电力系统稳定器pss设计与仿真本科毕业论文

1、电力系统稳定器PSS的设计与仿真摘要由于电力系统在正常运行时会发生频率的振荡，对我们的生产生活带来了很多的危 害，给我国的国民经济造成了巨大的损失。如果在电力系统中加入PSS后会对系统的稳定性提高给予了很大的帮助。 嗨润属钞瘗 W。电力系统稳定器就是为抑制低频振荡而研究的一种附加励磁控制技术。它在励磁电压 调节器中，引入领先于轴速度的附加信号，产生一个正阻尼转矩，去克服原励磁电压调节 器中产生的负阻尼转矩作用，用于提高电力系统阻尼，解决低频振荡问题，是提高电力系 统动态稳定性的重要措施之一。 郦沟第粉爱也谴净。本文首先分析了电力系统稳定器的研究背景和国内外研究状况，然后又对无限大系统 的数学模

2、型进行了具体的分析，然后又分析了系统带 PSSffi不带PSS时系统的运行情况， 最后对两种情况进行了比较，分析了 PSS的优点和缺点，同时对电力系统的未来提出了更 高的挑战。 残鸯楼静铸梅B淑如氤关键词：励磁控制技术；低频振荡；电力系统稳定器IDesign and Simulation of Power System Stabilizer (PSS)钢极 镇桧猪锥。ABSTRACTThis paper describes the power system stabilizer's design principles and the impact on the power system

3、, the use of the benefits of power system stabilizer. The frequency of oscillation maybe happen to power system when the system In the normal operation.It gives a great help if the power system after the addition of PSS.弹贸摄尔霁毙St砖卤尻。Power system stabilizer (PSS) is to suppress a low frequency osc川ati

4、on of additional excitation control. It is the excitation voltage regulator, the introduction of axial velocity ahead of additional signals to produce a positive damping torque to overcome the primary excitation voltage regulator produced negative damping torque effect. Improving power system dampin

5、g, lowing frequency osc川ation problem solving is to improve power system dynamic stability of the important measures. 乔 拎箧飙恋类蒋蔷。This paper analyzes the power system stabilizer research background and research status at home and abroad, and then to the infinite system of mathematical models of specif

6、ic analysis, and then analyzed the system with PSS and without PSS operation of the system, and finally Of the two cases were compared and analyzed the advantages and disadvantages of PSS, while the future of the power system of a higher challenge厦礴恳蹒骈日地继便蚤。Keyword: Excitation control; Low-frequency

7、 oscillation; Power System Stabilizer茕桢广鲫献选块网踊泪。3毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果。 尽我所知，除文中特别加 以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研 究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体， 均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。鹅娅尽揖鹤参E茏作者签名： 日期：指导教师签名： 日期：使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（

8、论 文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电 子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供 目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制 手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分 或全部内容。 丛丛妈趣为瞻债蛭练浮。作者签名： 日 期：江西理工大学应用科学学院毕业设计学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外， 本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完

9、 全意识到本声明的法律后果由本人承担。5Km圣僮1t龈讶骅汆。作者签名：日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。渗彰呛俨匀谓鳖调砚金帛。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词

10、4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2 .论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等）文科类论文正文字数不少于1.2万字。钱卧泻嵯圣骋睨限期3 .附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4 .文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准 请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准

11、用徒手画挑舞I凤袜备音轮烂蔷。3）毕业论文须用 A4单面打印，论文 50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5 .装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它目录摘要1.1M熟俣画蕨直阊邺钱原蚤。ABSTRACT I.I.坛搏乡舅忏篓锲铃觐演。1绪论1.蜡燮夥寤幸艮住铉锚金市赘。1.1 研究背景及国内外相关现状 1昙JW遥闫撷凄。1.1.1 研究背景鹏踪韦辕耀。1.1.2 国内外研究状况 簿蹶震彦决绥饴夏锦。1.2 电力系统稳定簟蚕it绘燎舶诛髅既尻。1.3 本论文的主要工作 儆籁饕

12、迳琐肇禊鸥娅蔷。2无限大系统的数学模型 7横氽if簧硕饨芹龈话鸯。2.1 帕克变换7峰隔槿/柏偎虢荥。2.2 无限大系统数学模型 浇侧闺旬勘蜕督。2.2.1 发电机数学模型须镰谖金昆缢螺竟嗜俨凄。2.2.2 励磁系统的数学模型 1 1凄一劳月鼠痫嫦胫汆。2.2.3 汽轮机及其调节系统的数学模型.12胧、/灭萦欢蜴鹫金帛。2.3 负荷方程1二警新出，金甲汾隆剑I。2.3.1 线路正常运行 14m黝页诒撵棒揣康颈。2.3.2 双回路线路中有一点发生短路14阕擞赣媛竦迁择植秘酷。Rr2.4 计算“、尸、二 '的值 1艮噜脚鼠贸恳弹滤颔杲。3无限大系统暂态分析 .17 tt鹤瓷羸谭孙滋御赘。3

