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1、North China Electric Power University第九讲 励磁系统的动态特性（3 ）肖仕武 Office:J5B309 Tel:80794899North China Electric Power University2/41*主要内容l同步发电机的动态方程 n暂态电动势/转子运动/电磁转矩/端电压 l参数随负荷变化的规律 l励磁控制系统对电力系统静态稳定的影响 n同步发电机的固有特性 n考虑转子相位角变化的祛磁效应 n考虑励磁调节后的系统特性 l改善电力系统稳定性的措施PSS n传递函数/基本构成环节/电路/算法North China Electric Power U
2、niversity3/41*第四节 励磁自动控制系统对稳定性的影响励磁系统对提高电力系统稳定性的作用一直是人们关心的问题。1、早期研究认为，无失灵区的励磁调节器可以提高电力系统 的静态稳定功率极限。2、为了改善励磁调节器所引起的不稳定现象，引入了反馈校 正电路。3、大型互联电力系统的增长性振荡破坏了大型系统的并联运 行，系统本身的自然阻尼的微弱性是这种现象的主要原因， 励磁调节器又使系统产生了负阻尼，从而导致系统的低频振 荡，为此，引入了电力系统稳定器以增强系统的正阻尼。物理系统数学建模物理映射数学分析North China Electric Power University4/41*一、同步
3、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。(Park变换，顾氏变换等)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。North China Electric Power University5/41*1、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North China Electric Power Unive
4、rsity6/41*1、暂态电动势的方程式其中，定义如下变量：North China Electric Power University7/41*1、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。North China Electric Power University8/41*1、暂态电动势的方程式3、不计阻尼绕组的
5、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North China Electric Power University9/41*1、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。North China El
6、ectric Power University10/41*1、暂态电动势的方程式在这里采用 “3不计阻尼绕组的模型”North China Electric Power University11/41*同步发电机相量图North China Electric Power University12/41*1、暂态电动势的方程式Eq转子合成磁链EF在定子侧电动势Eq转子电流IEF的总磁链在定子侧的等值电动势标么值Ede转子端电压UE在定子侧的等值电动势标么值转子回路方程North China Electric Power University13/41*1、暂态电动势的方程式North China
7、 Electric Power University14/41*2、发电机转子运动方程和电磁转矩方程North China Electric Power University15/41*3、发电机端电压方程North China Electric Power University16/41*4、同步发电机的动态方程组North China Electric Power University17/41*5、参数随负荷变化的规律North China Electric Power University18/41*二、励磁控制系统对电力系统静态稳定的影响North China Electric Po
8、wer University19/41*1、同步发电机的固有特性不计励磁调节时发电机所具有的特性不考虑转子相位角变化所引起的祛磁效应结论：1、2、发电机处于临界稳定结论：1、2、North China Electric Power University20/41*2、考虑转子相位角变化的祛磁效应不计励磁调节时发电机 所具有的特性考虑转子相位角变化所 引起的祛磁效应-North China Electric Power University21/41*2、考虑转子相位角变化的祛磁效应不计励磁调节特性考虑祛磁效应稳定条件?-North China Electric Power University
9、22/41*2、考虑转子相位角变化的祛磁效应机组阻尼加大，机组更加稳 定运行North China Electric Power University23/41*3、考虑励磁调节后的系统特性考虑励磁调节时发电机所具有的特性考虑转子相位角变化所引起的祛磁效应North China Electric Power University24/41*3、考虑励磁调节后的系统特性?North China Electric Power University25/41*3、考虑励磁调节后的系统特性North China Electric Power University26/41*3、考虑励磁调节后的系统特性
10、North China Electric Power University27/41*3、考虑励磁调节后的系统特性应用劳斯判据North China Electric Power University28/41*3、考虑励磁调节后的系统特性在人工稳定区域运行否则振荡失稳否则滑行失稳North China Electric Power University29/41*3、考虑励磁调节后的系统特性North China Electric Power University30/41*回顾：参数随负荷变化的规律North China Electric Power University31/41*3、考
11、虑励磁调节后的系统特性North China Electric Power University32/41*3、考虑励磁调节后的系统特性输电线轻载时系统可以稳定运行输电线重载减小了机组阻尼转矩低频振荡减功率缓解North China Electric Power University33/41*三、改善电力系统稳定性的措施PSS电力系统稳定器（Power System Stabilizer，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North China Electric Power University34/41*1、PSS的传
12、递函数若G（s）与d（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North China Electric Power University35/41*2、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 China Electric Power University36/41*3、PSS的电路分频器，将 3000Hz正弦 波转换为 50Hz方波频率电压变换 是将50 HZ波 转换为与转速 偏差成正比的 电压信号陷波器是将
13、 机组的扭振 频率信号滤 除，由二级 滤波器构成放大器是满 足信号对增 益选择的要 求转速测量频率电压变换陷波器超前/滞后放大信号复归综合限制辅助延时3000Hz20VNorth China Electric Power University37/41*3、PSS的电路信号复归电路超前/滞后网络North China Electric Power University38/41*3、PSS的电路综合限制器是 在放大信号的 同时限幅，当 辅助输入信号 超过整定值就 退出PSS辅助延时电路是用于监视 PSS的输出，并且在时间 超过定时，将PSS的输出 切除，以防止PSS内部故 障而造成不必要的长时
14、间 强励。转速测量频率电压变换陷波器超前/滞后放大信号复归综合限制辅助延时3000Hz20VNorth China Electric Power University39/41*4、PSS的算法超前/滞后环节信号复归环节North China Electric Power University40/41*PSS的实质North China Electric Power University41/41*小结1、发电机的用电机参数表示的同步电机方程2、发电机的动态方程3、发电机的固有稳定特性4、考虑励磁调节后的系统特性5、PSS的传递函数6、PSS的基本构成环节7、PSS的电路8、PSS的基本环节的算法
