励磁对电力系统稳定性的影响

1、电力系统自动装置励磁对电力系统稳定性的影响来自伟大的京哥QQ：1181611530目录摘要：3一.相关简介4：励磁42.主要作用43.种类44.励磁任务5：电力系统稳定性51.静态稳定52.暂态稳定53.动态稳定64.稳定水平的判据6二. 励磁系统对电力系统稳定性的影响6磁控制系统对静态稳定的影响7励磁调节对暂态稳定的影响10.励磁调节对动态稳定的影响12通过励磁控制改善电力系统稳定性的措施121 改善静态稳定性122 改善暂态稳定性123 改善动态稳定性13三电力系统稳定器（PSS）简介13四总结14参考文献：14摘要：为了探讨发电机励磁对电力系统稳定性的影响，论文以单机无穷大系统为例，分析

2、了负荷补偿对同步转矩以及阻尼转矩的影响，深入探讨了不同系统参数和运行状态下补偿系数与同步转矩和阻尼转矩的关系，从而研究了励磁对电力系统稳定性的影响。简介了PSS的原理。关键词：励磁，电力系统；电力系统稳定器；励磁控制, 系统稳定性ABSTRACT：To illustrate the exciting relationship with the power system stability,this paper details of Lord Compensation on synchronizing torque and damping torque of one-machine-infini

3、te-bus system,especially the relationship between them under different system parameters and compensation coefficient.Introduct the principles of PSS.Key words：excitation；power system；PSS；exciting control；system stability一.相关简介：励磁1.解释:励磁就是向发电机或者同步电动机定子提供定子电源的装置。根据直流电机励磁方式的不同，可分为他励磁，并励磁，串励磁，复励磁等方式，直流

4、电机的转动过程中，励磁就是控制定子的电压使其产生的磁场变化，改变直流电机的转速，改变励磁同样起到改变转速的作用2.主要作用.维持发电机端电压在给定值，当发电机负荷发生变化时，通过调节磁场的强弱来恒定机端电压。.合理分配并列运行机组之间的无功分配。.提高电力系统的稳定性，包括静态稳定性和暂态稳定性及动态稳定性。3.种类按整流方式可分为旋转式励磁和静止式励磁两大类。其中旋转式励磁又包括直流交流和无刷励磁；静止式励磁包括电势源静止励磁机和复合电源静止励磁机。一般我们把根据电磁感应原理使发电机定子形成旋转磁场的过程称为励磁.励磁分类方法很多，比如按照发电机励磁的交流电源供给方式来分类：第一类:是由与发

5、电机同轴的交流励磁机供电，称为交流励磁（他励）系统，此系统又可分为四种方式： 交流励磁机（磁场旋转）加静止硅整流器（有刷） 交流励磁机（磁场旋转）加静止可控硅整流器（有刷） 交流励磁机（电枢旋转）加硅整流器（无刷） 交流励磁机（电枢旋转）加可控硅整流器（无刷）第二类:是采用变压器供电，称为全静态励磁（自励）系统，当励磁变压器接在发电机的机端或接在单元式发电机组的厂用电母线上，称为自励励磁方式，把机端励磁变压器与发电机定子串联的励磁变流器结合起来向发电机转子供电的称为自复励励磁方式.这种结合方法也有四种： 直流侧并联 直流侧串联 交流侧并联 交流侧串联4.励磁任务发电机励磁系统的任务:.发电机并

6、网前，调节发电机输出的端电压；发电机并网后，调节发电机承担的无功功率；提高同步发电机并列运行的静、动态稳定a: 静态稳定： 采用灵敏快速的励磁调节系统，可以提高发电机在小干扰下的稳定性（静态稳定）；b:动态稳定：采用响应快速、顶值电压较高的励磁调节系统，可以提高发电机在的大扰动下的稳定性（动态稳定、暂态稳定） 发电机事故时，对转子绕组迅速灭磁，以保护发电机的安全。：电力系统稳定性 电力系统的稳定性一般划分为静态稳定、暂态稳定和动态稳定三种方式，其含义如下。1.静态稳定 静态稳定是指电力系统遭受小扰动后，不发生自发振荡和非周期失步，自动恢复到起始运行状态的能力。此期间表现出的是电力系统不受控制作

