng)穩(wěn)定（1）K10，否則含有正實根，否則含有正實根（2）D0，否則含有一對實部，否則含有一對實部為正的共軛復根為正的共軛復根合成磁鏈不變合成磁鏈不變二、勵磁對靜態(tài)穩(wěn)定影響二、勵磁對靜態(tài)穩(wěn)定影響0102JJTKsTDs0222nnssJnnTK1nJTD2無阻尼自然無阻尼自然振蕩頻率振蕩頻率阻尼比阻尼比D17系統(tǒng)穩(wěn)定，要求：系統(tǒng)穩(wěn)定，要求：同步轉矩同步轉矩0阻尼轉矩阻尼轉矩0)()(0101dDdsdMjMjDKsDK同步轉矩同步轉矩增量增量阻尼轉矩阻尼轉矩增量增量同步轉矩系數(shù)同步轉矩系數(shù)阻尼轉矩

9、系數(shù)阻尼轉矩系數(shù))(dsM)(dDMDMeDMMdtdTemJDKDEKKDMqe12118u 假定假定deE恒定恒定0deE無勵磁控制無勵磁控制deED043231020311)()(KKKsTKKsTsTKsMsdoJdom014321303233KKKKTKTsTTKsTKsdoJJdodo穩(wěn)定運行條件穩(wěn)定運行條件：（：（Routh判據）判據）a30；a1a2004321KKKK0432KKK兩個條件矛盾兩個條件矛盾0deE19sTKKKKKEKKMdoqe3432121122 23423222 23432134321111ddododddoddoTKTKKKjTKKKKKjTKKKKK

10、無勵磁控制等效同步轉矩系數(shù)：無勵磁控制等效同步轉矩系數(shù)：無勵磁控制等效阻尼轉矩系數(shù)：無勵磁控制等效阻尼轉矩系數(shù)：qE恒定與無勵磁控制相比恒定與無勵磁控制相比勵磁控制使靜穩(wěn)定極限提高了，勵磁控制使靜穩(wěn)定極限提高了，但引入了一定的負阻尼但引入了一定的負阻尼22 2343211ddoTKKKKK22 23042321/ddododTKTKKKD20u 比例式勵磁調節(jié)比例式勵磁調節(jié)為簡單起見，簡化勵磁系統(tǒng)：為簡單起見，簡化勵磁系統(tǒng)：設其傳函：設其傳函：)(1)()()(sUsTKsUsGsEGeeGede快速勵磁：快速勵磁：Te0)()(sUKsEGedeeeJemKKKGKKKGKsTKKGsMs5

11、40326301263011)()(sTKKGdo3331閉環(huán)特征方程：閉環(huán)特征方程：015242316100123363eedoJJdoeKKKKKKKKKKTTsTKsTKKKKs考慮考慮Ke很大：很大：05261001263KKKKTTKsTKsTKKsdoJeJdoeRouth判據：判據：00525261KKKKKK也是矛盾的也是矛盾的21sDsTKKKKKKKKKKDEKKsMdoeeqe036345321211)(令：令：djs2266521/1/dedoSKKTKKKKM060226652/1/dedodedoDKKTKKTKKKDM同步轉矩增量同步轉矩增量阻尼轉矩增量阻尼轉矩增

12、量輕負荷情況下，輕負荷情況下，K50重負荷情況下，重負荷情況下，K50同步轉矩增量同步轉矩增量 阻尼轉矩增量阻尼轉矩增量同步轉矩增量同步轉矩增量 阻尼轉矩增量阻尼轉矩增量簡單式勵磁控制：簡單式勵磁控制： 增加同步發(fā)電機同步轉矩系數(shù)增加同步發(fā)電機同步轉矩系數(shù) 但同時引進了負阻尼但同時引進了負阻尼22三、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（三、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）引進人為信號引進人為信號 增強阻尼增強阻尼u PSS的原理的原理轉子運動方程：轉子運動方程：DMMdtdTemJ為了增強阻尼，為了增強阻尼，引進的阻尼必須與引進的阻尼必須與的方向一致的方向一致eeeDMMDDMMdtdTeemJ等效的阻尼系數(shù)：等效的阻尼

13、系數(shù)：DDDe從而從而PSS可大幅度提高了同步發(fā)電機的阻尼可大幅度提高了同步發(fā)電機的阻尼23u PSS的設計的設計關鍵在于：關鍵在于：如何保證引入的信號產生的轉矩與如何保證引入的信號產生的轉矩與方向一致方向一致deEREFUPSSDdMPSS241、設計超前環(huán)節(jié)、設計超前環(huán)節(jié)eedoedEKKKsTsKTKKKssMsG3233211)()()(因為要求同相：因為要求同相：0)()(sGsGPSSE對所有振蕩頻率對所有振蕩頻率在實際設計中在實際設計中由于由于0)(sGE所以所以0)(sGPSS即即PSS為為超前環(huán)節(jié)超前環(huán)節(jié)（1）?。┤為實際系統(tǒng)已經存在的低頻振蕩頻率為實際系統(tǒng)已經存在的低頻振

