电力系统稳定器pss的设计与仿真_毕业设计论文(编辑修改稿)

电力系统稳定器pss的设计与仿真_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

统稳定器的作用。 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，可将定子、转子量分开，改写为 （21）式中，可为； ；。 对式（21）两边左乘矩阵 （22）其中，为派克变换矩阵，为单位阵，为零矩阵，则式（21）可化为即 （23）式中； ，其中可为。 式（23）中前面的负号是由于等值绕组的电流、电压正方向定义和绕组相似，也是服从发电机惯例的。 下面讨论式（23）中这一项，将之化为坐标下变量表示。 由矩阵乘积的微分性质，有 （24）由于 （25）将式（25）代入式（24）得 （26） 将式（26）代入式（23），得坐标下有名值电压方程为 （27） 式中。 下面对式（27）作简要的说明。 （1）式（27）右边第一项通常称为变压器电动势，是电磁感应效应引起的绕组电压。 （2）式（27）右边第二项称为速度电动势。 当转子静止（=0）时，此项为零。 这一项在坐标下没有，是因为在坐标下观察绕组，二者间是相对静止的。 而当在旋转坐标系上去观察静止的绕组时，二者间的相对运动引起了这一项。 物理上速度电动势项反映了由于转子运动，使定子绕组切割磁力线而引起的电动势，它在定子、转子间能量交换中起主要作用。 （3）式（27）右边第三项是欧姆电压项，反映了相应绕组的电阻压降。 同步发电机的磁链方程坐标下的磁链方程可改写为 （28）与电压方程相似，两边左乘矩阵 并在式（28）右边两矩阵间插入项，经整理后可得 （29）上式中电感矩阵下标S和R分别表示定子和转子。 下面对式（29）中电感矩阵进行讨论。 （1） 定子绕组的自感与互感。 根据 （210） （211）式中，从而恒为正值。 为轴领先于轴的角度。 对于隐极机，从而；对于凸极机，则是随转子位置而变化的参数。 （212）式中，从而定子互感恒为负值。 同样地对于隐极机，由于，定子互感为常量；对于凸极机，则定子互感随转子位置而变。 可导出 （213）式中 （214）定义与式（211）和式（212）相同。 和分别称为同步电机轴、轴的同步电感。 对于隐极机，从而。 是对角阵，它反映了定子等值绕组间的互感为零，是相互解耦的，而且是定常阵，不随转子位置而变化。 （2） 转子绕组的自感与互感。 由式 （215） (216)以及式（210）可知 (217)式中，及定义同式（210）与式（216）。 （3） 定子绕组与转子绕组间的互感和。 由式（210）和 （218）式中，为定子绕组与转子励磁绕组间的互感变化幅值。 （219）式中，为定子绕组与轴阻尼绕组D间的互感变化幅值。 （220）式中，为定子绕组与轴阻尼绕组间的互感变化幅值。 可得 （221） (222)以上二式中的定义同式（218）~式（220）。 由于 说明了坐标下同步电机有名值方程中定子、转子绕组间的互感不可逆，这个问题将在标幺制基值选取中予以解决。 由式（213）、（214）、（217）、（221）、（222）可汇总得坐标下电感矩阵为 （223）相应的坐标下磁链方程为 （224）显然由式（223）可知，轴上的绕组与轴上的绕组间相互是解耦的（互感为零）。 而零轴磁链为与轴、轴各绕组完全解耦而独立。 另外电感矩阵为定常稀疏矩阵，为分析计算提供了方便。 式（224）中前面有一负号是由于负值定子绕组电流产生正值相应绕组磁链而引起的，故电感元素的符号与习惯相同，这点和坐标下的磁链方程相同。 同步发电机的电磁功率方程 隐级式发电机的电磁功率方程隐级式发电机的转子是对称的，因而它的直轴同步电抗和交轴同步电抗是相等的，即。 计及这个特点，并略去定子绕组的电阻，由方程式作出隐级发电机正常运行时的向量图（图21），可导出以不同电动势、电抗表示的隐级发电机的电磁功率方程。 稳态运行矢量图（）（1） 以空载电动势和同步电抗表示发电机时 （225）发电机输出的有功功率表示为： （226）将式（225）代入式（226）中，可得 （227）式中，发电机有功功率的功—角特性曲线为一正弦曲线，其最大值为，也称为功率极限。 该功角特性曲线多用于电力系统正常运行及故障后稳态运行稳定性的分析和计算。 （2） 以交轴暂态电动势和直轴暂态电抗表示发电机 暂态空间矢量图 在分析暂态稳定或近似地分析某些有自动调节励磁装置的静态稳定时，往往以交轴暂态电动势和直轴暂态电抗表示发电机，这种情况下 （228）将上式代入式（226）中，可得 （229）暂态磁阻功率的出现带来了功角特性计算的复杂化，很多情况下采取如下简化：以直轴暂态电抗后的电动势代替直轴暂态电动势；以向量与的夹角代替，则。 