7、用的自然特性。其稳定性主要取决于系统的同步力距。2.暂态稳定 暂态稳定是指电力系统遭受大的扰动后，各个同步电极保持同步运行并过渡到新的或者恢复到原来状态运行的能力（通常指保持第一个或第二个摇摆周期不失步）。在这期间，系统中的短路故障性质、主保护动作情况、重合闸成功与否的影响最大。3.动态稳定动态稳定是指电力系统遭受扰动后，在自动调节装置和附加控制的作用下，保持较长过程稳定运行的能力（通常指不发生周期性振荡失步），在这期间电力系统阻尼特性影响较大。14.稳定水平的判据在小干扰作用下标志发电机组稳定性水平的主要指标是发电机的电磁功率极限Pmax与转子运行角度的极限max ，在图41中示出了同一发电

8、机组在采用不同控制方式时的微动态稳定水平。当发电机的电磁功率超过图中所示的Pmax1 或Pmax2 ，微动态稳定将被破坏。对于大扰动作用下的暂态稳定水平有两种判别准则，第一种是用暂态稳定的功率极限来表示。暂态稳定极限功率Pmax的定义为：设与系统并联运行的发电机组在正常运行方式下输出有功功率为Pe= Pel ，在该情况，若在系统K点发种类型短路故障，系统仍能保持稳定，但在Pe= Pel + pe(pe为比Pel小得多的微小增量)的正常运行条件下，当在K点发生同一类型故障时，系统将失去稳定，则称Pel为该系统在K点发生该种类型故障下的暂态稳定极限功率，以 Pel = Pmax1表示。在正常运行方

9、式下，与Pel l所对应的转子功角则称为暂态稳定极限角max 。 暂态稳定水平的另一表示方法是，在一定输送功率条件下，在同一故障点及同一故障形式下比较短路最大故障允许切除时间。即当输电线路在某一输送功率下，在K点发生某种形式的短路，其故障切除时间tt1+t1(t1为比t1小得多的微小增量)时，系统不能保持稳定，则称该系统在K点发生该种类型故障时的最大允许故障切除时间t1 = tmax (一般为零点几秒)。显然t1之值越大，标志系统的暂态稳定水平越高。二. 励磁系统对电力系统稳定性的影响条件：为了简化分析，设发电机工作于单机对无穷大母线系统中。发电机经过升压变压器及输电线接到受端母线，由于受端母

10、线为无穷大母线，它的电压幅值U和相位（设置为零）都保持恒定。图2表示了系统的接线图及等值电路图。接线图等值电路图2磁控制系统对静态稳定的影响在正常运行情况下，同步发电机的机械输入功率与电磁输出功率是保持平衡的。同步发电机以同步转速运转。其特征通常可用功角特性予以表示，对于汽轮发电机，其功角特性:P=EqUsXsin式中 Eq-发电机内电势； Us-受端电网电压； X -发电机与电网间的总电抗。相应的功角特性如图3所示。此曲线亦称内功率特性曲线。当无励磁调节时，Eq 为常数，最大输出功率PM( dPd=Q=0 )称为静态稳定极限，其值等于Pm=EqUsX在正常运行时，平衡点在a点处。如果机械输入

11、功率由P0增加到P0，过剩功率将使发电机转子加速，使内电势Eq相对于受端系 统电压Us的功率角由a增加到b，工作点由a移到b，达到新的平衡。当励磁恒定，即Eq为常数，静态稳定功率极限为Pm=EqUsX静态稳定的判别式为：dPd>0或者<=90°如果发电机在运行中可自动调节励磁，则此时Eq为变值，相应的传输功率可得到显著的提高。假定自动励磁调节是无惯性的，并假定在负载变化时可保持发电机的暂态电势Eq近似为常数，由于随负载变化时，内电势Eq亦随励磁调节而变化，此时的功率特性已不是一条正弦曲线，而是由一组Eq等于不同恒定值的正弦曲线族上相应工作点所组成，如下图 4(a)中曲线1

