华电电力系统自动化第9讲-励磁动态7

1华电电力系统自动化第9讲-励磁动态72NorthChinaElectricPowerUniversity2/412023/5/18第四节励磁自动控制系统对稳定性的影响励磁系统对提高电力系统稳定性的作用一直是人们关心的问题。1、早期研究认为，无失灵区的励磁调节器可以提高电力系统的静态稳定功率极限。2、为了改善励磁调节器所引起的不稳定现象，引入了反馈校正电路。3、大型互联电力系统的增长性振荡破坏了大型系统的并联运行，系统本身的自然阻尼的微弱性是这种现象的主要原因，励磁调节器又使系统产生了负阻尼，从而导致系统的低频振荡，为此，引入了电力系统稳定器以增强系统的正阻尼。物理系统数学建模物理映射数学分析3NorthChinaElectricPowerUniversity3/412023/5/18一、同步发电机的动态方程在描述同步发电机的动态方程时，考虑在处于小扰动情况下运动方程可以进行线性化。(Park变换，顾氏变换等)假设条件是：1、忽略阻尼效应。2、忽略定子绕组的电阻。3、在定子和负荷的电压方程中，d、q轴的感应电动势中与转速电动势相比可以忽略。4、感应电动势中近似等于5、选定初始点后，饱和效应可以忽略。4NorthChinaElectricPowerUniversity4/412023/5/181、暂态电动势的方程式发电机的用电机参数表示的同步电机方程：定子绕组磁链方程定子绕组电压平衡方程转子绕组磁链方程转子绕组电压平衡方程5NorthChinaElectricPowerUniversity5/412023/5/181、暂态电动势的方程式其中，定义如下变量：6NorthChinaElectricPowerUniversity6/412023/5/181、暂态电动势的方程式在实际应用中常根据对分析和计算精度要求的不同，对同步发电机的方程进行简化。1、三绕组（f、D、Q）转子模型转子q轴通常只考虑一个等值阻尼绕组Q，认为g绕组不存在。定子电压平衡方程和定子磁链方程不变。2、两绕组（f、g）转子模型转子q轴通常只考虑一个阻尼绕组g，认为D、Q绕组不存在。定子电压平衡方程不变。7NorthChinaElectricPowerUniversity7/412023/5/181、暂态电动势的方程式3、不计阻尼绕组的模型不计阻尼绕组的影响。所有与阻尼绕组g、D、Q有关的互阻抗都为零。定子电压平衡方程不变定子绕组磁链方程转子电压平衡方程8NorthChinaElectricPowerUniversity8/412023/5/181、暂态电动势的方程式4、恒定模型

