1、North China Electric Power University第七講 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)及特性分析（5）主講人：李巖松華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院North China Electric Power Universitypage22022-5-29第四章 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)及特性分析 本章運(yùn)用自動(dòng)控制理論來(lái)分析同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性及其對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的影響North China Electric Power Universitypage32022-5-29第七節(jié) 低頻振蕩與電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSSl 低頻振蕩或者功率振蕩常出現(xiàn)在長(zhǎng)距離、重負(fù)荷輸電線上，低頻振蕩或

2、者功率振蕩常出現(xiàn)在長(zhǎng)距離、重負(fù)荷輸電線上，特別是在快速高頂值倍數(shù)勵(lì)磁系統(tǒng)的條件下更容易發(fā)生，這是特別是在快速高頂值倍數(shù)勵(lì)磁系統(tǒng)的條件下更容易發(fā)生，這是因?yàn)橐驗(yàn)榛ヂ?lián)系統(tǒng)缺乏阻尼而造成互聯(lián)系統(tǒng)缺乏阻尼而造成的。的。物理系統(tǒng)物理系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模數(shù)學(xué)建模物理映射物理映射數(shù)學(xué)分析數(shù)學(xué)分析l 發(fā)電機(jī)經(jīng)輸電線路并列運(yùn)行，在擾動(dòng)下會(huì)發(fā)生發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間發(fā)電機(jī)經(jīng)輸電線路并列運(yùn)行，在擾動(dòng)下會(huì)發(fā)生發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子間的相對(duì)搖擺，并在缺乏阻尼時(shí)引起持續(xù)振蕩。此時(shí)，輸電線上的相對(duì)搖擺，并在缺乏阻尼時(shí)引起持續(xù)振蕩。此時(shí)，輸電線上功率也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的振蕩。由于其振蕩頻率很低，一般為功率也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的振蕩。由于其振蕩頻率很低，一般為0.2-2

3、.5Hz，故稱為低頻振蕩（又稱為功率振蕩，機(jī)電振蕩），故稱為低頻振蕩（又稱為功率振蕩，機(jī)電振蕩）l 低頻振蕩的解決辦法是低頻振蕩的解決辦法是：在勵(lì)磁系統(tǒng)引入適當(dāng)?shù)男盘?hào)在勵(lì)磁系統(tǒng)引入適當(dāng)?shù)男盘?hào) ，以增，以增強(qiáng)系統(tǒng)的阻尼強(qiáng)系統(tǒng)的阻尼。North China Electric Power Universitypage42022-5-29一、同步發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)方程在描述同步發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)方程時(shí)，考慮在處于小擾動(dòng)情況下運(yùn)在描述同步發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)方程時(shí)，考慮在處于小擾動(dòng)情況下運(yùn)動(dòng)方程可以進(jìn)行線性化。動(dòng)方程可以進(jìn)行線性化。假設(shè)條件是：假設(shè)條件是：1、忽略阻尼效應(yīng)。、忽略阻尼效應(yīng)。2、忽略定子繞組的電阻。、忽略定子

4、繞組的電阻。3、在定子和負(fù)荷的電壓方程中，、在定子和負(fù)荷的電壓方程中，d、q軸的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中軸的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中 與轉(zhuǎn)速電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速電動(dòng)勢(shì) 相比可以忽略。相比可以忽略。4、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中 近似等于近似等于5、選定初始點(diǎn)后，飽和效應(yīng)可以忽略。、選定初始點(diǎn)后，飽和效應(yīng)可以忽略。dtdddtdqqd0North China Electric Power Universitypage52022-5-291、暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)的方程式發(fā)電機(jī)的用電機(jī)參數(shù)表示的同步電機(jī)方程：發(fā)電機(jī)的用電機(jī)參數(shù)表示的同步電機(jī)方程：2121ddqqqqqdddeeiXeeiX定子繞組磁鏈方程定子繞組磁鏈方程qddqqaaqdd

5、iRpuiRpu定子繞組電壓平衡方程定子繞組電壓平衡方程轉(zhuǎn)子繞組磁鏈方程轉(zhuǎn)子繞組磁鏈方程轉(zhuǎn)子繞組電壓平衡方程轉(zhuǎn)子繞組電壓平衡方程21 2 121 2 1ddqqqddqqqqdqqqdqqdddqqddddqdddqeeiXXeeXXXXeiXXeeeiXXeeXXXXeiXXe2 0102 010dqqqqdqddqqddddqdqfqqdeXXXXpeTepeTeXXXXpeTeEpeTNorth China Electric Power Universitypage62022-5-291、暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)的方程式其中，定義如下變量：其中，定義如下變量：QaQdDaDqgagdfafqiXeiX

