电力系统稳定器pss设计与仿真本科毕业论文(编辑修改稿)

电力系统稳定器pss设计与仿真本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

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。 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运动的振荡幅度。 提高电力系统的静态稳定性 qM dEUPX (11) 提高功率极限就要尽可能的提高 qE 和 U ，减小电抗 dX。 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。 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 cK 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 cK的增大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。 此外，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。 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，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”。 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。 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。 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。 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，江西理工大学应用科学学院毕业设计 5 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。 PPⅠa00cr PⅡPⅢbcdek ’limcPTfgP’Ⅱ 图 11 有电气制动的曲线 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。 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。 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。 综合考虑技术和经济两方面因素，推荐在发电机组采用自并励快速励磁方式。 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)。 电力系统稳定器 PSS 的设计与仿真 6 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。 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。 MATLAB 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。 江西理工大学应用科学学院毕业设计 7 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。 电力系统的数学模型大致可分为下列的几个：同步发电机的数学模型、励磁系统的数学模型、汽轮机及其调节系统的数学模型。 下图是一个单机无限大母线系统的示意图 调速器 汽轮机电压调节器TVTV V 图 21 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。 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。 图 22 同步电机的结构模型 电力系统稳定器 PSS 的设计与仿真 8 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。 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。 0dq abci Pi (21) 上述的式子中电流向量定义为 00dq dqiiii (22) aabc bciiii (23) 并且帕克变换 P 定义为 1 1 12 2 22 2 2c os c os c os3 3 322si n si n si n33P                         (24) 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。 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， 0dq abcV PV (25) abcodq P  (26) 如果变换 P 是唯一的，逆变换也存在，因而可以写出 1 0abc dqi P i (27) 那么 1P 可以用下列的式子来表示 江西理工大学应用科学学院毕业设计 9 11c os si n22 1 2 2c os si n3 3 321 2 2c os si n332P                     (28) 并且我们注意到了 1 tPP  ， 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 dq还是 abc 都可以用同样的 功率表达式。 如下    1100tta a b b c c a b c a b c d q d qp v i v i v i V i P V P i      1 1 10 0 0 0tttd q d q d q d qV P P i V P P i   0 0 0 0tdq dq d d q qV i v i v i v i    (29) 无限大系统 数学模型 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： 39。 39。 439。 39。 39。 3 0 0 011q F Dq d d dKEEK T T TE        (210) 39。 21 1qmJ J JKKETT T T      (211) B  (212) 其中         39。 39。 039。 0 0 01 39。 0 0 0s i n c o s ( )|( ) s i n c o sqqq a e d eeIEEq q d e q eE R x xTK K VI x x x x R                 (213)   0222 0 039。 |e I e q a q e q eqTK K R E I R x xE       (214) 电力系统稳定器 PSS 的设计与仿真 10   3 39。 11 I d d q eK K x x x x    (215)        39。 39。 4 0 0 031 | s i n c o sFDq E I d d q e eEK V K x x x x RK             (216)           39。 39。 039。 05 0 000 39。 000| c o s si nc o s si nqqI d qTe q eEETI q dd e eTK V x VVK R x xVK V x V x x RV                (217)  00 39。 06 39。 00|1 q dT I d q e I q eq T TV VVK K x x x K x RE V V。