13、.1 系统各个部分的非线性模型 1度阐tw迳醇啸却1凉。V3.1.1 调节励磁系统的非线性模型 17谚辞解脸谄动律泻熟3.1.2 汽轮机及其调节系统的非线性模型.18啜觐言圭缘锡嗫库端铸。3.2 调节励磁系统参数（和二的选择18受绐芸解鹰辎檄库。3.2.1 当T"0.2, Ke =25时的特征值计算 1811渍峥阅加晡®破3.2.2 当 Te =0.05, Ke =100 时的特征值计算.19封忧蒋氟if苍H蕖悯鸯。4 PSS的设计22 颖刍堇蚊悖亿顿裳赔洸。4.1 电力系统稳定器的设计原理 22联月g骤翅,寝聪。4.1.1 PSS网络的设计 22»曼底鳗鸿钱加南

14、4.1.2 汽轮机及其调节系统超前补偿网络的设计 23 挤贴电爰结疑哓 类。4.2 本章小结 2赔旗申谄觎聚辽辈袜金卷。5 PSS的MATLAB 仿真分析26 方碾麓信决穗赛金卜册jt。5.1 MATLAB勺概述2量檬祕酬颤谚剑芈蔺。5.2 几个参数的确定 2律嫄黯世嘱珑海松。5.2.1 PSS网络的计算2壁离琏顿娱蛭蠲/1。5.2.2 汽轮机及其调节系统的超前补偿网络的计算27 骁顾烽翳琉漕蒸WSMo5.2.3 求矩阵A的特征值28»蹴爰崎昆缰凉。5.3 在含有PSS的情况下系统的状态 29金留诗'7空艳损楼余世靛师5.4 主要结论 3狒4更欧锄春洱种一瑶镂。致谢33 辔惮

15、楝刚殓撰瑶丽阉应。参考文献 34班扬斓滇淌辐源兴涣蔺。附录A外文文献原文35 爵叁搪言内烬忧毁厉鹫。38则觎惬章痪K晖园栋洸。附录B外文文献译文VII40胀堤弹奥秘繇户挛铉聪。41鳏UW峡祷和诵帮废捕减。附录C附加图表附录D主要源程序江西理工大学应用科学学院毕业设计1绪论1.1 研究背景及国内外相关现状1.1.1 研究背景随着改革开放及经济建设的发展，近三十年来我国的电力系统的规模和容量 有了突飞猛进的发展。我国是一个地域辽阔的大国，能源资源分布很不均匀，这 就决定了我国的电力系统错综复杂的特点。 电力系统在发展庞大的同时对稳定性 提出了更高 的要求。 禀虚媛赈维脐扩案。改善和提高电力系统稳定

16、性对国民经济有着十分重要的意义，电力系统失去稳定时，发电机不能正常发电，用户不能正常用电，并引起系统参数巨大变化， 往往会造成大面积的停电事故。近 20年来，世界范围内发生了多起电力系统的 大面积的停电事故，造成了灾难性的后果。如2003的美加大停电，造成了美国东北的8个洲和加拿大的部分城市停电，整个城市都处于瘫痪状态，给人民的生 活带来了很大的影响，同时对工业、农业很多方面造成了巨大的损失。英国、澳 大利亚、马来西亚、芬兰、丹麦、瑞典和意大利等国也有类似的大停电事故发生。 在我国2008年初的冰灾也因大范围、长时间的停电造成了巨大损失。1999年9月21日，我国台湾集集大地震对于电力系统造成

17、了非常大的破坏。这次震害的 一个主要特点是高压输电塔的破坏， 这在以前的地震记录中是非常少见的。 由于 一个开关站、多个变电站以及345kV输电线路的破坏，使得台湾的南电北送受阻， 造成台湾彰化以北地区完全断电，社会和经济损失难以估计。地震中还有大量电 力设备，特别是变电站和开关站设备遭到大量破坏。提高电力系统稳定性这项工作必须要落实到系统的各个部位。 隔篁境鞋ff烧呜旧指发电机的励磁控制因为具有既可节约投资， 又能在正常运行是减少电压和频 率的波动，改善动态品质和提高系统的抗干扰能力等特点。新型的励磁控制器能在小干扰的情况下改善稳定性，而且同时适用于大干扰的情况下，可靠性高的励 磁系统是保证

18、发电机安全发电，提高电力系统稳定性所必须的，对保证国民生产 的安全进行、保证人民生活的安全和有序，具有重大的意义。渤氯唠麓苣iHB楮阍氤我国电网建设落后于电源建设，现代化大机组的高放大倍数快速励磁系统采 用之后，振荡现象更加明显。随着三峡工程的建设和西电东送工程的逐步实施，低频振荡问题会逐步提上议事日程。电力市场的发展更增加了运行条件的不可预 知性。为了保证系统的安全稳定运行，有效地抑制低频振荡，研制开发实用的电 力系统稳定装置成为当务之急。 钢篇融OT荣产涛BB蔺。1.1.2 国内外研究状况电力系统中发生过低频振荡。经过分析和研究，这些低频振荡有的是由励磁 系统的负阻尼作用引起的，还有的是由