6、eiXeiXe2211QQaQqDDaDqggagdffafqXXeXXeXXeXXe ffaffquRXENorth China Electric Power Universitypage72022-5-291、暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)的方程式在實(shí)際應(yīng)用中常根據(jù)對(duì)分析和計(jì)算精度要求的不同，在實(shí)際應(yīng)用中常根據(jù)對(duì)分析和計(jì)算精度要求的不同，對(duì)同步發(fā)電機(jī)的方程進(jìn)行簡(jiǎn)化。對(duì)同步發(fā)電機(jī)的方程進(jìn)行簡(jiǎn)化。1、三繞組（、三繞組（f、D、Q）轉(zhuǎn)子模型）轉(zhuǎn)子模型轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子q軸通常只考慮一個(gè)等值阻尼繞組軸通常只考慮一個(gè)等值阻尼繞組Q，認(rèn)為，認(rèn)為g繞組不存在。繞組不存在。0, 0,ggaggiXX定子電壓平衡方程和定子磁鏈方程不變。

7、定子電壓平衡方程和定子磁鏈方程不變。2、兩繞組（、兩繞組（f、g）轉(zhuǎn)子模型）轉(zhuǎn)子模型轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子q軸通常只考慮一個(gè)阻尼繞組軸通常只考慮一個(gè)阻尼繞組g，認(rèn)為，認(rèn)為D、Q繞組不存在。繞組不存在。QDXX0fQaQfDaDXXXX0QDQDii定子電壓平衡方程不變。定子電壓平衡方程不變。North China Electric Power Universitypage82022-5-291、暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)的方程式3、不計(jì)阻尼繞組的模型、不計(jì)阻尼繞組的模型不計(jì)阻尼繞組的影響。不計(jì)阻尼繞組的影響。gQDXXX0gQDgQDiii所有與阻尼繞組所有與阻尼繞組g、D、Q有關(guān)的互阻抗都為零。有關(guān)的互阻抗都為零。定子電

8、壓平衡方程不變定子電壓平衡方程不變qqqddqdiXiXe定子繞組磁鏈方程定子繞組磁鏈方程fqdddqqdEiXXepeT0轉(zhuǎn)子電壓平衡方程轉(zhuǎn)子電壓平衡方程ffaffqDaDqfafqqfqqdqddddqdddquRXEiXeiXeeEpeTeXXXXeiXXe21102 1North China Electric Power Universitypage92022-5-291、暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)的方程式4、 恒定模型恒定模型qE 這個(gè)模型認(rèn)為勵(lì)磁繞組暫態(tài)過(guò)程和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器共同作用使得：這個(gè)模型認(rèn)為勵(lì)磁繞組暫態(tài)過(guò)程和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器共同作用使得：consantEiXXefqdddq0qpe5、經(jīng)典模型、經(jīng)典

9、模型 經(jīng)典模型是將同步電機(jī)看成一個(gè)帶內(nèi)阻抗的簡(jiǎn)單電源，內(nèi)阻經(jīng)典模型是將同步電機(jī)看成一個(gè)帶內(nèi)阻抗的簡(jiǎn)單電源，內(nèi)阻抗的電阻部分等于定子繞組的電阻，電抗部分等于抗的電阻部分等于定子繞組的電阻，電抗部分等于d軸暫態(tài)電抗，軸暫態(tài)電抗，電源電動(dòng)勢(shì)的大小在暫態(tài)過(guò)程中保持不變。電源電動(dòng)勢(shì)的大小在暫態(tài)過(guò)程中保持不變。IjXRUEaa 這個(gè)模型與經(jīng)典模型是電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程分析中早期采用這個(gè)模型與經(jīng)典模型是電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過(guò)程分析中早期采用的兩種模型。這兩種模型都不計(jì)阻尼繞組對(duì)暫態(tài)過(guò)程的影響。的兩種模型。這兩種模型都不計(jì)阻尼繞組對(duì)暫態(tài)過(guò)程的影響。North China Electric Power Univer

10、sitypage102022-5-291、暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)的方程式fqdddqqdEiXXepeT0在這里采用在這里采用 “3不計(jì)阻尼繞組的模型不計(jì)阻尼繞組的模型”dtdeTeEiXXeeqdqfqdddqq000qdqqdqdedddqqEsTEdtdETEEIXXEEdddqddeIXXEsTE01North China Electric Power Universitypage112022-5-291、暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)的方程式qededGdqedeqGqIXIRUUUIRIXUUUsincosddqqGIXEU eqqedqdXXUIXXUEI/cos/sin00 edddededddedqXXXX

11、UKXXXXKsTKKKEsTKKE0430343033/sin/11dddqddeIXXEsTE01North China Electric Power Universitypage122022-5-292、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程和電磁轉(zhuǎn)矩方程emMMdtdJdtdJJ22ddqdqqqqdqqGddGGeIXEUIXUIUIUPM020000121cossinqedeqQeqqeddqqeIXXXXKEXXUUIXXXXKEKKMNorth China Electric Power Universitypage132022-5-293、發(fā)電機(jī)端電壓方程222qGdGGUUUddqqGqqdGI