14、蕩頻率0)()(dPSSdEjGjG（2）取）取s為系統(tǒng)無阻尼自然振蕩頻率為系統(tǒng)無阻尼自然振蕩頻率21212111)(TTksTsTKsGkPSSPSS，或oPSSdsGHzTTT34)(1102 . 02120)()(nPSSnEjGjGdMPSS252、設計放大倍數(shù)，保證合理的阻尼比、設計放大倍數(shù)，保證合理的阻尼比取合理的阻尼比取合理的阻尼比0.10.30222nnssJnnTK1nJTD2)()(2dEdPSSnJPSSjGjGTD可計算出放大倍數(shù)可計算出放大倍數(shù)PSSK3、設計復位環(huán)節(jié)，不影響正常電壓性能、設計復位環(huán)節(jié)，不影響正常電壓性能sTsTsGr1)(42T可消除直流分量，但對振

15、蕩有：可消除直流分量，但對振蕩有：11)(TjTjjGdddr4、設計帶通濾波器，只抑制設計頻率附近的頻率分量、設計帶通濾波器，只抑制設計頻率附近的頻率分量濾波器濾波器d主要保證相位主要保證相位補償要求補償要求265、PSS總體框圖總體框圖帶通帶通濾波器濾波器sTsT1kPSSsTsTK2111復位環(huán)節(jié)復位環(huán)節(jié)PSS限幅環(huán)節(jié)限幅環(huán)節(jié)勵磁勵磁系統(tǒng)系統(tǒng)REFUGUPSSUdeE 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器自從提出后在世界各國電力系統(tǒng)得到全面推廣，概念清晰，實電力系統(tǒng)穩(wěn)定器自從提出后在世界各國電力系統(tǒng)得到全面推廣，概念清晰，實現(xiàn)簡單方面，效果理想現(xiàn)簡單方面，效果理想 但是也存在一些問題：但是也存在一些問題：l

16、能抑制所設計的頻率附近的低頻振蕩，對其它頻率不能取作用，甚至取反能抑制所設計的頻率附近的低頻振蕩，對其它頻率不能取作用，甚至取反作用作用l 對超低頻振蕩（接近直流）有時難以進行參數(shù)設計對超低頻振蕩（接近直流）有時難以進行參數(shù)設計l 在多機電力系統(tǒng)中參數(shù)設計困難，即在多機電力系統(tǒng)中參數(shù)設計困難，即PSS之間的參數(shù)協(xié)調和安裝地點選擇，之間的參數(shù)協(xié)調和安裝地點選擇，并不是所有機組安裝最好并不是所有機組安裝最好l 大電網聯(lián)網后會出現(xiàn)多種頻率的振蕩，大電網聯(lián)網后會出現(xiàn)多種頻率的振蕩，PSS參數(shù)難以設計參數(shù)難以設計電力系統(tǒng)還需不斷探索新的勵磁控制規(guī)律電力系統(tǒng)還需不斷探索新的勵磁控制規(guī)律27第七節(jié)第七節(jié) 微

17、機勵磁控制器簡介微機勵磁控制器簡介（補充）（補充）微機勵磁控制器已經廣泛應用于實際電力系統(tǒng)微機勵磁控制器已經廣泛應用于實際電力系統(tǒng)一、測量系統(tǒng)一、測量系統(tǒng)有功、無功有功、無功變換器變換器ABCUABCIABCUABCIEFI隔離隔離變換器變換器EFUSYSUABCUABCIA/D采樣采樣多路轉換多路轉換開關開關CPU根據根據富氏算法富氏算法計算電壓電流幅值和相位計算電壓電流幅值和相位根據電壓電流幅值和相位根據電壓電流幅值和相位計算有功無功計算有功無功直流采樣直流采樣交流采樣交流采樣28二、觸發(fā)脈沖形成系統(tǒng)二、觸發(fā)脈沖形成系統(tǒng)ABCU三相同步信號三相同步信號中斷源：中斷源：u 同步信號上升沿同步

18、信號上升沿u 導通角定時時間到導通角定時時間到u 60o定時時間到定時時間到u 脈沖寬度定時時間到脈沖寬度定時時間到o60同步同步信號信號時序：時序：u 同步信號上升沿同步信號上升沿 設置導通角定時設置導通角定時u 導通角定時時間到導通角定時時間到 發(fā)出脈沖發(fā)出脈沖 設置脈沖寬度定時設置脈沖寬度定時 設置設置60o定時定時u 脈沖寬度定時時間到脈沖寬度定時時間到 清除脈沖清除脈沖u 60o定時時間到定時時間到 發(fā)出脈沖發(fā)出脈沖 設置脈沖寬度定時設置脈沖寬度定時 檢查檢查6個脈沖發(fā)完成？個脈沖發(fā)完成？ 是：退出是：退出 否：設置下一個否：設置下一個60o定時定時29三、控制規(guī)律三、控制規(guī)律n AVRPSSdttdeTdtteTteKtuDtIP)()(1)()(0帶通帶通濾波器濾波器sTsT1kPSSsTsTK2111復位環(huán)節(jié)復位環(huán)節(jié)PSS限幅環(huán)節(jié)限幅環(huán)節(jié)勵磁勵磁系統(tǒng)系統(tǒng)REFUGUPSSUdeE離散化離散化PSS離散化離散化AVR連續(xù)狀態(tài)方程離散化：連續(xù)狀態(tài)方程離散化：BuAXX)()(2)() 1(2)() 1(kBukAXhkBukAXhkXkX隱式梯形積分