电力系统稳定器pss的设计毕业论文(编辑修改稿)

电力系统稳定器pss的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

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 4 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。 电力 系统 稳定 电力系统稳定性的分类 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。 2020 年，我国电网运行与控制标准化技术委员会制定的 DL7552020《电力系统安全稳定导则》中将功角稳定性分为下列三类：静态稳定、暂态稳定、动态稳定。 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。 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，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 5 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。 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本身的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阶段分类： （ 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。 （ 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。 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。 提高电力 系统 稳定的措施 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提高功率极限就要尽可能的提高和，减小电抗。 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 6 度越大，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 ”。 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，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。 7 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。 励磁系统对电力系统稳定的影响 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)。 MATLAB的简介 MATLAB 简介： MATLAB 一词是由 Matrix 和 Laboratory 复合生成的，原意是 8 矩阵实验室。 MATLAB 环境 (或语言）由美国的 Cleve Moler 博士于 1980 年研制成功，研制 MATLAB 的初衷是使它具有强大的矩阵处理方面的功能。 现代控制理论界的专家们面对高维数的控制问题，渴求一种比当时流行的高级语言更具有可读性的语言，因而 MATLAB 语言的面世，首先被控制理论界的专家们所关注。 同样，电力系统是一个相对复杂的、维数很高的系统， MATLAB 必将成为分析电力系统问题的强大而有效工具。 加拿大魁北克电力公司的专家们首先作了此项工作，在 MATLAB 环境下，开发了 MATLAB\ Simulink\Toolbox\Power blockset(即电力系统分析模块 ) ，并建立了电力系统的相关设备库。 MATLAB 语言以矩阵为基本的数据单位，它提供了强大的矩阵运算功能，几乎所有常用的矩阵运算，例如矩阵的加、减、乘、除、转置、求逆、分解、行列式等都有现成的指令。 MATLAB 还拥有顺序、选择、循环等结构控制语句，并配以大量的运算符，可以编写出符合结构化标准的具有面向对象特征的程序。 MATLAB 的工作环境包括命令控制窗口、程序编辑器等，用户既可以通过命令控制窗口直接执行命令，也可通过建立 MATLAB 脚本文件或函数文件执行程序中的命令。 MATLAB 系统主要包括以下五个部分： （ 1） MATLAB 语言 MATLAB 语言是一种包括控制流语句、函数、数据结构、输入 \输出和面向对象编程特性的高级语言，它以矩阵作为基本的数据单元，既可以快速创建小程序完成简单运算，也可以为了复杂应用，编写完整的大应用程序。 （ 2） MATLAB 工作环境 MATLAB 工作环境主要包括一系列完成如管理工作空间的变量、数据输入 \ 输出、 M 文件（ MATLAB 的应用程序）的生成、调试、解释的工具。 （ 3）图形句柄 图形句柄是 MATLAB 的图形处理系统，其中既包 括二维、三维数据的可视化图形表示、图象处理的直观显示的高级命令，也包括定制图形显示、创建应用程序完整的图形用户界面 (GUI)命令。 （ 4） MATLAB 数学函数库 该库收集了巨量的数学函数及算法，从简单的数学函数如 sum、 sine、 cosine 和复数运算，到复杂的函数如矩阵求逆、求特征值、 Bessel函数、 FFT。 （ 5） MATLAB 应用程序接口 (API) 它是一个允许用户编写与 MATLAB 交互的 C 和 FORTRON 程序的库，包括从 MATLAB 中调用程序、调用 MATLAB 作为计算引 9 擎和读 \写 MAT 文件。 总体来说， MATLAB 是一种数值型计算软件，它集科学计算、自动控制、信号处理、神经网络和图象处理等功能于一体，具有编程效率高、程序设计灵活、图形功能强等优点。 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振荡抑制的原理。 采用 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。 （ 3）分析了电力系统稳定器的作用。 10 2 同步发动机方程 同步发动机的电压方程 对于 abc 坐标下的电压方程 ripu   ，可将定子、转子量分开，改写为  f D Qa b cf D Qa b cf D Qa b cf D Qa b c i irrppuu （ 21） 式中，    TQDff DQTcbaabc ffffffff ,,  ， f 可为 iu , ；  cbaabc rrrdiagr , ；  Q。