華電電力系統(tǒng)自動(dòng)化第9講-勵(lì)磁動(dòng)態(tài)7

1華電電力系統(tǒng)自動(dòng)化第9講-勵(lì)磁動(dòng)態(tài)72NorthChinaElectricPowerUniversity2/412023/5/18第四節(jié)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)定性的影響勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用一直是人們關(guān)心的問(wèn)題。1、早期研究認(rèn)為，無(wú)失靈區(qū)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可以提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定功率極限。2、為了改善勵(lì)磁調(diào)節(jié)器所引起的不穩(wěn)定現(xiàn)象，引入了反饋校正電路。3、大型互聯(lián)電力系統(tǒng)的增長(zhǎng)性振蕩破壞了大型系統(tǒng)的并聯(lián)運(yùn)行，系統(tǒng)本身的自然阻尼的微弱性是這種現(xiàn)象的主要原因，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器又使系統(tǒng)產(chǎn)生了負(fù)阻尼，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的低頻振蕩，為此，引入了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器以增強(qiáng)系統(tǒng)的正阻尼。物理系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模物理映射數(shù)學(xué)分析3NorthChinaElectricPowerUniversity3/412023/5/18一、同步發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)方程在描述同步發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)方程時(shí)，考慮在處于小擾動(dòng)情況下運(yùn)動(dòng)方程可以進(jìn)行線性化。(Park變換，顧氏變換等)假設(shè)條件是：1、忽略阻尼效應(yīng)。2、忽略定子繞組的電阻。3、在定子和負(fù)荷的電壓方程中，d、q軸的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中與轉(zhuǎn)速電動(dòng)勢(shì)相比可以忽略。4、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中近似等于5、選定初始點(diǎn)后，飽和效應(yīng)可以忽略。4NorthChinaElectricPowerUniversity4/412023/5/181、暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)的方程式發(fā)電機(jī)的用電機(jī)參數(shù)表示的同步電機(jī)方程：定子繞組磁鏈方程定子繞組電壓平衡方程轉(zhuǎn)子繞組磁鏈方程轉(zhuǎn)子繞組電壓平衡方程5NorthChinaElectricPowerUniversity5/412023/5/181、暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)的方程式其中，定義如下變量：6NorthChinaElectricPowerUniversity6/412023/5/181、暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)的方程式在實(shí)際應(yīng)用中常根據(jù)對(duì)分析和計(jì)算精度要求的不同，對(duì)同步發(fā)電機(jī)的方程進(jìn)行簡(jiǎn)化。1、三繞組（f、D、Q）轉(zhuǎn)子模型轉(zhuǎn)子q軸通常只考慮一個(gè)等值阻尼繞組Q，認(rèn)為g繞組不存在。定子電壓平衡方程和定子磁鏈方程不變。2、兩繞組（f、g）轉(zhuǎn)子模型轉(zhuǎn)子q軸通常只考慮一個(gè)阻尼繞組g，認(rèn)為D、Q繞組不存在。定子電壓平衡方程不變。7NorthChinaElectricPowerUniversity7/412023/5/181、暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)的方程式3、不計(jì)阻尼繞組的模型不計(jì)阻尼繞組的影響。所有與阻尼繞組g、D、Q有關(guān)的互阻抗都為零。定子電壓平衡方程不變定子繞組磁鏈方程轉(zhuǎn)子電壓平衡方程8NorthChinaElectricPowerUniversity8/412023/5/181、暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)的方程式4、恒定模型

這個(gè)模型認(rèn)為勵(lì)磁繞組暫態(tài)過(guò)程和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器共同作用使得：5、經(jīng)典模型

經(jīng)典模型是將同步電機(jī)看成一個(gè)帶內(nèi)阻抗的簡(jiǎn)單電源，內(nèi)阻抗的電阻部分等于定子繞組的電阻，電抗部分等于d軸暫態(tài)電抗，電源電動(dòng)勢(shì)的大小在暫態(tài)過(guò)程中保持不變。