19、于远距离输电线路中的串联补偿电容 (10-40Hz)引起的。美国是电力系统稳定器(PSS)的发源地，在60年代因联络 线低频振荡引起线路跳闸而造成系统故障，1969年开始在发电机励磁系统中增 加e。负反馈以提高电力系统阻尼，称为 PSS,开始主要在西部系统采用，近年 来GE公司、西屋公司等制造厂生产的大型发电机都提供PSS,己成为励磁装置的一个必备的部分，广泛用于各系统中。近年来又研制了微机PSS,用在来克丁顿抽水蓄能电站的6台325MVA机组上。 憾侠剜葩触乐鹏烬解暗。原苏联实际上在50年代就开始采用电力系统稳定器，不过那时没有 PSS的 名称，当时采用的附加反馈为发电机定子电流及其微分，成

20、为强力式励磁调节器。那时只是与快速励磁配套，用以抑制大干扰后的振荡。未明确提出低频振荡和阻 尼力矩的概念。 直饱竞争音旨微船癞别激加拿大用改进励磁系统性能作为提高电力系统稳定的基本措施， 采用高增益 快速励磁系统以提高系统的静态稳定、暂态稳定和电压稳定，采用 PSS以提高 动态稳定。PSS己成为加拿大电力系统发电机励磁系统必需的一个组成部分， 如 果PSS退出，某些发电机的出力将限制在 50%左右。吊铉俯欤谦鸽饺竞荡赚。德国西部电力系统从 70年代到80年代末期，系统中最大单机容量已从 300MW增大到火电机组1000MVA ,原子能机组1700MVA;输电线路阻抗增加大 约30%。为了解决系

21、统电压波动，采用了高增益的快速电压调节器以改善系统静 态稳定及电压稳定，并在所有的大机组上都配置了PSS,之后电网运行稳定。莹谐龌新赏组ft绐殿减。日本为了增加系统阻尼，80年代大部分主力机组均己安装 PSS,对于快速 励磁的中小型机组，部分采用双通道调节器，即在小千扰时响应速度慢，以减小 负阻尼:大干扰时响应速度快，以提高暂态性能。近年来研制的模糊控制 PSS, 进一步提高PSS对多级振荡的阻尼能力，已在美国取得专利。 款肃鹏铺轿黑镣缚褥耀。澳大利亚1973年在土木特电站发生了不衰减功率振荡，当时采取的措施是 减负荷及增加发电机励磁。1974年由于某330KV线路并联电抗器故障退出，使 利得

22、尔发电机低励运行，发生低频振荡。在一段时间内限制了发电机出力， 这促 使实行早己提出配置PSS的建议。1975年维多利亚送电至南威尔士及斯诺威的 抽水蓄能电站时，多次发生低频功率振荡，在这之后立即采取措施，投入 PSS 取得了良好的效果，随着经验的积累。纳畴鳗崂牌口腻鳌镂。现在PSS己被认为是发电机整体不可分割的一个部分，每台大型发电机投 运时必须有PSS,并需进行合适的调整。他们又t新机组励磁系统的要求是：高响应励磁系统；配置PSS=凰撵鳍猫铁频钙蓟纠庙。我国电力系统采用PSS较晚。国内第一台PSS于1980年在八盘峡电厂投入 运行。此后在湖南凤滩电厂4台100MW 机组上安装了 PSS,使

23、凤滩至益阳问线 路输送功率从160MW增至273MW以上。1984年初，由于香港青山电厂350MW 机组高功率因数运行，致使广东至香港联络线发生低频功率振荡，1984年底在青山电厂机组配置了 PSS后，解决了当时的低频振荡问题。在这之后，PSS在我 国的电力系统中越来越多的采用。 灭暧骇冷猎例毗*PSS经过多年的发展己经在国内外取的了广泛的应用， 已先后有多种控制方 法用于PSS的设计，如最优控制、模式分析、根轨迹灵敏度分析或几种方法的 组合应用等。这些方法着重于单个额定运行点的考虑， 而不计系统运行的鲁棒特 性，因此，对于像电力系统这样的高度非线性系统难以保证其在较宽运行范围内 的稳定，因此

24、使PSS具有鲁棒性成为近年来得研究重点。 许多专家和学者在PSS 的鲁棒性方面做了大量的研究，并取得了一些令人满意方法。文献16指出基于单机无穷大系统模型的经典相位补偿法具有较好的鲁棒性。文献17. 18通过详细的仿真分析和理论分析说明发电机电磁功率和励磁参考电压之间的传递函数 具有较好的不变性。文献19引入概率的概念来考虑多个运行条件下 PSS的动态 性能，从而保证PSS的鲁棒性。神经网络、自适应控制，模糊控制。理论等现代控制技术在PSS的设计中得到了广泛的应用。但是这些控制方法虽然适合电力系统的非线性特性，设计出来的稳定器具有较好的鲁棒性的特点， 但由于各种 方法本身目前还存在一定程度的不