12、234所示。为区别Eq等于恒定值时的内功率特性曲线，当Eq随负载而变化的1234功率特性曲线称之为外功率特性曲线。同时，由于外功率特性曲线系借助于励磁调节而工作在此曲线部分，故相应工作段亦称人工稳定区。第I组外功率特性曲线a-b-c-d-e与第II组不同的是励磁调节器具有更高的电压放大倍数Kou，故可维持更高的电压水平。另由上图4（b）可看出，如维持Eq近似不变，则随着负载增加，Eq是上升的。同时，对外功率特性而言，最大功率值不是出现在=90o，而是>90o处。其具体数值取决于微动态稳定的条件。 如果励磁调节器具有更良好的性能和更高的电压放大倍数Kou，在负载变化中可维持发电机的电压U为

13、恒定值，此时的外功率特性曲线将具有更高的斜率，如图5（e）中所示的外功率特性曲线。在下图5（a）中 C1=dd，c1为内电势Eq为恒定值的同步系数，当c10，=90o时，c2、c3分别表示当Eq或U恒定时的同步系数，但是c2或c3=0对应的转子功角将大于90o。在图5(c)及(e)中示出了在某一给定参数条件下，外功率特性曲线达到的最大稳定运行功率时，对应的转子功角为max，其后随功率的增加将出现发电机端电压及功率振荡的情况，如图5（c）、（d）、（e）及（f）所示。这是由励磁系统参数选择不当所致。2理论分析研究结果表明：励磁系统的电压放大倍数Kou与励磁系统的时间常数Te以及转子功角间具有下图

14、所示的关系。由此图可看出：在同一转子功角条件下，随时间常数Te的增加，为保证发电机稳定运行所允许的电压放大系数是增加的；在同一时间常数Te条件下，随转子功角的增加所允许的电压放大倍数是减少的。由此引起了如上图c）和（e）所示的功率振荡情况。 励磁调节对暂态稳定的影响上述讨论只涉及到在小于扰作用下的微动态稳定问题。下面讨论一下在大扰动条件下励磁调节对暂态稳定的影响。现以图2所示的单机对无限大系统为例，讨论在短路故障下功率特性的变化。在图7中曲线1表示双回路供电时的功率特性，其幅值等于：Pm=EqUsX（X=Xd+XT+XL/2）曲线2表示切除短路故障线路后的功率特性曲线。由于线路阻抗由XL/2增

15、加到XL ,使功率特性曲线的幅值减小到Pm=EqUsX'（X'=Xd+XT+XL）曲线3表示故障中的功率特性。如果发电机初始工作点在功率特性曲线1的a点，短路后工作点将由功率特性曲线3所决定。在故障瞬间，由于惯性的影响，转速维持不变，功率角仍为0，工作点由a移至b。其后，因输出电磁功率减小，转子开始加速，功率角开始增加。当达到1时故障切除，功率特性为曲线2，工作点由c移到e点。由于惯性的影响，转子沿功率特性曲线2继续加速到f点，对应的转子功率角为2.经过反复的振荡，最后稳定在工作点g处。同前所述，暂态稳定性决定于加速面积abcd是否小于或等于减速面积dfed。显然，当故障切除较

16、慢时,1将增大，加速面积abcd将增大。如果减速面积小于加速面积,将进一步加速，失去暂态稳定性。 提高暂态稳定性有两种方法，减小加速面积或增大减速面积。减小加速面积的有效措施之一是加快故障切除时间，而增加减速面积的有效措施是在提高励磁系统励磁电压响应比的同时，提高强行励磁电压倍数，使故障切除后的发电机内电势Eq迅速上升，增加功率输出，以达到增加减速面积的目的。相应变化如图8所示。 3由图8可看出，正常时，发电机的工作点在功率特性曲线1的a处；当发生短路事故时，相应功率特性曲线为曲线3。如在此时提供强行励磁以迅速提高发电机内电势Eq,使功率特性曲线由bc段增加到bc段，由此在故障前减少了加速面积

