第讲-同步发电机励磁控制系统及特性分析

第七讲同步发电机励磁控制系统及特性分析（5）主讲人：李岩松华北电力大学电气与电子工程学院liyansong811@126.comNorthChinaElectricPowerUniversitypage22023/12/27第四章同步发电机励磁控制系统及特性分析本章运用自动控制理论来分析同步发电机自动励磁调节的动态特性及其对电力系统动态稳定的影响NorthChinaElectricPowerUniversitypage32023/12/27第七节低频振荡与电力系统稳定器PSS低频振荡或者功率振荡常出现在长距离、重负荷输电线上，特别是在快速高顶值倍数励磁系统的条件下更容易发生，这是因为互联系统缺乏阻尼而造成的。物理系统数学建模物理映射数学分析发电机经输电线路并列运行，在扰动下会发生发电机转子间的相对摇摆，并在缺乏阻尼时引起持续振荡。此时，输电线上功率也会发生相应的振荡。由于其振荡频率很低，一般为0.2-2.5Hz，故称为低频振荡（又称为功率振荡，机电振荡）

低频振荡的解决办法是：在励磁系统引入适当的信号，以增强系统的阻尼。NorthChinaElectricPowerUniversitypage42023/12/27一、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。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。NorthChinaElectricPowerUniversitypage52023/12/271、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NorthChinaElectricPowerUniversitypage62023/12/271、暂态电动势的方程式其中，定义如下变量：NorthChinaElectricPowerUniversitypage72023/12/271、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。NorthChinaElectricPowerUniversitypage82023/12/271、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NorthChinaElectricPowerUniversitypage92023/12/271、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。NorthChinaElectricPowerUniversitypage102023/12/271、暂态电动势的方程式在这里采用“3不计阻尼绕组的模型”NorthChinaElectricPowerUniversitypage112023/12/271、暂态电动势的方程式NorthChinaElectricPowerUniversitypage122023/12/272、发电机转子运动方程和电磁转矩方程NorthChinaElectricPowerUniversitypage132023/12/273、发电机端电压方程NorthChinaElectricPowerUniversitypage142023/12/274、海佛荣-飞利浦斯（Heffron-Philips）模型海佛荣-飞利浦斯（Heffron-Philips）模型NorthChinaElectricPowerUniversitypage152023/12/275、参数随负荷变化的规律NorthChinaElectricPowerUniversitypage162023/12/27二、计及计及励磁系统的同步发电机稳定性分析NorthChinaElectricPowerUniversitypage172023/12/27二、计及计及励磁系统的同步发电机稳定性分析快速励磁系统NorthChinaElectricPowerUniversitypage182023/12/27二、计及计及励磁系统的同步发电机稳定性分析（1）当负荷较轻时励磁系统加入后，机组的阻尼转矩增大（2）当负荷较重时大于零小于零总的阻尼转矩系数机组就发生振荡失步NorthChinaElectricPowerUniversitypage192023/12/27三、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NorthChinaElectricPowerUniversitypage202023/12/271、PSS的传递函数若GX（s）与GP（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NorthChinaElectricPowerUniversitypage212023/12/272、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North