凸极式发电机的电磁功率方程 图23所示为一凸极发电机的相量图，由此图可导出以不同电动势和电抗表示凸极发电机时的电磁功率方程。 凸极发电机的相量图 （1） 以空载电动势和同步电抗表示发电机：由图（23）可见 （230）代入式（230）得 （231） （2）以暂态电动势和暂态电抗表示发电机：由图（23） 得 （232） 将式代入式（227），可得 （233） 同步发电机的转子运动方程 同步发电机的转子运动方程据牛顿运动定律转子运动方程为 （234）式中，为原动机加于电机轴的机械力矩；为发电机电磁力矩，和单位均为；为转子机械角位移，它和电角度（或）的关系为，单位为；为转子机械角速度，与电角速度（或）的关系为，单位为；为转子的转动惯量，单位为，手册中查到的转子飞轮惯量（）单位一般为，则当为整个转子（（包括汽轮机或水轮机的转子）所受到的机械外力矩时，应取整个转子的转动惯量。 稳态时。 转子加速力矩为零，恒速运行。 实际分析时一般取电角度及电角速度为变量，则式（234）为（及的下标从略） （235）坐标下的转子运动方程与坐标下的转子运动方程（235）相同，只是应按下式进行计算，式中，即为 （236） 发电机转子运动方程的研究意义同步发电机转子运动方程式，是电力系统稳定性分析和计算中最基本的方程式，它用来描述系统在受扰动情况下发电机组之间或发电机与系统之间的相对运动，是判断系统受到扰动后能否继续保持稳定运行的基本依据。 从式（236）中可看出，发电机转子的运动情况取决于作用在其轴上的不平衡转矩，而不平衡转矩又取决于原动机输入的机械转矩与发电机输出的电磁转矩之差。 一般情况下认为，原动机的输入转矩在机电暂态过程中保持不变，发电机输出的电磁转矩则与发电机的电磁特性、转子运动特性、负荷特性以及网络结构有关，因此可以说它是电力系统稳定性分析和计算中最复杂的部分。 掌握发电机转子运动方程，基本上就掌握了分析电力系统稳定性的方法。 本章小结 本章主要介绍了同步发电机电压方程、磁链方程、电磁功率方程、转子运动方程的相关推导及其基本表达式。 同步发电机是电力系统最主要的电源，对电力系统稳定性起主导作用。 因此电力系统稳定性的研究主要是研究同步发电机运行的稳定性。 而同步发电机的电压、转子频率以及电磁功率的变化是研究系统小扰动稳定性的重要环节，是建立动态状态变量的基础。 掌握这些方程，对于后续建立同步发电机模型具有重要的意义。 3 电力系统稳定器基本介绍 电力系统稳定器简介 电力系统稳定器（pss）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。 它抽取与此振荡有关的信号，如发电机有功功率、转速或频率，加以处理，产生的附加信号加到励磁调节器中，使发电机产生阻尼低频振荡的附加力矩。 PSS结构示意图，PSS实质上是关于P、n或f的反馈环节，使发电机励磁系统构成了双闭环系统，其内环是关于电压的控制环；外环是关于P、n或f的控制环。 PSS的隔直环节使t趋于无穷大时PSS的输出为零，而过渡过程中，该环节使动态信号顺利通过，从而使PSS只在动态中起作用。 超前—滞后环节可补偿励磁系统引起的相位滞后。 放大环节的的放大倍数K确保ΔT有足够的幅值。 限幅环节可确保大干扰时PSS的输出不会造成电机端电压的变化超标。 PSS信号作用向量图 电力系统弱阻尼产生原因目前，大型发电机普遍采用集成电路和可控硅组成的励磁调节器，从而使自动励磁调节器AVR的时间常数缩短、增益大大提高， 加上品闸管直接励磁快速励磁系统的广泛采用，使得电力系统的阻尼降低．这是造成低频振荡的直接原因。 低频振荡简介发电机的转子角、转速，以及相关电气量，如线路功率、母线电压等发生近似等幅或增幅的振荡，因振荡频率较低，－，故称为低频振荡。 其产生的原因主要为电力系统中发电机并列运行时，在扰动下发生发电机转子间的相对摇摆，并在缺乏阻尼时持续振荡导致。 低频振荡是随着电网互联而产生的。 联网初期，同步发电机之间联系紧密，阻尼绕组可产生足够的阻尼，低频振荡少有发生。 随着电网互联规模的扩大，高放大倍数快速励磁技术的广泛采用，以及受经济性、环保等因素影响下电网的运行更加接近稳定极限，在世界各地许多电网陆续观察到低频振荡。 大致可分为局部模式振荡和区域间模式振荡两种。 一般来说，涉及机组越多、区域越广，则振荡频率越低。 发电机产生低频振荡的原因可归结为：（1） 发电机控制系统的参数调整不当,特别是在远距离送电的情况下,调节器的放大倍数太高,当它产生的负阻尼转矩大于发电机固有的正阻尼转矩,发电机就可能产生振荡。 其他的如调解器参数整定不当,水系统与机电调节系统参数配合不当,并联于同一母线上的发电机励磁参数设计不当等,都可能引起发电机的机电低频振荡。 （2） 负荷的波动,这相当于发电机遭遇一种波动的输入量。 （3） 受端系统的发电机带轻载情况下的自发振荡,即。