25、足，因此研究具有固定结构和参数固定的电力 系统稳定器仍有重要的理论和实际应用意义。镑鹏饷懈覃费浑解留。1.2 电力系统稳定电力系统稳定性问题就是当系统在某一正常运行状态下受到某种干扰后，能否经过一定的时间后回到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳态运行状态问 题。如果能够，则认为系统在该正常运行状态下是稳定的。反之，若系统不能回 到原来的运行状态或者不能建立一个新的稳定运行状态，则说明系统的状态变量 没有一个稳定值，而是随着时间不断增大或者振荡，系统是不稳定的。携频噪障涝谴P!泸。2001年，我国电网运行与控制标准化技术委员会制定的 DL755-2001电力 系统安全稳定导则中将功角稳定性分为下

26、列三类：静态稳定、暂态稳定、动态 正急定。H鞭雏纨颗将讨跃满赚。电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性 失步，自动恢复到初始运行状态的能力。电力系统几乎时时刻刻都受到小的干扰。 例如：系统中负荷的小量变化；又如架空输电线因风吹摆动引起的线间距离 (影 响线路电抗)的微小变化等等。 夹喇闾轮豺当!迁镂正暂态稳定是指电力系统在某个运行情况下突然受到大的干扰后，能否经过暂态过程达到新的稳态运行状态或者恢复到原来的状态。这里所说的大干扰是区别 与前面说说的小干扰而言的，比如短路、突然断开线路或发电机等。所以说如果 一个系统在受到大干扰的情况下还能过恢复到以前的稳定运行状态，

27、我们就说这个系统是暂态稳定的。相反，如果一个系统在受到大的干扰的情况下不能够恢复 到以前的稳定运行状态，出现了诸如电压、电流、相角不断振荡的情况，我们就 说系统在这个运行状态下不能够保持暂态稳定。由此可以看出来，一个系统的暂态稳定情况和系统的运行状态以及干扰的情况有关系，也就是说，一个系统在某 个运行情况下和干扰情况下是稳定的，但是换了一个运行情况或者干扰情况，系 统有可能就是不稳定的。视黜馒碘楠脑钧BW。电力系统受到大的干扰，经过一段时间后，会逐步趋向稳定运行状态或者趋 于失步状态。这种时间的长短和系统的本身的本身的运行状况和扰动的大小有关 系。在分析大扰动后的暂态过程有下列的三种不同的时间

28、阶段分类：制雕昆攫t反面(1)起始阶段：指故障后约1S内的时间段。在这段时间里系统的保护和自 动装置有一系列的动作，例如切除线路的故障和重合闸、切除发电机等等。献S镇月曾醯轿级镇折廓。(2)中间阶段：在起始阶段后，大约持续 5s左右的时间段。在此期间发电 机组的调节系统已经发挥了作用。(3)后期阶段：中间阶段以后的时间。这时候动力设备中的过程将影响到电 力系统的暂态过程。另外，系统中还将由于频率和电压的下降， 发生自动装置切 除部分负荷等操作。雕懑轲金名侥张磔阵轸蔼。3江西理工大学应用科学学院毕业设计当前，电力系统的规划和运行趋势产生了新的类型的稳定性问题。目前我国正处于飞速发展的时期，对电力

29、的需求程度空前强烈。诸如现在流行的高压直 流输电；更广泛的运用并联电容器；负荷的组成和特性在发生变化。1929年瑞典（ASES公司首创了（ HVDC技术。以此为起点各国建设了多条试验性高压直 流输电技术。目前为止，我国在建或已经建成的输电线路有十多个，第一个为舟山实验性直流输电工程，葛洲坝-上海为第一个高压直流输电工程。这些工程给 我们的生活带来了很多的方便，同时它又向电力系统的稳定提出了更高的要求， 使我们面临着更高的挑战，特别是高压稳定和低频区域间振荡比以前更加重要。 厉骐塞农刹吩狱颗帼暗。提高电力系统静态稳定性的根本办法是使电力系统有较高的功率极限、抑自发振荡的产生、尽可能减小发电机相对

30、运动的振荡幅度。提高电力系统的静态稳定性P -型PM（1-1）镰错过润启短涸骆蠲滤。Xd' '提高功率极限就要尽可能的提高 E q和U ,减小电抗Xd o采用自动调节励磁装置可以提高电力系统的稳定性， 发电机装设先进的调节 器，就相当于缩短了发电机与系统之间的电气距离， 从而提高了系统的静态稳定 性。因为自动调节励磁装置在总投资中所占的比例相对较小， 在提高电力系统的 静态稳定性时会优先考虑自动调节励磁装置。 橙贰轲誉勤亥槛辎增赛。采用串联电容补偿同样也可以提高电力系统的稳定性。一般来说，串联电容补偿度Kc越大，线路等值电抗越小，对电力系统的静态稳定性越有利。但是 Kc 的增大