这个模型认为励磁绕组暂态过程和励磁调节器共同作用使得：5、经典模型

经典模型是将同步电机看成一个带内阻抗的简单电源，内阻抗的电阻部分等于定子绕组的电阻，电抗部分等于d轴暂态电抗，电源电动势的大小在暂态过程中保持不变。

这个模型与经典模型是电力系统机电暂态过程分析中早期采用的两种模型。这两种模型都不计阻尼绕组对暂态过程的影响。9NorthChinaElectricPowerUniversity9/412023/5/181、暂态电动势的方程式在这里采用“3不计阻尼绕组的模型”10NorthChinaElectricPowerUniversity10/412023/5/18同步发电机相量图11NorthChinaElectricPowerUniversity11/412023/5/181、暂态电动势的方程式Eq‘——转子合成磁链λEF在定子侧电动势Eq——转子电流IEF的总磁链在定子侧的等值电动势标么值Ede——转子端电压UE在定子侧的等值电动势标么值转子回路方程12NorthChinaElectricPowerUniversity12/412023/5/181、暂态电动势的方程式13NorthChinaElectricPowerUniversity13/412023/5/182、发电机转子运动方程和电磁转矩方程14NorthChinaElectricPowerUniversity14/412023/5/183、发电机端电压方程15NorthChinaElectricPowerUniversity15/412023/5/184、同步发电机的动态方程组16NorthChinaElectricPowerUniversity16/412023/5/185、参数随负荷变化的规律17NorthChinaElectricPowerUniversity17/412023/5/18二、励磁控制系统对电力系统静态稳定的影响18NorthChinaElectricPowerUniversity18/412023/5/181、同步发电机的固有特性不计励磁调节时发电机所具有的特性不考虑转子相位角变化所引起的祛磁效应结论：1、2、发电机处于临界稳定结论：1、2、19NorthChinaElectricPowerUniversity19/412023/5/182、考虑转子相位角变化的祛磁效应不计励磁调节时发电机所具有的特性考虑转子相位角变化所引起的祛磁效应---20NorthChinaElectricPowerUniversity20/412023/5/182、考虑转子相位角变化的祛磁效应不计励磁调节特性考虑祛磁效应稳定条件?---21NorthChinaElectricPowerUniversity21/412023/5/182、考虑转子相位角变化的祛磁效应机组阻尼加大，机组更加稳定运行22NorthChinaElectricPowerUniversity22/412023/5/183、考虑励磁调节后的系统特性考虑励磁调节时发电机所具有的特性考虑转子相位角变化所引起的祛磁效应23NorthChinaElectricPowerUniversity23/412023/5/183、考虑励磁调节后的系统特性???24NorthChinaElectricPowerUniversity24/412023/5/183、考虑励磁调节后的系统特性25NorthChinaElectricPowerUniversity25/412023/5/183、考虑励磁调节后的系统特性26NorthChinaElectricPowerUniversity26/412023/5/183、考虑励磁调节后的系统特性应用劳斯判据27NorthChinaElectricPowerUniversity27/412023/5/183、考虑励磁调节后的系统特性在人工稳定区域运行否则振荡失稳否则滑行失稳28NorthChinaElectricPowerUniversity28/412023/5/183、考虑励磁调节后的系统特性29NorthChinaElectricPowerUniversity29/412023/5/18回顾：参数随负荷变化的规律30NorthChinaElectricPowerUniversity30/412023/5/183、考虑励磁调节后的系统特性31NorthChinaElectricPowerUniversity31/412023/5/183、考虑励磁调节后的系统特性输电线轻载时系统可以稳定运行输电线重载减小了机组阻尼转矩低频振荡——减功率缓解32NorthChinaElectricPowerUniversity32/412023/5/18三、改善电力系统稳定性的措施——PSS电力系统稳定器（PowerSystemStabilizer，PSS）作用是产生一个正阻尼以抵消励磁控制系统的负阻尼。转速信号经过G（s）后引至励磁系统的电压参考点33NorthChinaElectricPowerUniversity33/412023/5/181、PSS的传递函数若G（s）与d（s）准确抵消，就可以提供正阻尼实际上，只要两者的相频特性相似，也能提供正阻尼34NorthChinaElectricPowerUniversity34/412023/5/182、PSS的基本构成环节1、相位校正环节：用以抵消励磁系统惯性环节的滞后角2、信号复归环节：在稳态时PSS不影响发电机的稳态运行电压稳态输出为零PSS的信号单元的传递函数35NorthChinaElectricPowerUniversity35/412023/5/183、PSS的电路分频器，将3000Hz正弦波转换为50Hz方波频率电压变换是将50HZ波转换为与转速偏差成正比的电压信号陷波器是将机组的扭振频率信号滤除，由二级滤波器构成放大器是满足信号对增益选择的要求转速测量频率电压变换陷波器超前/滞后放大信号复归综合限制辅助延时3000Hz20V36NorthChinaElectricPowerUniversity36/412023/5/183、PSS的电路信号复归电路超前/滞后网络37NorthChinaElectricPowerUniversity37/412023/5/183、PSS的电路综合限制器是在放大信号的同时限幅，当辅助输入信号超过整定值就退出PSS辅助延时电路是用于监视PSS的输出，并且在时间超过定时，将PSS的输出切除，以防止PSS内部故障而造成不必要的长时间强励。转速测量频率电压变换陷波器超前/滞后放大信号复归综合限制辅助延时3000Hz20V38NorthChinaElectricPowerUniversity38/412023/5/184、PSS的算法超前/滞后环节信号复归环节39NorthChina