12、XEUIXUedGeqGeqGdGqedGqGdqGXXUXUKXXUUUXXXUUUXKEKKU006000000565cossinNorth China Electric Power Universitypage142022-5-294、海佛榮-飛利浦斯（Heffron-Philips）模型 edddededddedqXXXXUKXXXXKsTKKKEsTKKE0430343033/sin/11020000121cossinqedeqQeqqeddqqeIXXXXKEXXUUIXXXXKEKKMedGeqGeqGdGqedGqGdqGXXUXUKXXUUUXXXUUUXKEKKU00600

13、0000565cossin海佛榮海佛榮- -飛利浦斯飛利浦斯（Heffron-PhilipsHeffron-Philips）模型）模型North China Electric Power Universitypage152022-5-295、參數(shù)隨負(fù)荷變化的規(guī)律North China Electric Power Universitypage162022-5-29二、計(jì)及計(jì)及勵(lì)磁系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性分析North China Electric Power Universitypage172022-5-29二、計(jì)及計(jì)及勵(lì)磁系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性分析e22345e3e6( )()( )1MsK

14、G KK GsG G K e1fdeGeEKGUT s2eSDMMM s 24562522226111eSdEQdEQKKKKKK KMTKT 24525622226111EQEQeDdEQdEQKKTKK K TKKMTKT快速勵(lì)磁系統(tǒng)快速勵(lì)磁系統(tǒng)North China Electric Power Universitypage182022-5-29二、計(jì)及計(jì)及勵(lì)磁系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性分析05K24525622226111EQEQeDdEQdEQKKTKK K TKKMTKT05K（1）當(dāng)負(fù)荷較輕時(shí)）當(dāng)負(fù)荷較輕時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)加入后，機(jī)組的阻尼轉(zhuǎn)矩增大勵(lì)磁系統(tǒng)加入后，機(jī)組的阻尼轉(zhuǎn)矩增大（2）當(dāng)負(fù)

15、荷較重時(shí)）當(dāng)負(fù)荷較重時(shí)24525622226111EQEQeDdEQdEQKKTKK K TKKMTKT大大于于零零小小于于零零總的阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)總的阻尼轉(zhuǎn)矩系數(shù)機(jī)組就發(fā)生振蕩失步機(jī)組就發(fā)生振蕩失步North China Electric Power Universitypage192022-5-29三、改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施PSS電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（Power System Stabilizer，PSS）作用是產(chǎn)生一個(gè)正阻尼以抵消勵(lì)磁控制系統(tǒng)的負(fù)阻尼。作用是產(chǎn)生一個(gè)正阻尼以抵消勵(lì)磁控制系統(tǒng)的負(fù)阻尼。轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)過(guò)G（s）后引）后引至勵(lì)磁系統(tǒng)的電壓參考點(diǎn)至勵(lì)磁系統(tǒng)的電壓參

16、考點(diǎn)North China Electric Power Universitypage202022-5-291、PSS的傳遞函數(shù)若若GX（s）與）與GP（s）準(zhǔn)確抵消，就可以提準(zhǔn)確抵消，就可以提供正阻尼供正阻尼實(shí)際上，只要兩者的相頻特性實(shí)際上，只要兩者的相頻特性相似，也能提供正阻尼相似，也能提供正阻尼2e2e3 d06ed0 e3 e d0d0 es2e22xxxd0 e( )( )( )( )( )2( )( )( )PPXPG s KKM ssTKTKKssT TKTTT TG s KKsssT TG sG ssNorth China Electric Power Universitypa

17、ge212022-5-292、PSS的基本構(gòu)成環(huán)節(jié)1、相位校正環(huán)節(jié)：用以抵消勵(lì)磁系統(tǒng)慣性環(huán)節(jié)的滯后角、相位校正環(huán)節(jié)：用以抵消勵(lì)磁系統(tǒng)慣性環(huán)節(jié)的滯后角 nsTsaTasG1112、信號(hào)復(fù)歸環(huán)節(jié)：在穩(wěn)態(tài)時(shí)、信號(hào)復(fù)歸環(huán)節(jié)：在穩(wěn)態(tài)時(shí)PSS不影響發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電壓不影響發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電壓 sTsKsGrerere1穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)輸輸出出為為零零PSS的信號(hào)單元的傳遞函數(shù)的信號(hào)單元的傳遞函數(shù) nreresTsaTsTsKsG111North China Electric Power Universitypage222022-5-292、PSS的基本構(gòu)成環(huán)節(jié) nsTsaTasG111 sTsKsGrerere1信號(hào)復(fù)歸電路信號(hào)復(fù)歸電路超前超前/滯后網(wǎng)絡(luò)滯后網(wǎng)絡(luò)North China Electric Power Universitypage232022-5-293、PSS的電路North China Electric Power Universitypage242022-5-294、PSS的算法 11222121kYTTTkXT