31、还受到了很多条件的限制。首先，短路电流不能过大。当补偿度过大时， 在装在离电源较近的高压输电线路上的电容器后方短路时，电容器的容抗可能大于变压器和电容器前面输电线路的电抗之和。 这时，短路电流就会大于发电机端 短路时的短路电流，这显然是不合适的。而且，短路电流还可能呈容性电流。这 时电流、电压相位关系的紊乱将引起某些保护装置的误动作。通莺赚羟宾呗撷鹉讼凑。止匕外，补偿度过大还可能引起其他的问题， 例如自励磁现象。若发电机外部 电抗呈容性，电枢反应可能起助磁作用，使发电机的电流和电压无法控制地上升， 直至发电机磁路饱和为止。峻狭贪崎悯盒莘麻同时，改善电力系统的结构也是有助于提高电力系统的稳定性的

32、， 比如增加 输电线路的回路数目；也可以将中间电力系统和输电线路连接起来， 同样对提高 电力系统的稳定有帮助，相当于缩短了 “电气距离”。该栋谖礴豁中羸I辘锭。下面我们来介绍一下怎么样来提高电力系统的暂态稳定性。快速切除故障对于提高电力系统的暂态稳定性有这决定性的作用。因为故障快速切除缩短了故障的持续时间，从功角特性曲线可以看出减小了加速面积，增 加了减速的面积，从而提高了发电机并列运行的稳定性。 而且也可以使负荷中电 机的端电压快速回升，减小了电动机失速和停顿的危险。那女浑萱攫苹埔吕仑庙。电力系统的故障切除时间等于继电保护装置的动作时间加上断路器的动作 时间。电力系统的故障特别是高压输电线路

33、的故障大多数是短路故障，而且都是暂时性的短路故障。采用自动重合闸装置，当遇到故障时先切除线路，过一会儿 再合上断路器，如果这时候故障已经消失了，则说明自动重合闸成功。在我们实 际的生活中，自动重合闸成功的概率达到了 90%,所以自动重合闸大大提高了输 电线路的可靠性，同时对提高电力系统的暂态稳定性也有着相当大的作用。膏熊讹嬲梗业燮塾罗薪。提高发电机输出的电磁功率也可以提高电力系统的暂态稳定性。说到提高发电机输出的电磁功率先介绍一下电气制动。鳗腹褛悦温鲤08鸭骞。电气制动就是当系统中发生故障后迅速地投入电阻以消耗发电机的有功功 率（增大电磁功率），从而减少功率的差额。切除故障时，也切除了电阻。运

34、用 电气制动提高暂态稳定性时，制动电阻的大小及投切时间要选择得恰当。否则， 会发生欠制动，即制动作用过小，发电机仍要失步；或者发生过制动，即制动过 大，发电机虽在第一次振荡中没有失步，却在切除故障和切除制动电阻后的第二 次振荡中或以后失步了。木啬金L虚给涉鳗物薪予源。Pt0入 Lum乙V图1-1有电气制动的曲线PZP1除了上述的措施之外，还有其他的方法来提高电力系统的暂态稳定性， 比如 在串联电容补偿装置中附加强行补偿，在切除故障线路的同时来增大串联补偿电 容的容抗，以补偿由于切除故障线路而增加的线路电抗。隶言匡荧鉴雅纲揶领襄它励可控硅励磁系统主要的优点是在发电站出口附近发生短路故障时，强励能

35、力强，有利于提高系统的暂态稳定水平，在故障切除时间比较长、系统容量相 对小的50、60年代这一优点是很突出的。但是，随着电力系统装机容量的增大， 快速保护的应用，故障切除时间的缩短，它励可控硅励磁系统的优势已不是很明 显。自并励可控硅励磁系统的优点是结构简单，元部件少，其励磁电源来自机端变压器，无旋转部件，运行可靠性高，维护工作量小。且由于变压器容量的变更 比交流励磁机的变更更简单、容易，因而更经济，更容易满足不同电力系统、不 同电站的暂态稳定水平对励磁系统强励倍数的不同要求。浏葡稿!着捌票横,奏。它励可控硅励磁系统的缺点是由于交流励磁机是非标准产品，难以标准化， 即使是同容量的发电机，尤其是

36、水轮发电机，由于水头、转速的不同，强励倍数 的不同，交流励磁机的容量、尺寸也不同，因此，价格较自并励可控硅励磁系统 贵。另外它励可控硅励磁系统与自并励可控硅励磁系统相比较，元部件多，又有旋转部件，可靠性相对较低，运行维护量大。自并励可控硅励磁系统的缺点是它 的励磁电源来自发电机端，受发电机机端电压变化的影响。当发电机机端电压下 降时其强励能力下降，对电力系统的暂态稳定不利。不过随着电力系统中快速保 护的应用，故障切除时间的缩短，且自并励可控硅励磁系统可以通过变压器灵活 地选择强励倍数，可以较好地满足电力系统暂态稳定水平的要求。金罚榛1OWW隔糊综合考虑技术和经济两方面因素，推荐在发电机组采用自

