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1、第九讲 励磁系统的动态特性（3）,肖仕武 Office:J5B309 Tel:80794899,North China Electric Power University,2/41,2019/3/2,主要内容,同步发电机的动态方程 暂态电动势/转子运动/电磁转矩/端电压 参数随负荷变化的规律 励磁控制系统对电力系统静态稳定的影响 同步发电机的固有特性 考虑转子相位角变化的祛磁效应 考虑励磁调节后的系统特性 改善电力系统稳定性的措施PSS 传递函数/基本构成环节/电路/算法,North China Electric Power University,3/41,2019/3/2,第四节 励磁自动控
2、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 University,4/41,2019/3/2,一、同步发电机的动态方程,
3、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 University,5/41,2019/3/2,1、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 Electr
4、ic Power University,6/41,2019/3/2,1、暂态电动势的方程式,其中，定义如下变量：,North China Electric Power University,7/41,2019/3/2,1、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
5、 Power University,8/41,2019/3/2,1、暂态电动势的方程式,3、不计阻尼绕组的模型,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 University,9/41,2019/3/2,1、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。
6、,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 Electric Power University,10/41,2019/3/2,1、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 University,11/41,2019/3/2,同步发电机相量图,North China Electric Power University,12/41,2019/3/2,1、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
7、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 University,13/41,2019/3/2,1、暂态电动势的方程式,North China Electric Power University,14/41,2019/3/2,2、发电机转子运动方程和电磁转矩方程,North China Electric Power University,15/41,2019/3/2,3、发电机端电压方程,North China Electric Power University,16/41,2019/3/2,4、同
8、步发电机的动态方程组,North China Electric Power University,17/41,2019/3/2,5、参数随负荷变化的规律,North China Electric Power University,18/41,2019/3/2,二、励磁控制系统对电力系统静态稳定的影响,North China Electric Power University,19/41,2019/3/2,1、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 Electr
9、ic Power University,20/41,2019/3/2,2、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 University,21/41,2019/3/2,2、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,22/41,2019/3/2,2、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 Univ
10、ersity,23/41,2019/3/2,3、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 University,24/41,2019/3/2,3、考虑励磁调节后的系统特性,?,North China Electric Power University,25/41,2019/3/2,3、考虑励磁调节后的系统特性,North China Electric Power University,26/41,2019/3/2,3、考虑励磁调节后的系统特性,North China Electric P
11、ower University,27/41,2019/3/2,3、考虑励磁调节后的系统特性,应用劳斯判据,North China Electric Power University,28/41,2019/3/2,3、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 University,29/41,2019/3/2,3、考虑励磁调节后的系统特性,North China Electric Power University,30/41,2019/3/2,回顾：参数随负荷变化的规律,North China Electric
12、 Power University,31/41,2019/3/2,3、考虑励磁调节后的系统特性,North China Electric Power University,32/41,2019/3/2,3、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 University,33/41,2019/3/2,三、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）
13、后引至励磁系统的电压参考点,North China Electric Power University,34/41,2019/3/2,1、PSS的传递函数,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 University,35/41,2019/3/2,2、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 Univ
14、ersity,36/41,2019/3/2,3、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,3000Hz 20V,North China Electric Power University,37/41,2019/3/2,3、PSS的电路,信号复归电路,超前/滞后网络,North China Electric Power University,38/41
15、,2019/3/2,3、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,3000Hz 20V,North China Electric Power University,39/41,2019/3/2,4、PSS的算法,超前/滞后环节,信号复归环节,North China Electric Power University,40/41,2019/3/2,PSS的实质,North China Electric Power University,41/41,2019/3/2,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,