這個(gè)模型與經(jīng)典模型是電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程分析中早期采用的兩種模型。這兩種模型都不計(jì)阻尼繞組對(duì)暫態(tài)過(guò)程的影響。9NorthChinaElectricPowerUniversity9/412023/5/181、暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)的方程式在這里采用“3不計(jì)阻尼繞組的模型”10NorthChinaElectricPowerUniversity10/412023/5/18同步發(fā)電機(jī)相量圖11NorthChinaElectricPowerUniversity11/412023/5/181、暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)的方程式Eq‘——轉(zhuǎn)子合成磁鏈λEF在定子側(cè)電動(dòng)勢(shì)Eq——轉(zhuǎn)子電流IEF的總磁鏈在定子側(cè)的等值電動(dòng)勢(shì)標(biāo)么值Ede——轉(zhuǎn)子端電壓UE在定子側(cè)的等值電動(dòng)勢(shì)標(biāo)么值轉(zhuǎn)子回路方程12NorthChinaElectricPowerUniversity12/412023/5/181、暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)的方程式13NorthChinaElectricPowerUniversity13/412023/5/182、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程和電磁轉(zhuǎn)矩方程14NorthChinaElectricPowerUniversity14/412023/5/183、發(fā)電機(jī)端電壓方程15NorthChinaElectricPowerUniversity15/412023/5/184、同步發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)方程組16NorthChinaElectricPowerUniversity16/412023/5/185、參數(shù)隨負(fù)荷變化的規(guī)律17NorthChinaElectricPowerUniversity17/412023/5/18二、勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的影響18NorthChinaElectricPowerUniversity18/412023/5/181、同步發(fā)電機(jī)的固有特性不計(jì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)時(shí)發(fā)電機(jī)所具有的特性不考慮轉(zhuǎn)子相位角變化所引起的祛磁效應(yīng)結(jié)論：1、2、發(fā)電機(jī)處于臨界穩(wěn)定結(jié)論：1、2、19NorthChinaElectricPowerUniversity19/412023/5/182、考慮轉(zhuǎn)子相位角變化的祛磁效應(yīng)不計(jì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)時(shí)發(fā)電機(jī)所具有的特性考慮轉(zhuǎn)子相位角變化所引起的祛磁效應(yīng)---20NorthChinaElectricPowerUniversity20/412023/5/182、考慮轉(zhuǎn)子相位角變化的祛磁效應(yīng)不計(jì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)特性考慮祛磁效應(yīng)穩(wěn)定條件?---21NorthChinaElectricPowerUniversity21/412023/5/182、考慮轉(zhuǎn)子相位角變化的祛磁效應(yīng)機(jī)組阻尼加大，機(jī)組更加穩(wěn)定運(yùn)行22NorthChinaElectricPowerUniversity22/412023/5/183、考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)后的系統(tǒng)特性考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)時(shí)發(fā)電機(jī)所具有的特性考慮轉(zhuǎn)子相位角變化所引起的祛磁效應(yīng)23NorthChinaElectricPowerUniversity23/412023/5/183、考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)后的系統(tǒng)特性???24NorthChinaElectricPowerUniversity24/412023/5/183、考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)后的系統(tǒng)特性25NorthChinaElectricPowerUniversity25/412023/5/183、考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)后的系統(tǒng)特性26NorthChinaElectricPowerUniversity26/412023/5/183、考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)后的系統(tǒng)特性應(yīng)用勞斯判據(jù)27NorthChinaElectricPowerUniversity27/412023/5/183、考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)后的系統(tǒng)特性在人工穩(wěn)定區(qū)域運(yùn)行否則振蕩失穩(wěn)否則滑行失穩(wěn)28NorthChinaElectricPowerUniversity28/412023/5/183、考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)后的系統(tǒng)特性29NorthChinaElectricPowerUniversity29/412023/5/18回顧：參數(shù)隨負(fù)荷變化的規(guī)律30NorthChinaElectricPowerUniversity30/412023/5/183、考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)后的系統(tǒng)特性31NorthChinaElectricPowerUniversity31/412023/5/183、考慮勵(lì)磁調(diào)節(jié)后的系統(tǒng)特性輸電線輕載時(shí)系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行輸電線重載減小了機(jī)組阻尼轉(zhuǎn)矩低頻振蕩——減功率緩解32NorthChinaElectricPowerUniversity32/412023/5/18三、改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施——PSS電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PowerSystemStabilizer，PSS）作用是產(chǎn)生一個(gè)正阻尼以抵消勵(lì)磁控制系統(tǒng)的負(fù)阻尼。轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)過(guò)G（s）后引至勵(lì)磁系統(tǒng)的電壓參考點(diǎn)33NorthChinaElectricPowerUniversity33/412023/5/181、PSS的傳遞函數(shù)若G（s）與d（s）準(zhǔn)確抵消，就可以提供正阻尼實(shí)際上，只要兩者的相頻特性相似，也能提供正阻尼34NorthChinaElectricPowerUniversity34/412023/5/182、PSS的基本構(gòu)成環(huán)節(jié)1、相位校正環(huán)節(jié)：用以抵消勵(lì)磁系統(tǒng)慣性環(huán)節(jié)的滯后角2、信號(hào)復(fù)歸環(huán)節(jié)：在穩(wěn)態(tài)時(shí)PSS不影響發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電壓穩(wěn)態(tài)輸出為零PSS的信號(hào)單元的傳遞函數(shù)35NorthChinaElectricPowerUniversity35/412023/5/183、PSS的電路分頻器，將3000Hz正弦波轉(zhuǎn)換為50Hz方波頻率電壓變換是將50HZ波轉(zhuǎn)換為與轉(zhuǎn)速偏差成正比的電壓信號(hào)陷波器是將機(jī)組的扭振頻率信號(hào)濾除，由二級(jí)濾波器構(gòu)成放大器是滿足信號(hào)對(duì)增益選擇的要求轉(zhuǎn)速測(cè)量頻率電壓變換陷波器超前/滯后放大信號(hào)復(fù)歸綜合限制輔助延時(shí)3000Hz20V36NorthChinaElectricPowerUniversity36/412023/5/183、PSS的電路信號(hào)復(fù)歸電路超前/滯后網(wǎng)絡(luò)37NorthChinaElectricPowerUniversity37/412023/5/183、PSS的電路綜合限制器是在放大信號(hào)的同時(shí)限幅，當(dāng)輔助輸入信號(hào)超過(guò)整定值就退出PSS輔助延時(shí)電路是用于監(jiān)視PSS的輸出，并且在時(shí)間超過(guò)定時(shí)，將PSS的輸出切除，以防止PSS內(nèi)部故障而造成不必要的長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)勵(lì)。轉(zhuǎn)速測(cè)量頻率電壓變換陷波器超前/滯后放大信號(hào)復(fù)歸綜合限制輔助延時(shí)3000Hz20V38NorthChinaElectricPowerUniversity38/412023/5/184、PSS的算法超前/滯后環(huán)節(jié)信號(hào)復(fù)歸環(huán)節(jié)39NorthChina