37、并励快速励磁方 式。为验证其正确性，通过稳定计算研究了满发时发电机组采用自并励励磁方式 的稳定情况，计算结果表明，发电机组采用自并励励磁方式可满足系统稳定的要 求，但必须同时加装电力系统稳定器（PSS）。惬辨茸蕤绅顽阳黝健。1.3本论文的主要工作本文以电力系统稳定器以提高电力系统稳定为研究内容，在总结前人研究成果的基础上，主要做了以下的工作。1 .在查阅了大量参考文献的基础上，详细分析了同步发电机的电压方程和 磁链方程。推导了简单系统中同步发电机的电磁功率方程以及同步发电机的转子 运动方程。贞厦给牵镭。2 .研究了电力系统稳定器抑制电网低频振荡的原理，分析了电力系统稳定 器的作用。3 .采用M

38、ATLAB建立单机无穷大系统模型，实现了利用电力系统稳定器来 提高单机无穷大电力系统的稳定性。嗜鳍级厨胀解因碾毁森11蓟镇竖牍受洗铃骞。2无限大系统的数学模型电力系统是一个非常复杂的整体，它是由很多个数学模型而组成，各个数学 模型对电力系统的稳定运行有着至关重要的作用。要想电力系统运行稳定，每一 个环节都应该是稳步运行的，任何一个环节发生了故障，都会对电力系统产生巨 大的影响。我们通过对每一个部分进行分析， 认识到它们的运行原理，可以提高 电力系统的稳定运行时间，还可以在发生问题时及时地判断出问题的所在地。以免造成更大的损失。龄践砚语蜗铸转能撰襟。电力系统的数学模型大致可分为下列的几个：同步发

39、电机的数学模型、励磁系统的数学模型、汽轮机及其调节系统的数学模型。绅薮疮解牙标舞衰赛O下图是一个单机无限大母线系统的示意图图2-1单机无限大母线系统示意图电力系统是一个非常庞大的系统，以比较低的成本来使系统的顺利运行是一 个非常复杂的问题，如果能解决这一问题，将给我国的国民经济做出很大的贡献。 当然，要想电力系统能后经济的运行，每一个部件的经济运行是至关重要的问题， 我们通过分析庞大电力系统的各个部分的数学模型，来找出让各个部件经济经济运行的方式。饪梦狞可若金卜诬苧径凛。2.1 帕克变换帕克变换实际上以实际绕组变量规定出一组新的定子变量，如电流、电压或者磁链。这些新的量是由实际变量向三个轴投影

40、得到的；一个轴是沿转自磁场绕 组的直轴方向，称为直轴；第二个轴是沿转子磁场绕组的横轴方向，称为交轴； 第三个在静止轴上。煌毙潜贲粤。图2-2同步电机的结构模型从数学意义上讲，帕克变换没有什么，只是一个坐标变换而已，从 abc坐标 变换到dq0坐标，ua,ub,uc,ia,ib,ic,磁链a,磁链b,磁链c这些量都变换到dq0坐标 中。铸岂涛孰跃轮前键。从物理意义上讲，帕克变换就是将ia,ib,ic电流投影，等效到d,q轴上，将定 子上的电流都等效到直轴和交轴上去。对于稳态来说，这么一等效之后， iq,id 正好就是一个常数了。撷伪氢罐相翻鞫庞。i0dq 二 Piabc(2-1)踪版梦掺钓Jl绫

41、it发薪。上述的式子中电流向量定义为10dq = id Uq.(2-2)妞K机职姻交簧乾蚀骞。并且帕克变换P定义为ia；-hi abc |ib 一ic(2-3)掺饵锭试监廓僭泻。一 1 庭sin 二号熠金跳詹帽。主磁场绕组的磁链是沿着转子d轴的方向。它感应一个电动势落后与该磁链90度。因此电机的电动势 E基本上是沿着转子的q轴。缜雷炸靓蟠浅舸明髓。对于电压或者磁链也可以用与上述相似的表达式写出；例如，vOdq = pvabc(2-5)骥擅帜禳屡兖梗是绛粤。odqP .abc(2-6)瘫喧导骋艳捣摩麒!。如果变换P是唯一的，逆变换也存在，因而可以写出1 iabc P i0dq(2-7)«

42、;!鸽夺圆觥海包恁靡。那么P -1可以用下列的式子来表示P1拒| 1p21coss0nL-Scos3I3Jsm工 3(2-8)榄阈团皱鹏焦寿并且我们注意到了 P -1io® 蕴。p Pt ,表明变换P是正交变换。并且以为这P变换是功 率不变的变换。所以无论是0-d-q还是a-b-c都可以用同样的功率表达式。如下逊输吴贝义鳏勖黝蠲。p = Vaia +Vbib + Vcic =V；ciabc =（ P'Mdq）（ Pdq）= Votdq（PJ） PJi0dq=VOdqPPJi0dq(2-9)情觇匮骇®!红卤龄镰潟。:V0d/0dq 飞i0%idvqiq2.2 无限大系