17、（由abcd减少到abcd）。在=c时故障切除后亦能增加减速面积（由曲线2的dehg增加到dehg）。如面积dehg等于面积deff，则可使转子功角最大值由m降到m,明显地提高了暂态稳定性。显然，励磁顶值电压越高，电压响应比较快，励磁调节对改善暂态稳定的效果越明显。但是，考虑到发电机绝缘的强度，故强励顶值电压以（79）倍为宜，于此基值取为发电机空载励磁电压。4.励磁调节对动态稳定的影响电力系统的动态稳定性问题，可以理解为电力系统机电振荡的阻尼问题。励磁控制系统中的自动电压调节作用，是造成电力系统机电振荡阻尼变弱(甚至变负)的最重要的原因之一。在一定的运行方式及励磁系统参数下，电压调节作用在维持

18、发电机电压恒定的同时，特产生负的阻尼作用。在正常实用的范围内，励磁电压调节器的负阻尼作用会随着开环增益的增大而加强。因此提高电压调节精度的要求和提高动态稳定性的要求是不相容的。通过励磁控制改善电力系统稳定性的措施1 改善静态稳定性由前面的分析可知，对于汽轮发电机，其功角特性为P=EqUsXsin其最大输出功率为PM，称为静态稳定极限，其值等于Pm=EqUsX如果发电机在运行中可自动调节励磁，则此时Eq为变值，相应的传输功率可得到显著的提高。所以要改善其静态稳定性，就是通过改变Eq达到提高其稳定极限PM 2 改善暂态稳定性暂态稳定是电力系统受大扰动后的稳定性主要是指事故后转子第一个振荡周期内的稳

19、定性，就励磁控制系统而言，其作用由三个因素决定： (1)励磁系统强励顶值倍数。提高励磁系统强励倍数可以提高电力系统暂态稳定。但是提高强励倍数将使励磁系统的造价增加及对发电机的绝缘要求提高。因此，在当前故障切除时间极短的情况下，过分强调提高强励倍数是没有必要的。(2)励磁系统顶值电压响应比。励磁系统顶值电压响应比又称励磁电压上升速度。响应比超大励磁系统输出电压达到顶值的时间越短，对提高暂态稳定越有利。励磁系统项值电压响应比，由励磁系统的性能所决定。(3)励磁系统强励倍数的利用程度。充分利用励磁系统强励倍数，也是励磁系统改善暂态稳定的一个重要因素。如果电力系统在发电厂附近发生故障，励磁系统的输出电

20、压达不到顶值，或者达到顶值的时间很短，在发电机电压还没有恢复到故障前的水平时已停止强励，使励磁系统的强励作未充分发挥，降低了改善暂态稳定的效果。充分利用励磁系统顶值电压的措施之一是提高励磁控制系统的开环增益，开环增益越大，调压精度超高强励倍数利用越充分，也就越有利于改善电力系统暂态稳定。53 改善动态稳定性动态稳定是研究电力系统受到扰动后，恢复到原始平衡点或过渡到新的平衡点后)过程的稳定性。研究它的前提是：原始平衡点(或新的平衡点)是静态稳定的，以及大扰动的过程是暂态稳定的。电力系统的动态稳定问题，可以理解为电力系统机电振荡的阻尼问题。当阻尼为正时，动态是稳定的；阻尼为负时，动态是不稳定的；阻

21、尼为零时，是临界状态。对于零阻尼或很小的正阻尼，都是电力系统运行中的不安全因素，应采取措施提高阻尼。 分析表明，励磁控制系统中的自动电压调节作用，是造成电力系统机电振荡阻尼变弱(甚至变负)的最重要的原因之一。在一定的运行方式及励磁系统参数下，电压调节作用，在维持发电机电压恒定的同时也将产生负的阻尼作用。三电力系统稳定器（PSS）简介电力系统稳定器(power system stabilizer，PSS)一般是以励磁调节器电压控制环的附加控制形式出现，其借助于励磁调节器的励磁控制输出来阻尼同步电机的功率振荡6。PSS输出的附加控制信号加到励磁系统上，经过励磁调节器滞后产生附加力矩。该滞后特性称为励磁系统无补偿特性。附加力矩方向与发电机Eq一致，但是无法实际测量Eq，而用测量发电机电压Vt代替。试验时要求调整发电机无功在零附近，有功在满负荷附近。根据测得的励磁系统无补偿特性，按照预先设计的PSS环节相位补偿特性，初选PSS参数。目标是在低频振荡的频率范围内，PSS产生的附加力矩向量Te对应（转速）轴在超前10°滞后45°以