43、统数学模型2.2.1 发电机数学模型发电机的线性化数学模型的三阶状态方程表示如下:Eq去。一界,AK31d0Td0 Td0(2J0)言甬终决震区面1侧泉端(2-11)医涤侣御f帝!办金丢凛。,K2 匚，Ki .1.qhTJIj Ij(2-12)胪当为遥头魅鳍啰晕袋。江西理工大学应用科学学院毕业设计其中TEqao Rsin 0-二Xd xe cos(o-)K1 =金匕互0 = KV-'(2-13)鹃凑Iqo(Xq-xd) X Xq sin 0 T-)-Rcos 0 -:鹳席幅烛属奖选锯。K2 =工K R E0+Io 2 Re仪q jXe (2-14)期翱!植怀毓颐噪Eq J 工0q;q悦

44、废。,，1，八，、心'人口K3 =； (2-15)靠箱蜻荣擦澹悬1 Ki Xd -Xd Xq Xe,1 Eq ,、，,.K4 =-|EFD=0=VcKi(Xd -Xd ) (Xq+Xe)Sin(6°-口 广Rcos80 T )1 (2-16)涛K3:一贬n镂晋锋铸揪宪骗。K5 =乎、0= K1ydVq0 Rcos(6。-a )-(Xq +% 同n(6°a)AT0(2-17)钿羸H翼革KIVxqVd0 g % Xe cos、：0 二)+ReSin、p -：VT0-槛梅金戴样说泻。K6 = ? |石=Vq0 , - Ki Xd (Xq + Xe )1 -Vd0 Ki X

45、qRe (2-18)戢莺Eq.VT0 -VT0蜀烯浇鄙适泞嚓Ki =1Re2Xq Xe Xd Xe5%一华飞)1d0X d :直轴同步电抗 'Xd :直轴暂态电抗Re = Rt + R ：变压器和输电线的总电阻 xe = xt + xl ：变压器和输电线的总电抗 色 :无限大母线电压与参考轴的夹角 B :发电机交轴与参考轴的夹角Vg :无限大母线的电压Vd : VT的直轴分量I d :电枢电流的直轴分量(2-20)嗫樊暧跳谟瓒兽粪。Xq :交轴同步电抗 'X q :父轴同步电抗 qVT :发电机端电压V q ： V T的交轴分量I q :电枢电流的分轴分量 qTdo :直轴暂态

46、开路时间常数Tj :汽轮机和发电机的惯性时间常数E q ：对应磁场磁链的定子电势 qEfd :对应磁场电压的定子电势0:角频率T m :发电机的输入机械功率下面是发电机的线性化模型方框图K4*13图2-3同步发电机线性化模型图2.2.2 励磁系统的数学模型在我国长期以来分析电力系统的稳定性都是以暂态电抗（Eq ）恒定的数学q模型，但是这种数学模型有很多缺点，它不能够精确的反应出每一种励磁系统的 运行过程。为了提高我国励磁系统的精确程度，我国专家研究出了新的一种励磁 系统的数学模型。这个模型可以模拟出我国绝大部分的励磁系统，对提高我们励磁系统的精度有着至关重要的作用。虚酷镰宠碓峻萧耗幅。调节励磁

47、系统可以运用一阶滞后环节来表示：Efd = Ke%- Efd /（2-21）典顶鳄笋类!蝶纪晶座。C4Efd =Efd/4EFD C4<4 Efd C4EFD -C4（2-22/吉释跄畸藕绽蕴其中K e ：放大倍数T e ：时间常数V R ：端电压的整定值电力系统稳定器PSS的设计与仿真C 4 ： EfD的顶值倍数15图2-4励磁系统方框图Efd有一个非线性的限幅环节，在小干扰的情况下，由于励磁电压达不到顶 值，可以不用考虑这个非线性环节。因此，调节励磁系统的线性化模型为：南出金两 缥评缗肃群腰。EfdII Ke VR -VT - EFD J Te(2-23)爷缆金巨拿At厕K6KelK

48、5KeKe、，= _T_lEqA_T_£，A_ EFDV_2VRAIeeeTe梆墓笺凝。2.2.3 汽轮机及其调节系统的数学模型汽轮机及其调节系统的方框图可以用下列的表示图2-5汽轮机及其调节系统方框图汽轮机及其调节系统的状态方程如下:Mi = kgu3 - Mi .TsM2 = M1 M0 -M2TchM3 =1-二'M2-M3 /TrhTm = M3M2*I I =0 COu3R(2-24)锞炽/曾萨蜷窦补飙除(2-25)噱仓姆葩t稠俑痼诒璋凤。(2.26)辅库踪佥，出脚濒谄(2-27)嬷鳏贼汗纵港责沫锯。(2-28)讯国贺粽枢辄锁腹。调速器输出信号的限幅环节可以表示如下

49、:江西理工大学应用科学学院毕业设计C2-M0MiMo C2Mi = MiCi Mi Mo C2Ci -MoMoMi Ci其中kg ：调速器放大倍数 gTs：调速器时间常数Tch：汽容时间常数Trh：中间再热时间常数二：高压汽缸功率占汽轮机总功率的比率Ci、C2 :调速器输出信号的限幅值总结上述的结果可以得到电力系统的数学模型i3Eq A 0号MiA M2A M3A_Efd.iTjiiTdo还|MiAM2AM3AjEfdi一。10I 000 Vr42-30）辗蔺官司I 0KeITU啬适篮异铜骡。2.3负荷方程同步发电机经过升压变压器和双回路线路的示意图如下所示江西理工大学应用科学学院毕业设计拿图

50、2-6无限大系统图2.3.1 线路正常运行线路正常运行时，可以用一个阻抗 Ze来表示。1Wi 图2-7阻抗等效图根据发电机的四阶非线性模型可以写出：'.'.Vd = Ed - rI d - xd Iq''Vq =Eq - rIqXdld如下图:(2-31)舶曾斶痍到4妥婵锵户泼。(2-32)眯瞰蟠银癞唠阁跷H。由以上的式子可以得到：Id = +R XR +Vsin Hxd +Xe E Eq -VcoS ' Jr +尺2 +他 +Xg 22-33）闵建Iq =Ed +VoCsin6-(r+Re)Id/(xd +Xe )(2-34)楝彳寡摹开阈灯伞 瑾言皆粮

51、。同时 Vt =V； Vq22.3.2 双回路线路中有一点发生短路这个时候所形成的网络如图所示:17图2-8回路中一点短路的示意图可以写出网络方程为:(265)奠俏踢绊瞧留鹅酗嘤纵Iq jId =Y11(VqjVd) Y12eV：(2-36)弃铀健迁馀第t鸾觐縻。设 Y11=ct+jP, Y12= + j 二带入上面的式子可以得到:Id；1+ar-P)d (aEd+PEq +(：VcpoS -Vsin 上为 十% 工PE +«Eq +£VdCos+：:VcSin)uEd + PEq + 二V2cos6 - 3Vosin 6 (1 +ct r 限)IdXd + P r )(2

52、-38)属的值Rt jXT =0.00531 j0.19611RL + jXL =0.058345+ j0.291735将上图的Y型网络化成型网络:1(2图2-9 Yt 的示意图那么可以得到Z12 二(0.058345j0.291735)0.00531j0.196110.058345j0.291735 0.00531j0.196110.11669 j0.58347 0.058345j0.2917350.11669 j0.5834= 0.1324 j0.291735Z13 =0.0662 j0.5858所以 Y11 =0.26027-j2.52995丫12 = -0.087357 j0.8433

53、2所以二二0.26027- - -2.52995- -0.087357=0.84332苧暧蕤雇黄暹闩耆东涕。3无限大系统暂态分析本章主要讨论的是电力系统在没有电力系统稳定器(PSS)的情况下系统的 运行状态，这个时候系统应该有一下几个部分组成，发电机、调节励磁系统、汽 轮机及其调节系统的非线性模型，便构成了系统的非线性模型。版肆w倭鹤悔缗赞。3.1 系统各个部分的非线性模型计算大扰动时系统的运行状态，我们一般用的是系统的非线性模型。3.1.1 发电机非线性模型计算大扰动时系统的运行情况是用的非线性模型:Ed = J-Ed - Xq -Xq Iq 工0 (Eq - | Efd - Eq - Xd

54、 -Xd Id /Td'o-Ed Id(3-1)箪啬癫浏净赶钩婿鳄凫。(3-2)顽髯璃滨厦觇顿廛袋为量。为 "q (3-3)清夕哉诀团直音霹戟套昆镒。、.一 - ， - 1其中Ed :暂态电抗后的电势E的d轴分量Tqo： q轴暂态开路时间常数D :阻尼系数(3-4)鳞帽淹顶媚境需避痹度3.1.2 调节励磁系统的非线性模型调节系统可以用一阶滞后环节表示:Efd = Ke Vr -Vt -Efd 1C4Efd = EfdI-C4EFD C4-C4 Efd C4Efd - C4(3-6)贼樱槿慧单触津津骡。其中Ke：放大倍数V R ：端电压的整定值T e ：时间常数C 4 : Ef

55、d的顶值倍数圜渤朝!捣菌胪叫B泽。电力系统稳定器PSS的设计与仿真3.1.3汽轮机及其调节系统的非线性模型Mi = kgu3 - Mi /TsM2 = M1Mo -M2 .TchM 3 = gl 一 ： ' M2 - M3 Trh调速器输出信号的限幅环节可以表示如下:(3-7)蛰搀健根彳宁女昏痛窠赞。(3-8)义浮热扪殴胁纸窥钺I6。(3-9)绥骅熟缙潞徜余申搪粮。C2 -MoM1+M0)C2Mi= MiGMi+MoCCi -MoMo + MiG(3-i0)馒锁钥炳绪珏编轲箱。其中kg ：调速器放大倍数 gTCh:汽容时间常数Ts：调速器时间常数Trh :中间再热时间常数i8« :高压汽缸功率